Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 8 dotazů obsahujících »chladnutí«
4) Curieova tepota
21. 10. 2007
Dotaz: Dobrý den, může vysokým žárem ztatit magnet své magnetické vlastnosti? Dostala
jsem velice kvalitní magnet, který byl pomocí pryskyřice zapouzdřen v kovovém
obalu. Mechanicky se magnet z obalu velice špatně dostával, proto jsme ho dali
do rozžhavených kamen. A vyndali asi po půl hodině. "Operace" se podařila.
Vytáhli jsme samostatný, dočervena rozžhavený, magnet i železný obal. Jenže po
zchladnutí, když jsme chtěli vyzkoušet, jak se přitahuje, nepřitahoval se.
Děkuji za odpověď. (H. Burešová)
Odpověď: Ano, vysoká teplota skutečně vede ke ztrátě magnetických vlastností. Feromagnetická látka zrácí své magnetické vlastnosti a stává se paramagnetickou při zahřátí na tzv. curieovu tepotu Tc. Pro představu u niklu jde o zhruba 360°C, u železa pak asi 770°C. A jak to vlastně funguje? Představme si, že magnet je složen z maličkatých megnetků (obvykle jsou jimi samotné atomy). U feromagnetických látek se tyto magnetky orientují (alespoň v určitých oblastech zvaných domény) do stejného směru jako jejich sousedé. Magnetický účinek jediného magnetku bychom nezaznamenali, když je ale takových magnetků stejně orientováno velmi mnoho, jejich účinek se posčítá a my navenek takovou látku vnímáme jako zmagnetizovanou, laicky řečeno chová se jako magnet. Pokud je ale takový materiál zahříván, dochází k nárůstu teploty neboli nárůstu neuspořádaného pohybu jeho částic (v našem případě asi hlavně k nárůstu různých kmitů a vrcení se jednotlivých atomů okolo svých stabilních poloh v krystalové mřížce). Když je pak teplota dostatečně vysoká - tj. když překročíme curieovu tepotu - neudrží se v tomto narůstajícím chaosu shodná orientace magnetků v rámci oněch domén a každý magnetek je pak orientován zcela náhodně. Tím se ale jejich účinky přestanou sčítat (dokonce by se dalo říct, že se prakticky navzájem odčítají a ve výsledku tedy nulují) a my přestáváme pozorovat magnetické vlastnosti látky jako celku.
Dotaz: Zdravím, chci se Vás zeptat, jestli byste mi mohli poradit z jakého důvodu
vlákno obyčejné žárovky s wolframovým vláknem praskne nejčastěji při zapnutí
přívodu elektřiny...dík (Hanz)
Odpověď: Před zapnutím má vlákno žárovky běžnou pokojovou teplotu (tedy okolo 20°C). Po sepnutí spínače jím začne procházet elektrický proud a vlákno se zahřívá na 2100 až 3000°C. Zahřátí o několik tisíc stupňů přitom proběhne za méně než sekundu, což v důsledku tepelné roztažnosti nutně vyvolává ve vlákně určité pnutí. Při a krátce po zahřátí se z povrchu vlákna odpařuje část jeho materálu, dokud nedojde nad vláknem ke vzniku sytých par. Přitom se více odpařuje tam, kde je vlákno více zahřáto a vlákno je více zahřáto procházejícím proudem tam, kde je nejtenčí. Po vypnutí proudu odpařený materál na vlákně opět kondenzuje (resp. desublimuje), ovšem tentorát zase více tam, kde je vlákno chladnější, tedy tam kde je tlustší (a bylo tedy méně zahříváno procházejícím proudem). Krom toho část materálu zkondenzuje na skleněné baňce žárovky. Po dostatečném počtu zapnutí proto dojde k tomu, že se nějaké místo na vlákně ztenčí tak moc, že se průchod proudu přetaví.
Doplňeno: Jak správně poznamenal jeden náš čtenář, při vypnutí žárovky dochází při chladnutí vlákna ke změnám v krystalické struktuře wolframu a vlákno se postupně stává křehčí a náchylnější k mechanickému poškození. Navíc vlákno je zejména v okamžiku zapnutí (než se zahřeje, prochází jím značný proud) namáháno magnetickou silou způsobenou procházejícím proudem.
Dotaz: Mnohokrát jsem slyšel, že by se neměly zbytečně na krátkou dobu zhasínat
zářivky, protože prý při zapnutí spotřebují mnoho energie, takže se prý vyplatí
nechat je při pobíhání po bytě rozsvícené. Mohli byste mi prosím odpovědět, co
je na tom pravdy? (popřípadě i zjistit kolik energie na zapnutí spotřebuje?)
děkuji za odpověď (Martin Mlynek)
Odpověď: Uvádí se, že proud tekoucí běžnou zářivkou dosahuje při startování hodnoty asi 1A, celkem rychle se však ustálí v rozmezí 0,15-0,67A. Z hlediska energetické úspory by tedy nemělo smysl zhasínat zářivky na dobu kratší než několik sekund. Důležitým faktorem je však také životnost zářivky (platí i pro obyčejné žárovky) - časté rozsvěcení a zhasínání (a s tím spojené zahřívání a chladnutí) zářivku opotřebovává a dříve tak dojde k jejímu zničení. Odpověď, kdy se zářivku vyplatí zhasnout, proto závisí na mnoha parametrech (např. ceně a konkrétním typu zářivky, cene el. energie, ...).
.
Mnoho zajímavých informací o svítidlech naleznete na http://kdf.mff.cuni.cz/seminare/050106_Hubenak/Svetelne_zdroje.pps
Dotaz: Dokáže súčasná veda vysvetliť ako vzniká posuv pólov, precesný pohyb a prepólovanie?
(jaroslav)
Odpověď: To je několik otázek dohromady, ale s každou z nich si
dovedeme celkem uspokojivě poradit, až na jistý drobeček,
který zmíním nakonec. 1) Posuvem pólů zřejmě myslíte posuv
magnetických pólů vůči zemské ose (= ose, kolem Země
rotuje). Tady je hlavní problém, že nevíme jednoznačně,
jakým mechanismem vzniká magnetické pole Země. 1a) Má se
zato, že hlavní přínos mají proudící žhavé (tekuté a
vodivé) části uvnitř Země. V magnetohydrodynamice se
odvozují okolnosti, za kterých se počáteční magnetické
pole ve vodivé kapalině "strhává" s ní, jako by v
ní zamrzlo. Ovšem o tom, jak a proč v hloubce pod námi
proudí ty žhavé masy, je nesnadné něco přímo zjistit. 1b)
Ví se, že sice je jádro Země železné (a niklové), ale že
toto není příčinou zemského magnetismu. Železo je totiž v
jádře při teplotách mnohem vyšších než Curieova teplota,
čili nemůže být feromagnetické. 1c) Svůj podíl na
magnetickém poli Země mají i v podstatě stálé elektrické
toky v ovzduší způsobované bouřkami.
Na druhou stranu dovedeme velice přesně sledovat magnetické
pole Země v její minulosti zkoumáním vyvřelých hornin, ve
kterých "zatuhlo" pole během chladnutí přes
Curieovu teplotu. Víme tedy o tom, že se Země v historii
přemagnetovává, a to celkem hbitě - v průměru za 1 milion
let (tj. někdy za 100 000, někdy za 10 000 000). To ovšem
neznamená, že by magnetické pole přitom vymizelo, ani že by
např. severní pól (v našem pojetí) putoval z jednoho
zeměpisného pólu po poledníku přes rovník na druhý
zeměpisný pól. On totiž sice vymizí (přechodně) dipólový
magnetický moment, ale vyšší (kvadrupólové, oktupólové)
mohou zůstat, a to i dosti veliké. Navenek se to jeví tedy
tak, jako by na Zemi bylo víc severních (i jižních) pólů na
různých místech. Zemskému magnetismu se věnují samostatné
publikace, ale je dost hezky diskutována i ilustrována v
učebnici FYZIKA (Halliday, Resenick, Walker; vydal Prometheus
2001) v kap. 29.2 (str. 747) a zejména 32.3 - Zemský
magnetismus (str. 835-6) 2) Precesní pohyb nesouvisí s magnetismem, ale
s tím, že Země je setrvačník, který se pohybuje v
gravitačním poli Slunce. Toto lze spočítat velice přesně na
hodně dlouhá období. 3) O "přepólování" jsem se zmínil
už výše.
A ten bonbónek - ani povrch Země není tuhé těleso, ale tak
trochu stydnoucí hustá kaše, která se svraskává (takhle
vznikaly Alpy anebo tak se rozpadal původní prakontinent -
Pangeia - a jeho části se později naopak vklíňovaly do
sebe). Na tomhle pohybujícím se a měnícím se povrchu žijeme
a popisujeme tyto změny - vůči čemu? no právě vůči tomu
měnícímu se povrchu samotnému. Takže můžeme popsat, jak se
dva kontinenty od sebe vzdalují (teď už to umíme i přesně
měřit lasery), ale není vlastně vůbec tak jednoduché popsat
současně všecko.
Dotaz: Poraďte mi, prosím, jak vysvětlit žákům osmé třídy skutečnost, že ve vyšších vrstvách atmosféry je teplota pod bodem mrazu, přestože teplý vzduch stoupá vzhůru. A je-li to pro děti alespoň trohu pochopitelné, poraďte, jak vysvětlit rozložení teploty atmosféry v závislosti na výšce. (Tomáš Špaček)
Odpověď: Milý kolego, doporučoval bych žákům připomenout, že v
atmosféře se směrem vzhůru zmenšuje tlak a hustota, díky
tomu balón naplněný vodíkem nebo héliem, které mají při
stejné teplotě menší hustotu než vzduch, může stoupat.
Místo hélia nebo vodíku ale stačí balón naplnit teplým
vzduchem, který má také menší hustotu než okolní
studenější vzduch a balón opět může vzlétnout. Jestliže
však tenhle teplý vzduch (v balónu nebo bez něj) stoupá do
oblasti nižšího tlaku, pak se rozpíná, tím pracuje a pokud
mu nepřivádíme teplo (např. tím, že bychom vzduch v balónu
ohřívali hořáky, jak se to normálně dělá), chladne
(pracuje na úkor své vnitřní energie). Tak sice teplý vzduch
stoupá vzhůru, ale přitom chladne. Nejnižší vrstva
atmosféry se ohřívá především od zemského povrchu
ohřívaného slunečním zářením, je většinou
promíchávána, taky v ní koluje vlhkost, co dělá mraky a
prší. Proto je skutečná závislot teploty na výšce trochu
složitější, než by odpovídalo zmíněnému chladnutí
bubliny vzduchu při výstupu. Podívejte se se žáky na
aktuální data na stránce http://www.chmi.cz/meteo/oap/graf_ptu.html
Další zajímavé jevy nastanou ve stratosféře (nad
tropopausou, která je na dnešním výstupu asi ve 13,5 km a kde
je teplota minimální) - tam je podstatná absorbce
krátkovlnného záření (UV) ozónem, což nakonec způsobí
ohřev, takže teplota do výšky kolem 50 km zase roste. Výše
už teplota opět klesá, atmosféra je ale už tak řídká, že
teplota spíš říká, jaká je střední rychlost molekul
vzduchu než jakou teplotu bychom cítili, kdybychom tam na
chvíli vylezli z rakety... Graf závislosti teploty na výšce
