Kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác trong quá trình làm nguội thủy tinh trong phòng thí nghiệm
Thực tế là: Nếu không loại bỏ hết các ứng suất nội bộ trong các dụng cụ thủy tinh, chúng sẽ bị hỏng. Rất đơn giản thôi. Nếu chiếc bình thủy tinh bị làm nguội không đồng đều, nó không chỉ có “khuyết điểm” mà còn có thể vỡ luôn.
Đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng đèn hồng ngoại. Thay vì chờ cho lò nung hoạt động để làm nóng toàn bộ không khí xung quanh, chúng ta có thể trực tiếp chiếu nhiệt vào bề mặt thủy tinh. Cách này nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều.
Tại sao chúng ta quan tâm đến độ chính xác 0,1°C?
Quá trình làm nguội diễn ra trong một khoảng thời gian rất ngắn. Nếu sai lệch chỉ vài độ thôi, bạn sẽ gặp rắc rối. Hoặc là vẫn còn ứng suất nội bộ trong thành bình, hoặc toàn bộ bình sẽ bị biến dạng.
Chúng ta sử dụng đèn hồng ngoại với độ chính xác 0,1°C vì đó mới là mức độ chính xác cần thiết để đảm bảo quá trình diễn ra thuận lợi.
Khi kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác như vậy, chúng ta có thể loại bỏ các “vùng nóng”. Hãy tưởng tượng “vùng nóng” như một khu vực có tốc độ giãn nở khác với các khu vực khác. Khi thủy tinh được làm nguội, khu vực này sẽ co lại với tốc độ khác với các khu vực khác. Đó chính là nguyên nhân gây ra các vết nứt do ứng suất.
Vật lý học đằng sau quá trình này (không cần dùng sách giáo khoa)
Ánh sáng hồng ngoại có bước sóng ngắn sẽ nhanh chóng thâm nhập vào bề mặt thủy tinh. Nhưng chúng ta không thể chỉ chiếu nhiệt một cách ngẫu nhiên. Chúng ta cần điều chỉnh nhiệt độ một cách cẩn thận. Chúng ta sử dụng bộ điều khiển PID tốc độ cao để đảm bảo nhiệt độ không vượt quá mức cho phép.
Điều tuyệt vời nhất là thời gian phản ứng của hệ thống gần như tức thì. Nếu cảm biến phát hiện ra sự thay đổi nhiệt độ 0,2°C, đèn sẽ phản ứng ngay lập tức. Các bộ điều nhiệt truyền thống thì không thể làm được điều này. Chúng mất quá nhiều thời gian để làm nóng và làm lạnh, điều này gây ra sự chậm trễ trong quá trình xử lý.
Nhược điểm
Tuy nhiên, những hệ thống có độ chính xác cao như vậy không phải lúc nào cũng dễ sử dụng. Nếu bạn muốn đạt được độ chính xác 0,1°C, nguồn điện cung cấp phải vô cùng ổn định. Bất kỳ sự dao động nào trong điện áp cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ. Để tránh điều này, bạn cần sử dụng bộ ổn định điện áp chuyên dụng hoặc bộ điều khiển nguồn chất lượng cao. Nếu nguồn điện không ổn định, thì độ chính xác của đèn cũng chẳng còn ý nghĩa gì nữa. Bạn chỉ đang lãng phí một công cụ tuyệt vời mà thôi.