argonساختار شیشه دوجداره تشکیل شده است از دولایه شیشه که در دوطرف یک فریم فلزی (اسپیسر) قرار گرفته اند . فضای بین دوشیشه هوا یا گازی است که به طور کامل محبوس شده است وهیچ ارتباطی با فضای خارج ندارد.( بر عکس تصور غلطی که بین دولایه شیشه خلاء می باشد.) طبیعی است که فشار هوا یا گاز داخل شیشه دوجداره ، بافرض ثابت بودن دما، دقیقا برابر است با فشار هوای محیطی که شیشه دوجداره در آنجا تولید شده است. حال اگر محل نصب شیشه دوجداره مکانی باشد که به علت اختلاف ارتفاع دارای فشار هوای متفاوتی باشد . مشکلاتی در ظاهر واستحکام نهایی محصول بوجود می آیدکه درذیل به علت ، نتایج و روش مقابله با این مشکلات پرداخته می شود .

فشار جو:
فشار جو نیرویی است که در هر نقطه بر حسب وزن ستونی از هوا که در بالای آن نقطه وجود دارد، بر سطح وارد می‌شود. این فشار در سطح آبها و دریاهای آزاد در حدود ۱ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است. با افزایش ارتفاع از سطح زمین، به دلیل کاسته شدن ارتفاع ستون هوای قرار گرفته در بالای سطح، فشار جو کاهش می‌یابد.
این فشار با فشارسنج(بارو متر جیوه ای) سنجیده می‌شود و واحد آن میلی‌بار است. فشار هوای گرم در ظرف در بسته بیشتر است زیرا با افزایش دما جنبش مولکولی افزایش یافته و برخوردها با دیواره ظرف بیشتر میشود. (توجه کنید که این حالت در ظرفی در بسته و در حجم ثابت است) اما فشار هوا وقتی دما بیشتر شود کاهش می یابد. زیرا با افزایش دما تراکم مولکولی کم و تعداد ضربات کاهش می یابد.

جو زمین مخلوطی از گازهای متفاوت با نسبتهای مختلف (عمدتا نیتروژن واکسیژن )می باشد که گرداگرد زمین را فرا گرفته است . در حقیقت روی هر نقطه از زمین ستونی از هوا قرار گرفته است که وزن خود را به آن نقطه تحمیل می کند . در یک فضای آزاد نیروی وزن این ستون هوا را به فشار جو تعبیر می کنیم . طبیعی است که هر چه از سطح زمین بالاتر برویم از طول این ستون هوا کاسته می شود وطبیعتا وزن وفشار آن کاهش می یابد وبر عکس هر چه ارتفاع منطقه ای پائین تر باشد با استدلال مشابه می توان انتظار فشار بیشتر را داشت .
به عنوان یک شاخص پایه برای فشار جو ، سطح آزاد دریا در عرض جغرافیایی ۴۵ درجه به عنوان مبنا انتخاب شده است. در شرایط تعریف شده این مقدار فشار هوا تقریبا برابر با ۷۶۰ میلمتر جیوه یا ۱ اتمسفر ویا تقریبا ۱ بار می باشد.
برای دانستن مقدار بزرگی این فشار کافیست بدانیم این مقدار معادل قرار دادن یک وزنه یک کیلوگرمی روی یک سطح یک سانتیمتر مربعی یا قرار دادن یک وزنه ۱۰ تنی روی سطحی به اندازه یک متر مربع می باشد .
حال سوال این است که تحت چنین فشاری چگونه جسمی شکننده مانند شیشه خرد نمی شود.
فشار جو ساکن به علت سیال بودن هوا فشار هیدرواستاتیک است . به تعبیر ساده ترفشار جو فقط در جهت قائم و از بالا به پائین وارد نمی شود بلکه در تمامی جهات به اجسام نیرو وارد می کند وبرآیند این نیروها صفر است .

تعویض پنجره قدیمی (7)

اثر اختلافات ارتفاع بر کیفیت شیشه دوجداره

این بدان معنی است که نیرویی که به علت فشار جو به سطحی مانند شیشه وارد می شود از بالا وپائین مقدار برابر دارد واین دو نیرو اثر یکدیگر راخنثی می کنند.
بنابر این حتی جسمی مانند شیشه که انعطاف پذیری خمشی زیادی دارد ، در شرایط عادی کاملا تخت باقی می ماند.
بیشترین فشار هوا در کنار دریاهاى آزاد و کمترین فشار هوا در مرتفع‌ترین مناطق وجود دارد.
در فرآیند دوجداره کردن شیشه ها ، هوای محبوس داخل شیشه به طور طبیعی فشاری برابر فشار محیط تولید را دارد .به طور مثال فرض کنیم فشار مطلق محیط برابربا ۱ اتمسفر یا ۱ بار می باشد . در این صورت فشار هوای داخل شیشه دو جداره هم ۱ بار خواهد بود وچون شیشه به طور کامل آب بندی شده است با فرض ثابت بودن دما فشار هوای داخل برای همیشه ۱ بار باقی خواهد ماند . در شرایط تولید ومحل کارخانه این شیشه ایده آل است وسطح آن کاملا تخت وموازی خواهد بود. حال باید دید اگر این شیشه در محلی با اختلاف ارتفاع ۱۰۰۰ + متر نسبت به ارتفاع کارخانه محل تولید نصب شود ، چه مشکلاتی بوجود می آید.
همچنانکه پیشتر عنوان شد با افزایش ارتفاع ، فشار جو کاهش می یابد . محاسبات نشان می دهند که به ازاء هر ۱۰۰ متر اختلاف ارتفاع ، تقریبا ۲/۱ کیلو پاسکال یا تقریبا ۱۲۰ Kg .f / m² از فشار جو کاسته می شود.
به عبارت دیگر تصور یک وزنه ۱۰ تنی روی سطح یک متر مربعی در سطح دریا را باید با تصور یک وزنه ۹۸۸۰ کیلوگرمی در ارتفاع ۱۰۰ متری یا یک وزنه ۸۸۰۰ کیلوگرمی در ارتفاع ۱۰۰۰ متری عوض کنیم .
پس در ارتفاع ۱۰۰۰ متری وضعیت شیشه مفروض ما به شکل زیر خواهد بود .
زیرا همانگونه که توضیح دادیم فشار داخل شیشه برابر فشار جو محل تولید شیشه باقی خواهد ماند. چنین شیشه ای را شیشه دو جداره فشار مثبت می گویند. شیشه های فشار مثبت رو به خارج متورم می شوند وسطوح شیشه ای دیگر تخت نیستند و محدب می شوند . میزان نغییر شکل شیشه علاوه بر اختلاف فشار فضای داخل با فشار جو به ابعاد ، ضخامت وشکل هندسی شیشه نیز وابسته است .
هر چه ابعاد شیشه بزرگتر باشد این تغییر شکل بزرگتر می شود .
همچنین شیشه های نازکتر در شرایط مشابه در مقایسه با شیشه های ضخیم تر مستعد تغییر شکلهای بزرگتری هستند .

محدب شدن سطوح شیشه اثر مستقیم فشار بیشترگازمحبوس در درون شیشه دوجداره نسبت به فشار محیط میباشد.

اثرات محدب بودن شیشه های دو جداره

۱- چنین شیشه ای ظاهری نامطلوب وموجدار خواهد داشت .بخصوص از بیرون ساختمان ناظران، تصاویر فضای روبرو در شیشه ها را موجدار ،ناپیوسته ودر ابعاد غیر واقعی خواهند دید.
۲- لایه های چنین شیشه ای همیشه تحت تنش می باشند به همین دلیل مقاومت مکانیکی کمتری نسبت به یک شیشه تخت مشابه دارند وبر اثر اصابت ضربه یا تنش حرارتی نسبت به یک شیشه تخت مشابه زودتر خواهند شکست . حتی درصورتی که مقدار اختلاف فشار خیلی بزرگ شود امکان شکست شیشه بدون هیچ عامل خارجی دیگری مهیاست ودر موارد زیادی شکست شیشه ها فقط وفقط به علت انتقال به مناطق دیگر با اختلاف ارتفاع زیاد دیده شده است .
۳- در صورتی که مقدارتغییر شکل شیشه ها زیاد باشند امکان آسیب دیدن چسبهائی که برای اتصال شیشه ها به اسپیسر استفاده شده اند وجود دارد.

عکس قضیه نیز کاملا صحیح است . یعنی اگر فرض کنیم محل تولید شیشه دو جداره در ارتفاع ۱۰۰۰ متری باشد وفشار جو برابر ۸۸۰۰ Kg .f / m² باشد وشیشه در محلی همسطح دریا وبا فشار جو یک اتمسفر یا ۱۰۰۰۰ Kg .f / m² نصب شود. شیشه دوجداره شرایطی مانند شکل زیر را پیدا می کند که آنرا شیشه فشار منفی می نامیم .
شیشه های فشار منفی عینا”تمام مشکلات شیشه فشار مثبت را دارند با این تفاوت که شیشه ها مقعر می شوند. به هر صورت چنین شیشه ای ظاهری نازیبا وموجدار ، از نظر مکانیکی ضعیف وچسبندگی احتمالا ناکافی (بین شیشه واسپیسر ) خواهد داشت .

تعویض پنجره قدیمی (6)

راه حل برخورد با این پدیده فیزیکی چیست وچگونه باید از مشکلات آن پرهیز کرد ؟

دراغلب اوقات ساده ترین راه حل ها بهترین هستند وساده ترین راه حل برای این مشکل این است که اختلاف فشار داخل شیشه وفشار جو محل نصب حذف شود . بدین منظور باید هنگام تولید شیشه دوجداره تمهیداتی در نظر گرفته شود تا در محل نصب فشار داخلی شیشه دوجداره با فضای آزاد به تعادل برسد . بعد از اینکه شیشه ها مجددا کاملا تخت شدند مجددا فضای داخلی آب بندی شود. به این عمل تنظیم فشار یا Airbalance گفته میشود . راه حل ساده تر این است که جهت سفارشاتی که به مناطق ساحلی ارسال میشود با توجه به اینکه فشار زیاد میباشد، تزریق گاز بصورت کامل صورت پذیرد و در مناطق کوهستانی گاز کمتری تزریق گردد.
چرا گاز آرگون؟ نخست به این دلیل که بهبود‌ دهنده عایق صوتی و حرارتی است؛ دوم اینکه در شیشه‌های رنگی یا رفلکس گاز آرگون اجازه اثرگذاری اکسیژن بر کیفیت رفلکسی شیشه را نمی‌دهد (معمولاً ماده رفلکس روی شیشه در مجاورت اکسیژن واکنش نشان داده و پس از مدتی خاصیت خود را از دست می‌دهد). سرعت صوت در گازها نسبت به هوا کاهش پیدا میکند، به همین دلیل تزریق گاز آرگون علاوه بر اینکه عایق حرارتی میباشد ، عایق صوتی نیز می باشد.
گاز آرگون گازی است خنثی که با هیچ ماده ای ترکیب نمی شود به همین دلیل در بین دوجدار شیشه مانع از بروز واکنشهای شیمیایی خواهد شد.

This Post Has 4 Comments

  1. Ehsan

    آیا گاز آرگون در شیشه باقی می ماند؟

  2. شيوا

    جالب بود
    ممنون

  3. رضا قلینژاد

    سلام، وتشکر
    لطفا ،در شرایط ساخت ارتفاع ۱۰۰متر ، جهت نصب درارتفاع ۲۴۰۰سردسیری ، مقدار گازرا چه میزان کم کنیم.شهریور۹۴

    1. farad

      با سلام
      در شرایط ارتفاع ۲۴۰۰ متری از سطح دریا با توجه به اینکه فشار در آن منطقه کم می باشد؛ میزان تزریق گاز آرگون باید ۳۰ درصد در هر متر مربع باشد.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.