Η δραστηριότητα που περιγράφεται στη συνέχεια ελπίζουμε ότι μπορεί να αποτελέσει μια καλή αφορμή για συζήτηση κατά την διδασκαλία πολλών φυσικών φαινομένων.
Ένα επιψευδαγυρωμένο (γαλβανιζέ) ατσάλινο καρφί συνδέεται στο δευτερεύον ενός μετασχηματιστή υποβιβασμού τάσης (220V–>2V). Το δευτερεύον αποτελείται από χάλκινο καλώδιο μεγάλης διατομής και αμελητέας αντίστασης. Έτσι η σύνδεση του καρφιού πολύ μικρής αντίστασης στο κύκλωμα συνεπάγεται πολύ μεγάλη ένταση ρεύματος, περίπου 400-450 A. Επειδή η αντίσταση του καρφιού αν και πολύ μικρή είναι σαφώς μεγαλύτερη από την αμελητέα αντίσταση του χάλκινου καλωδίου του δευτερεύοντος, σχεδόν όλη η ηλεκτρική ενέργεια στο δευτερεύον κύκλωμα μετατρέπεται σε θερμική πάνω στο καρφί με αποτέλεσμα την γρήγορη αύξηση της θερμοκρασίας του.
Η αύξηση της θερμοκρασίας έχει σαν αποτέλεσμα αρχικά την ερυθροπύρωση του καρφιού και στη συνέχεια την λευκοπύρωσή του. Αυτό το φαινόμενο προσφέρεται για συζήτηση του θέματος της θερμικής εκπομπής ακτινοβολίας και την εξάρτηση του φάσματος εκπομπής από τη θερμοκρασία.
Το σημείο τήξης του Ψευδαργύρου (Zn) είναι 420 oC ενώ το σημείο ζέσεως, 907 oC.
Το σημείο τήξης του Σιδήρου (Fe) είναι 1538 oC.
Κατά την θέρμανση του καρφιού όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 420 oC ο ψευδάργυρος λιώνει ενώ όταν φτάσει στους 907 oC βράζει και μετατρέπεται γρήγορα σε ατμούς οι οποίοι κινούνται ανοδικά όπως φαίνεται εντυπωσιακά στο βίντεο. Ακριβώς πάνω από το καρφί είναι τοποθετημένο ένα κομμάτι χαρτόνι πάνω στο οποίο επικάθονται οι ατμοί του Zn.
Στη συνέχεια ή θερμοκρασία φτάνει στο σημείο τήξης του σιδήρου οπότε το καρφί λιώνει, το κύκλωμα ανοίγει και η θερμοκρασία μειώνεται με το αναμενόμενο αποτέλεσμα στο φάσμα την εκπεμπόμενης ακτινοβολίας και στην αλλαγή του χρώματος.
Δείτε το βίντεο
Λευκάδα, Δεκέμβριος 2021