Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
292) Molární objem plynu
12. 10. 2007
Dotaz: Dobrý den, chtěla jsem se zeptat v jaké teplotě a tlaku mají plyny objem 22,4
litrů. Děkuji (Tranová Lili)
Odpověď: Objem plynu závisí na tlaku, teplotě a množství plynu. Předpokládám, že se zajímáte o objem 1 molu (6.1023 molekul nebo atomů) plynu - jinak bychom mohli říci, že správná odpověď zní: za jakýchkoli podmínek. Vždycky totiž můžeme vzít právě takové množství plynu, aby jeho objem byl 22,4 litru.
Hodnota 22,4 litru se objevuje v chemii jako tzv. molární objem. Je to objem jednoho molu ideálního plynu při teplotě 0 °C a při standardním (atmosférickém) tlaku 101 325 Pa, vypočtený ze stavové rovnice pro ideální plyn. Běžné plyny (kyslík, amoniak nebo třeba oxid uhličitý) nejsou sice "ideální", ale tuto hodnotu pro ně můžeme také používat.
Stavová rovnice ideálního plynu udává vztah mezi tlakem p, objemem V, látkovým množstvím plynu n (v molech), konstantou R (8,314 JK/mol) a teplotou T (vyjádřenou nikoli ve stupních Celsia, ale v kelvinech): p.V = R.n.T
Chceme-li, aby objem (V) jednoho molu plynu vyšel 22,4 litru (tedy 0,0224 m3), zbývají nám v rovnici stále ještě dvě proměnné k dosazení - teplota T a tlak p.
p . 0,0224 m3 = T . 1 mol . 8,314 JK/mol
Proto platí, že při libovolné teplotě, kterou si vymyslíme, můžeme dopočítat takový tlak, aby objem vyšel 22,4 litru. Jednou z možností je právě teplota 0 °C a tlak 101 325 Pa. Zvolíme-li jinou teplotu, například 100 °C (= 373,15 K), dopočítáme tlak 138 499 Pa - a při těchto podmínkách bude objem jednoho molu plynu taktéž 22,4 litru.
Můžeme tedy říci: při libovolné teplotě - zvolíme-li správný tlak - může mít jeden mol plynu objem 22,4 litru. A naopak, při libovolném tlaku - doplníme-li jej správnou teplotou - může mít jeden mol plynu objem 22,4 litru. Nejčastěji se ale setkáváme právě s dvojicí 0 °C a 101 325 Pa.
Dotaz: Dobrý den potřebovala bych zjistit který bod na zemském povrchu je nejdál od
stredu země. dekuji nikde to nemuzu najit:-( (Andrea Nagyová)
Odpověď: Měla by to být hora Chimborazo v Ekvádoru (6310 m n.m.), neboť leží u rovníku (1,5° severní šířky) a vlivem zploštění Země je tedy její vrchol od středu Země dál než vrchol nejvyšší hory světa Mt. Everestu (nacházející se poblíž 28° severní šířky).
Pohled na Chimborazo ze severovýchodu. Zdroj:wikipedia.org
Dotaz: Dobrý den přeji. Mám dotaz: Při jaké teplotě začne vařit voda pod tlakem
28Atm.Při stoupajícím tlaku je tato teplota úměrná? Děkuji za odpověď. Ryska
Pavel (Pavel Ryska)
Odpověď:
Při tlaku 28 atm (tedy přibližně 2,8 MPa) vře voda při teplotě asi 227 °C. Závislost teploty varu na tlaku přímo úměrná není.
Obšírnější odpověď
K hlubšímu pochopení doporučuji nejprve se seznámit s pojmem sytá pára (před časem jsme o tom psali něco i v odpovědně).
Kapalina (tedy i voda) začne vřít tehdy, když tlak sytých par této kapaliny (v případě vody jde o syté vodní páry) dosáhne okolního tlaku. Ve fázovém diagramu je závislost tlaku sytých par na teplotě znázorněna tzv. křivkou sytých par, tedy takovými tlaky a teplotami, při kterých je kapalina v dynamické rovnováze se svými parami.
Na svislé ose je tlak v pascalech v logaritmické škále. Logaritmická škála je použita proto, aby v grafu bylo možno dobře znázornit obrovský rozsah tlaků od 0 Pa do 1012 Pa). Na vodorovné ose je teplota v kelvinech. Vapor označuje oblast, tlaků a teplot, při kterých je H2O v plynné fázi, liquid označuje kapalnou fázi, solid pevnou fázi (led), přičemž římské číslice označují různé krystalové modifikace ledu (my se pochopitelně v běžných podmínkách setkáváme pouze s hexagonální krystalovou modifikací Ih, ostatní tlaky a teploty jsou značně neběžné). Tlusté čáry označují rovnovážné tlaky a teploty mezi jednotlivými fázemi. Lze tak například snadno odečíst, že při tlaku 105 Pa (1 atm) je rovnovážná teplota mezi kapalinou a plynem (vodní párou) asi 380 K, tedy 100 °C. Jinými slovy při atmosférickém tlaku voda vře při teplotě 100 °C.
Posuneme-li se na křivce poněkud doleva, můžeme odečíst, že např. při tlaku 103,5 Pa vře voda při asi 290 K, což je asi 20 °C. Ještě více vlevo narazíme na tzv. trojný bod, ve kterém se stýkají křivka vypařování, křivka tání a křivka sublimace - při tomto tlaku a teplotě (a jen při nich) může existovat rovnováha mezi všemi třemi skupenstvími.
Posuneme-li se na křivce vypařování naopak doprava, můžeme z grafu odečíst třeba teplotu varu při oněch 28 atm. 28 atm je přibližně 2,8 MPa, což je asi 106,4 Pa. Tomu v grafu odpovídá hodnota přibližně 500 K, tedy 227 °C. Ještě více vpravo, při teplotě 647 K (374 °C) a tlaku asi 22 MPa (přibližně 107,3 Pa), je červeným puntíkem označen tzv. kritický bod, ve kterém je hustota plynu tak velká, že se vyrovná hustotě kapaliny - fázové rozhraní mezi kapalinou a plynnou látkou mizí. Jinými slovy: při vyšších teplotách a tlacích už nemá smysl rozlišovat mezi kapalinou a plynem, mluvíme pouze o tekutině. A proto při vyšších tlacích žádný var pozorovat nelze.
Shrnutí
Při tlaku 28 atm (tedy přibližně 2,8 MPa) vře voda při teplotě asi 227 °C. Závislost teploty varu na tlaku lze vyčíst z fázového diagramu, nejedná se o přímou úměrnost. Dokonce při tzv. kritickém tlaku (asi 22 MPa) tato křivka končí - při tlacích vyšších než je kritický tlak k varu vůbec nedochází.
Poznámka na závěr pro hloubavé
Z grafu se zdá, že s rostoucím tlakem roste rychlost zvyšování teploty varu (pro znalce: druhá derivace funkce p(t) je záporná). Jedná se ale jen o optický klam způsobený logaritmickou stupnicí. Ve skutečnosti se s rovnoměrným zvyšováním tlaku rychlost růstu teploty varu zpomaluje.
Odkaz pro hravé
Na http://www.partyman.se/calculator.html je kalkulátor, který s využitím Clausiovy-Clapeyronovy rovnice počítá ze zadaného tlaku teplotu varu, případně k dané teplotě varu dopočítává příslušný tlak. Pozor na to, že tento kalkulátor vypočítává i fiktivní hodnoty v oblasti nadkritických teplot a tlaků a také dovoluje vkládat teploty pod absolutní nulou (menší než -273 °C). Ani jedno neodpovídá realitě.
Dotaz: Dobrý den, chtěl bych se zeptat, co si představit pod pojmem koherenční
délka(např. laseru)...děkuji Novák (Petr Novák)
Odpověď: Koherenční délka udává největší dráhový rozdíl, při němž je ještě světlo daného zdroje schopno interference. U polovodičových laserů jde typicky o centimetry, u kvalitních He-Ne laserů až o metry. Koherenční délka je důležitým parametrem u aplikací využívajících interference, jako například při měření délky či měření poloměrů křivosti optických ploch.
Dotaz: Dobrý den, jeden člověk se mě snažil přesvědčit, že Bůh a fyzika má mnoho
společného. Že vlastně i Boha lze určit nebo definovat prostřednictvím kvantové
fyziky Já - jelikož jsem zapřisáhlý ateista, prostě nevěřím, že nějaký "ten
nahoře" vůbec existuje natož, aby se dala jeho existence fyzikálně vysvětlit.
Níže uvedenou citací se mě snažil přesvědčit, že tomu tak je. Zde je ona citace:
"DEFINICE BOHA (podle nejnovějších poznatků kvantové fyziky a její
supergravitační teorie) Existuje sjednocené pole energií, naprosto vyvážené,
stojící ve střídavém vztahu samo se sebou. Pole čisté inteligence, které samo ze
sebe zrozuje všechny síly a veškerou materii universa, to znamená veškerou hmotu
vesmíru, a tím tvoří základ veškerého bytí". Nevím, kde dotyčný tento text vzal
a nevím, zda třeba nejde jen o nějakou stať vytržený z kontextu. Pokud ano, pak
tímto úryvkem úplně převrací původní smysl tohoto případně celého textu. A je
možné, že toto taky nikde uveřejněno nebylo a on si to celé vymyslel a nějak
vytvořil ve vlastní hlavě. Je to pravda, že byl Bůh kvantovou fyzikou definován
nebo ne. Předem velice děkuji za odpověď. RF (Radek)
Odpověď: Musím přiznat, že tomu citátu ("definici") moc nerozumím, přesněji nemám představu, s čím ve fyzice bych si například "pole čisté inteligence, které samo ze
sebe zrozuje všechny síly a veškerou materii universa" měl spojovat.
Obecně lze říct, že fyzika (jako i další přírodní vědy) se zabývá pozorováním světa okolo sebe, jeho popisem a tvorbou a ověřováním hypotéz o jeho časovém vývoji. Pozorovaný vývoj se pak snaží tzv. algoritmicky stlačit - tedy zobecnit a zestručnit, nejlépe do nějakých pravidel (přírodní zákony, základní rovnice) dávajících návod, jak vývoj popisovaného systému předvídat (tedy většinou vypočítat). Úkolem fyziky není spekulovat o základních aspektech bytí.
Na druhou stranu současné vědecké/fyzikální poznání určitým způsobem formuje myšlení a představy lidí o světě, čímž ovlivňuje i vývoj filozofie a teologie.
Současné fyzikální poznání nijak nevylučuje možnost existence Boha či bohů. Ve svých popisech (rovnicích, zákonech) s ničím takovým ale ani nepočítá. Dá se tedy říct, že současné fyzice jakožto vědeckému oboru je zcela jedno, zda nějaký Bůh či bohové existují.
Existovala představa, že by jednou mohla fyzika zcela popsat chování a časový vývoj světa, čímž by mohla být existence Boha svým způsobem vyloučena. Tato představa ale padla. Například z kvantové teorie vyplývá, že nikdy nebudeme schopni změřit a tedy znát všechny veličiny s libovolnou přesností (nejde o naši neschopnost, ale o principiální vlastnost světa - tzv. Heisenbergovy relace neurčitosti říkají, že čím přesněji známe hodnotu nějaké veličiny, tím méně přesně lze změřit hodnotu nějaké jiné s ní spojené veličiny). Mnoho systémů okolo nás přitom vykazuje známky deterministického chaosu, neboli i zcela nepatrná odchylka ve vstupních veličinách vede k úplně odlišnému chování systému. Z toho bohužel plyne, že časový vývoj světa se všemi detaily principiálně nejsme schopni předpovídat.
