Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 12 dotazů obsahujících »ohřeje«
4) Mpemba effect (Mpembův jev)
15. 08. 2007
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.
Dotaz: Proč se vyskytují mrazíky v období tzv. "tří zmrzlých mužů" a ne jindy? (Vít Feldbabel)
Odpověď: Oni tihle "ledoví muži" patří k nejznámějším teplotním singularitám, ale
není pravda, že jindy se nevyskytují. Období v květnu, kdy se jedná o toto
jarní ochlazení, je dáno jednak "tvarem" cirkulace vzduchu nad severní
polokoulí a jednak i tím, že po zimě není půda ještě dostatečně prohřátá a
tudíž i chladný vzduch,
který do našich oblastí může v důsledku celkového uspořádání tlakových
útvarů proniknout, se neohřeje od zemského povrchu (téměř veškerý ohřev
vzduchu v atmosféře probíhá zprostředkovaně přes zemský povrch).
Obsahuje-li tento chladný vzduch navíc málo vody v jakékoliv fázi, pak je
prochlazování ještě účinnější (voda v atmosféře zvětšuje skleníkový efekt) a
může dojít k poklesu teploty pod 0° C. Obdobná situace ale může nastat i
během podzimu, kdy země začíná prochládat - Slunce nízko nad obzorem a
příkon sluneční energie během dne už nestačí krýt ztráty v důsledku
vyzařování během noci zvláště při jasné obloze a opět se v důsledku toho
mohou začít vyskytovat ráno přízemní mrazíky.
Dotaz: Stlačená pružina má větší potenciální energii než nestlačená. Když jí rozpustíme v kyselině, kam se poděje její energie? Od jistého chemika se mi dostalo odpovědi: určitě se přemění na teplo, kyselina se ohřeje, ale nevím proč... Jaký může být mikroskopický rozdíl v tom rozpustit stlačenou a nestlačenou pružinu? (Tomáš Buchta)
Odpověď: Chemikův výklad byl zcela správný. Stlačená pružina má
atomy železa u sebe blíž, než nestlačená, a ony se
odpuzují. Představ si, že se přeleptá stlačená pružina v
polovině; obě půlky od sebe odlítnou, to si jistě snadno
představíš. No a takhle odletuje nejen celá půlka, ale
postupně každý maličký kousíček rozpouštěné pružiny.
Dotaz: Proč se máslo v mikrovlnné troubě ohřívá od středu?
Kam uteklo teplo z Apolla13, když okolo je nejlepší izolant=vakum? (David Kir±ner)
Odpověď: Milý
kolego, 1) mikrovlny se absorbují v objemu potravin v
mikrovlnné troubě, nemám ale hned při ruce údaje o
charakteristické hloubce vniku pro jednotlivé materiály,
speciálně vaše máslo. V hrubém přiblížení, že se
absorbují rovnoměrně, se pak opravdu ohřeje nejdřív střed,
protože kraje jsou ochlazovány vzduchem.
2) Vyzářilo se. To funguje i ve vakuu, jinak by se totiž
kosmonauti upekli a jiné kosmické objekty taky, protože by
akorát pžijímali/y teplo slunečním zářením a neměli/y
cestu, jak se tepla naopak zbavit. Mrkněte se na záření
absolutně černého tělesa do nějaké knihy o fyzice,
kvantitativně je to tam pod heslem Stefan-Boltzmannův zákon.
