Ispitivanje fizikalnih svojstva prirodnih materijala

[Harp]

Ukratko:
vec dugo vremena mislim napraviti laicki pokus, u kojem bi vizuelno mogao vidjeti svojstva pojedinih materijala, za daljnje potrebe razvoja ideja... no, najprije znanja, a ni opreme nije bilo. No dosao je taj trenutak, pa podjelim s vama DIY samograditeljima za buduce projekte


Pa dalje zapisi s ispitivanja:

---------------------------------
Ime laboratorija: kuhinja (potajno, iza ponoci)
Metoda ispitivanja: cca oko puta pi
Proizvodajc mjerne opreme: A je to!


Oprema:
Casa za uzorak: borsilikatno staklo, cca 250ml, fi 65mm, 107g
Emajlirani lonac do pola napunjen vodom
Senzor (ptc), interface (arduino) i komp


Ispitivanje:
Svaki uzorak je prosijan na 1mm sito, osim soli.
Uzorak se puni u casu uz jako potresanje/lupanje bez fizicke kompresije, maksimalno koliko moze stati.
U kljucalu vodu (cca 100 st.C), ubaci se casa s uzorkom (uvijek do vrha napunjena), i zapocne mjerenje.
Nakon sto se ocita vrijednost 60, casa s uzorkom se momentalno premjesti na sobnu temperaturu, i mjeri ukupno jedan sat.





Uzorci i masa uzorka:

pepeo (bukva) ----------- 103g
pjesak (silikatni) --------- 429g
biougljen ----------------- 102g
drvena piljevina (bukva) --- 95g
vapno (gaseno) ---------- 230g
sol (krupna morska) ------ 437g
crvenica (zemlja) --------- 434g
samot (brasno) ----------- 413g
---------------------------------
voda (vodovodna) -------- 272g
zrak ------------------------ 0g





Biljeske:
Vrijednosti na grafu ne predstavljaju direktno temperaturu (zbog neprecizne kalibracije), vec su priblizne, ali proporcionalne. Treba istaknuti da se kruti uzorak smatra ipak smjesom njega s zrakom. Napravljen je test utjecaja kompresije (jako fizicko istiskivanje zraka - pepeo 183g), kao i ponovljivosti mjerenja (pepeo 103g). Na grafu je prikazan i polozaj fluida (zrak i voda).






Bilo bi zanimljivo kada bi neki strucnjak na tom polju protumacio grafove.
Ja iz grafova vidim tri specificne osobine: vrijeme zagrijavanja do 60, vrijeme zadrzavanja temperature vise od 60, i razlika pocetne i zavrsne temperature nakon 1h.

Na grafovima su podjele od dva stupnja i dvije minute, rezolucija 10 sekundi.

[fazy]

Bilo bi zanimljivo Harp, ponoviti mjerenja u bakrenoj posudi.

Staklena posuda djeluje kao termički izolator, i na taj način pomalo"izolira" mjereno sredstvo gledano prema vanjskom prostoru i tako utječe na dobivene rezultate.

[Nikola]

Na rezultate sigurno utječe i položaj senzora u posudi, nadam se da je u svim testovima bio vrlo precizno postavljen na uvijek isto mjesto, što je prilično teško.

Uglavnom, iz krivulja se vide dvije stvari, toplinska vodljivost i toplinski kapacitet. Npr. voda je vrlo specifična budući da je tekućina s vrlo visokim toplinskim kapacitetom. Na krivulji se vidi koliko brzo se temperaturni senzor zagrijao, jer se voda slobodno giba od stijenke čaše prema senzoru i natrag, odnosno voda odlično prenosi toplinu. Ali, vrlo sporo se hladi, krivulja je u drugom dijelu vrlo polegnuta. Zrak ima sličnu karakteristiku u prvom dijelu, također odlično prenosi toplinu (iako je odličan izolator kada miruje) jer se giba, ali kapacitet mu je nikakav, hladi se gotovo trenutno.

Zanimljiv pokus i rezultati, podsjeća me na ove krivulje


To su temperature tla na raznim dubinama u raznim mjesecima. Oblik krivulje je gotovo isti kao i tvoje, samo kada bi moju sliku zakrenuli za 90 st.

[Harp]

Test - pecena crvenica

U ovom ispitivanju, za razliku od prethodnog, uzorci su kompaktne krutine, koje su u razlicitim omjerima sastavljene od pijeska (rijecni), crvenice i biougljena, pa potom pecene na zaru.

Radi lakseg razumjevanja, upotrijebio sam jednostavnu nomenklaturu (PCB) i to tako da svaki uzorak ima svoj broj, na primjer, 154-2, u kojem je opisan postotak udjela pojedinog materijala. Prva brojka oznacava postotak Pijeska, druga postotak Crvenice i treca postotak Biougljena. Cetvrta brojka, koja je eventualna se odnosi na ponovljeno ispitivanje istog uzorka (redni broj ispitivanja), obicno radi uocene greske. Tako da je zbroj prvih tri brojke uvijek 100%, odnosno gornji primjer je 10% pijeska, 50% crvenice, 40% Biougljena i drugi puta ispitan.

Svojstva pijeska su da je to materijal, silikatni, koji ima znacajnu masu, postojan je na visokim temperaturama, pa dobro zadrzava energiju, ali nema svojstva vezanja materijala.
Crvenica pak, je vrlo fini materijal, koji ima svojstva veziva, i kada se izlozi visokoj temperaturi (kada se uzari) se spece u novi materijal koji je netopiv u vodi i kompaktan.
Biougljen je ovdje upotrebljen kao izolator, odnosno nakon pecenja on izgori u pepeo (koji je neznatne kolicine), ostavljajuci vezivo (crvenicu) suplju.

Ovo testiranje za razliku od prethodnog izvedeno je na uzorcima valjcica koji je svaki bio iste visine (17mm), i u istim okolnostima, gdje je donji izvor topline bio podesen na 180 st.C. Nakon ocitavanja temperature od 60 st.C, valjcic je premjesten na mirno mjesto da se hladi. Svako ocitanje je na razmaku od 10 sekundi.

Primjetio sam da se iznad 50% crvenice, razlike temperaturnih svojstva vrlo slabo ili nikako ne primjecuju kao pravilo, dok u manjim koncentracijama se jasno vide. Crvenica kao vezivo je jedva upotrebljiva u konc. 20%, gdje vise nije izrazena ljepljivost, pa se moze korisiti samo za specijalne svrhe (izrada izolatora, ili poroznih filtera nakon pecenja). Pri tako malim koncentracijama crvenice i bez pijeska, dobiva se supljikast materijal koji je vrlo lagan (laksi od vode) i koji se vrlo lako obradjuje (pilom, dlijetom, turpijom...), pa se moze upotrijebiti i kao osnovni materijala za modeliranje, grube kalupe, kao podloga za nesto tvrdje i finije, npr gips.
Isto tako, velike koncentracije crvenice, vece od 80%, cine ju da ima unutrasnje pukotine, zbog razlike u naprezanju prilikom pecenja.

Na grafovima se vide (cr1.png)



Prva slika su sve tri krajnje vrijednosti, dakle,
cista 100% crvenica (010),
80% biougljen (028) i
80% pijesak (820).
Druga slika su koncentracije biougljena naspram crvenice. Meni je vrlo zanimljiv 046 uzorak, jer ima strmu krivulju grijanja do 50 st.C, a onda nagli otpor (trbuh).
Treca slika su koncentracije pijeska naspram crvenice.
I cetvrta slika prikazuje gresku i ponovljivost uzorka. Dakle, makar je doslo do greske, nakon otklanjanja je graf ispravan, pa se moze predociti kako bi izgledao da greske nema. Greska nastaje (neposredno na 60 st.C) zato jer pri premjestanju uzorka ga hvatam prstima (pad temperature), i sto je cijela elektronika improvizirano slozena na testnoj plocici, nije zalemljena, pa se ponekad malo gubi kontakt.


Na drugoj slici, cr2.png se vidi:



-uzorci s 30% crvenice
-uzorci s 40% crvenice
-uzorci s 50% crvenice
-uzorci s 60% crvenice
Jasno se vidi 'odvajanje' tek od 50% pa na manje.

Ovo je samo jedan dio istrazivanja, kojega sam radio duze vremena, a ostalo tek slijedi. Za sada planiram napraviti mjerenja volumena i gustoce, eventualno i mjerenja izdrzavanja pritiska (kada/ako napravim senzor i aparaturu za to).

Ono gdje vidim da bi se podaci mogli upotrijebiti je za izolaciju unutrasnjeg dijela peci, izrade 'vatrostalnih' elemenata, ili poroznih filtera za vodu (sami odredjujete svojstva, koliko je grub biougljen) ili materijala za modeliranje naknadnom obradom. S druge strane, zanima me koje su granice kod crvenice kao veziva, a da je upotrebljiva za gradnju nekih DIY kreativnih besmislica, prvenstveno peci ili uporabnih predmeta - jer prirodni materijali su svuda oko nas.

[TB]

kako to da takve složene eksperimente radiš DIY, a ne u sklopu nekog instituta?

možda ti ovo pomogne, ova ljudi radi slične stvari: http://donkey32.proboards.com/board/17/geopolymers

danas stvarno imamo luksuz materijala za gradnju npr. lako sam potvrdio da je perlit bolji izolator od liapora kada sam "na ruku" izvagao obje vreće.

[Harp]

Pa nije to bas toliko slozeno ispitivanje da treba IRB, to je samo, zasad, mjerenje temperature.
Kako vidis, uvjeti nisu 'laboratorijski', vec samo okvirno. U ovom ispitivanju sam uspio dobiti vrlo malo smetnji, za razliku od prethodnog, koristim drugi senzor (ntc 10k), malo drugaciju elektroniku i program koji lagano 'pegla' pikove.

Hvala za link, svakako da ima mjesta gdje se vode eksperimenti i diskusije, no, meni je ovaj forum tako drag i dovoljan
Ukoliko si clan tog foruma, i vidis da bi neki info (graf, tablicu...) bilo dobro prenijeti ili prevesti na eng, s moje strane slobodno, i biti ce mi drago.

Sto se tice izolatora, gdje spominjes tu neka trgovacka imena, jesi li uzeo u obzir pepeo? U prvom ispitivanju je mjeren kao rastresita tvar, i to nekomprimiran (103g) i komprimiran (183g), a sada saljem testiranje kao kompaktni (povezani) valjcic 17mm visine.



Oznake:
pepeo - cisti pepeo, promjesan sa vodom u gustu masu, potom osusen
ppepeo - isto to gore ali potom peceno na zaru (usijano)
p50p - gusta masa pepela u vodi promjesana s istom (volumnom) kolicinom rijecnog pijeska, dakle 50% jednog i drugog
p50pp - isto to gore, ali potom peceno na zaru (usijano)

Usput saljem i CSV fajl (pcb.txt) o crvenici, ako kome treba...

[TB]

nekako mi se čini da perlit ima više zračnih otvora (pliva na vodi) nego pepeo pa i bolji izolator.

za ove male sisteme što mi radimo mislim da nije presudno jer da nemam perlit stavio bih pepeo i to je to. Sagorijevanje je možda bolje ili lišije ali tek za koji postotak.