Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 365 dotazů obsahujících »jev«
339) Posuvný proud
08. 07. 2002
Dotaz: Můj dotaz souvisí s Maxwellovými rovnicemi - není mi jasné co přesne si mám představit pod posuvným proudem, který Maxwell doplnil do rovnice formulující zákon celkového proudu (kromě toho že díky němu mají rovnice obecnou platnost-tedy platí ve všech polích). A proč je možné ho vyjádřit jako parciální derivaci vektoru elektrické indukce podle času?
Pak by mě ještě zajímalo, jestli byla rychlost světla určena poprvé řešením z maxwellových rovnic odvozené vlnové rovnice pomocí permeability a permitivity, nebo pomocí nějakého experimentu. (Petr Pokorný)
Odpověď: Milý
pane kolego, možná Vás trochu zklamu, ale takový je život.
Třeba ani není nic, co by bylo nutno si
"představit". Představa pomůže, ale je vždycky jen
jistým modelem, který něco podstatného znázorní, ale něco
jiného zakryje nebo naopak přidává něco, co v reálu není.
Budete-li svému mladšímu synovci vysvětlovat Vy, co je to
elektřina a elektrický proud, asi řeknete něco jako
"Elektrony jsou jako malí zelení mužíčci, co pobíhají
uvnitř drátů a orientují se tam, kam je zrovna tlačíme
vnějším napětím. A to napětí je, jako kdybychom tu trubici
zvedli tam, kde má být napětí větší. A ti mužíčci
nemůžou zmizet, (takže pro ně platí rovnice kontinuity),
navíc je v obvyklých podmínkách ani nemůžeme nějak
podstatněji stlačit k sobě, a proto elektrický okruh je
vždycky uzavřený, má-li opravdu téci proud I." Jenomže
to není tak docela pravda, protože když nabíjíte
kondenzátor, tak okruh není uzavřený - obě desky jsou přece
odděleny izolátorem! No ale doplníme-li člen Ip (posuvný
proud) ke členu I, tak se jím elektrický proud uzavře. To
samo o sobě by bylo dobrým důvodem k zavedení. Ale lze i
potvrdit, že takto zavedený proud Ip má i všechny další
vlastnosti "obyčejného" proudu, např. že vytváří
magnetické pole. Proto ho také zavádíme. Říkáme mu ale
raději "Maxwellův". To označení
"posuvný" je z představ, že existuje
všudypřítomný nevažitelný éter, jehož chvění se
projevuje jako světlo, jehož vnitřní napětí je dáno
elektrickým polem E a deformace (posunutí) se pak jeví jako
elektrická indukce D (angl. Displacement = posunutí). Na
posuvný proud se nenajde nějaký mechanický model. On totiž
existuje i ve vakuu, kde není (z hlediska klasické
elektrodynamiky) nic, co by se mohlo posouvat. Ale berme to jako
fakt, že doplněním tohoto výrazu se nám náš starý známý
proud "zacelí" - že to je právě to, co mu chybělo
k dokonalosti. A proč je možné ho vyjádřit jako parciální
derivaci vektoru elektrické indukce podle času? No to je
právě ten výraz, který by nám chyběl pro rovnici
kontinuity.
Rychlost světla byla nejprve změřena v dobách, kdy naoka o
světle nebyla vůbec spojována s elektřinou a magneticmem. Až
Weber vypočítal, že změny elektromagnetického pole by se
měly šířit rychlostí, která se nápadně podobala rychlosti
světla, a skvěle (tj. odvážně, ale pravdivě) z toho
vydedukoval, že světlo je elektromagnetické povahy. Přečtete
si o tom v učebnicích o historii fyziky.
Dotaz: Poraďte mi, prosím, jak vysvětlit žákům osmé třídy skutečnost, že ve vyšších vrstvách atmosféry je teplota pod bodem mrazu, přestože teplý vzduch stoupá vzhůru. A je-li to pro děti alespoň trohu pochopitelné, poraďte, jak vysvětlit rozložení teploty atmosféry v závislosti na výšce. (Tomáš Špaček)
Odpověď: Milý kolego, doporučoval bych žákům připomenout, že v
atmosféře se směrem vzhůru zmenšuje tlak a hustota, díky
tomu balón naplněný vodíkem nebo héliem, které mají při
stejné teplotě menší hustotu než vzduch, může stoupat.
Místo hélia nebo vodíku ale stačí balón naplnit teplým
vzduchem, který má také menší hustotu než okolní
studenější vzduch a balón opět může vzlétnout. Jestliže
však tenhle teplý vzduch (v balónu nebo bez něj) stoupá do
oblasti nižšího tlaku, pak se rozpíná, tím pracuje a pokud
mu nepřivádíme teplo (např. tím, že bychom vzduch v balónu
ohřívali hořáky, jak se to normálně dělá), chladne
(pracuje na úkor své vnitřní energie). Tak sice teplý vzduch
stoupá vzhůru, ale přitom chladne. Nejnižší vrstva
atmosféry se ohřívá především od zemského povrchu
ohřívaného slunečním zářením, je většinou
promíchávána, taky v ní koluje vlhkost, co dělá mraky a
prší. Proto je skutečná závislot teploty na výšce trochu
složitější, než by odpovídalo zmíněnému chladnutí
bubliny vzduchu při výstupu. Podívejte se se žáky na
aktuální data na stránce http://www.chmi.cz/meteo/oap/graf_ptu.html
Další zajímavé jevy nastanou ve stratosféře (nad
tropopausou, která je na dnešním výstupu asi ve 13,5 km a kde
je teplota minimální) - tam je podstatná absorbce
krátkovlnného záření (UV) ozónem, což nakonec způsobí
ohřev, takže teplota do výšky kolem 50 km zase roste. Výše
už teplota opět klesá, atmosféra je ale už tak řídká, že
teplota spíš říká, jaká je střední rychlost molekul
vzduchu než jakou teplotu bychom cítili, kdybychom tam na
chvíli vylezli z rakety... Graf závislosti teploty na výšce
Dotaz: Na jakém principu je chlazení elektrickým proudem a nebo je to nějaký blud? (Marek)
Odpověď: Asi máte na mysli Peltierův jev, který je právě obrácený
(doplňkový) k Seebockově jevu. Blud to tedy není, ale
samozřejmě - něco za něco. Mějme uzavřený elektrický
obvod tvořený materiály A a B. Zanedbejme ohmický odpor, tedy
to, že jak v mase toho A i toho B se vyvíjí Joulovo teplo. Pak
elektrický proud jdoucí v daném okamžiku jistým směrem
projde jednak rozhraní AB, jednak (jinde) BA. Jedno z těchto
rozhraní se pak trochu zahřívá, druhé se stejně tolik
ochlazuje. Platí tedy i zákon zachování energie, i 2. td.
zákon. V praxi jde o to, najít materiály (např. vhodný
polovodič typu p a typu n, nebo bismut a železo), kde je tento
jev dost velký a které přitom nemají moc špatnou vodivost -
aby Joulovo teplo nakonec nepřekrylo to ochlazení. Ale ono je
to vlastně úplně stejné, i když si vezmete z kuchyně
elektrickou ledničku. I do ní vháníte elektrický proud, ona
vám něco chladí (mrazák) - ale nutně něco jiného
zahřívá (výparník vzadu). Takže tohle "něco za
něco" máte i tady.(JO -19.6.2002)
Milý kolego, asi máte
doma ledničku na elektriku, takže chlazení elektrickým
proudem blud není. Spíše než standardní ledničku, kde
elektřina pohání motor kompresoru a chladí se tak, že se
pomocí stlačování a expanze chladícího média čerpá teplo
zevnitř ven, jste měl asi na mysli možnost
"přímého" chlazení. To je možné pomocí
Peltierova jevu, kdy proud tekoucí přes spoj dvou kovů tento
spoj v jednom směru ohřívá, v druhém chladí. Je to jev
obrácený k termoelektrickému jevu, kde zahřívání jednoho
spoje a chlazení druhého způsobuje proud v obvodu. Chladící
články založené na Peltierově jevu jsou komerčně dostupné
a pro některé aplikace se používají, např. se jimi dá
chladit procesor. Zkuste se podívat na www na jméno Peltier.(JD
-19.6.2002)
Dotaz: Jak by teoreticky vypadal fázový diagram obecné látky se zakreslaným 4. skupenstvím(plazma).
(Karel)
Odpověď: Jakkoliv
se říká, že plasma je čtvrté skupenství hmoty, nedá se to
brát až tak dogmaticky. Je samozřejmě rozdíl mezi tím,
jsou-li nejmenší částečky plynu navenek elektricky
neutrální a působí na sebe na dálku nanejvýš
dipól-dipólovou interakcí (o dva mocninné řády slabší
než náboje), anebo je-li tvořen zápornými elektrony a
kladnými ionty (neřkuli jen samotnými jádry, jako u vodíku).
Jenomže tomu chybí to, co je podstatné pro fázový přechod,
totiž náhlá, skoková změna fyzikálních veličin (např.
měrný objem) při nepatrné změně teploty. Takže to je
spíše něco jako rozmazaný fázový přechod. To ostatní si
jistě doplníte sám: v pV diagramu bude stabilní oblast
plasmatu ve vysokých teplotách (daleko od počátku), spíše
při nízkých tlacích. Ovšem zase to neextrapolujte moc
daleko. Při opravdu hodně vysokých teplotách (a tlacích) se
vám nastartují termonukleární reakce, když hustotu budete
zvyšovat dále, můžete dojít do stavu, kdy se začnou
uplatňovat obecně relativistické jevy a nakonec vám vše
zkolabuje do černé díry. Naopak půjdete-li s hustotou k nule,
je otázka, co dělat se "systémem", kde máte třeba
1 částici na kubický kilometr (nebo světelný rok ...)
Dotaz: Předpokládejme rovinu a na ní dva body 1 a 2 vzdálené např.100 m. V bodě 1 umístíme reproduktor, který bude vysílat tón např.1kHz. Bod 2 bude měřící bod (mikrofon a osciloskop). Jak se tento model bude chovat: 1.- za bezvětří 2.- povane-li vítr o rychlosti např.10m/s ze směru bodu 1 k 2 a naopak. Vím, že vítr by měl mít vliv na rychlost šíření zvuku, ale změní se tím pádem i frekvence? Komorní A na koncertu za větru nebude komorní A? Anebo to je zcela jinak?
(Henryk Drobisz)
Odpověď: Za bezvětří se nic pozoruhodného neděje, přijímáte zvuk o
stejné frekvenci s jakou je vysílán. Pokud vane vítr od
mikrofonu k reproduktoru, pak moucha nesená větrem o rychlosti
v se pohybuje k reproduktoru a slyší vyšší tón (vlnoplochy
se z jejího pohledu nahustí) faktorem 1/(1-v/c) (pro vašich 10
m/s se frekvence zvasi asi o 3%). K mikrofonu v místě 2 se ale
zvuk prodírá proti větru rychlostí c - v a tak tento mikrofon
slyší nižší frekvenci než moucha (která se od něj
vzdaluje) faktorem (1-v/c). Frekvence, kterou mikrofon zaznamenává,
je tak ale stejná jako frekvence vysílaná - záleží jen na
relativním pohybu reproduktoru a mikrofonu. Můžete to sám
prozkoumat na vodní hladině, když budete pohybovat zdrojem a dívat
se na frekvenci vln, které přijímáte. Další efekt je v
intenzitě zvuku - když se dere proti větru, musí v pohybujícím
se vzduchu urazit delší dráhu a více zeslábne (v přiblížení
izotropního zdroje a bez tlumení klesá intenzita kvadraticky).
