Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 125 dotazů obsahujících »fyzikální«
20) Podstata magnetického pole
03. 10. 2007
Dotaz: Dobrý den, na škole nás učili, že dnešní věda ještě stále neví jaká je vlastně
podstata magnetického pole (co to je). Z čeho vlastně vzniká a jakou má hmotnou
podstatu. Ví se o jeho vlastnostech hodně a i jednotek je hodně ale jádro věci
není objasněno. A já se tedy ptám jestli od roku 1992 někdo už zjistil hmotnou
podstatu magnetického pole. Děkuji (Richard)
Odpověď: Dobrý den,
na některé otázky musím čestně odpovědět, že nevím. Speciálně se to týká otázek typu, jaká je podstata skoro čehokoli, a velmi často otázek, proč se něco v přírodě děje tak a tak. Nevím jaká je podstata magnetického pole, lásky, života ... Když zůstanu u toho jednoduchého magnetického pole, pak coby standardně vzdělaný fyzik vím, jak probíhají některé specifické děje v přírodě, kterým se dá dát nálepka dějů magnetických, některé umím kvantitativně popsat a předpovídat jejich průběh. Mí kolegové, kteří jsou experti v magnetismu, toho umějí více. Asi všichni ale odlišujeme "zodpověditelné otázky" (resp. "povinně" zodpověditelné v duchu fyzikální profesionality) od otázek těžko zodpověditelných.
Samozřejmě se nabízí několik vyhýbavých odpovědí, např. že podstatou magnetického pole jsou fotony (a hned máte hmotnou podstatu). Z mého pohledu je to výmluva, fotony jsou podstatné z mikroskopického pohledu na magnetické (obecně elektromagnetické) pole v rámci kvantované teorie elektromagnetického pole, ale těžko říci, že jsou podstatou. Jiná vyhýbavá odpověď by mohla znít, že podstata magnetického pole je zakleta v Maxwellových rovnicích. Místo toho bych ale raději střízlivě a pokorně řekl, že Maxwellovy rovnice magnetické pole skvěle popisují. Mohu uvažovat o tom, zda by příroda mohla vypadat tak, jak vypadá, kdyby elektromagnetické zákonitosti vypadaly jinak, mohu vymýšlet alternativy, ale za podstatné považuji to, jak je to v přírodě.
Když jsem naznačil, že na některé otázky neumím odpovědět, nechtěl jsem tím říci, že takové otázky jsou nepřípustné, špatné, pitomé či falešné.
Dotaz: Dobrý den, chtěla bych se zeptat na informace o výrobě umělých krystalů.
Děkuji (Karla D.)
Odpověď: Za zrodem technik výroby umělých krystalů stojí zřejmě šperkařství a jeho
snaha o levnější (ale stejně krásné) alternativy přírodních drahých kamenů.
Již v roce 1891 byl ve Francii A. Verneuilem vyroben první umělý korund
(rubín). Potřebné chemikálie (v případě rubínů a safírů jde o oxid hlinitý s
příslušnou barvicí přísadou) v podobě prášku se smísí a roztaví. Kapky směsi
pak dopadají na krystalizační "zárodek" - tedy malý krystalek původního
drahého kamene - a krystalují v tenoučkých vrstvách za vzniku rostoucího
krystalu. Po dosažení dostatečné velikosti se kámen dále zpracovává (štěpí,
brousí... ) Takto se připravují syntetické rubíny, safíry, spinely a
poněkud odlišným způsobem - nikoli z taveniny, ale z par metanu redukovaného
chemickou reakcí na uhlík - i diamanty. Podstatným prvkem procesu je volba
vhodného podkladu, jehož prostorovým uspořádáním je růst umělého krystalu
řízen. Je zřejmé, že přirozeně nejvhodnějším podkladem je vzorek příslušného
přírodního drahokamu.
Protože dodáním vhodných chemikálií je možné připravit kámen libovolné
barvy, používá se postup nejen k výrobě syntetických verzí zmíněných kamenů,
ale také k výrobě napodobenin nejrůznějších jiných drahokamů, které se samy
uměle připravují nesnadno.
Problémem některých takto připravených kamenů je jednak velké vnitřní pnutí
jako důsledek rychlého růstu (kámen nelze zpracovat vcelku, ale musí se
nejprve rozštěpit, aby později nedošlo k jeho popraskání; případně je možné
vyrábět kameny jen do určité velikosti) a dále "přírůstkové pásky" vzniklé z
jednotlivých vrstviček a jiné strukturní vlastnosti, které dovolují odlišit
syntetický kámen od přírodního drahokamu. Odborníci v této oblasti ovšem
stále zdokonalují technologické postupy, které by vedly k produkci kamenů
nerozeznatelných od jejich přírodních protějšků. Například odlišení
nejmodernějších syntetických diamantů od přírodních vyžaduje velmi nákladné
a složité zkoumání fyzikálních vlastností krystalů, které se vyplatí pouze u
nejvzácnějších kamenů určených pro šperkařský trh - pro technologické
využití, kam většina uměle připravených kamenů směřuje (rubíny pro lasery,
diamantové elektrody v polarografii - chemické analýze, atd.), je informace
o "přírodnosti" nepodstatná.
Část informací jsem čerpala z knihy Ruperta Hochleitnera: Drahokamy a
šperkové kameny. Nakladatelství Slovart, s.r.o., Praha 1995.
Dotaz: Dobrý den, chci se zeptat, je bílá barva skutečně považována za barvu? Vím, že
ji vidíme, přichází-li do oka světlo všech barev, ale je tedy barvou? A černou
barvu vidíme, neodráží-li do oka žádné světlo, znamená to, že není barvou?
Děkuji (Roman)
Odpověď: Barva je "psychofyziologický vjem zprostředkovaný zrakovým orgánem, kterým lze rozlišit dvě bezstrukturní části zorného pole stejného tvaru a rozměru". Mluvíme-li tedy o barvě, mluvíme o vjemu a bílá barva je tedy barvou stejně tak, jako černá, červená nebo třeba hnědá.
Potřebujeme-li popsat světlo, záření z fyzikálního hlediska, mluvíme o barvě zpravidla jen tehdy, je-li barva (jakožto vjem) spojena s úzkým frekvenčním spektrem - tedy například žlutá barva bývá připisována světlu o vlnových délkách okolo 589 nm (ve vakuu). Je-li světlo tvořeno větším množstvím složek různých frekvencí (což je právě případ bílého světla), mluvíme o jeho spektru a pojem barva používáme jen pro tímto světlem způsobený vjem.
Dotaz: Dobrý den, zajímalo by mě, na jakém fyzikálním principu vlastně fungují kreditní
(platební) karty a také jaký je rozdíl mezi magnetickou a čipovou kartou. Děkuji
a přeji hezký den. (Martina)
Odpověď: Magnetické platební karty obsahují na své zadní straně magnetický pásek, na němž je nahrána informace o dané kartě (např. její identifikační číslo). Fyzikálně jde prakticky o týž princip, jako je použit pro uchovávání záznamu na magnetofonových kazetách či videokazetách, s tím rozdílem, že zde se uchovává méně dat, stačí tedy kousek pásku a ten je nalepen na plastovou kartičku. Záznam je proveden magnetizací silným magnetickým polem, čtení pak detekcí magnetického pole jednotlivých malých oblastí tohoto pásku.
Čipové karty uchovávají informace nikoli na magnetickém pásku, ale uloženy v mikročipu zalisovaném kdesi uvnitř karty. Komunikovat s tímto čipem lze prakticky dvojím způsobem. Jednou z možností je, že na kartě jsou vyvedeny kovové plošky vstupů, výstupů a napájení čipu (jak to lze vidět například na SIM kartě z mobilního telefonu). Prakticky se tedy přes tyto plošky na kartě přímo elektricky propojí čip s terminálem, který s ním komunikuje. Druhou možností je přenos dat z karty do terminálu (a případně zase zpět) pomocí elektromagnecikého vlnění. Terminál i čip na kartě v tom případě obsahují vysílač/přijímač elektromagnetických vln a komunikují spolu podobně jako když se dva kamarádi baví pomocí vysílaček. Jelikož však čip v kartě není v tomto případě připojen ke zdroji elektrické energie, obsahuje navíc karta indukční smyčku, pomocí níž získává energii z elektromagnetického vlnění vysílaného terminálem.
Pro úplnost bych měl ještě zmínit tzv. embosované (reliéfní) platební karty - jde o karty, které nejsou úplně ploché a některé informace jsou do nich vytlačeny (číslo karty, jméno majitele, ...). Obchodník tak nemusí číst magnetický pásek ani komunikovat s čipem, stačí, když si udělá otisk karty pomocí tzv. imprinteru - zařízení, kterému se lidově přezdívá "žehlička". Jde o technologicky zastaralý způsob platby, který se však stále ještě zejména v zahraničí používá.
Dotaz: Dobrý den Můj dotaz je ohledně mrznutí vody. Je pravda, že voda o vyšší teplotě
(např.: 8°C) zmrzne rychleji, než voda o teplotě menší (např.: 5°C)? (Petr Rudolf)
Odpověď: Doporučuji, abyste si to sám vyzkoušel. Budeme rádi, když nám pak podáte zprávy o svém experimentování, ať už to dopadne jakkoliv.
Zmíněný jev je v odborné literatuře znám pod názvem Mpemba effect (Mpembův jev) podle spoluautora článku, díky kterému bylo toto téma v minulém století "znovuobjeveno".
Mrznutím vody jsem se zabýval ve své
diplomové práci, z níž zkráceně ocituji závěr:
Teplejší voda skutečně může za stejných výchozích podmínek (až na rozdílné počáteční teploty) zmrznout v celém svém objemu dříve než voda původně studenější. Není to však pravidlem a zdá se to být spíše méně obvyklé. Velká popularita Mpembova jevu (otázka „Která voda zmrzne nejdřív – studená, nebo teplá?” zazněla dokonce v pořadu Nikdo není dokonalý) při jeho ve skutečnosti poměrně nesnadném pozorování (jednak proto, že často vůbec nenastane, jednak proto, že pokud nastane, nemusí být příliš výrazný) spočívá patrně v jeho zdánlivém rozporu s fyzikálními principy. Při bližším pohledu se však tento paradox dá objasnit způsoby přístupnými i středoškolským studentům.
Nejvýrazněji se Mpembův jev projeví v prostředí pokrytém ledem a sněhem (venku na mrazu nebo v poněkud zanedbané mrazničce). Nádoba s horkou vodou se může do takového podkladu protavit, a získat tak výrazně lepší tepelný kontakt s okolím. V praxi pak může rozdíl časů od počátku chlazení až do úplného ztuhnutí pro horkou a pro studenou vodu činit desítky procent.
Původně teplejší voda může zmrznout dříve než voda původně studenější také v případě, kdy se dostatečná část původního objemu díky vyšší teplotě odpaří. Tuhnutí pak probíhá v menším množství vody. Pečlivá hospodyně by si tedy mohla za jistých okolností všimnout, že rychleji získá kostky ledu v případě, kdy vodu před umístěním do mrazicího boxu ohřeje v rychlovarné konvici nebo mikrovlnné troubě. Doporučit jí takový postup ale můžeme jen sotva, protože je skoro určitě výhodnější dát do nádoby vodu studenou a rovnou snížit její množství o to, co by se bývalo vypařilo z horké vody.
Další okolností, která nesporně Mpembův jev podporuje, je přechlazení vody (to je jev, kdy voda zůstává při běžném tlaku v kapalné fázi i při teplotách pod nulou) – to ale pouze v případě, že se původně teplejší voda přechladí méně (tj. na vyšší teplotu) než voda původně studenější (jde o nutnou podmínku). Mpembův jev nastane tím spíše, čím více se teplota přechlazení původně teplejší vody blíží teplotě tuhnutí, případně čím více se teplota přechlazení původně studenější vody blíží teplotě v mrazničce. Přechlazování vody je ovšem do značné míry jev náhodný, takže spoléhat se na něj v jednotlivých pokusech nemůžeme.
Výše uvedené závěry jsem teoreticky i experimentálně ověřil. V citované práci si můžete přečíst o dalších okolnostech, které by mohly mrznutí vody ovlivňovat, najdete tam také odkazy na související články.
