Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 125 dotazů obsahujících »fyzikální«
80) Elektrolýza v citrónu
27. 03. 2003
Dotaz: Mám dvě otázky. První se týká elektrolýzy, která probíhá v rozříznutém
citrónu za pomoci Cu a Zn elektrody (pokus ZŠ). Zajímalo by mě, jaké
reakce probíhají uvnitř citrónu.
Dál bych ráda věděla něco bližšího o působení rezistorů v el. obvodu.
Pokud předpokládám, že el.proud je proud elektronů, jakým způsobem rezistor
proud zmenší? Domnívám se, že nějakým (mě neznámým) způsobem "pohlcuje"
volné elektrony. Mohli byste napsat něco bližšího? (M.Vaněčková)
Odpověď: 1. Funkce galvanického článku je založena na přechodu iontů kovu elektrod do
elektrolytu. V daném případě se vytvářejí zřejmě soli kyseliny citrónové,
případně další i složitější organické soli. Článek by pracoval i s vodním
roztokem NaCl, jak to předváděl Alessandro Volta v roce 1800. Sestavil řadu
kovů podle rostoucího kontaktního potenciálu a podle této rady lze vybrat
materiály pro galvanické články. Napětí naprázdno by mělo tedy záviset jen
na materiálu elektrod, kontaktní potenciál je obrazem elektronové struktury
atomu. Kvalita článku, tedy jeho vnitřní odpor a tím i svorkové napětí při
odběru proudu, závisí pak na elektrolytu. Jak lze článek krátkodobě zatížit,
jak je odolný proti samovybíjení je zase další technologický problém. Dnešní
články jsou výsledkem intenzívních snah fyzikálních chemiků a mají stále
menší rozměry a dávájí stále větší výkony. Hodně v této oblasti, myslím,
pracuje Ústav fyzikální chemie a elektrochemie J. Heyrovského AV ČR.
2. Proud ve vodiči je výsledkem vzájemného působení mezi elektrony a zejména
mezi elektrony a atomy materiálu. Ohmův zákon ve svém prostém tvaru skrývá v
sobě složité mechanismy těchto interakcí. Elektrony jako částice s
elektrickým nábojem by se v elektrickém poli měly pohybovat se stále
rostoucí rychostí, tedy rovnoměrně zrychleně. Skutečnost, že proud se za
velmi krátký čas (řádově 10-14 s) ustálí na stacionární (časově
neproměnné) hodnotě, je důsledek právě těchto interakcí. V kovech v
pokojových teplotách převládá rozptyl elektronů na atomech (nebo iontech)
kmitajících kolem rovnovážných poloh. Čím větší je teplota, tím více atomy
kmitají a tím je odpor kovů větší. V nízkých teplotách se uplatní rozptyl
elektronů na nepravidelnostech mřížky (různé atomy ve slitinách), poruchách
mřížky (vakance, dislokace, hranice zrn) a je proto teplotně nezávislý.
Odpor kovů tedy v nízkých teplotách neklesne k nule ale k nějaké teplotně
nezávislé hodnotě. Výjimku tvoří supravodiče, v nichž proud vedou spárované
elektrony - kuperony, které efektivně s mřížkou neinteragují a odpor tedy
klesne na čistou nulu. V polovodičích závisí odpor především na množství
nositelů náboje - elektronů nebo děr, které mají dostatečnou tepelnou
energii k překonání energetické bariéry zakázaného pásu energií. Odpor
polovodičů s rostoucí teplotou klesá.
Elektrony tedy v rezistoru ztrácejí energii, kterou předávají mřížce atomu,
která se tím zahřívá. Říká se tomu Jouleův jev a Jouleovo teplo. Takhle topí
přímotopy a hřeje i žárovka, kromě svícení, což je jiná forma přemeny
energie elektronů. Elektrické náboje se nemohou nikde ztrácet, platí zákon
zachování náboje.
Dotaz: Hlavou mi vrtá následující myšlenkový pokus:
Mám elektricky nabitou částici, která se řítí prostorem - jde o rovnoměrný
přímočarý pohyb - a která tedy kolem sebe generuje magnetické pole.
Mám druhou částici, která si to šine kousek od té první, jakoby ruku v ruce,
stejným směrem a rychlostí. Protože je taky nabitá, nachází se v magnetickém
poli té první částice a pohybyje se - je to jasné, bude na ni působit
magnetická síla (samozřejmě na tu první taky, jenom opačná). Ale ouha:
Volím souřadný systém na jedné z částic - jde o rovnoměrný přímočarý pohyb,
takže mohu - a najednou tu sice jsou dvě nabité částice, ale pohyb nikde,
takže ani magnetizmus nikde. Spor! Někde jsem udělal chybu, o tom není pochyb,
ale kde? (Jakub Herout)
Odpověď: Milý kolego,
to je dobře, že Vám tyhle otázky vrtají hlavou. A určitě vrtaly i
generacím před Vámi, protože otázka, jak se změní popis fyzikálního
systému, když si přesednu z jedné soustavy do druhé, je velmi přirozená a
velmi stará. Ve Vašem speciálním případě nahlíženo ze soustavy, ve které
se částice pohybují, vidíte proudy a magnetické síly (ale taky byste měl
uvážit elektrostatické síly, když máte náboje), ze soustavy, ve které jsou
částice klidné, vidíte jen elektrostatickou sílu. Mohl byste taky do
svých myšlenkových pokusů přidat další náboje, abyste například dostal
neutrální drát s proudem. Vhodným nástrojem pro popis těchto jevů je
tenzor elektromagnetického pole, který v sobě zahrnuje intenzity
magnetického i elektrického pole a definovaným způsobem se transformuje
při přechodu mezi soustavami (při relativistických transformacích). Chce
si to konkrétně vyzkoušet, podrobněji je to napsáno v téměř jakékoli knize
o teorii elmag. pole, jedna z nich je i na webu:
http://www.plasma.uu.se/CED/Book/.
Dotaz: Chtěl bych se zeptat, jak probíhá vzlet a přistání dopravního letadla z
fyzikálního hlediska? (Tomáš Kohout)
Odpověď: Standardní letadlo je zkonstruované tak, že při letu dostatečnou rychlostí
jeho křídla při vhodném úhlu mezi tětivou křídla a nabíhajícím vzduchem
vyvozují dostatečný vztlak pro to, aby se letadlo udrželo ve vzduchu.
Větší vztlak má "křivější" křídlo s větší plochou více vztyčené proti
nabíhajícímu vzduchu. Proto se letadlo rozjíždí s vysunutými vztlakovými
klapkami (zvětší plochu i zakřivení křídla), při dostatečné rychlosti
pilot zvedne nos letadla, čímž mají křídla větší úhel náběhu a celé
letadlo se vznese. Poté, co rychlost stoupne, je možné klapky zasunout a
podélným sklonem letadla a tahem motoru regulovat rychlost letu a
stoupání. Vydejte se na letiště a pozorujte, pak si doma nainstalujte
letový simulátor a cvičte to sám. Přistání probíhá obráceně - uberete
plyn, klesáte, vytáhnete klapky a podvozek, nad dráhou zastavíte
klesání tak, že zvětšíte úhel náběhu a s vytrácející se rychlosti
dosednete. Opět to chce cvičení.
Dotaz: Rád bych se dozvěděl o tom, jak funguje na fyzikální úrovní chip a jak
funguje celý počítač. (Josef Pugner)
Odpověď: Milý kolego,
cesta je zřejmá, ale dlouhá: nejdřív je potřeba pochopit, jak fungují
jednotlivé polovodičové součástky, posléze jak z polovodičových součástek
sestavit logické obvody, jak to realizovat na jedné placičce křemíku, co
všechno potřebuje mít v sobě počítač a jak to všechno realizovat. Celé
lidstvo se to učilo dost dlouho, takže jistě nepředpokládáte, že Vám to v
pár větách vysvětlíme. Nejpřímovatější cesta je asi přihlásit se ke studiu
na nějaký vhodný obor na FEL ČVUT, po absolvování studia budete vědět víc,
ale zdaleka ne všechno... Zkuste se pro začátek podívat například na
adresu
http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/ .
Dotaz: Chtěl jsem se zeptat na Lambert-Beerův zákon. Ten zní A = log Io/I = kcd,
kde c je udáváno jako extikční koeficient a právě tento koeficient mě zajímá.
Zajímalo by mě, zda má nějakou jednotku a jestli absorbance (A) má také
nějakou jednotku a konkrétně kterou. Toto znění zákona mi totiž nepřipadá
správné s ohledem na jednotky! (Petr Stohwasser)
Odpověď: Převezmu-li Vaše označení, tj. A = log Io/I = kcd, pak
A je absorbance, bezrozměrová veličina, tedy rozměr 1; jednotkou je v tomto
případě bel B (či častěji decibel dB), protože jde o dekadické logaritmy,
jinak by to byl pro přirozené logaritmy neper, Np.
k je molární koncentrace látky v roztoku, tedy jednotkou je mol.m-3,
c je molární absorbivita (extinkční koeficient), jednotkou je m2.mol-1
d je délka - dráha, kterou světlo projde v roztoku, jednotkou je m.
Musíte ovšem dát pozor: podle svého původu se dříve užívaly různé jiné
jednotky, související s tím, že bylo např. zvykem měřit objem na litry L,
optickou dráhu na cm apod., tedy typu
[k]=mol/L,
[c]= L.mol-1.cm-1,
[d]=cm,
čímž příslušné udávané číselné hodnoty se lišily od hodnot v SI vynásobením
mocninami deseti.
Pokud zákonem míníme nikoli definice veličin, ale fyzikální obsah, tedy to,
že "c" je vlastností látky (asi jako u Ohmova zákona nikoli to, že R=U/I,
ale že R je vlastnost příslušného objektu), má Lambertův - Beerův zákon
samozřejmě také jen omezenou platnost. Pro příliš vysoké koncentrace nebude
již možno užít téhož c jako pro nízké; tedy c=c(k), asi jako pro extrémně
silné proudy je R=R(I).
Stručně řečeno, zákon vystihuje jednak to, že molární absorbivita nezávisí
na koncentraci (při "běžných mírných" koncentracích), a že jistý daný
vzorek tlumí procházející světlo nikoli O KOUSEK, ale NA JISTÝ DÍL (na
polovinu, na dvě třetiny apod. toho, co je na vstupu).
