Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
804) Torzní tyč
23. 02. 2004
Dotaz: Potřeboval bych vysvětlit, co je to torzní tyč a
jaké je její praktické využití. Děkuji. (Marek Bukáček)
Odpověď: Torzní tyč je zpravidla kovová tyč, pružná na zkrut. Používá se např.
jako pérování u některých vozidel. Princip pérování pomocí torzní
tyče byste si mohl představit zjednodušeně jako vodorovně položené
L upevněné na dlouhém konci (to je torzní tyč) s kolmo napíchnutým
kolem na druhé kratší nožce.
Kolo pak může kmitat, jako by bylo na péru.
Dotaz: Chtěla bych se zeptat, proč vydrží zmrzlina v termosce studená a čaj teplý? (petra)
Odpověď: Termoska je nádoba s dvojitými skleněnými stěnami, mezi kterými je
vyčerpán vzduch a stěny jsou zevnitř stříbrně pokoveny. Teplo se tedy
přes stěny špatně šíří, tepelnému záření brání kovový povlak, který
ho odráží, vedení a proudění je potlačeno tím, že mezi stěnami je
skoro vakuum. Teplo z čaje proto nemůže snadno unikat ven do
chladnějšího prostředí a obráceně teplo z venku se špatně dostává
dovnitř ke studenější zmrzlině.
Dotaz: 1. Chtěl bych se zeptat jestli je plamen formou plazmatu (jestli se zde vyskytují ionty), jestli je to otázka teploty nebo elektromagnetického pole.
2. Četl jsem něco o iontovém motoru, kde se ionty urychlují elektromagnetickým polem a zajímalo by mne, jestli to samé lze udělat i se spalinami chemického motoru - zvýšení rychlosti výtokových plynů a výkonnosti pohonu rakety. Rychlost iontů je asi 10x vyšší než u chemického paliva, ale nemá takovou akceleraci a nelze použít v atmosféře, a já nevím proč. (Petr Zimmermann)
Odpověď: 1. Ionty se, např. vlivem kosmického záření, běžně vyskytují
i ve vzduchu za pokojové teploty.
Pouhý výskyt iontů tedy není dobrým kritériem pro to, aby bylo
rozumné nějaké prostředí nazvat plazmatem.
Plamen sice obsahuje velké množství iontů (1014 - 1018
v krychlovém metru), ale formou plazmatu bych jej též,
z důvodů, jež se pokusím níže vysvětlit, nenazval.
Plazma je obyčejně definováno jako navenek neutrální
plyn obsahující velké množství kladně i záporně nabitých částic,
které se vzájemně ovlivňují elektromagnetickými silami.
Přesněji řečeno, lze definovat tři podmínky pro plazma:
A. Rozměr plazmatu musí být mnohem větší, než je Debyeova
délka, neboli vzdálenost, na které nabité částice elektrostaticky
odstíní náboje do plazmatu vložené. Tato vzdálenost je přímo úměrná
tepelné rychlosti částic a nepřímo úměrná odmocnině z jejich hustoty.
B. Hustota nabitých částic musí být taková, aby v krychli o hraně
rovné Debyeově délce byl statisticky významný počet částic, to jest
mnohem více, než jednotky.
C. Pokud plyn obsahuje i neutrální částice, srážky mezi nimi a
nabitými částicemi musí být méně časté než je perioda oscilací
působených vzájemným působením elektromagnetických sil mezi nabitými
částicemi. V opačném případě by se totiž nabité částice vzájemně
neovlivňovaly elektromagnetickými silami, ale pohybovaly pod vlivem srážek s
neutrálním plynem. Za onu periodu oscilací zde lze uvažovat periodu
elektrostatických plazmových kmitů, jež je nepřímo úměrná
odmocnině z hustoty nabitých částic. Na hustotě nabitých a neutrálních
částic a na jejich tepelných rychlostech též závisí frekvence
jejich vzájemných srážek.
Pro odpověď na otázku, je-li plamen formou plazmatu je tedy důležitá
nejen teplota ale i hustota nabitých a neutrálních částic.
O teplotě plamene přirozeně hořících materiálů mají dobrý přehled hasiči.
Následující tabulka je převzata z [1].
rašelina, mazut: 1 000 °C
dřevo, hnědé uhlí, ropa, petrolej, motorová nafta: 1 100 °C
černé uhlí, kaučuk a jeho výrobky, benzín: 1 200 °C
antracit, síra: 1 300 °C
hořlavé plyny: 1 300 - 1 500 °C
hořčík, elektron: 2 000 °C
Jak uvádí pplk. Mráz [2], hořící plastová ramínka z tvrzeného
polystyrenu mají teplotu plamene až 2210 °C.
Co se týče uměle pěstovaného plamene, běžné propan-butanové hořáky
dosahují teploty plamene 800-1600 °C. Zemní plyn spalovaný na vzduchu
dosahuje teploty asi 2000 °C a v čistém kyslíku
asi 2700 °C. Acetyléno-kyslíkový hořák vyvine teplotu 2700-3200 °C a
tryska hlavního motoru raketoplánu, napájená kapalným kyslíkem
a kapalným vodíkem dosáhne teploty plamene asi 3300 °C [3].
Převážná většina nabitých částic vzniká při chemických
reakcích spojených s hořením, nikoli tedy přímou tepelnou ionizací.
Hustota a druh vzniklých nabitých částic tak velmi závisí na druhu paliva.
Při hoření dochází ke vzniku kladných iontů (například CHO+, CH3+, C2H3O+,
H3O+),
záporných iontů (např. O2-) a elektronů, ale občas též
až mikrometrových grafitových částic s kladnými náboji řádu 1000 elementárních
nábojů [4,5]). Hustota vniklých nabitých částic je, podle druhu paliva,
mezi 1014 m-3 (klasická tuhá paliva [5]) a 1018 m-3 (maximum pro
plynná paliva v hořácích a tryskách [4,6]). To ale může být stále ještě
zanedbatelná hodnota v porovnání s hustotou neutrálních částic,
jež je za pokojové teploty a atmosférického tlaku asi 3*1025 m-3.
Z takto shromážděných údajů lze již ověřit, platí-li
výše uvedené podmínky A-C pro to, abychom plamen mohli označit jako plazma.
Zde zjistíme, že podmínkám A a B plamen většinou vyhoví (Debyeova délka je
v řádech od 10-6 do 10-4 m), avšak podmínce C nikoli.
Frekvence plazmových kmitů je zde mezi 100 MHz a 10 GHz, což je
výrazně méně, než je frekvence srážek mezi elektrony a neutrálními
částicemi, jež je v řádech tisíců GHz. Pohyb nabitých částic v plameni je
tedy natolik ovlivňován srážkami s
neutrálním plynem, že jejich vzájemné elektromagnetické
působení je zanedbatelné, a plamen v tomto smyslu nelze nazvat
plazmatem.
Doporučená literatura:
F.F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha 1984. Použitá literatura:
[1] Ing. Bohdan PTÁČEK, Základy požární taktiky: Parametry požáru,
MV ŘEDITELSTVÍ HASIČSKÉHO ZÁCHRANNÉHO SBORU ČR
ODBORNÁ PŘÍPRAVA JEDNOTEK PO^ÎÁRNÍ OCHRANY, Konspekt 1-1-04
(http://onsov.borec.cz/hasici/1_1_04.html)
[2] pplk. Milan MRÁZ, V Otovicích hasiči bojovali s velkým množstvím hoříciho
plastu,
150 HOŘÍ číslo 9/2001
(
http://www.mvcr.cz/casopisy/150hori/2001/zari/mraz.html )
[3]
http://www.space.com/businesstechnology/technology/new_shuttle_engine_010426.htm
l
[4] A. Sorokin, Emission of ions and charged soot particles by aircraft
engines,
Atmos. Chem. Phys. 3, 325-334, 2003.
[5] D. J. Latham, Space charge generated by wind tunnel fires,
Atmospheric Research 51, 267-278, 1999.
[6] R. M. Clements and P. R. Smy, Anomalous currents to a spherical
electrostatic probe
in a flame plasma, Brit. J. Appl. Phys. (J. Phys. D) Ser. 2, Vol. 2, 1731-1737,
1969.
2. Druhá část otázky je spíše technického rázu, odpovím jen stručně:
Iontový motor může pracovat po dlouhou dobu, ale na druhou stranu
pracuje s velmi malým tahem. Lze jej použít pro
drobné korekce drah již vypuštěných družic, pro korekce orientace, a
přichází doba jeho použití pro postupné urychlování těles. To povede
k výrazným korekcím drah, avšak pouze při dlouhodobém chodu motoru
umístěném na klasicky vypuštěných tělesech.
Z běžného velmi malého poměru koncentrací iontů a neutrálních částic
v plameni (viz výše) vyplývá, že klasický pohon raket je
založen spíše na proudu neutrálních částic a dodatečné urychlování
iontů by se v této situaci patrně nijak neprojevilo.
807) Konstantní rychlost světla a současnost událostí
02. 02. 2004
Dotaz: V učebnicích teorie relativity se často uvádí jako myšlenkový pokus dokazující
dilataci času příklad, ve kterém se v jedoucím vlaku na malý okamžik rozsvítí
baterka a paprsek vyslaný kolmo nahoru se odrazí od zrcátka zpět. Pro
pozorovatele jedoucího ve vlaku paprsek vykoná cestu nahoru a dolů, avšak z
pohledu pozorovatele stojícího mimo vlak paprsek vykoná pohyb šikmo nahoru a
šikmo dolů. Ale totéž je možno udělat například s míčem při rychlosti třeba 60
km/h, ale o tak velké dilataci času, která by tak vyšla nejde hovořit. Čím je tedy světlo tak ''univerzální''? Protože kdyby mělo nekonečnou rychlost, byla by
současnost absolutní. Také mě zarazilo tvrzení o relativnosti současnosti. Uvádí
se příklad dvou od sebe vzdálených pozorovatelů. Jeden pozorovatel tomu druhému
zamává, avšak druhý pozorovatel spatří toto zamávání o chvíli později. Podle mě
se musí brát v úvahu, jak myslíme pojem ''současnost'', jestli jako to co vidíme
nebo jako to, co se stalo. (Petr Choulík)
Odpověď: Klíčový rozdíl mezi míčem a světlem ve vašem příkladu je to, že světlo létá
STEJNOU rychlostí v každé soustavě (to je ověřeno experimentálně a je základ
speciální teorie relativity), zatímco míč ne. Na téma současnost: Uvažujte, co
vidíte, změříte atd. z hlediska různých soustav. Tj. podstatné výroky znějí:
"Pro pozorovatele v dané soustavě jsou/nejsou tyto dvě události současné
(vidí/nevidí je jako současné)" Komplikace se současností nevznikají jen v
případě současných soumístných událostí, to je vidět stejně z libovolné
soustavy.
Dotaz: Zajímalo by mě, jaký je odběr vzduchu v l/s z trubky o vnitřním průměru 25,4 mm
při tlaku 6 bar. v potrubí. Nebo jak lze spočítat výstupní rychlost proudění
vzduchu při určitém tlaku a průřezu, abych si mohl spotřebu vypočítat.Děkuji
(ZSILAY Pavel)
Odpověď: Myslím si, že množství vzduchu proudící z trubky bude dramaticky záviset na
detailech vyústění, také tlak v trubce poté, co ji otevřete, asi poklesne a bude
záviset na způsobu připojení atd. Proto spíše navrhuji ono množství, o které vám
jde, změřit. Například tak, že změříte dobu, za jakou naplníte větší plastový
pytel (jeho nafukování neklade vzduchu podstatný odpor), který pak zformujete do
podoby válce, abyste snadno zjistil objem (například postavíte zavázaný pytel na
zem, přiklopíte nějakou deskou a máte válec s krásně rovnými podstavami).
