Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
780) Délka elektrického náboje
08. 04. 2004
Dotaz: Jak dlouhý výboj může mít napětí 60 000 V? Existuje nějaká úměra mezi délkou
výboje ve vzduchu a napětím? (dan)
Odpověď:
Pro vznik tohoto druhu nesamostatného výboje v dielektriku je rozhodující velikost intenzity elektrického pole. U každého materiálu existuje mezní hodnota E (tzv. dielektrická pevnost), je-li překročena, dochází k výboji.
U vzduchu to je asi 30 kV/cm (ano, i kV/cm jednotkou elektrické intenzity, jak je to s úměrou mezi délkou výboje a napětím je nyní jasné). 60 kV je schopno prorazit asi 2 cm vzduchu.
Bohužel, dielektrická pevnost není příliš dobře definovaná materiálová konstanta. Závisí na mnoha parametrech jako teplota, vlhkost, doba vystavení materiálu napětí apod. Např. u vlhkého vzduchu může být pevnost klidně 10 kV/cm, takže stejným napětím prorazíme trojnásobnou vzdálenost.
Proražení dielektrického materiálu se anglicky řekne "dielectric breakdown", dielektrická pevnost je "dielectric strength". Zadáním těchto hesel na Google lze najít mnoho dalších informací.
Dotaz: Pokud ponoříme kapiláru do vody začne kapalina vzlínat. Pokud by
voda, která by vytekla z kapiláry dopadla např. na vodní mlýnek, a kapilár bylo
mnoho, otáčel by se mlýnek díky kinetické energii na něj dopadající vody, voda
je vytlačována do kapilár tlakem vzduchu. Tudíž jsme do soustavy žádnou energii
nedodali, nebo je to jinak? (Jirka)
Odpověď: K Vámi popisovanému efektu nikdy nedojde, kapalina nezačne z kapiláry
přetékat, natož ze zahnuté trubičky odkapávat. Kapilární elevace či deprese je způsobena tlakem pod zakřiveným povrchem
kapaliny. Výsledná síla působí do kapaliny resp. ven podle toho, zda je
povrch vypuklý resp. vydutý. Charakteristika zakřivení je určena jevy u stěny
kapiláry (tím, zda kapalina stěnu smáčí či nesmáčí - vzájemně na sebe působí molekuly vody a materiálu kapiláry). Pokud tedy nebude
žádné rozhraní kapalina-stěna, nebude ani žádná síla, která by sloupec
tahala nahoru a ustanoví se rovnováha mezi stupněm zakřivení povrchu a
výškou kapiláry; povrchové napětí bude naopak vodě bránit vytékat.
Nejlepší způsob ověření ovšem je nesedět u klávesnice a pohrát si s kapilárami. Co třeba rtuť? Ta sklo nesmáčí, tak co kdyby nám mohl naopak probublávat
vzduch do kapaliny? :-)
Literatura: Bakule R. - Svoboda E. , Molekulová fyzika, Academia, Praha
1992
782) Heisenbergův princip a nedokonalost měřících přístrojů
23. 03. 2004
Dotaz: Dobrý den, zajímalo by mě zda-li Heisenbergův princip neurčitosti nevchází v
potaz právě jen proto, že naší dostupnou technikou nejsme schopni měřit současně
polohu a hybnost. Protože vyšleme-li např. v elektronovém mikroskopu proud
elektronů, abychom pozorovali nějakou částici (velikosti blízké vlnové délce
hmotné vlny elektronu), může docházet k předávání energie a tudíž pozorovaná
částice obohacená o tuto energii se z původního místa "vystřelí" pryč. Děkuji (František)
Odpověď: K Heisenbegovu principu neurčitosti můžete dojít rozborem různých konkrétních
situací, ve kterých se vždy ukáže (nezávisle na konkrétní technické realizaci),
že měření souřadnice nebo hybnosti nějakým způsobem ovlivní druhou veličinu
(samozřejmě v podmínkách mikrosvěta). Tato zkušenost je zabudována do teorie,
která aspiruje na popis mikroskopických jevů - do kvantové mechaniky - a hraje v
ní docela podstatnou roli. Když pak už máte v ruce kvantovou mechaniku,
zjistíte, že podobně by se měly chovat i jiné páry veličin, například i dvojice
složek momentu hybnosti, což znamená, že vlastně nemůžete přesně určit moment
hybnosti jako vektor (tedy přesně současně určit jeho tři složky). To se zdá být
překvapivé, ale tady teorie perfektně souhlasí s experimentem. Podívejte se do
nějaké knihy o kvantové mechanice na diskusi měření. Jednoduše řečeno, každé
měření nějak ovlivňuje měřený systém. To je v životě naprosto běžné, např. abych
zjistil chuť dortu, musím ho kousek sníst. To jen v klasické fyzice se kocháme
abstrakcí, že vliv měření je možné učinit zanedbatelně malým.
Dotaz: Dobrý den, je to možná divný dotaz, ale chtěl jsem se zeptat, proč, když si sypu
čokoládu (kafe,...) do vody, tak se po hladině začne roztahovat. Souvisí to
pouze s povrchovým napětím vody, nebo je to tak něco, jako když si rozsypu po
stole sůl? Díky (Štěpán Kříž)
Odpověď: Je to samozřejmě obojí. Na začátku je to na hladině opravdu jakási "kupička",
jako ta sůl na stole. Snadno nahlédnete, že tíha vrchních vrstev vede zrníčka ve
spodních vrstvách k tomu, aby se od sebe vzdalovala. Proti tomu by (u soli)
působilo to, že se zrnka soli vodou smáčejí, a protože mají vyšší hustotu než
voda, klesají rovnou ke dnu (a už cestou se rozpouštějí, pochopitelně).
"Kupička na hladině" se tedy neudrží natolik, abychom o ní mohli mluvit. Ovšem
čokoláda i mletá káva jsou trochu tučné a nesmáčejí se tak snadno (zvláště
chladnější vodou), takže na vodní hladině zůstanou déle, a "kupička" je na
světě. Dále ovšem obojí obsahují aromatické látky (jinam bychom čokoládu ani
kafe nepili, že?), které těkají, pohlcují se vodou a mění tím její povrchové
napětí. Tím mění ovšem i sílu působící na zrnko, které je zdrojem těchto par.
Takhle například probíhá rejdění zrnka kafru po vodní hladině. Předpokládám, že
tento jev je také odpovědný za roztahování, na které se ptáte.
784) Magnetická síla a vztažná soustava pozorovatele
17. 03. 2004
Dotaz: Dva vodiče, jimiž prochází stejně orientovaný el. proud, se přitahují a magnetická síla přitahování je úměrná procházejícímu proudu, tedy trochu nepřesně "rychlosti" nosilelů náboje... Mám dvě otázky: 1.Co se stane v
případě, že spojím svou pozorovací soustavu s náboji? Zmizí síla, zmizí
magnetismus? 2.Analogicky, spojím svou pozorovací soustavu s urychlujícími se náboji, které vyzařují fotony. Budou pak fotony nebo bude "tma", resp. bude pro někoho "tma", pro někoho "světlo"? Je tedy existence fotonu určená soustavou
pozorovatele? (PK)
Odpověď: Odpovím na něco jiného a z hlediska odpovědi jednoduššího: věřím že vám to
pomůže pochopit problém lépe. (Pokud ne, tak se klidně zeptejte znova,
podrobněji.) Přenesu-li se mezi dvěma inerciálními vztažnými systémy, když v
jednom bylo jen elektrické pole, pak ve druhém bude vedle (trošku změněného)
elektrického pole také pole magnetické. (Přenos musím popsat relativistickou
Lorentzovou transformací, nikoli klasickou Galileovou.) Proto se také mluví vždy
o elektromagnetickém poli, majícím v daném vztažném systému složku
elektrickou a složku magnetickou. Stejně jako x-ová a y-ová složka vektoru bude
jiná ve vztažných systémech, které jsou vůči sobě natočené, a ve vhodném systému
může jedna z nich vymizet, tak také budou jiné elektrické a magnetické složky
téhož elektromagnetického pole, pozorujeme-li je z navzájem se pohybujících
vztažných systémů. Mám-li tedy např. dva elektrické náboje vůči sobě v klidu a
popisuji-li je ve vztažné soustavě, která je vůči nim v klidu, pak snadno určím
jejich vzájemnou sílu z Coulombova zákona, a nic jiného nepotřebuji. Pozoruji-li
však totéž ze systému, který se kolmo vůči nábojům pohybuje, pak vidím dva
letící náboje (letící rovnoběžně a stejně rychle, pochopitelně), které na sebe
nejenom působí elektrostaticky (jejich náboje q jsou invarianty a nemění se s
pohybem, rovněž jejich vzdálenost zůstává stejná. Navíc je tu ale magnetické
působení: pohybující se náboj je jakoby "element" elektrického proudu,
vyvolává tedy magnetické pole. A obráceně, druhý náboj se proto tako pohybuje v
magnetickém poli (prvního náboje).
Co se týče druhého dotazu, uvažujte raději o elektromagnetické vlně (světlu) než o fotonech; jimi byste tam vnášel kvantování, a to pro naše účely není podstatné. Letíte-li i statickým elektrickým polem se zrychlením, pak pozorujete záření. Problematika je složitá sama o sobě mj. tím, jakou část energie vlastně připíšu záření. (Názorně řečeno, dva obrazy záření, kde ve druhém navíc proudí energie v uzavřených kruzích, jsou nerozlišitelé.) Partie klasické elektrodynamiky popisující záření nejsou jednoduché (hesla: retardované potenciálny, Liénardovy - Wiechertovy potenciály, Hertzův dipól). Najdete je v klasické literatuře, úvod je např. v Sedlák, Štoll:
Elektřina a magnetismus (Karolinum, Praha 1993). Podrobně vysvětleny a
propočítány budou na mé webové stránce koncem dubna v Klasické elektrodynamice.
