Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 174 dotazů obsahujících »tlak«
52) Difuze plynů
16. 05. 2007
Dotaz: Pokud uložím směs plynů vzniklých při elektrolýze vody do zásobníku, dojde časem
k oddělení vodíku a kyslíku vzhledem k jejich rozdílné hmotnosti? (kenko)
Odpověď: Spíš naopak, nehomogenity vzniklé při míchání směsi se ještě difúzí
vyrovnají. Každý plyn se bude v rovnováze v dobré aproximaci chovat tak,
jako by byl v nádobě sám, a pokud neuvažujeme děsně velkou nádobu, ve
které by byl znatelný úbytek tlaku s výškou, bude jejich poměr všude
stejný. Situace, kdy plyn s větší hustotou má větší koncentraci u podlahy
(například když napustíte do akvária CO2 z bombicek) je nerovnovážná a
difuze ji dříve nebo později zruší. Podobně nerovnovážná situace je
nad hrncem s vroucí vodou, tam je evidentně koncentrace vodní páry
větší než o kousek vedle. Dovaříte-li však a počkáte, bude vlhkost
vzduchu opět stejná v celé mísnosti.
Leccos zajímavého je například v heslech diffusion, partial pressure
... ve Wikipedii.
Dotaz: Dobrý den! Naše Země (planeta) je pod povrchem žhavá. Uprostřed Země se nachází
pevné kovové jádro, ve kterém dochází ke štěpným jaderným reakcím. Vznikajícím
teplem, na asi 6000 K ohřáté okolí jádra, je již tekuté, doběla rozžhavené.
Směrem k Zemskému povrchu teplota klesá a roztavené horniny začínají být
plastické. Stejně jako u vody v čajové konvici, i v zemském nitru vznikají
stoupající proudy roztaveného magmatu, deroucí se k Zemskému povrchu. Zajímalo
by mě, jestli je magma a láva vyvrhovaná při sopečných erupcích, radioaktivní.
Tekuté magma je přeci směs chemických prvků (sloučenin) ohřívaných Zemským
jádrem, ve kterém dochází ke štěpným reakcím, obdobně jako v jaderném reaktoru.
Předpokládám tedy existenci radiace Zemského jádra. Předpokládím proto alespoň
sekundární radioaktivitu směsi chemických prvků (magmatu), s různými poločasy
rozpadu, jádrem ozářených. Tak jak to je ve skutečnosti? Děkuji za Váš čas a
jsem s pozdravem. (Vladimír Štěpnička)
Odpověď: Nedomníváme se, že by v Zemi docházelo ke štěpným reakcím podobného typu jako v jaderném reaktoru, protože nic nesvědčí pro to, že by se v Zemi nacházela dostatečná koncentrace nějakého štěpného materiálu. Přesto jsme přesvědčeni o vysokých teplotách zemského jádra (jen o trochu nižších než uvádíte v dotazu - na rozhraní jádro-plášť by mohla být teplota o něco nižší nebo srovnatelná s 4000 K, ve středu Země cca 5000 K).
Hlavní zdroj tepla v nitru Země je patrně dvojího původu:
gravitačního, kdy při vzniku Země došlo ke smrštění prapůvodního materiálu a odpovídající úbytek gravitační potenciální energie se přeměnil na teplo; není vyloučeno, že i v současnosti gravitační potenciální energie zemského tělesa poněkud klesá, pokud dochází ke gravitační diferenciaci materiálu (spekuluje se např. o možnosti, kdy se na rozhraní vnitřního a vnějšího jádra oddělují lehčí příměsi od železa). (Poznámka: Vnější jádro je tekuté.)
radioaktivního - materiál tvořící zemské těleso obsahuje i radioaktivní izotopy některých prvků, vylétávající částice alfa či beta mají určitou kinetickou energii, která se nakonec přemění na teplo - z hlediska energetického mají v současnosti význam hlavně izotopy U238, U235, Th232 a K40, jejichž poločasy rozpadu jsou řádově srovnatelné se stářím Země. O těchto izotopech se domníváme, že pocházejí z původního materiálu, z něhož vznikla Země, nebyly tedy vytvořeny v průběhu existence Země. Není vyloučeno, že v mladší Zemí hrála z energetického hlediska určitou roli i radioaktivita některých prvků s kratšími poločasy rozpadu, jejichž koncentrace je nyní zanedbatelná.
Hovoříme-li tedy o radioaktivních prvcích v Zemi, mluvíme o tzv. přirozené radioaktivitě na rozdíl od umělé radioaktivity, která je (na Zemi) důsledkem technické činnosti jaderných zařízení. Otázka týkající se přirozené radioaktivity horkého magmatu souvisí s tzv. diferenciaci materiálu u zemského povrchu: Zemský plášť je plastický, nikoliv však tekutý, protože teplota tání tohoto materiálu značně závisí na tlaku a jen v oblasti nízkých tlaků u zemského povrchu nastává situace, kdy se horký materiál pláště začíná tavit, díky čemuž vzniká tekuté magma. Geochemici tvrdí, že "tendence" jednotlivých prvků vytvářet magma je značně variabilní a právě radioaktivní prvky, do něj "vstupují" snadno. Z magmatu nakonec vznikají jednotlivé minerály tvořící horniny kůry. Tento proces vede k tomu, že se ze zemského pláště postupně "odčerpávají" radioaktivní prvky, takže jejich koncentrace v kontinentální kůře je nyní mnohem vyšší než ve ("vyčerpaném") materiálu pláště.
Jen pro zajímavost: cca 20 km vrstva žuly by byla schopna (díky vysokému obsahu radioaktivních prvků) produkovat tepelný tok, který je srovnatelný s průměrným tepelným tokem měřeným na povrchu kontinentu.
Dotaz: Jak velký tlak vyvíjí voda, když zmrzne v těsném prostoru? (Václav Kadlec)
Odpověď: Tento tlak je obrovský. Jeho velikost můžeme odhadnout ze závislosti
teploty tuhnutí vody na tlaku. Při atmosférickém tlaku je tato teplota 0 °C, při tlaku stokrát větším je asi -1 °C, při tlaku dvou tisíc atmosfér je to asi -20 °C. To znamená, že při tlaku 2000 atmosfér se začne led tvořit až při teplotě nižší než 20 °C pod nulou, při vyšších teplotách zůstává voda v kapalném skupenství.
Pokud vodu budeme chladit, ale nedovolíme jí zvýšit při krystalizaci v led
svůj objem, bude se zvyšovat její tlak až k takové hodnotě, kdy při dané
teplotě může voda stále ještě být v kapalném skupenství - pro teplotu
-1 °C je to přibližně 100 atmosfér, pro -20 °C je tento tlak
okolo 2000 atmosfér.
Dotaz: Dobrý den, máme dvě nádoby stejného objemu, ve kterých je voda, rovněž stejného
objemu (přičemž voda nezabírá celý objem nádoby). V jedné nádobě je nad hladinou
vody vzduch a v druhé je vzduch vypuštěn, tzn. nad hladinou vody se nachází
pouze vodní páry. Můj dotaz zní: bude v nádobě, ve které není vzduch, větší
množství vodních par, nebo bude v obou nádobách stejné množství vodní páry (nad
vodní hladinou)? (petr)
Odpověď: V nádobě, v níž je v rovnovážném stavu voda se svými parami, je tzv.
dynamická rovnováha. To znamená, že ačkoliv z makroskopického pohledu se
nic nemění (množství kapalné a plynné fáze je pořád stejné), na
mikroskopické úrovni se něco děje: molekuly vody se neustále chaoticky
pohybují, občas některá "vyskočí" z kapaliny a stane se součástí par
("vypaří se"), jindy se zase molekula páry vrátí do kapaliny
("zkondenzuje").
Rovnováha závisí tedy na tom, jak "husto" je molekul vodní páry v plynné
fázi nad kapalinou - pokud příliš mnoho, kondenzují, pokud příliš málo,
nastává vypařování z kapalné fáze. Přitom nezáleží na tom, mezi čím se
tyto molekuly vodní páry pohybují - zda mezi částicemi vzduchu, ve
vzduchoprázdnu nebo v jakémkoli jiném plynu; záleží pouze na jejich
množství v jednotce objemu. Selským rozumem usoudíme, že nemůže být tak
úplně jedno, zda se molekuly pohybují mezi "ničím" nebo mezi částicemi
vzduchu - ale za běžných podmínek je jakýkoli plyn natolik "řídký", že
částice v něm se pohybují dostatečně volně.
Je-li ve Vašich nádobách stejné množství kapalné fáze a v obou případech
jde o rovnovážný stav, musí v nich být také stejná množství vody v
plynném skupenství, v důsledku tedy stejný tlak molekul vodní páry. Liší
se pouze celkový tlak nad kapalinou v nádobě - v jednom případě je
plynná fáze tvořena pouze vodními parami, v druhém stejným množstvím
vodních par a navíc ještě vzduchem, takže celkový tlak je zde vyšší,
tvořený součtem tzv. parciálních (částečných) tlaků jednotlivých složek
(vodní pára, kyslík, dusík, oxid uhličitý... ).
A jaký je tlak syté vodní páry, tedy páry v dynamické rovnováze s
kapalnou vodou? To závisí na teplotě. Např. při 10 °C je to asi 1,2 kPa
(setina atmosférického tlaku), při 50 °C asi 12 kPa, při 100 °C je to
akorát atmosférický tlak a při 120 °C je to asi 2,5 násobek
atmosférického tlaku.
Dotaz: Hezký den. Prosím, jak funguje hračka "čínský ptáček". Nikdy jsem tuto hračku v
praxi neviděl. Je uvedena v uč. fyziky pro G - Molekulová fyzika a termika, 4.
vyd. 2000 na str. 110-111. Děkuji. (Zbyněk Matějka, Mgr.)
Odpověď: Tato hračka, "čínský ptáček" je tvořena skleněnou baňkou - tělem, na níž navazuje skleněná trubička - krček - zakončená trochu širší hlavičkou (obr. 1). Celý ptáček je uchycen tak, aby se mohl volně otáček okolo osy vyznačené zeleným křížkem. V těle ptáčka je těkavá kapalina, údajně ether, nad kapalinou je jak v těle (A), tak i v krčku a hlavičce (B) sytá pára této kapaliny. Jakmile ptáčkovi vodou smočíme zobáček, dojde vlivem odpařování vody ze zobáčku k ochlazování hlavičky a v hlavičce a krčku spolu s teplotou poklesne i tlak sytých par, zatímco v tělíčku zůstává tlak stále stejný. Tento rozdíl tlaků vytlačuje kapalinu z tělíčka do krčku (obr. 2). Spolu s přesouvající se kapalinou se pomalu přesouvá i těžiště celého ptáčka. Vystoupá-li kapalina dostatečně vysoko, ptáček se převáží a nakloní dopředu. Když se nakloní dostatečně (obr. 3), dojde k propojení tělíčka a hlavičky, tlaky se vyrovnají, kapalina přeteče zpět do tělíčka a ptáček se opět napřímí (opět obr. 1). Při předklonu si ale ptáček smočil zobáček ve skleničce s vodou, která stojí před ním, takže se voda z jeho zobáčku zase začne odpařovat a celé se to může opakovat.
