Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 9 dotazů obsahujících »kapičky«
4) Pára nad hrncem
02. 03. 2008
Dotaz: Dobry den, chtel bych se zeptat, proc se z hrnce uvolnuje para, i kdyz se voda
nevari, je to kvuli odparovani vody v kontaktu z rozpalenym hrncem? A potom by
mne tajimalo proc se mnozstvi pary zvysi bezprostredne potom,co vypnu plyn na
sporaku. Predem dekuji za odpoved (Michal Šárka)
Odpověď: Vypařování probíhá při libovolné teplotě, jeho míra ovšem s teplotou
prudce roste. Jenže pozor, nezávisí jenom na teplotě, ale také na
množství vody obsažené ve vzduchu nad hrncem (takzvané vlhkosti vzduchu).
Z mikroskopického hlediska si to můžete představit takto:
Molekuly v kapalině i ve vzduchu se neustále chaoticky pohybují (tím
rychleji, čím větší je teplota – ve skutečnosti je to spíše
obráceně, totiž že čím rychlejší je chaotický pohyb částic, tím větší
teplotu látka má). Některé částice při tomto pohybu "vyskočí" z kapaliny
a stanou se součástí vodních par (vypařování), jiné (klidně současně)
přejdou ze vzduchu do vody v hrnci (kondenzace). Obojí se děje neustále
a vzhledem k obrovskému množství molekul v litru vody (řádově
1025) velmi mnohokrát každou sekundu. Je to vlastně difúze
molekul plynu do kapaliny a obráceně.
Pokud častěji vyjdou molekuly z vody, než obráceně, pozorujeme to jako
vypařování kapaliny &ndash její množství v hrci se zmenšuje, vlhkost
okolního vzduchu naopak roste. Čím více je ale vodních par nad hrncem,
tím častěji některé molekuly přejdou při chaotickém tepelném pohybu ze
vzduchu zpátky do kapaliny. Vypařování se tedy zpomaluje.
Může se stát, že po čase vlhkost vzduchu vzroste natolik, že při dané
teplotě (a tedy "hemživosti" částic) už do kapaliny vstoupí ze vzduchu
za jednotku času právě tolik molekul, kolik jich kapalinu za stejný čas
opustilo. Mluvíme o stavu dynamické rovnováhy (z makroskopického
hlediska je to rovnováha, protože námi pozorovaná množství kapaliny a
par se nemění, ale z mikroskopického hlediska i nadále dochází k
vzájemnému míšení, jenže je to statisticky vzato "kus za kus" –
proto dynamická rovnováha namísto statické rovnováhy). Takzvaná
relativní vlhkost v tomto případě dosáhla 100 %.
Kdybychom nyní teplotu zvýšili, rovnováha by se opět porušila, relativní
vlhkost by klesla pod 100 % a my bychom mohli pozorovat další
vypařování. Funguje to i opačně. Pokud teplotu snížíme, může se
relativní vlhkost zvýšit dostatečně k tomu, aby docházelo ke kondenzaci.
Takto mohou vznikat drobné kapičky přímo ve vlhkém vzduchu (přesně tak
vzniká déšť). Nad hrncem tyto drobné kapičky pozorujeme jako mlhu, laiky
označovanou slovem "pára" (ve fyzice má slovo pára význam plynu, mlze
&ndash tedy páře s kapičkami &ndash fyzikové někdy říkají "mokrá pára").
Voda tedy k tomu, aby se vypařovala, nemusí vřít. Nicméně při varu se
vypařuje nejintenzivněji.
A proč pozorujeme mlhu nad hrncem bezprostředně po vypnutí plynu?
Domnívám se, že je to právě kvůli onomu náhlému snížení teploty. Tím
vzroste relativní vlhkost vzduchu nad hrncem a pára začne kondenzovat do
drobných kapiček, což pozorujeme jako mlhu. Stejný jev nastavá v zimě,
kdy nám jde "pára" (tedy mlha) od úst.
O mikroskopickém pohledu na vypařování jsme zde už jednou psali, můžete
se podívat sem.
Pokud vás zajímá více o varu, rovněž o tom jsme zde už psali, klikněte
sem.
Odpověď: Je rozdíl mezi bouří a bouřkou. Bouřkou se v meteorologii označuje souhrn elektrických a akustických jevů (blesky, hřmění…), které s vznikem a vývojem krup v podstatě nesouvisí, i když se mohou vyskytovat společně. Pokud ale ke tvorbě krup dojde, je to v rámci bouře i když ne každá bouře je nutně spojená s tvorbou krup. Aby se z oblačných částic (kapiček) začaly vytvářet kroupy, musí oblak sahat do výšek, kde je teplota nižší než 0 °C a zároveň v jeho nitru dochází k intenzivním výstupným pohybům. Mezi hladinou 0 °C a přibl. -40 °C jsou v oblaku jak částice ledu (zmrzlé kapičky), tak přechlazené vodné kapičky (s teplotou sice už nižší než 0 °C, ale ještě pořád v kapalném stavu). V tomto rozmezí teplot při srážce ledových částic s kapalnými dochází k namrznutí vody na ledovou částici, která takto narůstá a na své cestě vzhůru nebo dolů - když je už dostatečně těžká, tímto způsobem „nabaluje“ další „slupky“. Při své cestě na zemský povrch začne tát, ale je-li dostatečně velká, dopadne jako kroupa. V našich zeměpisných šířkách v podstatě každá dešťová kapička byla původně ledem, jenomže stihla roztát.
Dotaz: Dobrý den, díky za pěkné stránky. Zde je můj dotaz: Na kolejích jsem měl sorpční
lednici, která chladila až mrazila. Teplotu jsme neměřili, ale někdy jsme
vyndali veci zmrzlé a jindy ne. Několikrát se mi stalo, že jsem vodu (vodovodní)
v PET lahvi vytáhl z lednice a voda byla v tekutém stavu. V okamžiku, kdy jsem
PET lahev otevřel voda během 1-2 sekund zmrzla. Krásně prokrystalizovala v celém
objemu. Podobným způsobem, jako když lupnutím aktivujete takové ty ohřívací
polštářky. Podmínky: lednice - sorpční, zavřená ve skříni PET laveh - takový ten
měkčí typ, objem 2 litry, ležíci v lednici na výparniku, úplně plná nebo téměř
plná. Zajímalo by mě, při jakých podmínkách to nastává. Kam se ztratí energie
potřebná ke změně skupenství? Jak mohu tento stav reprodukovat? Jestli si dobře
pamatuji tak energie potřebná ke změně skupenství je zhruba stokrát vyšší než ke
změně teploty kapaliny o 1C. Takže vodu podchladím, jakoby na -100C a pak se mi
přemění na led o teplotě 0C. (Jaroslav Bernkopf)
Odpověď: Voda, kterou jste vyndal z chladničky, se podle všeho nacházela v tzv. metastabilním stavu, kdy je její teplota sice už pod nulou, ale stále ještě zůstává celá v kapalném skupenství. Tento stav je tím méně pravděpodobný, čím většího přechlazení dosáhnete, případně čím více vody v nádobě máte. S dvoulitrovou PET láhví lze znatelného přechlazení dosáhnout zřídka - a když, tak pouze o několik málo stupňů Celsia. Menší množství vody (řekněme 1 ml) lze ovšem snadno přechladit i na teplotu -10 °C a méně. Drobné kapičky se dají přechladit až o desítky stupňů Celsia!
Přechlazená kapalina je nestabilní. Přítomnost rušivých vlivů (nečistoty, otřesy) a další chlazení zvyšují společně šanci, že kapalina samovolně přejde do stabilnějšího stavu - zmrzne.
Mrznutí začne tím, že se někde v objemu kapaliny (typicky na stěnách nebo částečkách nečistot) objeví první krystalek ledu. Ten velmi rychle roste v jakousi dendritickou strukturu prolínající se celou kapalinou, což je ono vámi pozorované rychlé prorůstání krystalků. Tím se ovšem uvolňuje latentní krystalizační teplo ohřívající zbytek přechlazené kapaliny. Teplota přechlazené vody tak během této "bouřlivé" krystalizace po zlomku sekundy až několika málo sekundách vzroste na teplotu tuhnutí (0 °C). Sem se tedy "ztratí" ona pohřešovaná energie. Zbytek kapaliny tuhne již běžným způsobem.
V přiloženém grafu je zachycen průběh teploty v reálném experimentu, který probíhal s 1 ml destilované vody, jejíž počáteční teplota byla přibližně 1 °C. Z grafu lze vyčíst, že se voda v tomto experimentu přechladila o více než 10 °C, načež během velice krátkého okamžiku prorostla zmíněnou dendritickou ledovou strukturou za součásného vzrůstu teploty na 0 °C. "Domrzání" potom trvalo ještě asi minutu a dvacet sekund. Teplota okolí byla přibližně -17 °C.
Dotaz: 1) Existují spreje, které zabrání kondenzaci vody např.
na zrcadle v koupelně, jak to z fyzikálního hlediska ten
sprej dělá ?
2) Obdobné téma - antistatický sprej , jak funguje ten ?
3) Kde najdu (podrobnější) princip fungování tzv.
"trubice bláznů" (maxvellův démon).
(Martin Vích)
Odpověď: 1. Na studeném skle kondenzuje voda z teplého vlhkého vzduchu
tak jako tak, je ovšem rozdíl, zda kondenzuje v kapičkách
(když voda podložku nesmáčí) anebo v tenké víceméně
souvislé vrstvě (když sklo smáčí). Sprej tedy vytvoří na
skle tenkou vrstvu, která je smáčivá (voda na rozhraní
voda-vzduch přichází ke skleněné desce pod ostrým úhlem) a
tím se vznikající kapičky ihned roztékají.
2. Antistatický sprej - vytvoří vrstvu elektricky dostatečně
vodivou (a nevysychající tak rychle, jako by vyschla samotná
voda).
3. "Trubici bláznů" neznám. Maxwellova démona ano:
ten by zlovolně narušoval rovnováhu systému přepaženého
vrátky tím, že by otevíral vrátka pomalým molekulám a
zavíral rychlým, čímž by v této části rostla teplota a ve
druhé klesala. Fyzikálně vzato by tu klesala entropie.
Jenomže na to, aby M.d. viděl částici, musí v systému být
světlo, a to nikoli izotropní (jinak by neviděl nic). Když se
pak počítá změna entropie, tak se vždycky ukáže, že v
nějakých těchhle průvodních jevech naopak entropie roste,
takže nakonec 2. zákon termodynamiky narušen není. Příklad:
Kdybych tam dal otáčecí vrátka s "řehtačkou",
která zabraňuje otáčení "proti srsti", pak musí
řehtačka mít něco, co západku po dopadu utlumí (kdyby se
odrazila a letěla zpátky, tak by v maximální poloze zase
nebránila opačnému pohybu). Toto utlumení znamená prakticky
přeměnu práce (kinetické energie západky) na její
zahřátí - a západka bude mít tedy teplotu vyšší než
okolí. Na mikroskopické úrovni by prostě takováto západka
kmitala stejně, jako kmitá libovolná molekula pevné látky,
jako Brownův pohyb, a její "usměrňující účinek"
by tím byl - na mikroskopické úrovni - paralyzován.
Dotaz: Chtěl bych se zeptat na volný pád. Je pravda, že těleso pohybující se volným pádem bude nustále zrychlovat (dalo by se říci do nekonečna, resp. do jeho dopadu na zem)? Nebo nakonec (při dostatečně dlouhé dráze) dosáhne určité své maximální rychlosti, která bude záviset na odporu vzduchu a hmotnosti toho tělesa? (Vašek)
Odpověď: Samozřejmě to zrychlování bude dosti rychle hasnout. Při
skoku parašutysty už asi za 15 sekund bude rychlost asi 200
km/h a odpor vzduchu tak velký, že padá dále rovnoměrně. U
pouťového balónku je to zrychlování jen asi sekundové, u
kapičky mlhy jen setiny sekundy. Také kapky deště zrychlují
jen několik málo sekund a pak padají rovnoměrně, gravitace
je zcela vykompenzována odporem vzduchu. Kdybyste hodil
olověnnou kuličku z letadla, které letí 10 km vysoko i ona by
už dosti dlouho před dopadem ustálila svou rychlost, protože
odpor vzduchu roste s rychlostí velmi rychle, v tomto případě
s její druhou mocninou. Proto také v reálném případě
neplatí, že všechna tělesa padají stejně. Odpor vzduchu
hraje důležitou roli. Neplatí ani (když bereme odpor vzduchu
v potaz), že těžší těleso padá větší ustálenou
rychlostí. Kdybychom z toho letadla hodili olověnnou 100 g
těžkou kuličku společně s kilovou peřinou, tak ta lehčí
kulička bude mít větší ustálenou rychlost, než ta
těžší peřina. Někdy tedy padá těžší těleso rychleji,
někdy obráceně je rychlejší to lehčí.
Nakonec jen trochu nereálná poznámka. I kdyby vše probíhalo
ve vzduchoprázdnu a hnací síla by byla stále stejně velká,
stejně by rychlost nerostla do nekonečna. Jakmile by se začala
blížit rychlosti světla, růst by se začal zpomalovat,
protože by rostla relativisticky hmotnost kuličky. Nejvyšší
rychlost, ke které by se to v tomto scifi pokusu blížilo, ale
nedosáhlo, by byla rychlost světla.
