Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 9 dotazů obsahujících »kapičky«
6) Přechlazená voda
09. 01. 2007
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.
Dotaz: Co to je kapilární elevace, Franck-Herzův pokus, Millicanův pokus a akcelerace.
(Vladka Haragova)
Odpověď: 1.
Kapilární elevace - Kapilarita je jev, který vzniká
v kapilárách (tenkých trubičkách) jako důsledek zakřivení
povrchu kapalin a vzniku kapilárního tlaku. U kapalin, které
smáčejí stěny kapiláry vzniká s dutým povrchem výslednice
směrem ven z kapaliny. To má za následek, že v kapiláře
vystoupí kapalina do takové výšky h, až
hydrostatický tlak sloupce h vyrovná kapilární tlak
- jde o kapilární elevaci. Pro vypuklý povrch a
nesmáčející kapalinu směřuje výslednice dovnitř kapaliny,
takže sloupec se sníží o h - kapilární deprese.
Podívejte se na obrázek.
2.Millikan
v roce 1909 přímou metodou změřil velikost elementárního
náboje (e = 1,602 . 10-19 C). Určil ji porovnáním
sil, kterými působí elektrostatické a gravitační pole na
malá nabitá tělíska. Mezi desky kondenzátoru byly
vstřikovány olejové kapičky a mikroskopem sledován jejich
vertikální pohyb v přítomnosti elektrického pole a bez
něho. Uspořádání pokusu můžete vidět na obrázku. 3.Franck-Hertzův pokus (1914)
- myšlenka jejich pokusu spočívá v tom, že atomy
zředěného plynu se ostřelují elektrony s rychlostmi 105
m.s-1. Při tom dochází k pružným nebo nepružným
srážkám s atomy plynu. Z jejich pokusu vyplynulo, že při
rychlostech elektronů menších než kritická rychlost
dochází k pružným srážkám s atomy plynu. Elektron
neodevzdá atomu svoji energii, ale odrazí se od něho (změní
se jen směr jeho rychlosti). Pokud elektrony dosáhnou jisté
kritické rychlosti (různé pro různé látky), nastane
srážka nepružná. Elektron odevzdá svoji energii atomu,
který přitom přejde do jiného stacionárního stavu s
vyšší energií. Atom tedy buď vůbec nepřijímá energii
(pružná srážka), nebo ji přijímá jen v kvantech rovných
rozdílu energií dvou stacionárních stavů.Ve svém pokusu
ukázali, že pokud energie elektronů nedosáhne jistou
kritickou hodnotu, nastávají jen pružné srážky elektronů s
atomy plynu. Uspořádání jejich pokus můžete vidět na obrázku. 4. Akcelerace = zrychlení.
Mění-li se vektor rychlosti, říkáme, že se těleso pohybuje
se zrychlením. Zrychlení jako fyzikální veličinu značíme a,
jeho jednotkou je m.s-2.
