Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
1272) Absolutní nula
10. 10. 2002
Dotaz: Proč není možné dosáhnout teploty absolutní nuly?
Je stanovena hodnota maximální kladné teploty? (Petr)
Odpověď: Uvažte
predevším, JAK dosahujeme nízkých teplot - tedy jak se
dostaneme na nižší teplotu, než je zatím k dispozici.
Popíšu to na jedné z možností; ostatní možnosti, jak
nahlédnete, se liší treba vnitrním mechanismem, ale ta
záludnost je presne stejná. Tedy: Plyn mužu ochladit napr.
tak, že ho dám do válce (s pístem), jehož povrch mužu
strídave zakrýt molitanem (zabránit prenosu tepla mezi
válcem a jeho okolím) nebo odhalit (a válec i s plynem získá
teplotu okolí). Dám válec do nejstudenejšího prostredí
(teplotu oznacme treba T4) které mám, odhalím ho, a
pokracuji tímto cyklem: 1) Odhalím válec (získá teplotu T4
svého okolí) 2) Zakryju válec (teplota se nemení) 3)
Stlacím plyn ve válci (teplo se nevymenuje, teplota vzroste
na nejakou hodnotu T5). 4) Odhalím válec (plyn vydá teplo do
okolí, teplota plynu se pritom vyrovná s okolím na hodnotu T4
) 5) Nechám plyn rozepnout. (teplo se nevymenuje, teplota
plynu klesne na hodnotu T3 menší než T4). Tím jsem získal
neco, co je chladnejší (T3) než zatím nejnižší
dosažená teplota (T4). Tím si vychladím nejaký ten
"zásobník chladu" na teplotu T3.
Dále se hra opakuje jen místo teplot T3 < T4 < T5 budu
mít T2 < T3 < T4. A takhle pujdu dolu po posloupnosti
T4, T3, T2, T1, T0, T-1, .... Porád budu s teplotou klesat, ale
ukáže se, že to nebude neomezene, nýbrž že se budu
blížit nejaké limitní hodnote, asi tak jako posloupnost 1
1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 ... porád klesá, ale ne do mínus
nekonecna. Proc to je? "Úcinnost" mé metody se
totiž stále snižuje v tom smyslu, že i v tom nejlepším
ideálním prípade nemám stálý ROZDÍL teplot, ale POMER
teplot (vyjádrený v absolutní teplote). Proto klesám, ale
jen v rámci kladných hodnot absolutní teploty; ani na nulu se
stálým pomerem hodnot nedostanu nikdy, natož pod ní. Druhý
zákon termodynamiky mi vymezuje úcinnost vratných stroju,
stanoví, že úcinnost tepelného motoru je rovna výrazu
(QT-QS)/QT pro teplo QS vymenené se studenejší lázní a QT
s teplejší. Z toho pak plyne možnost "ocíslovat
teploty" tak, že teplota T je úmerná predanému teplu
Q. Protože chladnicka je "tepelný motor pracující
pozpátku", je videt, že i její úcinnost dána stejným
vzorcem, urcujícím POMER a nikoli ROZDÍL.
Tohle je tedy idea celého vysvetlení. Samozrejme, prakticky
toto ztroskotá dríve, protože každý plyn nekdy zkapalní a
už to nepujde tak jako dosud. Mužu si vymyslet jiný vratný
dej, treba magnetizaci a demagnitizaci, pri nemž se látka
jednou zahreje, podruhé ochladí. Ale i tam to dopadne stejne
- vždy pujde o neco jako POMER, nikoli ROZDÍL. No, a jedna z
formulací 3. zákona termodynamiky ríká práve to, že
VŠECHNY "chladicí" deje mají tento charakter, a že
existuje ona "absolutní nula", pod kterou se tedy
nejde dostat. Tolik z termodynamiky.
Z hlediska statistické fyziky, tedy mikrosveta, je to
jasnejší. Každý predmet, at je to plyn ve válci nebo
jediný atom vodíku, má své povolené energiové stavy. Jeden
z nich je ten nejnižší, a tomu odpovídá (makroskopicky)
teplota absolutní nuly. Pak je jasné, že "víc než pod
nejnižší hodnotu" to ochladit nejde.
Hodnota maximální kladné teploty stanovena není. Ovšem,
zahríváním (dodáváním energie cestou tepla) dejme tomu
caje v myšleném pevném objemu ("ve válci") caj
nejprve zmení chut, voda se postupne vyparí na vodní
páru, tanin a aromatické látky se rozloží na jednodušší
(stovky stupnu), dále se zacne voda trhat na H a OH (pár
tisíc stupnu), posléze na ionty, bude zárit, pri stovkách
milionu stupnu se zažehne termonukleární syntéza (fúze)
... a to už je jiste neco úplne jiného než "hodne
zahrátý caj". V principu (máte-li energii na
zahrívání a dobrou izolaci - pri milionu stupnu se energie
zárení bude rovnat energii zahráté "hmoty" a dál
ješte poroste úmerne ctvrté mocnine teploty) mužete
jít až k teplotám, které byly kolem Velkého tresku. Dál
asi nemá smyslu jít, protože by bylo moc odvážné verit,
že se za takových podmínem chová hmota podle stejných
zákonu, jaké známe a jaké platí, dejme tomu, do nejakých
tech miliard stupnu.
Dotaz: Při obědě u nás vypukl spor o protony. Je vodíkové jádro to samé jako proton?
Ve škole nás učili, že kyselina odštěpuje vodíkový proton H+, otec tvrdí, že
to je proton jako proton, tedy každý volný proton je zároveň vodíkové
jádro.Já tvrdím, že to je rozdíl. (Šárka Nováková)
Odpověď: Proton je jako proton a jako vodíkové jádro, navíc jsou všechny stejné a dva vedle sebe se od sebe nepoznaj.
Dotaz: Jak vzniklo slovo magnet?
A něco o hodinách-máme mít referát!!! (Karolina Potocká)
Odpověď: Milá Karolíno, slovo magnet je odvozeno z názvu mesta
Magnézia (ležícího ve strední Asii), kde byl poprvé
objeven magnetid (látka pritahující železné predmety).
Nejstarší zmínka o využití zemského magnetismu je patrne z
roku 2637 pr.n.l., kdy pri pronásledování neprítele užil
magnetku cínský císar Huang-Ti. První systematické pokusy
s magnety a zmagnetovaným železem provádel kolem roku 1600
renesancní ucenec William Gilbert z Colchesteru .
Na následujících stránkách si mužete precíst
"neco" o hodinách, doufám, že tam najdete vhodné
informace pro váš referát: http://www.quido.cz/objevy/hodiny.htm. Na webu najdete ale spoustu dalších
clánku, stací do vyhledávace napsat heslo hodiny a vybrat
si.
Dotaz: 1.Zajímalo by mě, jestli existuje vzorec na výpočet odporu vzduchu (o kolik
vzduch v metrech za sekundu předmět zbrzdí) letícího tělesa, když znám jeho
váhu, tvar, rychlost a dráhu letu. Také by mě zajímalo, jestli to jde
spočítat i když předmět rotuje a to jak po podélné ose tak i po příčné s tím,
že znám rychlost rotace kolem vlastní osy. 2.Také bych rád věděl, jaký je
vzorec na výpočet balistické křivky a jestli mi k jeho výpočtu stačí váha a
rychlost tělesa. (Vašek)
Odpověď: Pro běžné rychlosti je možné pro odporovou sílu brát
Newtonův zákon odporu 0,5. C.S.r.v2. C je
odporový součinitel daný tvarem a orientací rychlosti vůči
tekutině. Např. pro dutou polokouli oblou částí vpřed cca
0,4, pro dutou částí dopředu 1,4. r je hustota tekutiny,
v rychlost, S příčný průřez.
Vzorcem pro výpočet balistické křivky Vám neposloužím, ale
můžete tu křivku přibližně spočítat pomocí obyčejné
kalkulačky, např. pro kulatý brok o poloměru 1 mm,
vystřelený ze vzduchovky šikmo vzhůru pod úhlem 30°
rychlostí 200 m/s: počáteční dopředná vodorovná
rychlost je 200. cos (30), počáteční svislá
rychlost vzhůru je 200. sin (30), první setinu sekundy se
na gravitaci a odpor vzduchu vykašleme. Pro druhou setinu to už
bude težší. Za 0,01 sekundy gravitace rychlost ve svislém
směru sundá o 10 m/s. 0,01 s a odpor vzduchu o (1/hmotnost
broku).( 0,5.0,37.p . 0,0012).1,2.2002).0,01.sin(30)
a ve vodorovném směru se rychlost zmenší obdobně, jen místo
sinu tam bude cosinus. Tak budeme mít nové složky rychlosti,
jejich výslednice (Pythagorovou větou) dá novou výslednou
rychlost, nový směr taky lze snadno spočítat např. tangentou
a celý kolotoč znova upakujeme. Po každé setine ovšem
spočítáme i novou polohu, pro setinu sekundy lze pohyb
považovat za rovnoměrný a polohu počítat vynásobením
rychlostí tou setinou a přidat k předcházející poloze. S
kalkulačkou by to byla dřina, ale umíte-li programovat alespoň
v basiku nebo pracovat s Excelem, tak to poběží samo.
Dotaz: Jaký je vzorec pro výpočet ustálené rychlosti padajícího tělesa volným pádem? (Iva Hyťhová)
Odpověď: Tíhová
síla mínus vztlak = brzdící síla (Stokesova nebo Newtonova)
mg - V r g = 6
p e r v ( e je
dynamická viskozita tekutiny, r polomer kulicky, když padá
koule, v ustalená rychlost. Když padá teleso jiného tvaru,
tak je místo r konstanta, která závisí i na orientaci telesa
pri letu. V r g je vztlaková síla. Tento vztah je
použitelný pri malých rychlostech s laminárním
obtékáním. Pro bežné rychlosti je možné pro odporovou
sílu brát Newtonuv zákon odporu 0,5. C.S.r.v2.
C je opet odporový soucinitel daný tvarem a orientací
rychlosti vuci tekutine. Napr. pro dutou polokouli oblou
cástí vpred cca 0,4 pro dutou cástí dopredu 1,4. ro je
hustota tekutiny, v ustalená rychlost mg - V r g =
0,5. C.S .r.v2
