Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 15 dotazů obsahujících »mrznutí«
3) Rozpustnost sacharózy ve vodě
19. 11. 2007
Dotaz: Dobry den, chtela jsem Vas poprosit, zda byste mi nepomohli ujasnit proces
rozpustnosti sacharozy ve vode pri vyrobe cukrovarnistvi? Ci rozbor koncentrace
sacharozy ve vode? Shanim uz nekolik dni o tom nejake blizsi informace, ale
nasla jsem zatim jen zminky ci odstavecky v knihach. (Lenka Zuzanikova)
Odpověď: Následující anglicky psaný text se zabývá vlastnostmi roztoků, jako druhý v
pořadí je zkoumán systém sacharóza-voda ("sugar water solutions") včetně
fázového diagramu (nejpřehlednějšího, na který jsem narazila), který
zahrnuje také oblast záporných teplot a bod mrznutí směsi, což Vás asi
nezajímá. Komentář ke křivce rozpustnosti (v rozmezí 0 °C - 100 °C roste
rozpustnost od 60 do 80 hmotnostních procent roztoku) a k procesu
rozpouštění je uveden v odstavečku nad fázovým diagramem:
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.
Odpověď: Je rozdíl mezi bouří a bouřkou. Bouřkou se v meteorologii označuje souhrn elektrických a akustických jevů (blesky, hřmění…), které s vznikem a vývojem krup v podstatě nesouvisí, i když se mohou vyskytovat společně. Pokud ale ke tvorbě krup dojde, je to v rámci bouře i když ne každá bouře je nutně spojená s tvorbou krup. Aby se z oblačných částic (kapiček) začaly vytvářet kroupy, musí oblak sahat do výšek, kde je teplota nižší než 0 °C a zároveň v jeho nitru dochází k intenzivním výstupným pohybům. Mezi hladinou 0 °C a přibl. -40 °C jsou v oblaku jak částice ledu (zmrzlé kapičky), tak přechlazené vodné kapičky (s teplotou sice už nižší než 0 °C, ale ještě pořád v kapalném stavu). V tomto rozmezí teplot při srážce ledových částic s kapalnými dochází k namrznutí vody na ledovou částici, která takto narůstá a na své cestě vzhůru nebo dolů - když je už dostatečně těžká, tímto způsobem „nabaluje“ další „slupky“. Při své cestě na zemský povrch začne tát, ale je-li dostatečně velká, dopadne jako kroupa. V našich zeměpisných šířkách v podstatě každá dešťová kapička byla původně ledem, jenomže stihla roztát.
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: Proč sadaři při očekávaných mrazech udržují v době květu stromů celou noc nad
korunami stromů vrstvu kapének vody? (Jirka)
Odpověď: Voda může namrzat na větvích stromů a funguje jako tepelná ochrana, díky velké teplotní kapacitě. Podstatná je jedna věc. Živý organismus stromů může utrpět velké škody (roztrhání buněk rostlinné tkáně) při rychlém rozmrzání. Samotné krátkodobé zmrznutí není tak fatální. A těmto škodám může právě zabránit ledový povlak, který podstatně zmírní rychlost teplotních změn a zmírní rychlost změn teploty rostliny. Je dobré si uvědomit, že nízké teploty v době kvetení stromů (s možnosti mrazíků) se vyskytnou při jasné obloze, kdy díky radiačnímu ochlazování zemského povrch a přilehlých vrstev vzduchu může v blízkosti zem. povrchu klesnout teplota pod bod mrazu. A ráno vysvitne Slunce a přechod od nízkých teplot k vyšším hodnotám (týká se to teplot dřeva) může být velmi rychlý. Právě ledový povlak tomu pak může zabránit.
