Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 174 dotazů obsahujících »tlak«
30) Přechlazená voda II
14. 02. 2008
Dotaz: Dobrý den.Rád bych se zeptal jestli je možné v našich podmínkách/na
zeměkouli/aby voda v tekutém stavu měla méně než 0°C.Např.-0,2°C. (Jarda)
Odpověď: Ano, možné to je a stává se to poměrně běžně. Tím nemyslím v 90 %
případů, ale setkat se s tím může i normální smrtelník mimo laboratoř,
mám s tím osobní zkušenost také.
Voda při atmosférickém tlaku tuhne při teplotě 0 °C. Pokud má
kapalná fáze nižší teplotu, říkáme, že je voda přechlazená. Jedná se o
takzvaný metastabilní stav, který má tendenci dříve či později přejít do
stabilnějšího stavu - voda ztuhne. Takové tuhnutí je pak velmi prudké,
krystalizace se šíří lavinovitě celým objemem nádoby.
Na internetu je spousta videí s touto tématikou, najdete je pomocí
klíčových slov supercooled water.Velmi pěkné jsou například:
Dotaz: Bylo by možné(nejlépe bez vzorečků) vysvětlit pojem vnitřní energie, entalpie a
volná entalpie tak, aby to pochopil i někdo, kdo se fyzikou příliš nezabývá? A. (Bakalářová Anna)
Odpověď: Velice zjednodušeně (přičemž pod pojmem "soustava" si představujte například
čaj v hrnečku):
Vnitřní energie
Vnitřní energie je energie "ukrytá" ve struktuře hmoty, tj. ta část energie,
která není spojena ani s pohybem soustavy, ani s tím, že na soustavu působí
nějaké pole (gravitační...), ale kterou má soustava sama o sobě. Tato
energie je spojena s pohyby a vzájemným působením jednotlivých částic, ze
kterých je soustava složena. To ale znamená, že ji nemůžeme přímo změřit.
Víme ovšem, že vnitřní energie se může měnit jedině tak, že soustava vydá
nebo přijme teplo (to měřit umíme), případně koná nebo je na ni konána práce
(to taky měřit umíme) - tj. kolik jí ubylo nebo přibylo zjistit umíme, ale
kolik jí v soustavě aktuálně je, to nezjistíme. Důležitou vlastností vnitřní
energie je, že závisí jen a pouze na stavu soustavy, tj. když vytvoříme
stejné podmínky, vždycky jí v soustavě bude stejně, a to bez ohledu na to,
co se s tou stoustavou předtím dělo, jestli jsme ty podmínky vytvořili
postupně nebo naráz, pomaleji nebo rychleji, oklikou nebo přímo... V
termodynamice se tomu říká, že je "stavová". Práce ani teplo stavové nejsou,
když je chceme spočítat, nestačí znát začátek a konec, ale je potřeba znát
podrobně, vteřinu za vteřinou celý proces, během něhož se teplo vyměňovalo
nebo během něhož byla práce konána. Což je hrozná komplikace...
Enthalpie
Za jistých podmínek teplo stavové být může - pokud je vyměněno při ději,
který není doprovázen změnou tlaku - například se odehrává v hrnečku bez
víčka, takže tlak je roven stále tlaku v místnosti. (Další podmínka je, že
se při onom ději nesmí konat neobjemová práce, třeba elektrická. Ale takové
věci se s čajem v hrnečku obvykle nedějí.) Toto vyměněné teplo je pak rovno
změně stavové veličiny zvané enthalpie. Je to užitečná věc zejména pro
chemické reakce (ty se obvykle odehrávají v kádinkách bez víčka), proto se
užívá velmi často v chemii k popisu energetických změn doprovázejících
reakce - spalné teplo, slučovací teplo, reakční teplo, to všechno jsou
enthalpie. A jak bylo řečeno, všechna tato "tepla" jsou stavová, závisejí
pouze na tom, co je na začátku a na konci reakce, takže je stačí pro dané
podmínky jednou změřit a zapsat někam do tabulek. Opět platí, že aktuální
hodnotu enthalpie nemůžeme změřit, pouze změnu, ale to nám bohatě stačí.
Volná enthalpie
Chemici jí asi častěji říkají Gibbsova energie a je to něco jako
"vychytanější" enthalpie. Úžasnou vlastností volné enthalpie je, že její
změny vypovídají něco o tom, jestli jde soustava do stabilnějšího nebo méně
stabilního stavu, což souvisí s tím, jestli do toho stavu jde dobrovolně
(samovolně), anebo ji k tomu musíme nutit, a jak moc (tj. s dodáním nějaké
energie). Také se z jejích změn dá poznat, kdy je na tom soustava nejlépe -
kdy je v rovnováze. A změny volné enthalpie jsou měřitelné (i když trochu
komplikovaněji, než je tomu u enthalpie, přičemž podmínka neměnného tlaku
stále platí) a volná enthalpie je stavová. Co víc si přát. Použití díky
neměnnému tlaku opět v chemii - když hodnota volné enthalpie klesá (tj.
změna je v čase záporná), jde o děj (třeba chemickou reakci) samovolnou a
soustava jde do stabilnějšího stavu, a to tak dlouho, až dojde do rovnováhy,
kde už se volná enthalpie dál nemění a je na minimu - což neznamená, že už
tam žádné děje neprobíhají! Když je změna kladná - hodnoty rostou - je děj
nesamovolný a výsledek bude méně stabilní než začátek. A opět platí, že
aktuální hodnotu volné enthalpie nemůžeme změřit, pouze její změny, ale
bohatě nám to dostačuje.
Dotaz: Jak závisí radioaktivita radionuklidu na teplotě? Je radionuklid radioaktivní i
za teplot blížících se teplotě absolutní nuly? (Mirek Moravec)
Odpověď: Není nám známa žádná zásislost radioaktivity na teplotě (s výjimkou extrémních tlaků a teplot panujících například při jaderné fůzi). Radionuklid by tedy měl být stejně aktivní při běžné teplotě i v prostředí, kde lze teplotu označit jako blízkou absolutní nule.
Dotaz: Dobrý den, zajímalo by mne co způsobuje některých věcí ve tmě. Například ty různé svíticí stavebnice , hračky, gumy.
Děkuji (Martin Slepička)
Odpověď: V případě, že je předmět nejprve nutno osvítit, aby pak ve tmě světélkoval, jedná se o fosforescenci. Takto fungují například "hvězdičky", které se lepí na strop dětského pokoje, nebo svítící gumové náramky. Fosforescence je jev, kdy vhodná chemická látka (používá se hlinitan strontnatý aktivovaný europiem, dříve též sulfid zinečnatý aktivovaný mědí) absorbuje světlo, tím se její molekuly dostanou do stavu o vyšší energii (excitovaný stav), ve kterém se ovšem udrží jen určitou dobu - u fosforescence může podle druhu látky jít o setiny sekundy až dny. Potom se molekuly vrátí zpět do původního stavu a přebývající energii vyzáří ve formě světla, které pozorujeme jako světélkování - protože je jen slabé, je lepší je pozorovat ve tmě.
Podobným případem je fluorescence, kdy ovšem dochází k návratu molekul a vyzáření světla téměř okamžitě po osvícení, tj. světélkování zmizí, jakmile na látku nesvítíme. Takto fungují optické zjasňovače v pracích prášcích a ve zvýrazňovacích fixech, které svítí viditelným světlem, pokud je ozařujeme "neviditelným" UV světlem (je obsaženo i ve slunečním světle). Pozorujeme to výrazně na diskotékách (bílá trička tam září) nebo při zkoušení pravosti bankovek.
Energii pro světélkování lze látce dodat i jinak než osvícením - například vhodnou chemickou reakcí, teplotou, radioaktivním rozpadem jiné látky či mechanickým tlakem a pod. Pro účely, které popisujete v otázce, je ovšem nejpraktičnějším způsobem právě osvícení.
Dotaz: Dobrý den. Je známo, že když snižujeme tlak, tak klesá i teplota varu. Když tedy
dáme nádobu s vodou do vývěvy, potom se začne za sníženého tlaku voda vařit
třeba i při pokojové teplotě. Zajímalo by mě, jestli lze v takové vodě uvařit
třeba vajíčko natvrdo nebo párky. Jestliže ano, bylo by jídlo po vyjmutí z vody
stejně horké jako za normálního tlaku? Mohl bych se o takovou vodu spálit? Mohli
byste mi vše trochu podrobněji fyzikálně vysvětlit? Děkuji. (Jan Zubáč)
Odpověď: Bude-li se voda za sníženého tlaku vařit již při pokojové teplotě, znamená to, že její teplota je při varu skutečně pokojová, se vším, co z toho plyne. Jídlo tak neuvaříte, po vyjmutí z aparatury proto bude mít testovaný předmět pokojovou teplotu (a tedy rozhodně vás neopaří), ...
