2012-10-13

Kuumottava moka

Fysiikka kuuluu peruskoulun pakolliseen oppimäärään, koska puutteet fysiikan osaamisessa voivat tulla kalliiksi: notalwaysright.com

Tarinan opetus: älä laita tietokonetta kylmälaukkuun. Hukkalämpöä tuottavan laitteen ympäröiminen lämmöneristeillä aiheuttaa ajassa t lämpötilan muutoksen T, joka on suoraan verrannollinen tietokoneen tehoon P ja kääntäen verrannollinen systeemin lämpökapasiteettiin C, kun tuuletin ei pysty siirtämään hukkalämpöä jonnekin kauas pois.

Diginatiivin sukupolven kissat muuten tykkäävät lämmitellä tietokoneen vieressä. Mitä enemmän laskentatehoa käyttävä ohjelma on käynnissä, sitä tyytyväisempi on kissa. Mutta jos tuuletin menee tukkoon kissankarvoista, vaikutus on sama kuin kylmälaukulla tietokoneen ympärillä.

2012-10-09

Säästä sähköä laittamalla sininen valo päälle!!

Kaverit linkittivät uutta innovaatiota: POWERGARD on laite, joka säästää sähköä. Valmistaja selittää, että
The POWERGARD reduces the amount of power drawn from the utility by storing (in its capacitors) otherwise lost electricity (watts) caused by the inductive motors in your home. (Some examples of inductive motors are air conditioning units, refrigerators, freezers, washers, dryers, dishwashers, pool pumps, vacuum cleaners, furnace blower motors, fans, etc.)

The POWERGARD technology supplies that stored electricity back to the inductive loads of the house, causing the home to require less electricity from the utility. This causes a decrease in demand from the utility.
POWERGARD-härpäkkeen pitäisi siis varastoida kondensaattoreihinsa sähkötehoa (watteina). Ilman härpäkettä kotitaloudessa olevat sähkömoottorit (tuulettimissa, tiskikoneissa, kylmälaitteissa jne) hukkaisivat tehoa. Härpäke varastoi ylimääräisen sähkön, ja syöttää sitä sitten sähkölaitteille, joten sähkölaitteet tarvitsevat vähemmän tehoa sähkölaitokselta. Ja kun sähkölaitokselta ostetaan vähemmän tehoa, sähkölaskukin on pienempi.

Olisi mielenkiintoista repiä härpäke auki ja katsoa, mitä sen sisällä on. Ainakin siinä näkyy olevan sininen merkkivalo. Valmistaja lupaa myös, että
The POWERGARD does not consume electrical energy.
eli härpäke ei kuluta sähköenergiaa. Ehkä valmistajan mittaustarkkuus on tosiaan niin kehno, että led-merkkivalon energiankulutusta ei pystytä mittaamaan. Mutta jos härpäkkeen merkkivalo ei kuluttaisi sähköenergiaa, sen pitäisi voida palaa 24/7 myös silloin, kun härpäke ei ole kytkettynä pistorasiaan. Jos muovikuoren sisällä todella on niitä kondensaattoreita, niin niihin varastoidulla sähköenergialla härpäkkeen merkkivalo saattaisi voida palaa jonkin aikaa, kunnes merkkivalo kuluttaisi varastoidun sähköenergian loppuun.

Hyvällä tahdolla tulkittuna härpäkkeen toimintaperiaate muistuttaa etäisesti loistehon kompensointia. Pistorasioista tuleva sähkö on vaihtosähköä, ja käämeistä rakennetut sähkölaitteet - esimerkiksi sähkömoottorit - aiheuttavat vaihtovirtapiiriin loistehoa. Tehoa siirtyy vuorotellen sähkölaitokselta käämiin ja käämistä takaisin sähkölaitokselle. Koska oikeassa elämässä virtapiireissä on muutakin kuin ideaalisesti toimiva käämi - esimerkiksi (kilo)metrikaupalla sähköjohtoja, joiden resistanssi vastustaa sähkön kulkua - käämi antaa sähkölaitokselle takaisin vain pienen osan siitä tehosta, jonka se ottaa vastaan.

Lukiofysiikan sähkö- ja magnetismiopin kurssilla opitaan, että käämit (eli hienosti sanottuna induktiiviset komponentit) ja kondensaattorit (eli kapasitiiviset komponentit) aiheuttavat vaihe-eron, jonka vuoksi vaihtovirta ei suurene, pienene ja vaihda suuntaa aivan samassa tahdissa vaihtojännitteen kanssa. Tahdista sekoaminen aiheuttaa loistehon. Käämit vääristävät tahtia yhteen suuntaan, ja kondensaattorit toiseen suuntaan. Jos virtapiirissä on huolellisesti tasapainotettu käämien ja kondensaattoreiden suhde, niiden vaikutukset kumoavat toisensa. Yliopiston fysiikan labratöissä yritetään rakentaa sellainen virtapiiri, jossa induktiivinen ja kapasitiivinen vaihe-ero kumoavat toisensa, ja havaitaan resonanssitaajuus, jolla virta kulkee helpoimmin.

Loistehon kompensointi on siis klassisen fysiikan mukaan mahdollista, ja teollisuudessa isojen sähkömoottorien kanssa samaan virtapiiriin kytketäänkin kaapinkokoisia kondensaattoreita, jotta tehon siirteleminen edestakaisin ei kuormittaisi johtoja. Mutta ison sähkömoottorin suunnitellut insinööri tietää tarkasti moottorinsa käämien induktanssin L ja virtapiirin taajuuden f, ja osaa näiden perusteella valita kondensaattorin, jonka kapasitanssi C on resonanssitaajuuden yhtälön
Kaava ladottu Texerin avulla ja tallennettu kuvana.
mukaan sopiva. Kotitalouskäyttäjistä sen sijaan osa ehkä muistaa vaihtovirran taajuuden kotimaassaan, ja osa osaisi jopa sijoittaa numeroita laskukaavaan, mutta tiskikoneen moottorissa sijaitsevien käämien induktanssin määrittäminen voi olla haastavampaa. Jos siellä härpäkkeen sisällä edes on kondensaattoreita, niin ne ovat suurimmalle osalle härpäkkeen ostajista kuitenkin vääränkokoisia.
How much can I expect to save per month by using the POWERGARD?
That depends on many factors; the size of your home, the amount of inductive motor load and the amount you are paying per kilowatt-hour for electricity.
Valmistajakin myöntää, ettei voi tietää, kuinka paljon loistehoa härpäke varastoi kenenkin kodissa. Lisäksi kotien sähkölaitteissa resistanssin merkitys on suurempi kuin induktanssin: tehoa kuluu laitteiden ja sähköjohtojen kuumentamiseen, haluttiin tai ei. Suuri resistanssi pienentää vaihe-eroa ja sen mukana loistehoa, koska

missä R on resistanssi, Osuuspankin logon näköinen hieroglyfi [fii] on vaihe-ero ja sulanut w-kirjain [omega] on virran kulmataajuus. Mitä suurempi on resistanssi, sitä pienempi on vaihe-eron tangentti, ja sitä pienempi on itse vaihe-ero, koska tangentti on (tässä yhteydessä mielekkäällä määrittelyalueellaan) kasvava funktio.

Sama suomeksi: siirtohävikki ja sähkön muuttuminen lämmöksi ovat niin paljon suurempia kuin loisteho, ettei loistehoa kannata yrittää kerätä kondensaattoreihin kotona. Vaikka ilmiö on olemassa, se on niin pieni, että sen hyödyntämiseksi tarvittavat laitteet maksavat enemmän kuin säästävät.

Paholaisen Asianajajan lukijoista joku luokitteli tämänkaltaiset härpäkkeet osuvasti vapaaehtoiseksi tyhmyysveroksi. Toisaalla ehdotettiin, että sähkömagnetismista jotakin ymmärtävät taistelisivat tulella tulta vastaan: POWERGARD lähettää sähkömagneettista säteilyä, ja säteily on vaarallista!!! Mainosvideossa ainakin näkyy (pun intended) säteilyä noin 600 terahertsin taajuudella, kun laite on käynnissä, ja lisäksi laite lähettää infrapunasäteilyä. (Kuten me kaikki, jotka olemme lämpimämpiä kuin absoluuttinen nollapiste.) Ja se on sähköallergisille haitaksi. Varsinkin, jos se tulee kytketyksi pistorasiaan väärin päin - miksei valmistaja varoittanut tästä?

Is the POWERGARD easy to install?
POWERGARD does not require a professional installation. Simply plug it in and save.
Tällaisten härpäkkeiden myyjät ovat yksi syy siihen, miksi fysiikan pitää olla pakollinen oppiaine koulussa.