Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 6 dotazů obsahujících »fázového«
1) Rozpustnost sacharózy ve vodě
19. 11. 2007
Dotaz: Dobry den, chtela jsem Vas poprosit, zda byste mi nepomohli ujasnit proces
rozpustnosti sacharozy ve vode pri vyrobe cukrovarnistvi? Ci rozbor koncentrace
sacharozy ve vode? Shanim uz nekolik dni o tom nejake blizsi informace, ale
nasla jsem zatim jen zminky ci odstavecky v knihach. (Lenka Zuzanikova)
Odpověď: Následující anglicky psaný text se zabývá vlastnostmi roztoků, jako druhý v
pořadí je zkoumán systém sacharóza-voda ("sugar water solutions") včetně
fázového diagramu (nejpřehlednějšího, na který jsem narazila), který
zahrnuje také oblast záporných teplot a bod mrznutí směsi, což Vás asi
nezajímá. Komentář ke křivce rozpustnosti (v rozmezí 0 °C - 100 °C roste
rozpustnost od 60 do 80 hmotnostních procent roztoku) a k procesu
rozpouštění je uveden v odstavečku nad fázovým diagramem:
Dotaz: Dobrý den přeji. Mám dotaz: Při jaké teplotě začne vařit voda pod tlakem
28Atm.Při stoupajícím tlaku je tato teplota úměrná? Děkuji za odpověď. Ryska
Pavel (Pavel Ryska)
Odpověď:
Při tlaku 28 atm (tedy přibližně 2,8 MPa) vře voda při teplotě asi 227 °C. Závislost teploty varu na tlaku přímo úměrná není.
Obšírnější odpověď
K hlubšímu pochopení doporučuji nejprve se seznámit s pojmem sytá pára (před časem jsme o tom psali něco i v odpovědně).
Kapalina (tedy i voda) začne vřít tehdy, když tlak sytých par této kapaliny (v případě vody jde o syté vodní páry) dosáhne okolního tlaku. Ve fázovém diagramu je závislost tlaku sytých par na teplotě znázorněna tzv. křivkou sytých par, tedy takovými tlaky a teplotami, při kterých je kapalina v dynamické rovnováze se svými parami.
Na svislé ose je tlak v pascalech v logaritmické škále. Logaritmická škála je použita proto, aby v grafu bylo možno dobře znázornit obrovský rozsah tlaků od 0 Pa do 1012 Pa). Na vodorovné ose je teplota v kelvinech. Vapor označuje oblast, tlaků a teplot, při kterých je H2O v plynné fázi, liquid označuje kapalnou fázi, solid pevnou fázi (led), přičemž římské číslice označují různé krystalové modifikace ledu (my se pochopitelně v běžných podmínkách setkáváme pouze s hexagonální krystalovou modifikací Ih, ostatní tlaky a teploty jsou značně neběžné). Tlusté čáry označují rovnovážné tlaky a teploty mezi jednotlivými fázemi. Lze tak například snadno odečíst, že při tlaku 105 Pa (1 atm) je rovnovážná teplota mezi kapalinou a plynem (vodní párou) asi 380 K, tedy 100 °C. Jinými slovy při atmosférickém tlaku voda vře při teplotě 100 °C.
Posuneme-li se na křivce poněkud doleva, můžeme odečíst, že např. při tlaku 103,5 Pa vře voda při asi 290 K, což je asi 20 °C. Ještě více vlevo narazíme na tzv. trojný bod, ve kterém se stýkají křivka vypařování, křivka tání a křivka sublimace - při tomto tlaku a teplotě (a jen při nich) může existovat rovnováha mezi všemi třemi skupenstvími.
Posuneme-li se na křivce vypařování naopak doprava, můžeme z grafu odečíst třeba teplotu varu při oněch 28 atm. 28 atm je přibližně 2,8 MPa, což je asi 106,4 Pa. Tomu v grafu odpovídá hodnota přibližně 500 K, tedy 227 °C. Ještě více vpravo, při teplotě 647 K (374 °C) a tlaku asi 22 MPa (přibližně 107,3 Pa), je červeným puntíkem označen tzv. kritický bod, ve kterém je hustota plynu tak velká, že se vyrovná hustotě kapaliny - fázové rozhraní mezi kapalinou a plynnou látkou mizí. Jinými slovy: při vyšších teplotách a tlacích už nemá smysl rozlišovat mezi kapalinou a plynem, mluvíme pouze o tekutině. A proto při vyšších tlacích žádný var pozorovat nelze.
Shrnutí
Při tlaku 28 atm (tedy přibližně 2,8 MPa) vře voda při teplotě asi 227 °C. Závislost teploty varu na tlaku lze vyčíst z fázového diagramu, nejedná se o přímou úměrnost. Dokonce při tzv. kritickém tlaku (asi 22 MPa) tato křivka končí - při tlacích vyšších než je kritický tlak k varu vůbec nedochází.
Poznámka na závěr pro hloubavé
Z grafu se zdá, že s rostoucím tlakem roste rychlost zvyšování teploty varu (pro znalce: druhá derivace funkce p(t) je záporná). Jedná se ale jen o optický klam způsobený logaritmickou stupnicí. Ve skutečnosti se s rovnoměrným zvyšováním tlaku rychlost růstu teploty varu zpomaluje.
Odkaz pro hravé
Na http://www.partyman.se/calculator.html je kalkulátor, který s využitím Clausiovy-Clapeyronovy rovnice počítá ze zadaného tlaku teplotu varu, případně k dané teplotě varu dopočítává příslušný tlak. Pozor na to, že tento kalkulátor vypočítává i fiktivní hodnoty v oblasti nadkritických teplot a tlaků a také dovoluje vkládat teploty pod absolutní nulou (menší než -273 °C). Ani jedno neodpovídá realitě.
Dotaz: Mám výkonný spotřebič s velkým trafem, který někdy při zapnutí vyrazí 25A
jistič. Jak zpomalit proudový náraz při sycení trafa? Jedná se o jednofázové
zařízení. (Jan Havelka)
Odpověď: Tento problém jsme řešili (a úspěšně vyřešili) v našem fyzikálním
praktiku v případě "velkého" jednofázového i trojfázového transformátoru
2500VA. Týká se to například i školních autotransformátorů. Spotřebič je
připojován k síti přes rezistor(y) v sérii (cca 10 ohm / 20 Watt), který
je po době asi jedné sekundy (stačí i kratší) přemostěn kontakty
stykače. Sepnutí stykače po jedné sekundě zajišťuje standardní komerční
časové relátko vzhledem a velikostí podobné běžnému jističi.
Tepelná setrvačnost (tepelná kapacita) uvedených rezistorů je
dostatečná, aby se po tu dobu 1s co nimi teče proud (při napětí sítě
230V je to prinicipiálně nejvýše cca 23A (špička) tepelně nezničily.
Lze použít i tzv. kompenzační stykače, které mají příslušné rezistory a
kontakty už rovnou vestavěny (osobně nevyzkoušeno).
V případě zájmu o profesionální řešení (včetně příslušných prohlášení o
shodě... např do školy) dodám spojení na odbornou firmu.
Dotaz: Dojde-li k ponoření např. el. vysoušeče, rádia aj. do vody ve vaně, stává se
koupající se jedinec obětí takového počínání, nebo se mu z principu nestane
vůbec nic? Pokud jsou oba póly ve vodě a blízko sebe (tj. celý spotřebič je
ponořen), má elektrický proud důvod protékat ve vodě jinou cestou, než jen
blízkým okolím kontaktů - i v případě že vana je uzemněna? (Standa)
Odpověď: Pokud nebudete mou odpověď experimentálně ověřovat, pak se odvažuji s
Vámi souhlasit, pokud si celou akci představujete tak, že zapnutý
vysoušeč ponoříte do vody a potom do té vody strčíte ruku, nebo do té
vany vlezete. Často citovaná nebezpečí fénování ve vaně
spočívají v takovém postupu, že sedíce ve vaně držíte vysoušeč v
mokré ruce. Potom ovšem můžete tvořit paralelní větev elektrického
obvodu s 230 V a elektrický proud má chuť samozřejmě cestovat více
i schůdnější cestou vaším tělem, než vedením vysoušeče.
Po několika diskusích s kolegy se shodujeme na tom, že výsledek takové situace je velmi těžko předvídatelný. Pokud bude vše v pořádku, poteče si proud ve vodě někde uvnitř spotřebiče tak, jak naznačujete. Stačí ale například nalomený vodič ve šňůře a všechno bude jinak. Tedy není ani bezpečné si hrát se spotřebičem připojeným k síti ve vaně, ani hození podobného spotřebiče nezaručuje rychlou smrt koupajícího se.
(M. Rojko, J. Dolejší)
Upřesnění: U elektrického proudového pole je možno stejně jako u pole statického použít princip superpozice. Přeci se tak na laborkách demonstruje tvar pole nábojů s pomocí elektrolytické vany. Ve vodě blízko u spirály potečou příčné proudy, to je pravda, ale zároveň k tomu se spirála bude navenek vůči vaně chovat tak, jako by byla celá na přibližně stejném napětí, jako je průměrná hodnota mezi krajními vodiči. (Díky úbytkům na spirále to bude trochu méně, ale ne o moc.) A to v našem případě rozhodně není nula, ale skoro polovina napětí fázového. (Předpokládám, že je spirála rovnoměrně navinutá a se stejnou vazbou jejich částí na okolí, ale to je obvykle splněno. Aby bylo průměrné napětí spirály vůči vodě nulové, musela by být místo na středního vodič připojena na stejně velkou fázi posunutou o 180°) Spirála se tedy stane směrem do vany zdrojem proudu, který může dosáhnout řádově ampéry a tudíž bude velmi nebezpečný. (Ještě dvakrát horší situace - ale to už je mimo rámec úlohy - by nastala v případě spotřebiče druhé třídy a s jednopólovým vypínačem, pokud je vypnut ve středním vodiči. To lze, protože zástrčka bez ochrnného vodiče není orientovaná. Pak dostanem na spirálu celou fázi. Slušní výrobci dnes dávají dvojpólový vypínač.)
Upřesnění odpovědi nám zaslal pan Jiří Zbytovský. Děkujeme!
Dotaz: Není mi zcela jasné, proč se v distribučních trafech (3x400V) uzel vinutí
(nulák) musí spojit ze zemí (zakopaná Cu deska). Nebylo by bezpečnější, kdyby
zem byla galvanicky oddělena od výstupu trafa? Předešlo by se úrazu proudem
dotykem fázového vodiče. Nevím, zda je to z ekonomických důvodů nebo ochrana
před bleskem... Nebylo by bezpečnější pro každou domácnost oddělovací trafo, kde
by se žádná svorka sekundáru neuzemnila? (Jirka)
Odpověď: S tím „jednopólovým dotykem“ fázového vodiče (označme L1) by to byla pravda pouze do té doby, než by na jiném místě síte došlo (např. v důsledku poruchy) ke spojení některého z ostatních fázových vodičů (L2, L3) resp. středního vodiče (N) se zemí. Pak by se na tomto vodiči (L1) objevilo napětí vůči zemi až 400V resp. 230V. Tato porucha by navíc mohla přežívat při izolovaném uzlu vinutí velmi dlouho, protože nevznikne žádný zkratový proud (neuzavře se obvod), který by přerušil pojistku a tím odpojil vodič s poruchou od zdroje.
(Někdy je to však žádoucí - např. v průmyslových sítích (IT), kde je potřeba nepřetržitý chod, i když dojde k poruše izolace na jedné fázi - není to však případ distribučních sítí.)
Spojení uzlu vinutí transformátoru se zemí principielně umožňuje činnost ochrany zemněním (sítě TT) resp. nulováním (sítě TN-S, TN-C) (dnes souhrnně ochrana samočinným odpojením od zdroje) neživých částí elektrických zařízení (např. kovová skříň ledničky, pračky, kostra žehličky...) před nebezpečným dotykovým napětím vůči zemi. Činnost této ochrany znázorňuje přiložený obrázek a následující text: V důsledku poruchy došlo ke spojení fázového vodiče s kostrou přístroje. Díky jejímu spojení přes ochranný vodič (PE) s uzlem vinutí transformátoru dojde okamžitě k přepálení pojistky a tím i k odpojení poškozeného přístroje od sítě. Spojení uzlu vinutí transformátoru (resp. také ochranného vodiče PE v rozvadeči) se zemí zajistí, že na vodivé kostře přístroje nevznikne větší dotykové napětí vůči zemi než je úbytek napětí na ochranném vodiči (PE) při zkratovém proudu. Velikost tohoto dotykového napětí a dobu odpojení spotřebiče pojistkou stanovují normy.
Co se týče toho transformátoru pro domácnost - platí totéž co bylo napsáno pro „velkou síť“. Oddělovací transformátor (1:1) se však používá např. při opravách el. přístrojů, kde by byla větší pravděpodobnost dotyku fázového vodiče. V tomto případě je však na sekundární vinutí transformátoru připojen pouze jeden přístroj.
Další a související informace (např. ochrana pomocí proudových a napěťových chráničů) je možno najít např. v knize Václav Honys: Nová příručka pro zkoušky elektrotechniků 1997-8
(nebo v některém jejím aktualizovaném vydání) nebo na serveru www.elektrika.cz.
