Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
208) Pára nad hrncem
02. 03. 2008
Dotaz: Dobry den, chtel bych se zeptat, proc se z hrnce uvolnuje para, i kdyz se voda
nevari, je to kvuli odparovani vody v kontaktu z rozpalenym hrncem? A potom by
mne tajimalo proc se mnozstvi pary zvysi bezprostredne potom,co vypnu plyn na
sporaku. Predem dekuji za odpoved (Michal Šárka)
Odpověď: Vypařování probíhá při libovolné teplotě, jeho míra ovšem s teplotou
prudce roste. Jenže pozor, nezávisí jenom na teplotě, ale také na
množství vody obsažené ve vzduchu nad hrncem (takzvané vlhkosti vzduchu).
Z mikroskopického hlediska si to můžete představit takto:
Molekuly v kapalině i ve vzduchu se neustále chaoticky pohybují (tím
rychleji, čím větší je teplota – ve skutečnosti je to spíše
obráceně, totiž že čím rychlejší je chaotický pohyb částic, tím větší
teplotu látka má). Některé částice při tomto pohybu "vyskočí" z kapaliny
a stanou se součástí vodních par (vypařování), jiné (klidně současně)
přejdou ze vzduchu do vody v hrnci (kondenzace). Obojí se děje neustále
a vzhledem k obrovskému množství molekul v litru vody (řádově
1025) velmi mnohokrát každou sekundu. Je to vlastně difúze
molekul plynu do kapaliny a obráceně.
Pokud častěji vyjdou molekuly z vody, než obráceně, pozorujeme to jako
vypařování kapaliny &ndash její množství v hrci se zmenšuje, vlhkost
okolního vzduchu naopak roste. Čím více je ale vodních par nad hrncem,
tím častěji některé molekuly přejdou při chaotickém tepelném pohybu ze
vzduchu zpátky do kapaliny. Vypařování se tedy zpomaluje.
Může se stát, že po čase vlhkost vzduchu vzroste natolik, že při dané
teplotě (a tedy "hemživosti" částic) už do kapaliny vstoupí ze vzduchu
za jednotku času právě tolik molekul, kolik jich kapalinu za stejný čas
opustilo. Mluvíme o stavu dynamické rovnováhy (z makroskopického
hlediska je to rovnováha, protože námi pozorovaná množství kapaliny a
par se nemění, ale z mikroskopického hlediska i nadále dochází k
vzájemnému míšení, jenže je to statisticky vzato "kus za kus" –
proto dynamická rovnováha namísto statické rovnováhy). Takzvaná
relativní vlhkost v tomto případě dosáhla 100 %.
Kdybychom nyní teplotu zvýšili, rovnováha by se opět porušila, relativní
vlhkost by klesla pod 100 % a my bychom mohli pozorovat další
vypařování. Funguje to i opačně. Pokud teplotu snížíme, může se
relativní vlhkost zvýšit dostatečně k tomu, aby docházelo ke kondenzaci.
Takto mohou vznikat drobné kapičky přímo ve vlhkém vzduchu (přesně tak
vzniká déšť). Nad hrncem tyto drobné kapičky pozorujeme jako mlhu, laiky
označovanou slovem "pára" (ve fyzice má slovo pára význam plynu, mlze
&ndash tedy páře s kapičkami &ndash fyzikové někdy říkají "mokrá pára").
Voda tedy k tomu, aby se vypařovala, nemusí vřít. Nicméně při varu se
vypařuje nejintenzivněji.
A proč pozorujeme mlhu nad hrncem bezprostředně po vypnutí plynu?
Domnívám se, že je to právě kvůli onomu náhlému snížení teploty. Tím
vzroste relativní vlhkost vzduchu nad hrncem a pára začne kondenzovat do
drobných kapiček, což pozorujeme jako mlhu. Stejný jev nastavá v zimě,
kdy nám jde "pára" (tedy mlha) od úst.
O mikroskopickém pohledu na vypařování jsme zde už jednou psali, můžete
se podívat sem.
Pokud vás zajímá více o varu, rovněž o tom jsme zde už psali, klikněte
sem.
Dotaz: Dobrý den, dotaz zní, zda hliníkový chladič (typicky na CPU v PC) chladí jinak (lépe nebo hůře), než tvarově identický vyrobený z mědi. Jestli problému správné rozumím, závisí jen na barvě a ploše chladiče, materiál ovlivňuje pouze to, jak rychle soustava dosáhne ustáleného stavu (alespoň v případě sálání, nevím ale jak u proudění, které zde hraje velkou roli). Děkuji za osvětlení nebo třeba i jen nápovědu, link. (Ren)
Odpověď: Chlazení chladičem bereme jako stacionární děj, tj. ustálený stav
teplot se stálými toky tepla. I při stejném "topném příkonu" součástky a
stejném tvaru chladiče a stejném způsobu chlazení resp. sálání z
chladiče i v ustáleném stavu ZÁLEŽÍ na materiálu chladiče, protože pro
jiný materiál chladiče se na povrchu chladiče ustálí jiné teploty - čím
je materiál vodivější, tím budou teploty nižší.
Je potřeba rozeznávat vodivost tepelnou (charakterizující přenos
tepla = energie) a teplotní (charakterizující změnu teploty), dále
vedení tepla vnitřní (např. uvnitř zahřívané tyče) a vnější (přenos
tepla z tyče ven, tj. přes hranici dvou prostředí); o vnějším
předpokládejme, že za jinak stejných podmínek - vlastnosti povrchu a
okolního prostředí - bude rovněž stejné.
Představme si vedení tepla deskou. Nalevo ji zahřívá jistý děj,
který jí dodává stálý tepelný příkon W (třeba elektrická spirála) a
udržuje tam v rovnováze stálou teplota T2. Na druhé straně desky je
odvod + sálání tepla a udržuje se tam nižší teplota T1 díky chladicímu
prostředí. Nastala-li již rovnováha, vejde dovnitř zleva za danou dobu
∆t přesně to teplo, co za tutéž dobu odejde zprava. Tepelný příkon
W = Q / ∆t je roven tepelnému "výkonu" (do chladicího
prostředí), jinak by nebyla rovnováha a teplota tyče by se s časem měnila.
Nezabýváme se tou dobou, než se vše dostalo do rovnováhy (tato doba
roste s celkovou tepelnou kapacitou desky). Deska je již nyní ve
stacionární rovnováze, tj. prohřátá se stálým teplotním průběhem ).
V tabulkách je pro měď a hliník uveden součinitel *tepelné vodivosti*
λ (thermal conductivity), což je
λ = Q l / (S ∆t / ∆T) s označením
∆ je přírůstek resp. změna,
Q = celkové teplo prošlé deskou za dobu ∆t,
l = tloušťka desky vzorku,
S = plocha desky,
∆T = T2 - T1, tedy rozdíl teplot na opbou stranách desky.
Příslušný součinitel *teplotní vodivosti* "a" (thermal diffusivity) je
a = λ / (ρ cp) ,
kde ρ je objemová hmotnost (hustota) a cp měrná tepelná kapacita při
stálém tlaku, udává průběh teploty.
Ve stařičkých Valouchových tabulkách (v CGS), které mám právě po
ruce, jsem našel hodnoty:
kov
λ
cp
ρ
"a"(vypočteno)
Al
0,503
0,214
2,70
0,912
Cu
0,92
0,094
8,9
1,1
Poměr přenášených tepel za jinak stejné konstrukce bude Cu:Al=0,92:0,503.
Dotaz: Dobrý den, zde: http://fyzweb.cuni.cz/new/clanky/index.php?id=106
píšete: "Podle základního modelu velkého třesku náš vesmír vznikl ze singularity,
bodové oblasti prostoru „nabušené energií“. Proto tato oblast
tvořila velmi horké a velmi husté prostředí, v němž byla gravitace natolik
silná, že vesmír byl zakřiven sám v sobě s poloměrem křivosti jen 10-34 m."
Mohli byste mi prosím sdělit, kde se tato energie vzala? Podle zákona o
zachování energie by součet všech energií měl být nulový, nelze mít energii z
ničeho. Tedy někde je stejné množství chybějící energie. Tušíte aspoň kde se
nachází a jaké má vlastnosti (dle selského rozumu by měla mít vlastnosti přesně
opačné než "ta naše")? (Jaroslav)
Odpověď: Zákon zachování energie je mocné pravidlo, s nímž se potkáváme v běžném životě prakticky všude a již mnohokrát vedl k novým objevům. Mohlo by se tedy zdát, že jde o univerzální a všude platný zákon - ale není tomu tak. Existují děje, při nichž se energie nezachovává a rozpínání vesmíru je jedním z takových dějů. Trochu více se o tom dočtete například v článku Jiřího Jersáka v časopise Vesmír (2008/1).
Tvrzení, že zákon zachování energie neplatí úplně vždy, by mohl vést k domněnce, že by přeci jen bylo možné sestavit perpetuum mobile. Bohužel, nebylo - případy, kdy zákon zachování energie neplatí se k dolování a následnému zužitkování energie použít nedají.
Dotaz: Zemi trvá jeden oběh kolem Slunce asi 365 a čtvrt dne. To by znamenalo, že když
slavíme půlnoc 31.prosince, tak Země v tu chvíli ještě neoběhla úplně celou
otočku od Silvestrovské půlnoci minulého roku (to doběhne až někdy v 6 hodin
ráno 1.ledna). Je to pravda? Posouvá se stejným způsobem třeba i okamžik jarní
rovnodennosti? Děkuji za odpověď. (Frantisek Vejvoda)
Odpověď: Ano, okamžik jarní rovnodennosti se vůči našemu civilnímu kalendáři posouvá v nepřestupné roky o zhruba o 5 hodin a 49 minut kupředu, vpřetupném roce pak o 17 hodin 26 minut zpět dozadu. Jak si lze snadno zpočítat, není po 4 letech vše vyrovnáno, proto se v nyní používaném (gregoriánském) kalendári zavádí korekce. ta spočívá v tom, že není přestupný úplně každý čtvrtý rok, jsou tedy definovány výjimky (je-li letopočet dělitení 100 a zároveň není-li dělitelný 400, potom se o přestupný rok nejedná).
Dotaz: Tvrzení: Pokud zamezíme dělu možnost zpětného rázu, pak dělová koule doletí
mnohem dál. Prosím o vysvětlení tohoto tvrzení. Každého jako první vysvětlení
napadne zákon zachování hybnosti, ale mně se toto vysvětlení nezdá být pravdivé
proto, že připevněné dělo se sice nepohne vzhledem k Zemi, ale pohne s dělem
celá Země. Nejedná se spíš o efektivnější využití energie získané při zapálení
střelného prachu? Děkuji za odpověď. Kratochvílová (Dana Kratochvílová)
Odpověď: Ano, skutečně jde o lepší využití energie. Pokud zamezíme zpětnému rázu, bude se energie výbuchu střelného prachu předávat zejména urychlované dělové kouli, zatímco při zpětném rázu by se zpotřebovávala i na urychlování děla v protisměru.
