giovedì, ottobre 30, 2008

Differenti deformazioni

Per mettere meglio in evidenza le differenze nelle deformazioni prodotte dl raffreddamento uniforme rispetto a quello non uniforme, ecco gli stessi filmati, ma questa volta le deformazioni sono amplificate 100000 volte (dieci volte di più degli articoli precedenti). In questi filmati uno spostamento di 0.1 m (letto sulle scale sulla cornice) corrisponde a 1 micro m.

Ecco l'effetto di un grande ventilatore che raffredda in maniera omogenea. Notare come la forma sia regolare (appare parabolica nel filmato) e che quindi non introduce aberrazioni.

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Ecco invece l'effetto di un ventilatore piccolo. Notare come la forma sia sostanzialmente conica e come rimanga una deformata anche alla fine del ciclo di raffreddamento (che è ancora lontano dall'essere completo).

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Che succede con un ventilatore piccolo?

Se il ventilatore è piccolo, raffredda in maniera non uniforme. Nella simulazione che segue lo scambio termico superficiale è elevato solo nella parte centrale della faccia inferiore. Lo specchio assume una deformazione conica perché solo la parte centrale si contrae. Complessivamente il calore asportato è di meno (l'area interessata dalla convezione forzata è minore). Anche la deformazione in assoluto è minore, ma la forma non corrisponde a una sfera, che può essere compensata spostando il fuoco, ma a un cono, che praticamente è tutto aberrazione sferica di vari ordini.
Un'altra osservazione da fare è che il raffreddamento ottenuto è complessivamente meno efficace. Dopo un'ora lo specchio ha una corona anulare che è ancora circa 4° C più calda dell'ambiente (tenuto conto che si partiva da 10°C il risultato è modesto). Inoltre, il fatto che ci sia questa corono più calda e più spessa, significa anche è come se ci fosse un errore zonale (una corona rialzata).

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mercoledì, ottobre 29, 2008

Come si deforma lo specchio?

Nel filmato precedente si vede che il raffreddamento dello specchio avviene in maniera non simmetrica. La faccia inferiore diventa subito fredda. Non è difficile intuire che questa faccia si restringe e che, di conseguenza, lo specchio si incurva.
Nel filmato che segue le deformazioni sono amplificate 10000 volte. Le scale laterali sono in metri. Ad un certo punto, nelle prime fasi, si vede che lo specchio si incurva di circa 0.1 metri (abbassamento del bordo rispetto al centro). Diviso 10000 (che è quanto sono amplificate le deformazioni nel filmato) significa che la superficie si incurva di 10 micrometri, circa, che sono 20 lambda superficiali e 40 lambda sul fronte d'onda. Per fortuna la curvatura è regolare e molto simile a una parabola. Questo significa che gran parte della deformazione corrisponde solo a un cambiamento del raggio di curvatura dello specchio, che in pratica significa che si sposta un pochino il fuoco. Solo le differenze di deformazione rispetto alla superficie parabolica appaiono come aberrazione sferica (di vario ordine) all'oculare. In questo esempio, essendo il raffreddamento sulla faccia inferiore uniforme, le differenze dalla deformata parabolica sono piccole e l'effetto è "solo" un cambiamento di posizione del fuoco.
Nel prossimo articolo vedremo che, però, se il raffreddamento non è uniforme la deformazione non è più una semplice parabola e le aberrazioni compaiono in misura consistente.


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martedì, ottobre 28, 2008

Come si raffredda uno specchio?

Questa simulazione, fatta con COMSOL, mostra uno specchio di 400 mm di diametro e 50 di spessore, durante il raffreddamento. La superficie superiore dello specchio ha un coefficiente di scambio termico superficiale pari a 10 W/m^2 °C, che rappresenta la convezione naturale. La superficie inferiore e la superficie laterale sono impostate a 100 W/m^2 °C, che rappresenta una convezione forzata molto sostenuta. In pratica lo specchio è raffreddato da un potente ventilatore che soffia sulla faccia posteriore e sui lati.
In alto si vede il tempo in secondi. All'inizio lo specchio è 10°C più caldo dell'aria. Dopo 30 minuti il ventilatore viene spento e la convezione diventa naturale anche sulla faccia sotto.
E' interessante osservare come la faccia superiore, quelle a più importante perché responsabile della formazione dello strato limite convettivo che disturba la visione, sia l'ultima a raffreddarsi. Ovviamente, se il ventilatore agisse sulla faccia superiore il vantaggio sarebbe evidente. Notare che dopo un'ora lo specchio ha il cuore che è ancora circa due gradi più caldo dell'aria.

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