Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 174 dotazů obsahujících »tlak«
106) Perpetuum mobile?
28. 03. 2004
Dotaz: Pokud ponoříme kapiláru do vody začne kapalina vzlínat. Pokud by
voda, která by vytekla z kapiláry dopadla např. na vodní mlýnek, a kapilár bylo
mnoho, otáčel by se mlýnek díky kinetické energii na něj dopadající vody, voda
je vytlačována do kapilár tlakem vzduchu. Tudíž jsme do soustavy žádnou energii
nedodali, nebo je to jinak? (Jirka)
Odpověď: K Vámi popisovanému efektu nikdy nedojde, kapalina nezačne z kapiláry
přetékat, natož ze zahnuté trubičky odkapávat. Kapilární elevace či deprese je způsobena tlakem pod zakřiveným povrchem
kapaliny. Výsledná síla působí do kapaliny resp. ven podle toho, zda je
povrch vypuklý resp. vydutý. Charakteristika zakřivení je určena jevy u stěny
kapiláry (tím, zda kapalina stěnu smáčí či nesmáčí - vzájemně na sebe působí molekuly vody a materiálu kapiláry). Pokud tedy nebude
žádné rozhraní kapalina-stěna, nebude ani žádná síla, která by sloupec
tahala nahoru a ustanoví se rovnováha mezi stupněm zakřivení povrchu a
výškou kapiláry; povrchové napětí bude naopak vodě bránit vytékat.
Nejlepší způsob ověření ovšem je nesedět u klávesnice a pohrát si s kapilárami. Co třeba rtuť? Ta sklo nesmáčí, tak co kdyby nám mohl naopak probublávat
vzduch do kapaliny? :-)
Literatura: Bakule R. - Svoboda E. , Molekulová fyzika, Academia, Praha
1992
Dotaz: Na el. vysavači nejmenované značky je nápis 1400W a 750W spolu s grafickým
značením, které přisuzuje větší výkon sání a menší výkon motoru - sací síla
1400W. O čem tato informace vůbec vypovídá? Co znamená pojem sací síla vyjádřená
jednotkou Watt a jak si vysvětlovat její hodnotu převyšující hodnotu výkonu
motoru? Třešničkou na dortu je hodnota příkon motoru 750W, uvedená v technické
dokumentaci. (Standa)
Odpověď: Sdílím vaše rozpaky. Věřil bych tomu 750W, kterému rozumím (vy samozřejmě taky).
U vysavače bych nejraději viděl jednak, jaký podtlak (v Pa) dokáže vyvinout s
uzavřeným vstupem vzduchu (jakási analogie napětí naprázdno) a jakou vyvine
průtokovou rychlost (v m3/s) při plně otevřeném vstupu vzduchu (jakoby proud do zkratu).
Dotaz: Jak dochází na jízdním kole k přenosu síly a pohybu, jež jsou způsobeny tlakem
nohy na pedál? Co je vlastně příčinou, že so kola odvalují a jízdní kolo jede
vpřed? Když jezdec zjistí, že tachometruukazuje 28,8km/h, jaká je jeho
frekvence šlapání? (Petr)
Odpověď: Zanedbáme-li brzdící síly v ložiskách a řetězu kola, platí, že síla
nohy na šlapku pedálu se přenáší systémem páky, koleček a řetezem na
sílu, kterou pneumatika kola tlačí dozadu (vlivem síly statického
tření) vozovku. Reakce k této síle, tj. třecí síla, kterou vozovka
tlačí na kolo, je onou hnací silou, kterou je překonáván odpor
vzduchu (při rovnoměrné jízdě) případně urychluje kolo vpřed, když je
tato síla větší než odpor vzduchu.
Frekvence šlapání závisí na počtu zubů koleček prevodu a na
velikosti kola bicyklu.
Chcete-li ji zjistit frekvenci pro své kolo, udělejte si na vozovce 8 m dlouhou
čáru a změřte, kolikrát se musí otočit šlapka kola kolem dokola (360
stupňů) než těch 8 m ujedete. Číslo, které Vám vyjde, je ona hledaná
frekvence v otočkách za sekundu.
28,8 km/h = 8 m/s
Kolik otoček připadá na 8 m, musíte změřit, nebo
spočítat z geometrie kola, kterou jste neuvedl.
Dotaz: Nějak nemohu nikde najít vyjádření závislosti teploty rosného bodu na relativní
vlhkosti okolí. Poradíte mi? (Ludvík Trnka)
Odpověď: Pokud jde o přepočet relativní vlhkosti na teplotu rosného bodu, pak je
nutné ještě znát aktuální teplotu, k níž se hodnota relativní vlhkosti
vztahuje. K výpočtu se pak s plně vyhovující přesností využije poněkud
zjednodušený tvar Clausius - Clapeyronovy rovnice (viz např. Pechala,F.,
Bednář, J.: Příručka dynamické meteorologie, Academia, Praha, 1991) upravený
do výrazu:
E = Eo exp [- L/R ( 1/T - 1/To )],
kde E značí parciální tlak nasycené vodní páry při teplotě T (v kelvinech),
To = 273,16K, L je skupenské teplo vyparování, R měrná plynová konstanta vodní
páry a Eo parciální tlak nasycené vodní páry při teplotě To (viz běžné fyzikální
tabulky).
Pro výchozí teplotu T určíme z uvedeného vztahu hodnotu E, tu vynásobíme
relativní vlhkostí vyjádřenou jako desetinné číslo z intervalu 0 - 1 (např.
0,3 pro rel. vlhkost 30%). Dostaneme tak zjednodušeně, ale ve velmi dobrém
přiblížení, skutečný parciální tlak vodní páry pro náš případ. Ten se zpětně
dosadí za E a vypočte se teplota T, jež by při daném parciálním tlaku vodní
páry odpovídala stavu nasycení. Tuto teplotu pak můžeme interpretovat jako
hledanou teplotu rosného bodu. Jinak toto vše je tabelováno v tzv.
Psychrometrických tabulkách.
Dotaz: 1. Chtěl bych se zeptat jestli je plamen formou plazmatu (jestli se zde vyskytují ionty), jestli je to otázka teploty nebo elektromagnetického pole.
2. Četl jsem něco o iontovém motoru, kde se ionty urychlují elektromagnetickým polem a zajímalo by mne, jestli to samé lze udělat i se spalinami chemického motoru - zvýšení rychlosti výtokových plynů a výkonnosti pohonu rakety. Rychlost iontů je asi 10x vyšší než u chemického paliva, ale nemá takovou akceleraci a nelze použít v atmosféře, a já nevím proč. (Petr Zimmermann)
Odpověď: 1. Ionty se, např. vlivem kosmického záření, běžně vyskytují
i ve vzduchu za pokojové teploty.
Pouhý výskyt iontů tedy není dobrým kritériem pro to, aby bylo
rozumné nějaké prostředí nazvat plazmatem.
Plamen sice obsahuje velké množství iontů (1014 - 1018
v krychlovém metru), ale formou plazmatu bych jej též,
z důvodů, jež se pokusím níže vysvětlit, nenazval.
Plazma je obyčejně definováno jako navenek neutrální
plyn obsahující velké množství kladně i záporně nabitých částic,
které se vzájemně ovlivňují elektromagnetickými silami.
Přesněji řečeno, lze definovat tři podmínky pro plazma:
A. Rozměr plazmatu musí být mnohem větší, než je Debyeova
délka, neboli vzdálenost, na které nabité částice elektrostaticky
odstíní náboje do plazmatu vložené. Tato vzdálenost je přímo úměrná
tepelné rychlosti částic a nepřímo úměrná odmocnině z jejich hustoty.
B. Hustota nabitých částic musí být taková, aby v krychli o hraně
rovné Debyeově délce byl statisticky významný počet částic, to jest
mnohem více, než jednotky.
C. Pokud plyn obsahuje i neutrální částice, srážky mezi nimi a
nabitými částicemi musí být méně časté než je perioda oscilací
působených vzájemným působením elektromagnetických sil mezi nabitými
částicemi. V opačném případě by se totiž nabité částice vzájemně
neovlivňovaly elektromagnetickými silami, ale pohybovaly pod vlivem srážek s
neutrálním plynem. Za onu periodu oscilací zde lze uvažovat periodu
elektrostatických plazmových kmitů, jež je nepřímo úměrná
odmocnině z hustoty nabitých částic. Na hustotě nabitých a neutrálních
částic a na jejich tepelných rychlostech též závisí frekvence
jejich vzájemných srážek.
Pro odpověď na otázku, je-li plamen formou plazmatu je tedy důležitá
nejen teplota ale i hustota nabitých a neutrálních částic.
O teplotě plamene přirozeně hořících materiálů mají dobrý přehled hasiči.
Následující tabulka je převzata z [1].
rašelina, mazut: 1 000 °C
dřevo, hnědé uhlí, ropa, petrolej, motorová nafta: 1 100 °C
černé uhlí, kaučuk a jeho výrobky, benzín: 1 200 °C
antracit, síra: 1 300 °C
hořlavé plyny: 1 300 - 1 500 °C
hořčík, elektron: 2 000 °C
Jak uvádí pplk. Mráz [2], hořící plastová ramínka z tvrzeného
polystyrenu mají teplotu plamene až 2210 °C.
Co se týče uměle pěstovaného plamene, běžné propan-butanové hořáky
dosahují teploty plamene 800-1600 °C. Zemní plyn spalovaný na vzduchu
dosahuje teploty asi 2000 °C a v čistém kyslíku
asi 2700 °C. Acetyléno-kyslíkový hořák vyvine teplotu 2700-3200 °C a
tryska hlavního motoru raketoplánu, napájená kapalným kyslíkem
a kapalným vodíkem dosáhne teploty plamene asi 3300 °C [3].
Převážná většina nabitých částic vzniká při chemických
reakcích spojených s hořením, nikoli tedy přímou tepelnou ionizací.
Hustota a druh vzniklých nabitých částic tak velmi závisí na druhu paliva.
Při hoření dochází ke vzniku kladných iontů (například CHO+, CH3+, C2H3O+,
H3O+),
záporných iontů (např. O2-) a elektronů, ale občas též
až mikrometrových grafitových částic s kladnými náboji řádu 1000 elementárních
nábojů [4,5]). Hustota vniklých nabitých částic je, podle druhu paliva,
mezi 1014 m-3 (klasická tuhá paliva [5]) a 1018 m-3 (maximum pro
plynná paliva v hořácích a tryskách [4,6]). To ale může být stále ještě
zanedbatelná hodnota v porovnání s hustotou neutrálních částic,
jež je za pokojové teploty a atmosférického tlaku asi 3*1025 m-3.
Z takto shromážděných údajů lze již ověřit, platí-li
výše uvedené podmínky A-C pro to, abychom plamen mohli označit jako plazma.
Zde zjistíme, že podmínkám A a B plamen většinou vyhoví (Debyeova délka je
v řádech od 10-6 do 10-4 m), avšak podmínce C nikoli.
Frekvence plazmových kmitů je zde mezi 100 MHz a 10 GHz, což je
výrazně méně, než je frekvence srážek mezi elektrony a neutrálními
částicemi, jež je v řádech tisíců GHz. Pohyb nabitých částic v plameni je
tedy natolik ovlivňován srážkami s
neutrálním plynem, že jejich vzájemné elektromagnetické
působení je zanedbatelné, a plamen v tomto smyslu nelze nazvat
plazmatem.
Doporučená literatura:
F.F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha 1984. Použitá literatura:
[1] Ing. Bohdan PTÁČEK, Základy požární taktiky: Parametry požáru,
MV ŘEDITELSTVÍ HASIČSKÉHO ZÁCHRANNÉHO SBORU ČR
ODBORNÁ PŘÍPRAVA JEDNOTEK PO^ÎÁRNÍ OCHRANY, Konspekt 1-1-04
(http://onsov.borec.cz/hasici/1_1_04.html)
[2] pplk. Milan MRÁZ, V Otovicích hasiči bojovali s velkým množstvím hoříciho
plastu,
150 HOŘÍ číslo 9/2001
(
http://www.mvcr.cz/casopisy/150hori/2001/zari/mraz.html )
[3]
http://www.space.com/businesstechnology/technology/new_shuttle_engine_010426.htm
l
[4] A. Sorokin, Emission of ions and charged soot particles by aircraft
engines,
Atmos. Chem. Phys. 3, 325-334, 2003.
[5] D. J. Latham, Space charge generated by wind tunnel fires,
Atmospheric Research 51, 267-278, 1999.
[6] R. M. Clements and P. R. Smy, Anomalous currents to a spherical
electrostatic probe
in a flame plasma, Brit. J. Appl. Phys. (J. Phys. D) Ser. 2, Vol. 2, 1731-1737,
1969.
2. Druhá část otázky je spíše technického rázu, odpovím jen stručně:
Iontový motor může pracovat po dlouhou dobu, ale na druhou stranu
pracuje s velmi malým tahem. Lze jej použít pro
drobné korekce drah již vypuštěných družic, pro korekce orientace, a
přichází doba jeho použití pro postupné urychlování těles. To povede
k výrazným korekcím drah, avšak pouze při dlouhodobém chodu motoru
umístěném na klasicky vypuštěných tělesech.
Z běžného velmi malého poměru koncentrací iontů a neutrálních částic
v plameni (viz výše) vyplývá, že klasický pohon raket je
založen spíše na proudu neutrálních částic a dodatečné urychlování
iontů by se v této situaci patrně nijak neprojevilo.
