Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 13 dotazů obsahujících »zmrzne«
1) Led posypaný solí
14. 03. 2008
Dotaz: Jakto, že když mam nadobu a v ní led, který posypu solí tak neroztaje, ale když
nasypu sůl na ledem zamrzlou silnici tak rozmrzne podstatně rychleji než ten v
nádobě. (Veronika Václavková)
Odpověď: Domnívám se, že jste solila málo, mám totiž jinou zkušenost. Tohle jsem
si zkoušel letos v létě. Když jsem do skleničky s ledem nasypal několik
lžic soli, led skutečně roztál. Vzniklá slaná voda měla teplotu výrazně
nižší než 0 °C (podařilo se mi dosáhnout teploty asi -15 °C).
Je to tím že roztok NaCl má podstatně nižší teplotu tuhnutí,
takže osolený led mající původně teplotu okolo 0 °C má tendenci
roztát. Na tání je ovšem třeba dodat energii – ta jde na úkor
teploty roztoku, proto se teplota sníží. Dá se takto připravit chladicí
směs.
Silničáři využívají snižování teploty zasolením k tomu, aby zbavili
silnice ledové pokrývky. Čím větší je zima, tím více soli na čtvereční
metr silnice musí použít. Právě proto se domnívám, že jste použila ve
svém experimentu soli málo. Nestačí osolit led špetkou jako polévku,
musíte zasolit opravdu vydatně.
Na obrázku je fázový diagram pro směs led + NaCl. Svislá osa znázorňuje
teplotu, vodorovná koncentraci soli. Pro každou dvojici
teplota-koncentrace můžeme v diagramu najít stav, ve kterém se směs
právě nachází.
Tak například při 20 °C a 5% koncentraci jsme v oblasti
Liquid, tedy tekutina (roztok). Všechna sůl je rozpuštěna.
Zvýšíme-li ale při stejné teplotě koncentraci na 40 %, voda už tolik
soli pojmout nedokáže a nějaká sůl zůstane nerozpuštěna – jsme v
části Liquid + NaCl.
V diagramu dále vidíme, že teplota tání s rostoucí koncentrací nejprve
klesá. Přechod Liquid -> Liquid + Ice je pro 0%
koncentraci na 0 °C a klesá až k -21,1 °C pro asi 23%
koncenraci soli ve vodě. Tomuto bodu se říká "eutektický bod".
Dalším solením (zvyšováním koncentrace soli) už teplota tání neklesá,
místo toho se dostáváme do oblasti, ve které vedle sebe existuje tekutá
voda a hydrohalit
(NaCl·2H2O).
Když teplota klesne výrazně pod -20 °C, solení silnic chloridem
sodným je principiálně úplně zbytečné. Ledu se tím nezbavíme, protože
netaje. V praxi se prý přestává chloridem sodným solit už při teplotách
okolo -10 °C.
Pokud jsem se trefil a skutečně jste solila málo, doporučuji provést
experiment ještě jednou a zvýšit množsví použité soli. Když napíšete,
jak jste dopadla, budeme rádi :o).
Poznámky:
1. Tání nějakou dobu trvá - tím déle, čím blíže je teplota eutektickému
bodu.
2. Není nutné používat jenom kuchyňskou sůl NaCl. Silničáři používají
také chlorid vápenatý nebo hořečnatý a další látky. Více si můžete
přečíst třeba zde.
Dotaz: Je všeobecně známo: Skafandr musí kosmonauta zásobovat kyslíkem, ochránit ho
před extrémně vysokými i nízkými teplotami a před radioaktivním zářením. Dotaz:
Proč ho musí chránit před extrémně vysokými i nízkými teplotami ? Ve vesmíru je
přece vakuum, a vesmír by se tedy měl chovat jako termoska, tj. nedovolit odvodu
nebo přísunu tepla z/do těla kosmonauta... (Kamil Balvar)
Odpověď: Je pravda, že vakuum neodvádí teplo tak intenzivně, jako třeba ledová voda, přesto i zde k tepelným ztrátám dochází. Obecně se teplo šíří vedením (zejména v pevných látkách, nejlépe krystalických), prouděním (v kapalinách a plynech) a sáláním. Ve vakuu se tedy proces ztráty tepla omezuje na sálání. Každé těleso sálá, a to tím víc, čím má vyšší teplotu (úměrně čtvrté mocnině své teploty). Nahý člověk (37 °C, povrch těla asi 1,5 m2) ve vesmíru by chladnul, ztrácel energii rychlostí až několik set J/s. S podobným tepelným výkonem září i každý z nás, zároveň však velkou část vyzářené energie kompenzuje tepelná energie, kterou na nás zase vyzařuje naše okolí (zahřáté oblečení a další i zdánlivě docela chladné předměty v našem okolí, stěny budov, podlaha, a další) a my ji příjímáme, absorbujeme. Díky tomu (jelikož jsme o něco teplejší než naše okolí, obečení, ...) ztrácíme spíše jen desítky či dokonce jednotky J/s a tuto energii tedy musíme doplněovat v podobě potravy.
Dotaz: Dobrý den, prosím Vás, když dám ven do mrazu nádobu s vodou pro psa, zmrzne
rychleji když ta voda bude teplá nebo studená? Moc děkuji za odpověď a přeji
hezký den. (Anička Wolfová)
Odpověď: Záleží na konkrétních podmínkách. Pokud dáte vodu do plastové nebo dřevěné misky a tu položíte na kamenné schody, zrmzne velmi pravděpodobně původně teplejší voda později. Lze si ale představit takové speciální podmínky, za kterých by to bylo obráceně, tedy že původně vyšší teplota vody by její mrznutí uspíšila. To by mohlo nastat třeba při položení kovové (a tedy dobře tepelně vodivé) misky na schody, které bývají v zimě pokryté vrstvou ledu a sněhu. Miska by se do takového podkladu mohla částečně protavit, čímž by získala lepší tepelný kontakt s okolím a voda by o teplo přišla rychleji.
Pokud budete v této oblasti experimentovat, budeme rádi, pošlete-li nám
zprávu o tom, jak to dopadlo. Jen dejte pozor, aby si pes nespálil
čenich ;o).
Více si o mrznutí horké a studené vody můžete přečíst například v Odpovědně.
Dotaz: Dobry den. Prosim vas o vysvetleni, co se stane s vodou ve vakuu. Dejme tomu ze
mam stolitrovy hrnec s vodou a umistim ho v kosmu, tedy v nulovem tlaku. Vypari
se vsechna voda varem a nebo jen cast a zbytek zmrzne protoze vyparena cast
odnese teplo. dekuji za odpoved a prosim kdyby to slo co nejdrive protoze se s
kamarady hadame, kdo ma pravdu. dik (bohuslav vladyka)
Odpověď: Je tak tak, jak říkáte. Vypaří se jenom část, ta s sebou odnese teplo,
takže zbytek vody zmrzne. Důkazem, že to tak chodí, jsou třeba komety,
jejichž značnou část tvoří právě led.
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.
