Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 12 dotazů obsahujících »ohřeje«
1) Pokus se svíčkou
12. 10. 2009
Dotaz: P.T. Prosím o vysvětlení pokusu, který se běžně dělá v hodinách fyziky
základní školy. Do širší nádoby s vodou se umístí hořící svíčka, a
přiklopí se jinou skleněnou nádobou, pod kterou potom stoupne hladina.
Dětem se tím demonstruje, že hořením se spotřebuje kyslík. Ten ale
nemůže zmizet, pravděpodobně zreaguje na kysličník uhličitý, který má
tentýž objem jako kyslík. Co je tedy příčinou stoupnutí hladiny? Moje
vysvětlení je, že plamen svíčky ohřeje vzduch pod vrchní nádobou, ten se
po zhasnutí svíčky ochladí a smrští. Stoprocentně jist si ale nejsem.
Děkuji předem za odpověď. (Tomáš Brož)
Odpověď: Ano, máte pravdu. Při hoření svíčky se vzduch ohřeje, rozepne a část jej zpod sklenice vybublá pryč. Při následném ochlazení (když svíčka zhasne) se vzduch opět smršťuje na původní objem, ale je jej méně (o tu vybublanou část), takže se do sklenice nasaje o voda z nádoby pod ní.
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: Zajímá mě, proč nosí kmeny na Sahaře, černé šátky, když černá
přitahuje teplo? Zajímá mě proč nenosí bílé věci, které odpuzují
sluneční svit. Děkuji (Ondřej Franek)
Odpověď: Je-li teplota okolí vyšší než teplota těla, má člověk v podstatě jen jediný efektivní mechanizmus jak se ochlazovat - vypařováním vody neboli pocením. Udává se, že obyvatelé Sahary se oblékají do černých látek tak, aby pod látkou mohl dobře proudit vzduch. Ten se od černé prohřáté látky ohřeje, stoupá vzhůru a takto vzniklý průvan údajně výrazně napomáhá právě odpařování potu a tedy i ochlazování těla.
Dotaz: Dobrý den Můj dotaz je ohledně mrznutí vody. Je pravda, že voda o vyšší teplotě
(např.: 8°C) zmrzne rychleji, než voda o teplotě menší (např.: 5°C)? (Petr Rudolf)
Odpověď: Doporučuji, abyste si to sám vyzkoušel. Budeme rádi, když nám pak podáte zprávy o svém experimentování, ať už to dopadne jakkoliv.
Zmíněný jev je v odborné literatuře znám pod názvem Mpemba effect (Mpembův jev) podle spoluautora článku, díky kterému bylo toto téma v minulém století "znovuobjeveno".
Mrznutím vody jsem se zabýval ve své
diplomové práci, z níž zkráceně ocituji závěr:
Teplejší voda skutečně může za stejných výchozích podmínek (až na rozdílné počáteční teploty) zmrznout v celém svém objemu dříve než voda původně studenější. Není to však pravidlem a zdá se to být spíše méně obvyklé. Velká popularita Mpembova jevu (otázka „Která voda zmrzne nejdřív – studená, nebo teplá?” zazněla dokonce v pořadu Nikdo není dokonalý) při jeho ve skutečnosti poměrně nesnadném pozorování (jednak proto, že často vůbec nenastane, jednak proto, že pokud nastane, nemusí být příliš výrazný) spočívá patrně v jeho zdánlivém rozporu s fyzikálními principy. Při bližším pohledu se však tento paradox dá objasnit způsoby přístupnými i středoškolským studentům.
Nejvýrazněji se Mpembův jev projeví v prostředí pokrytém ledem a sněhem (venku na mrazu nebo v poněkud zanedbané mrazničce). Nádoba s horkou vodou se může do takového podkladu protavit, a získat tak výrazně lepší tepelný kontakt s okolím. V praxi pak může rozdíl časů od počátku chlazení až do úplného ztuhnutí pro horkou a pro studenou vodu činit desítky procent.
Původně teplejší voda může zmrznout dříve než voda původně studenější také v případě, kdy se dostatečná část původního objemu díky vyšší teplotě odpaří. Tuhnutí pak probíhá v menším množství vody. Pečlivá hospodyně by si tedy mohla za jistých okolností všimnout, že rychleji získá kostky ledu v případě, kdy vodu před umístěním do mrazicího boxu ohřeje v rychlovarné konvici nebo mikrovlnné troubě. Doporučit jí takový postup ale můžeme jen sotva, protože je skoro určitě výhodnější dát do nádoby vodu studenou a rovnou snížit její množství o to, co by se bývalo vypařilo z horké vody.
Další okolností, která nesporně Mpembův jev podporuje, je přechlazení vody (to je jev, kdy voda zůstává při běžném tlaku v kapalné fázi i při teplotách pod nulou) – to ale pouze v případě, že se původně teplejší voda přechladí méně (tj. na vyšší teplotu) než voda původně studenější (jde o nutnou podmínku). Mpembův jev nastane tím spíše, čím více se teplota přechlazení původně teplejší vody blíží teplotě tuhnutí, případně čím více se teplota přechlazení původně studenější vody blíží teplotě v mrazničce. Přechlazování vody je ovšem do značné míry jev náhodný, takže spoléhat se na něj v jednotlivých pokusech nemůžeme.
Výše uvedené závěry jsem teoreticky i experimentálně ověřil. V citované práci si můžete přečíst o dalších okolnostech, které by mohly mrznutí vody ovlivňovat, najdete tam také odkazy na související články.
Dotaz: Jaka je nejnižší teplota ve vesmíru? Pavla (Pavla)
Odpověď: Na tuto otazku se dá odpovědět dvojím způsobem. V laboratořích jsme schopni dosáhnout pomocí speciálních technik (pomocí Boseho-Einsteinovy kondenzace atomů) na úroveň nanokelvinů, tedy prakticky na úroveň absolutní nuly (-273,15°C). Na této teplotě se ale žádný objekt dlouhodobě sám neudrží a dříve či později se ohřeje se od svého okolí. Pokud bychom ale umístili nějaký předmět hluboko do vesmíru, daleko od všech žhavých hvězd, vychladl by postupně "jen" na teplotu okolo 2,7 K, tedy asi -270,45°C a dále by již nechladl. Na tuto teplotu by jej totiž ohřívalo tzv. reliktního záření, záření prostupující celý vesmír, jakýsi pozůstatek Velkého třesku a následného vývoje vesmíru.
