Viimaseks, viiendaks elemendiks meie erialavõistlusel on metall! Ühel ajal nii tugev ja purunematu, samal ajal nii elastne ja hästi vormitav. Energeetikas peavad seadmed vastu pidama väga ekstreemsetele tingimustele nagu kõrge rõhk ja temperatuur, mida peab arvestama nii katelde ja selle osade, turbiinide kui ka heitmete puhastusseadmete puhul. Kuna enamasti on metalli pind ka kokkupuutes kuuma auruga, siis tuleb arvestada ka korrosiooniohtu ning võtta kasutusele meetmeid selle vältimiseks. Korrosioon vähendab metalli pingetaluvust ja elastsust märkimisväärselt ja võib põhjustada seadme purunemise.

Viimase ülesande peategelane on taas esimesest ülesandest tuttav Juku, kellel on kena puiduhakke katel. Tema katla kolle on tehtud terasest ning kolde mõõtmed on igas dimensioonis 40 cm. Kord aga tegi Juku koldesse väga kõva tule ning kolle hakkas imelikult naksuma. See pani Juku mõtlema metallis tekkivate termiliste pingete peale ning tal tekkisid järgmised küsimused.

1. Kui palju suureneb katla kolde väline ruumala kui koldes toimub põlemine ehk temperatuur tõuseb 20°C kuni 400°C? Kolle on valmistatud terasest ja selle joonpaisumistegur on 12,5∙10^-6 m/(m∙K).
2. Koldes on soojusülekanne enamasti kiirguslik, mis tähendab seda, et suurem osa energiast antakse üle kiirguse teel, kiirguse ja energia suhet kirjeldab Stefan-Boltzmanni seadus. Kui suur võimsus antakse põlemisel koldes edasi, kui jätta arvestamata efektiivsust vähendavad tegurid? Temperatuur koldes on 400°C.
3. Kui suurt rõhku avaldab kiirgus põlemisel kolde pinnale?
4. Kui suur pinge tekib kolde seinas terase soojuslikust paisumisest kui terase Youngi moodul on 200 GPa ja koldeseina paksus on 3 mm.
5. Mitu korda oleks soojuslikust paisumisest tekkiv pinge väiksem, kui kolle oleks valmistatud terase asemel titaanisulamist?

Oma vastuseid saad esitada kuni 3. aprillini kell 23.59 sellel lingil:

https://forms.gle/WH4mTx231eLCgLV3A

Head lahendamist!

---