Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 174 dotazů obsahujících »tlak«
15) Perpetuum mobile a supratekuté hélium
24. 03. 2009
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: Dobrý den,pokud se potápěč potopí do hloubky třeba 10m pociťuje větší
tlak vody než třeba ve 2 metrech. Velikost tohoto tlaku je způsobená vodou
"nad potápěčem". voda je k zemi přitahována gravitací, ale gravitační
síla slábne s čtvercem vzdálenosti od pomyslného středu země. zajímalo
by mě zda je tlak menší např. v 6000m.n.m. než v 0m.n.m.(potopím-li se do
stejné hloubky vůči hladině, ale v nestejné nadmořské výšce) a pokud
ano zda jde o měřitelné, případně pocititelné hodnoty tlaku (Jakub)
Odpověď: Máte pravdu v tom, že hydrostatický tlak závisí na místním gravitačním zrychlení (p=h·ρ·g) a gravitační zrychlení g zase na vzdálenosti od tělesa, které ono gravitační pole budí (tedy v našem případě od středu Země; g=κ·M/r²). Z výše uvedených vzorců pak lze snadno dopočítat, že pokud zvětšíme vzdálenost od středu Země o 6 km, zmenší se gravitační zrychlení o zhruba 2 promile (0,2 %). Stejně tak se změní i hydrostatický tlak (jde o přímou úměrnost). Změna je tedy měřitelná, z hlediska potápěče ale v podstatě nepocítitelná.
Dotaz: Dobrý den, rad bych pochvalil tento web, zaujal me na par hodin hned napoprve.
Mam jeden dotaz. Pokud bychom vyrobili z nejakeho pevneho materialu napr. dutou
kouli, a nasledne z ni odcerpali vzduch a vytvorili tak vakuum, bude se koule
(pri zanedbani hmotnosti materialu z ktereho je vyrobena) vznaset?? Vakuum ma
preci mensi hustotu nez vzduch? (Ondřej)
Odpověď: Ano. Pokud bude koule dutá a materiál jejího povrchu opravdu lehký, bude se vznášet vlivem hydrostatického tlaku vzduchu (který lze v tomto pohledu považovat za řídkou kapalinu). Technicky by ale nebylo vůbec jednoduché takovou kouli vyrobit. Vztlaková síla působící při zemském povrchu na kouli s průměrem 1 metr by byla přibližně 10 N, kontrukce by tedy nesměla být těžší než 1 kg. A to by přitom měla pokrývat celý povrch koule (přes 3m2) a odolávat rozdílu tlaku vně a uvnitř koule (105 Pa - to je jako by měla koule snést zatížení závažím o hmotnosti přes 7 tun). Teoreticky je tedy sice vaše úvaha správná, prakticky však při dnešním stavu techniky neproveditelná.
Dotaz: Proč se při zahřátí plynu zvýší rychlost jeho molekul? Odstrkují se
rychleji? Proč? (Jan Píka)
Odpověď: Pojďme se podívat, jakým způsobem lze takový plyn zahřát. Nejprve si představme, že máme nějaký plyn (třeba vzduch) uzavřený v krabici. Můžeme jej zahřát třeba tak, že nějak zahřejeme krabici a od ní se zahřeje plyn. Co ale znamená, že zahřejeme krabici? Krabice bude mít vyšší teplotu, tudíž její molekuly budou rychleji kmitat. Při nárazech molekul plynu na stěnu krabice (běžný děj, jímž se projevuje tlak v plynu) se pak tyto molekuly nejen odrazí, ale ještě navíc jsou "nakopnuty" více kmitajícími ("teplejšími") molekulami krabice. Molekuly plynu jsou pak v důsledku toho "nakopnutí" rychlejší... neboli krabice zahřála plyn uvnitř.
Existují ale i další mechanismy, zejména záření. Pokud na náš sledovaný plyn, nyní třeba vzduch v atmosféře, dopadá elektromagnetické vlnění správných vlnových délek (což může být třeba sluneční svit), lze si to představit jako ostřelování molekul plynu velmi rychlými malými kuličkami - fotony. A pokud takový foton molekulu plynu nerozbije (jako třeba ionizující záření), tak ji opět pošťouchne, "nakopne"...
Závěrem bych chtěl zdůraznit, že výše uvedené příklady jsou velmi zjednodušující a nelze je interpretovat doslova - fotony nejsou kuličky, náraz molekuly plynu na kmitající molekulu krabice může způsobit v některých (méně častých) případech i zpomalení ("ochlazení") molekuly plynu, ... základní představu o procesu ohřívání plynu však uvedené příklady vystihují.
Dotaz: Nedávno jsme v semináři probírali mlžné komory, kde prolétávající
částice za sebou zanechá ionty, na nichž kondenzuje voda. Proč ale voda
kondenzuje na iontech? Proč kondenzuje na prachových částicích myslím
chápu, ale u iontů mě žádné vysvětlení nenapadá... (Tereza Zábojníková)
Odpověď: Wilsonova mlžná komora pracuje s tzv. podchlazenou párou. To je takový stav látky, kdy by voda již (podle teploty a tlaku) měla přecházet do kapalného skupenství, ale jěště tak neučinila (podchlazení není příliš výrazné a vodě chyběl nějaký impulz, který by vedl ke změně skupenství). Proletí-li za takové situace podchlazenou párou elektricky nabitá částice, způsobí rozruch v elektromagnetickém poli a tento rozruch "šťouchne" i do molekul vody (která je ve stavu páry; molekuly vody mají dipólový moment, budou tedy na změny elektromagnetického pole reagovat). V podchlazeném stavu stačí páře i docela nepatrný "šťouchanec", aby přešla do kapalného stavu... a průchod nabité částice jej poskytne. Není to tedy tak, že by voda kondenzovala přímo na oněch nabitých částicích.
