Tại sao các vật dụng bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm lại liên tục bị vỡ (và cách khắc phục)
Bạn có bao giờ gặp tình trạng một mảnh thủy tinh trong phòng thí nghiệm đột nhiên vỡ tan không? Không có dấu hiệu cảnh báo nào cả. Chỉ là nó bị vỡ ngay lập tức thôi.
Thường thì nguyên nhân là do áp suất nội bộ trong thủy tinh. Nếu bạn làm nóng thủy tinh quá nhanh hoặc để nó nguội một cách không đều, bạn sẽ tạo ra những vết nứt nhỏ trong cấu trúc của thủy tinh. Để tránh điều này, chúng ta sử dụng các bóng đèn hồng ngoại có độ chính xác cao để làm nóng thủy tinh một cách chính xác.
Chỉ cần chênh lệch nhiệt độ 1°C thôi cũng đủ khiến một chiếc bình thủy tinh có thể tồn tại hàng năm, hoặc ngược lại, nó có thể vỡ ngay lập tức khi được đặt trong môi trường chân không.
Tại sao phải quan tâm đến độ chính xác 0,1°C?
Có lẽ bạn sẽ thắc mắc tại sao chúng ta phải quan tâm đến những chi tiết nhỏ như vậy. Thực ra, thủy tinh có một “khung thời gian” nhất định để được xử lý nhiệt một cách hiệu quả. Nếu nhiệt độ quá cao, thủy tinh sẽ bị biến dạng; còn nếu nhiệt độ quá thấp, áp suất nội bộ sẽ tồn tại trong cấu trúc phân tử của thủy tinh, chờ đợi cơ hội để thủy tinh vỡ. Chúng ta giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng các bóng đèn hồng ngoại có bước sóng ngắn và hệ thống phản hồi PID chính xác.
Điều quan trọng là tốc độ phản ứng của các bóng đèn này. Chúng phải phản ứng nhanh để chúng ta có thể điều chỉnh nhiệt độ ngay khi thủy tinh chạm vào mức nhiệt mong muốn.
Vật liệu sử dụng: Thạch anh và công suất điện
Chúng ta thường sử dụng các bóng đèn halogen loại thạch anh. Thạch anh rất tốt vì nó không bị biến dạng dưới tác động của nhiệt, đồng thời cho phép bức xạ hồng ngoại đi qua mà không lãng phí năng lượng. Mục tiêu là đạt được mức độ đồng đều về nhiệt độ trong toàn bộ thể tích của thủy tinh. Nhưng cũng có một trở ngại: các bóng đèn có công suất cao sẽ tiêu thụ rất nhiều điện năng. Nếu bạn không chú ý đến việc kết nối dây điện và thiết bị bảo vệ, dòng điện quá lớn có thể khiến hệ thống điện bị quá tải. Hãy chắc chắn rằng hệ thống điện của bạn có thể đáp ứng được tải trọng này.
Một số lưu ý khi lắp đặt:
Việc kết nối dây điện là phần đơn giản nhất. Vấn đề thực sự nằm ở việc xác định vị trí lắp đặt các bóng đèn. Hầu hết các kỹ sư lại mắc sai lầm khi đặt các bóng đèn quá xa nhau, điều này sẽ tạo ra những vùng có nhiệt độ khác nhau trong thủy tinh. Để tránh điều này, hãy sắp xếp các bóng đèn sao cho chúng nằm gần nhau hơn. Một mẹo nữa là hãy điều chỉnh tốc độ quạt làm mát để loại bỏ nhiệt từ môi trường xung quanh. Nếu nhiệt độ quá cao, các cảm biến sẽ bị sai lệch, và bạn sẽ lại phải bắt đầu từ đầu.