لوله Rijke ؛ اثر گرما صوتی، یک کاردستی علمی جالب برای تبدیل گرما به نویز!

مفیدستان:

لوله Rijke یکی از راه‌های کمتر شناخته شده برای تبدیل گرما به صداست که احتیاج به هیچ قطعه متحرکی ندارد. اگر ایده این دستگاه برایتان جالب است، می‌توانید آن را با وسایل خیلی ساده و بعضاً بدون استفاده بسازید. لوله Rijke را می‌شود با قطعات مختلف و در اندازه‌های متفاوت ساخت. در این ساختنی یکی از روش‌های ساخت این کاردستی علمی‌را یاد می‌گیرید. با ساختنی همراه باشید.

بیشتر صداهایی که در طول روز می‌شنویم ناشی از تحرک هستند؛ صدای اسپیکر، صدای تارهای گیتار، صدای باد بین برگ‌های درخت و … . اما لوله ریجکه (Rijke) از گرما برای ایجاد اثر خودنوسانی و تولید صدا استفاده می‌کند. البته همانطور که در ویدیوی زیر می‌بینید این صدا خیلی قوی نیست.

لوله Rijke چطور کار می‌کند؟

یک فیلامنت داغ که در یک چهارم انتهایی لوله قرار دارد، هوای داخل لوله را گرم می‌کند. هوای گرم بالا می‌رود و یک جریان هوای همرفت در لوله برقرار می‌کند. وقتی یک موج صوتی وارد لوله بشود، باعث افزایش فشار داخل لوله می‌شود. هوایی که از زیر وارد لوله می‌شود در اثر برخورد با این فشار، کند می‌شود. این کاهش سرعت به معنای دریافت گرمای کمتر است که باعث کاهش دمای هوای داخل لوله می‌شود. برخورد هوای سر با کاهش فشار داخل لوله، سرعت کشیده شدن هوا را بیشتر می‌کند. به این ترتیب افزایش حرارت هوا سرعت می‌گیرد و فشار داخل لوله هم بیشتر می‌شود، هوا منبسط می‌شود و چرخه همین طور ادامه پیدا می‌کند.

تمام این اتفاقات در یک صدم ثانیه رخ می‌دهد و باعث ایجاد صدایی می‌شود که در ویدیو شنیدید!

گام نت یا نویزی که توسط لوله Rijke ایجاد می‌شود به طول لوله بستگی دارد. لوله تشدید کننده نیمه موج است؛ بنابراین طول موج نویزی که تولید می‌شود دو برابر طول لوله است.

گام اول: لوله را انتخاب کنید

لوله Rijke فقط از دو قطعه ساخته می‌شود: لوله و هیتر. در این مرحله به شما می‌گوییم چطور بهترین لوله را برای ساخت این دستگاه انتخاب کنید. در انتخاب لوله سه فاکتور جنس، قطر و طول مهم هستند که هر کدام را جداگانه بررسی می‌کنیم.

جنس لوله

لوله را از جنسی انتخاب کنید که نسوزد و آب نشود. لوله این دستگاه باید تا دمای ۴۰۰ درجه را تحمل کند.

قطر لوله

اگر قطر لوله خیلی کم باشد، هیتر باید میزان گرمای بیشتری تولید کند. محدود کردن مقدار نشرم قبل از انتخاب قطر لوله باعث می‌شود نشرم به دمای بیشتری نیاز داشته باشد. قطر کمتر از ۲۲ میلیمتر باید تا دمای اشتعال نشرم داغ بشوند. لوله شیشه ای که در تصویر بالا می‌بینید اندازه خوبی دارد اما لوله کرومی‌کمی‌کوچک است.

اگر قطر لوله بزرگ باشد، باید منبع تغذیه بزرگی برای گرم کردن هیتر در اختیار داشته باشید. بزرگ ترین لوله ای که می‌شود با منبع تغذیه ۳۰۰ واتی داغ کرد، لوله ۴۰ میلیمتری است.

اندازه پیشنهادی ما برای لوله Rijke 30 میلیمتر است. البته این اندازه به منبع تغذیه و عوامل دیگر هم بستگی دارد.

طول لوله

طول لوله با توجه به ضخامت آن مشخص می‌شود. نسبت طول به لوله بین ۱۰:۱ تا ۱۸:۱ است. اگر از نسبت ۱۴:۱ استفاده کنید، به کمترین میزان جریان برای داغ کردن هیتر نیاز خواهید داشت.
همانطور که قبلاً گفتیم این لوله تشدید کننده نیمه موج است. بنابراین اگر می‌خواهید نت خاصی ایجاد کنید، باید لوله را به اندازه نصف طول موج آن نت ببرید. چون به لوله گرما اضافه می‌کنیم، سرعت صدا و فرکانس تولید شده با تغییر دما کمی‌تغییر می‌کند.

گام دوم: وسایل مورد نیاز برای ساخت هیتر

بعد از انتخاب لوله باید سراغ هیتر بروید. هیتر از سه قطعه ساخته می‌شود که در ادامه آنها را معرفی می‌کنیم:

سیم هیتر: می‌توانید از سیم مقاومت نشرمی‌استفاده کنید اما امکان جدا کردن سیم از هیتر سشوار، تستر و فن هیتر بدون استفاده هم وجود دارد. می‌توانید از سیم قلعی هم استفاده کنید. ضخامت سیم با توجه به طول سیمی‌که می‌توانید در هیتر قرار بدهید، انتخاب می‌شود. به این ترتیب مطمئن می‌شوید که منبع تغذیه می‌تواند جریان مورد نظر را تامین کند. مقاومت زیاد سیم شما را به ولتاژ مورد نیاز را محدود می‌کند اما اگر سیم را درست انتخاب کنید، می‌توانید از هر نوع منبع تغذیه ای با هر ولتاژی استفاده کنید.

عایق برای محافظت از سیم هیتر: ما از ورق میکا که در جواهرسازی کاربرد دارد، استفاده کردیم اما ورق‌های میکایی که در سشوار، تستر و فن هیتر وجود دارد هم کارتان را راه می‌اندازد.

سیم منبع تغذیه: ما از سیم آهنربایی استفاده کردیم چون روکش آن تقریباً در برابر گرما مقاوم است. این نوع سیم را می‌توانید در موتور یا ترانسفورماتور هم پیدا کنید.

برای راه اندازی هیتر به یک منبع تغذیه قوی نیاز دارید. برای کوچک ترین لوله‌ها باید از منبع تغذیه ۸۰ واتی استفاده کردیم. اگر لوله ۳۰ میلیمتری استفاده می‌کنید، منبع تغذیه باید ۱۰۰ تا ۱۲۵ واتی باشد. بهتر است از منبع تغذیه با جریان محدود استفاده کنید تا مدار کوتاه نشود (بخصوص اگر از میله فی برای ساخت دستگاه استفاده می‌کنید).

گام سوم: ورق میکا را ببرید

ورق‌های میکا در لوله Rijke کارکردهای زیر را دارند:

ثابت نگه داشتن فیلامنت در یک نقطه
جلوگیری از تماس دورهای سیم با یکدیگر
جلوگیری از تماس دورهای سیم با دیواره
هدایت جریان هوا به بالای لوله
مقاومت در برابر گرمای داخل لوله
ایزوله کردن فیلامنت به صورت الکتریکی

ورق‌های میکا را باید طوری ببرید و بهم وصل کنید که یک سیم پیچ سفت بالای آن شکل بگیرد و یک سیم پیچ عریض تر بیرون آن ایجاد بشود. جای شیارها را طوری تنظیم کنید که دورهای سیم با هم تماس نداشته باشند و آنقدر عمیق باشند که مانع تماس سیم‌ها با دیواره لوله بشوند. در هر دو طرف هم یک سوراخ برای رد کردن سیم آهنربایی ایجاد کنید. بعداً با کشیدن این سیم‌ها، هیتر را سرجایش قرار می‌دهد.

در تصاویر بالا می‌توانید جای شیارها را ببینید. این ورق‌ها با دستگاه برش لیزری برش خورده اند اما شما می‌توانید از قیچی یا کاتر برای بریدن آنها استفاده کنید. برای دریل کردن سوراخ‌ها از دریل استفاده کنید یا مته را با دست روی ورق بچرخانید تا سوراخ بشود.

گام چهارم: فیلامنت هیتر را بپیچید

برای اینکه به قدرت گرمایی مورد نظر برسید باید نشرم کافی داخل فیلامنت قرار بدهید. به این منظور ابتدا باید با نشرم یک کویل متراکم بسازید و سپس این کویل را به صورت مارپیچ دور میکا بپیچید. اگر از نشرم کارکرده استفاده می‌کنید، احتمالاً قبلاً سیم پیچ شده است و شما فقط باید آن را دور ورق‌های میکا قرار بدهید.

برای پیچیدن سیم دور ورق‌های میکا می‌توانید از سیخ چوبی یا مته استفاده کنید تا کارتان ساده تر بشود. بعد از پیچیدن سیم هم می‌توانید این قطعات را جدا کنید.

برای افزایش تراکم فیلامنت، یک کویل دور یک مته ۱٫۲ میلیمتری بپیچید و از آن به عنوان هسته داخلی استفاده کنید. یک کویل هم دور مته ۳ میلیمتری بپیچید و از آن به عنوان هسته خارجی استفاده کنید.

بعد از اینکه ساخت کویل را تمام کردید، باید آن را بکشید تا فیلامنت باز شود. از وسط و جایی که کویل کوچک به کویل بزرگ وصل می‌شود، شروع کنید و کویل کوچک را با کشیدن داخل شیارهای عمیق دور ورق‌های میکا بپیچید. قبل از اینکه سراغ کویل بعدی بروید، سیم‌های کویل را به انتهای شیارها برسانید. گاهی اوقات لازم است سیم‌ها را کمی‌به بالا و پایین تکان بدهید تا سیم پیچ شکل مارپیچش را حفظ کند.

وقتی به انتهای میکا رسیدید، کویل را بکشید تا صاف بشود و فیلامنت را طوری ببرید که ۲۰ میلیمتر آن آزاد بماند. قسمت آزاد سیم را از سوراخ رد کنید و آن را قلاب کنید تا داخل سوراخ بماند. مارپیچ داخلی را بررسی کنید تا مطمئن شوید هیچ قسمتی از آن دفرمه یا کوتاه نباشد.

حالا باید پیچیدن کویل بزرگ تر در شیارهای کم عمق را شروع کنید. حالت فنری کویل و کم عمق بودن شیارها پیچیدن این کویل را ساده تر می‌کند. حواستان باید بیش از حد به میکا فشار نیاورید چون خیلی راحت می‌شکند. بعد از پیچاندن این کویل، آن را صاف کنید، سرش را ببرید و داخل سوراخ چفت کنید. در نهایت هم آن را بررسی کنید و مطمئن شوید ایرادی ندارد.

گام پنجم: سیم‌های تغذیه را اضافه کنید

برای رساندن جریان برق به هیتر از سیم آهنربایی روکش شده استفاده می‌کنیم. لاک روکش را دو سر سیم را با هویه بخراشید تا اتصال الکتریکی برقرار بشود.

وصل کردن سیم‌ها به نشرم کمی‌سخت است. لحیم کاری نشرم نیاز به مقدار زیادی شار و کمی‌شانس دارد. ساده ترین راه باری اتصال، وصل کردن کمی‌قلع در سر سیم و پیچاندن آن به نشرم است. مطمئن شوید اندازه محل تماس سیم با نشرم به قدری است که اتصال الکتریکی لازم ایجاد شود.

بعد از اتصال سیم‌ها، هیتر را در یک چهارم انتهایی لوله قرار بدهید و سیم‌های آهنربایی را درست جایی که به سر لوله می‌رسند، خم کنید. به این ترتیب هیتر بعد از قرار گرفتن داخل لوله، جابجا نمی‌شود.

گام ششم: یکبار قطعات را چک کنید

سیم‌ها را از لوله رد کنید و بکشید تا هیتر داخل لوله قرار بگیرد. حالا باید مشکلات فیلامنت را حل کنید. با چشم دنبال قسمت‌هایی که اتصال کوتاه یا قطع شده بگردید و مطمئن شوید هیچ قسمتی از آن بیرون نزده و با لوله تماس ندارد.

وقتی بررسی‌هایتان تمام شد، جریان محدود را به سیم‌ها اعمال کنید. به تدریج جریان را افزایش بدهید تا فیلامت قرمز بشود. قسمت‌های سرد که نشان دهنده مشکل در فیلامنت هستند را پیدا کنید. جریانی که بتواند تمام قسمت‌های فیلامنت را به یک اندازه داغ کند و هیچ نقطه سردی باقی نگذارد، جریان مطلوب برای لوله Rijke شماست.

سعی کنید فیلامنت را برای مدت طولانی داغ نکنید چون به مرور زمان اکسیده و شکننده می‌شود. هرگاه احساس کردید بخاطر اثر دودکش کارایی لوله Rijke کمتر شده، جریان برق را قطع کنید و اجازه بدهید لوله کمی‌خنک بشود.

یکبار دیگر جای هیتر داخل لوله را چک کنید و مطمئن شوید سرجایش ثابت می‌ماند.

لوله Rijke آماده است

لوله Rijke آماده است و می‌توانید آن را تست کنید. لوله را جایی بگذارید که گرمای بدنه آن خطری ایجاد نکند. جریان برق را وصل کنید و صبر کنید هیتر داغ بشود. حالا باید صدای دستگاه را بشنوید. اگر صدایی تولید نشد، جریان و ولتاژ را چک کنید و مطمئن شوید هیتر درست کار می‌کند.