כיצד רדיד אלומיניום מפגין מוליכות חשמלית
לאלומיניום יש מוליכות חשמלית של בערך 3.5 על 107S/m ב-20 מעלות, כ-61% מהתקן הבינלאומי של נחושת מחושלת. זה מספיק גבוה כדי שרצועה של רדיד חישול תסגור מעגל מתח נמוך-, ונמוך מספיק כדי שתלמידים ימדוד הבדל אמיתי כאשר אותו מעגל נבנה מחדש עם נחושת. תא בודד של 1.5 וולט או 9 וולט הוא כל האספקה הדרושה. רצועות נייר כסף מקופלות לסורגים שטוחים פועלות כמתגים, וניתן להרכיב פריסות סדרתיות ומקבילות על בסיס קרטון בתוך שיעור אחד.
נקודה מעשית אחת שולטת בניסוי כולו: התנגדות למגע שולטת בתוצאה. אלומיניום יוצר תחמוצת בידוד דקה בתוך דקות באוויר, והתחמוצת הזו היא מה שעוצר מפרק נייר כסף מנוהל בצורה רופפת. לחיצה שטוחה על נייר הכסף, צחצוח אזור המגע עם מחק עיפרון והידוק המפרק משחזר בחוזקה חיבור בעל התנגדות- נמוכה והופך את הקריאות לחזרות.
ניסויי תרמודינמיקה ובידוד
נייר כסף משקף חלק גדול של קרינת אינפרא אדום, והמסה התרמית הנמוכה שלו פירושה שהוא משנה טמפרטורה במהירות, מה שהופך אותו למתאים היטב לבדיקות השוואת בידוד. קופסה מרופדת בנייל- הפונה לשמש מגיעה לטמפרטורה פנימית גבוהה באופן ניכר מאשר קופסה לא מרופדת זהה. התלמידים מקליטים את שניהם בעזרת צמדים תרמיים או מדחום אינפרא אדום כל שתי דקות ומשרטטים את העקומות. אותה שיטה משווה עטיפות נייר-לפני בד ונייר על מיכלים זהים של מים חמים, ונותנת קצב קירור ולא ערך מוליכות מוחלט.
רשום את טמפרטורת הסביבה לצד כל דגימה כדי לנרמל את התוצאות.
התקן מכסה שקוף לקופסה הסולארית כך שאפקט החממה יופרד מהשתקפות טהורה.
שמור על צמדים תרמיים מודבקים לאותה נקודה בכל דגימה כדי שהקריאות יהיו דומות.
הימנע מלהבות פתוחות ליד נייר כסף דק; חום מתפשט לאורך הסדין והמשטח מגיע לטמפרטורת- העור כמעט מיידית.
אווירודינמיקה, ציפה ומבנים
ריבוע של נייר כסף הופך לגוף בתוך כדקה, ומספר הדסקיות שהוא נושא לפני הביצה נותן מידה ישירה של נפח עקירה. קבוצות שמעצבות מחדש את גוף הספינה לצורה רחבה ושטוחה יותר רואות בדרך כלל עלייה בקיבולת, מה שמקשר את התוצאה לעקרון של ארכימדס. אותו חומר מתקפל לחלקי כנף אוויר שניתן להדביק לזרוע תיל ולבדוק מול מאוורר, כאשר הסטת זווית ההתקפה משנה את העילוי והגרירה באופן גלוי בהטיית הזרוע.
בדיקות מבניות עוקבות אחר אותו היגיון. רצועת נייר כסף שטוחה הטעונה כקורה מסיטה בכבדות, בעוד שהרצועה הזהה המקופלת לתעלה או לקטע גלי נושאת עומס פי כמה. עמודי נייר כסף מגולגלים לגלילים מתנגדים לדחיסה הרבה יותר מאשר יריעות פתוחות, והשוואת שכבה בודדת לשלוש שכבות למינציה מראה שקשיחות הקטע, לא כמות החומר, שולטת בתוצאה. משקפי מגן נדרשים לכל שלב חיתוך, מכיוון שקצה נייר כסף גזום הוא חד.
תגובתיות כימית ואלקטרוכימיה
האלומיניום מגיב אך מוגן על ידי שכבת התחמוצת שלו, כך שכמעט כל הדגמה של כימיה מתחילה בהפרעת הסרט הזה. במי מלח, פיתולים נראים תוך דקות על אלקטרודת נייר כסף המונעת על ידי תא קטן, מכיוון שיוני כלוריד מפרקים את השכבה הפסיבית. תגובות עקירה פועלות היטב בריכוז נמוך: רצועה של נייר כסף בתמיסת נחושת סולפט מפחיתה את יוני הנחושת לנחושת מתכתית ומקבלת משקעים חומים, בעוד שהרדיד עצמו מתמוסס לאט.
בדיקות חומצה ואלקלי משתמשות בתמיסות מדוללות בלבד, ואפילו חומץ ביתי וסודה לשתייה מייצרים התפתחות מימן גלויה על נייר כסף שרוט. ריכוזים של או מתחת ל-10% במסה שומרים על קצב התגובה ניתן לשליטה תוך שיעור, והתמיסה המשומשת מנוטרלת לפני ההשלכה. רישום שינוי הצבע במרווחי זמן קבועים הופך הדגמה למדידת קצב הניתנת לטבלאות ולהשוואה בין קבוצות.
ציונים ותבניות נייר כסף עבור ערכות מדע
| בַּקָשָׁה | סגסוגת ומזג מומלצים | עוֹבִי | פורמט מסופק |
|---|---|---|---|
| פסי מעגל ומתגים | 8011-O, 1235-O | 0.020-0.040 מ"מ | רצועות גזורות- מראש, 10 על 100 מ"מ |
| לוחות השתקפות ומיגון | 8011-O | 0.015-0.030 מ"מ | גיליונות A4 |
| ריפוד תנור סולארי | 8011-O, 8079-O | 0.010-0.020 מ"מ | גליל ברוחב 300 מ"מ |
| פסי אלקטרודה | 1060-O | 0.050-0.100 מ"מ | 15 x 80 מ"מ, תומך- בעצמו |
| רצועות בדיקה מבניות | 1100-O, 1060-O | 0.060-0.100 מ"מ | 20 x 200 מ"מ |
רדיד קיט מסופק במזג O מחושל מכיוון שחומר רך מתקפל מבלי להיסדק. העובי מאומת בבדיקה נכנסת מול תקן נייר הכסף המתאים, למשל GB/T 3198 או ASTM B479, וכל סליל או אצווה ערכה צריכה לשאת סגסוגת, מזג, עובי ורוחב על התווית. נייר כסף לעבודת אלקטרודות מוגדר בטוהר גבוה יותר, כך שאלמנטים של סגסוגת קורט אינם מפריעים לתגובת תזוזה, בעוד שרצועות מעגלים יכולות להשתמש בדרגות מסחריות סטנדרטיות מכיוון שהתנגדות מגע, לא טוהר, קובעת את הקריאה.
שאלות נפוצות
ש: איזו סגסוגת אלומיניום היא הטובה ביותר עבור ניסויים במעגלים בכיתה?
רדיד 8011 או 1235 מחושל בטווח 0.020-0.040 מ"מ נותן את האיזון הטוב ביותר בין עלות וטיפול. טוהר אינו קריטי לעבודת הולכה, מכיוון שהתנגדות מגע שולטת בתוצאה הנמדדת.
ש: כמה מתח בטוח עבור מעגל נייר כסף?
מספיק תא בודד של 1.5 וולט או 9 וולט כדי להדגים כאן כל עיקרון. מתחים גבוהים יותר מסתכנים בהתחממות יתר של פס דק, אז שמור על אספקת הסוללה ולעולם אל תחבר נייר כסף לרשת החשמל.
ש: מדוע מפרק נייר כסף מפסיק להוביל לאחר מספר דקות?
האלומיניום יוצר שכבת תחמוצת טבעית דקה כמעט מיד באוויר, והתחמוצת הזו היא מבודד חשמלי. מפרק שרק מונח יחד מאבד מגע, אז צחצחו את המשטח והדק אותו בחוזקה.
ש: האם תלמידים יכולים למדוד ישירות את המוליכות התרמית של נייר כסף?
מדידה ישירה היא קשה מכיוון שהיריעה כל כך דקה שהפסדי הקצוות שולטים. מבחן השוואה אמין הרבה יותר: מדוד את קצב הקירור של מיכלי מים חמים- זהים העטופים בחומרים שונים ודווח על הדירוג.
ש: איזה חוזק של תמיסת סולפט נחושת מתאים למעבדה בבית ספר?
תמיסות מדוללות ב-10% או מתחת למסה מגיבות בקצב גלוי אך מבוקר והן הבחירה הרגילה להדגמות עקירה. אסוף ונטרל את התמיסה המשומשת במקום לשפוך אותה.
ש: האם עובי נייר הכסף משנה את תוצאות הבדיקה המבניות?
זה כן, אבל צורת הקטע חשובה יותר. רצועה מקופלת או גלית של 0.060 מ"מ תעלה על רצועה שטוחה בעובי כפול, וזו בדיוק הנקודה של התרגיל.
