Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 365 dotazů obsahujících »jev«
30) Perpetuum mobile a supratekuté hélium
23. 03. 2009
Dotaz: Dobrý den, ve škole jsem se dozvěděl, že helium je poněkud zvláštní
plyn v různých ohledech - při nízkých teplotách má nulovou viskozitu a
prý se při škrcení neochlazuje, ale ohřívá a to mě přivedlo k
myšlence, že pokud bychom vyměnili chladící médium v lednici za helium,
pak by "topila" jak v kondenzátoru(teplo získané prací kompresoru), tak ve
výparníku(teplo ze škrcení) a tím by se pak dosáhla účinnost vyšší
jak 100% (o teplo, ze škrcení) -> samosebou, že to asi fungovat nebude a v
téhle teorii bude jistě někde háček, ale potřeboval bych to nějak
vyvrátit, abych nad tím přestal přemýšlet... (miroslav kabát)
Odpověď: Perpetua mobilea jsou vždy lákavá, příroda se jim však brání. Přesto to lidé
stále zkoušejí.
Helium je skutečně "látka kouzelníků", jak jej někdo nazval. Za nízkých
teplot se projeví jako kvantová kapalina a to zejména supratekutostí. Pod
teplotou 2,17 K ztratí viskozitu, pokud ji sledujete z tečení tenkými
kapilárami. Rychlost proudění nezávisí na rozdílu tlaku mezi oběma konci
kapiláry. Platí to jen do jisté rychlosti, pak se kapalina chová opět jako
vazká. Měříte-li viskozita ze silového momentu, kterým působí na rotující
těleso, naměříte nenulovou viskozitu. K výkladu tohoto jevu se užívá model
směsi normální a vazké kapaliny, jejíž podíl klesá s klesající teplotou.
Rotující helium pod teplotou 2,17 K vytváří meniskus jako normální kapalina
(což by jako kapalina bez tření = bez viskozity nemělo) a to díky vírům
normální kapaliny, které kapalinou pronikají. Supratekuté helium vytváří na
stěnách povrchový film, pomocí něhož teče i proti silám gravitace. Lze v něm
vyvolat fontánu, která stříká jen díky přitápění do baňky uzavřené zátkou,
kterou pronikne jen supratekutá složka.
Váš dotaz směřuje k Jouleovu - Thomsonovu jevu, který způsobuje změnu
teploty plynu při expanzi do vakua, tedy nekoná-li práce tlačením na nějaký
píst. Jde o práci molekul reálného plynu proti vnitřním silám, které působí
mezi molekulami. Jev je závislý na teplotě plynu. Aby při expanzi docházelo
k chlazení, musí být teplota plynu nižší než inverzní teplota, která je pro
helium asi 42 K (pro kyslík 770 K). Pro účinné chlazení má být teplota
alespoň třetinová. Helium se tedy za pokojové teploty při expanzi za
škrtícím ventilem ohřívá. Ohřívá se taky při kompresi, jak to znáte z
chladničky. Takhle získané teplo je přeměněno z příkonu kompresoru, obávám
se, že účinnost nebude velká.
Účinnost nad 100%, samozřejmě bez uvážení všech přítoků energie, dává
tepelné čerpadlo, které si bere teplo ze půdy, tekoucí vody nebo ze vzduchu
a principiálně se podobá domácí chladničce. Zažil jsem jeho činnost a
ujišťuji Vás, že se jím v zimě neohřejete.
Dotaz: Asi to bude znít hloupě, ale na jednu věc si prostě nedokážu odpovědět.
Když jsme probírali ve škole relativitu času, uváděli jsme si jako
demonstraci "fyzikální vagón" jedoucí konstantní rychlostí. Venku stál
pozorovatel a viděl, že světlo vyslané zprostřed vagónu dorazilo k jedné
stěně dříve, než ke straně druhé, zatímco pozorovatelé ve vlaku tento
jev nezaznamenali. Co mne zajímá, je to, jak by pokus vypadal ve tmě a bez
vyslaného světla. Byl by čas na jedné straně vagónu pořád jiný, než na
straně druhé? Dá se to nějak dokázat? Snad jsem se vyjádřila dosti
srozumitelně. Budu vděčna, pokud mne odkážete na jakoukoli literaturu, či
podáte jakékoli vlastní vysvětlení. (Isiik)
Odpověď: Žádný zvídavý dotaz není hloupý! Ale k věci: světlo a jeho šíření ve výše uvedeném případě není příčinou daného jevu (relativity současnosti a s tím související dilatace času), ale pouze nám umožňuje tento jev "mázorně" ukázat, představit si ho. Bez vyslaného světelného signálu by tedy pokus vypadal tak, že všude bude tma, ale jevy spjaté s teorií relativity budou nastávat.
Dotaz: Jak vznika jemne a hyperjemne spektrum (napr. u jodu I2)? (Shane)
Odpověď: Rozštěpení spektrálních čar (tzv. jemná struktura čar) vzniká vlivem relativistických jevů a vlivem interakce mezi spinovým a orbitálním momentem hybnosti elektronů (tzv. spinorbitální interakce). Hyperjemná struktura je pak důsledkem interakce magnetického momentu elektronu s magnetickým momentem jádra (I-J vazba).
Dotaz: Proč se při zahřátí plynu zvýší rychlost jeho molekul? Odstrkují se
rychleji? Proč? (Jan Píka)
Odpověď: Pojďme se podívat, jakým způsobem lze takový plyn zahřát. Nejprve si představme, že máme nějaký plyn (třeba vzduch) uzavřený v krabici. Můžeme jej zahřát třeba tak, že nějak zahřejeme krabici a od ní se zahřeje plyn. Co ale znamená, že zahřejeme krabici? Krabice bude mít vyšší teplotu, tudíž její molekuly budou rychleji kmitat. Při nárazech molekul plynu na stěnu krabice (běžný děj, jímž se projevuje tlak v plynu) se pak tyto molekuly nejen odrazí, ale ještě navíc jsou "nakopnuty" více kmitajícími ("teplejšími") molekulami krabice. Molekuly plynu jsou pak v důsledku toho "nakopnutí" rychlejší... neboli krabice zahřála plyn uvnitř.
Existují ale i další mechanismy, zejména záření. Pokud na náš sledovaný plyn, nyní třeba vzduch v atmosféře, dopadá elektromagnetické vlnění správných vlnových délek (což může být třeba sluneční svit), lze si to představit jako ostřelování molekul plynu velmi rychlými malými kuličkami - fotony. A pokud takový foton molekulu plynu nerozbije (jako třeba ionizující záření), tak ji opět pošťouchne, "nakopne"...
Závěrem bych chtěl zdůraznit, že výše uvedené příklady jsou velmi zjednodušující a nelze je interpretovat doslova - fotony nejsou kuličky, náraz molekuly plynu na kmitající molekulu krabice může způsobit v některých (méně častých) případech i zpomalení ("ochlazení") molekuly plynu, ... základní představu o procesu ohřívání plynu však uvedené příklady vystihují.
Dotaz: Protože se zabývám focením, chtěla jsem se zeptat, jak určím kdy je
měsíc nejblíž Zemi - tudíž bude se jevit jako "větší". Díky za
odpověď. M. (Marcela)
Odpověď: Měsíc se k Zemi pravidelně příbližuje (nejblíže je 356 410 km, v tzv. perigeu) a zase vzdaluje (až na 406 697 km, v tzv. apogeu). Perioda od jednoho perigea k následujícímu je zhruba 27 dní a 13 hodin (neboli tzv. anomalistický měsíc). Pak nám již stačí jenom vypátrat, kdy bylo v nedávné minulosti perigeum a přičtením anomalistického měsíce snadno určíme ta další. V lednu 2009 se měsíc nacházel v perigeu v sobotu 10. ledna 2009 okolo 12h.
Fotografie Měsíce v perihelu (nejblíže k Zemi) a apogeu (nejdále).
Rozdíl úhlové velikosti je jasně zřetelný. Zdroj: NASA
