Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
83) Co je to kouř?
12. 10. 2009
Dotaz: Co je to kouř? Co je to vidět při nedokonalém spalovaní dřeva na ohništi
(bez plamene) a jak je možné, že "to" zmizí při lepším
spalovaní (s plamenem). Poddotaz: jsou některé běžné plyny viditelné,
nebo se jedná vždy o aerosol (pevná či kapalná látka rozptýlená v
plynu)? (Ludvík Trnka)
Odpověď: Kouř jsou pevné částečky rozptýlené v plynu, takže při nedokonalém spalování
při táboráčku jde o saze, popel a další pevné zbytky unášené vznikajícími
plyny. Při vyšší teplotě a lepším přístupu kyslíku se řada nespálených
zbytků zoxiduje až na plyny a nepřispívá tedy ke vzniku kouře.
Další možností vzniku kouře je reakce dvou plynů, při které vzniká pevná
látka - například setkají-li se (neviditelné) páry chlorovodíku a amoniaku,
reagují za vzniku pevného chloridu amonného, což se projeví jako vznik
bílého kouře. Video této reakce je například na serveru YouTube:
http://www.youtube.com/watch?v=pSarGx8Uank&feature=related
V baňce vzniká reakcí chloridu se silnou kyselinou plynný chlorovodík, ten
je postanní trubičkou odváděn nad kádinku s roztokem amoniaku, z níž se
uvolňuje plynný amoniak. Jakmile se oba plyny u ústí kádinky setkají, vzniká
bílý kouř, tedy mikroskopické částečky pevného chloridu amonného rozptýlené
ve vzduchu.
Některé plyny jsou barevné a můžeme je vidět (při dostatečné koncentraci).
Běžným příkladem je červenohnědý oxid dusičitý, vznikající při některých
reakcích z kyseliny dusičné. Skutečně se může jevit jako "hnědý kouř", ale
narozdíl od pravého kouře neobsahuje žádné pevné částečky, které by se např.
mohly usazovat na filtru. Podobně zbarvený je i brom v plynném skupenství,
chlor je při vyšší koncentraci pozorovatelný jako žlutozelený.
Dotaz: Proč se v elektrických přenosných radiátorech používá jako náplň olej
a ne voda? (Luboš Mužík)
Odpověď: Domnívám se, že jedním z důvodů je menší tepelná kapacita oleje - radiátor tak spotřebuje méně energie na samotné zahřátí oleje a hřeje již dříve po zapnutí (ale také rychleji chladne po vypnutí).
Dotaz: V dětství mě napadla jedna myšlenka a ta se mi vrací do dnes a stále na ni
neznám odpověď.Prosím o váš názor či vysvětlení.A to: kdybychom
vyrobili takovou cívku s dutým jádrem,které by mělo průměr jen deset
milimetrů a délku treba 50mm samotná cívka by byla velmi velká a nám by se
podařilo v jejím středu vyvinout magnetickou indukci řekněme třeba
100T.Ale to,jak by vypadala a jestli je možné takovou vyrobit mě
nezajímá.zajímalo by mě,jestli tak vysoká hodnota magnetické indukce v tak
malém prostoru by byla viditelná okem a co dle vašeho předpokladu by se
stalo s hmotou vloženou do jejího středu,napríklad nějaký kov,nebo tř eba
i něco organického. Podle mého mínění by došlo k rozpadu pokusné hmoty
na částice.(Mohl by se tak likvidovat odpad).těším se na vaši odpověď. (expert)
Odpověď: Cívky s magnetickým polem o magnetické indukci B = 100 T skutečně existují.
Není to dokonce ani horní mez dosažitelného pole. Jsou to však pulzní cívky
z měděných desek chlazené kapalným dusíkem. Pole se v nich vytváří krátkým
impulzem proudu o tisících ampérů vybitím veliké baterie kondenzátorů.
Takovou laboratoř je možno uvidět například v Toulouse ve Francii. Impulz
pole narůstá po zlomek vteřiny a doznívá něco přes vteřinu. Veškerá měření
se musí zaznamenat v této době. Extrémně vysoká pole se dají získat stejným
typem cívky, která se navíc v okamžiku proudového impulzu pomocí válcové
výbušné nálože smrští na minimální průřez a tím se indukční tok maximálně
zkoncentruje a magnetická indukce se znásobí. Samozřejmě se tím jak cívka
tak i měřené zařízení zničí a začíná se od začátku. Sám jsem takové zařízení
nikdy neviděl, neznám další podrobnosti. Stacionární pole supravodivých
solenoidů dnes dosahují až k B = 20 T, pro větší pole se staví hybridní
cívky, uvnitř supravodivého solenoidu je ještě chlazená měděná cívka, kterou
se přidá pole ještě nad hodnotu, kterou i ty nejlepší supravodiče již
nesnesou. Jaké je rekordní pole takovéhoto monstra přesně nevím, bude to
alespoň B = 25 T.
Nebyl pozorován žádný jev, o kterém mluvíte. Silový účinek pole je vždy
vázán na prostorovou změnu magnetické indukce F = M.dB/dx, M je magnetický
moment objektu.. Můžete si sám vyzkoušet, že feromagnetický předmět je do
cívky vtahován u jejího okraje, kde pole se vzdálenosti od cívky klesá.
Jakmile je předmět uvnitř cívky, kde je pole téměř homogenní, síla na něj už
nepůsobí. V polích silného supravodivého solenoidu se dá předvádět levitace
slabě magnetických (paramagnetických) objektů, může to být kapka vody nebo i
žabička. Naleznete jistě obrázky i animace na internetu. Síly, kterými jsou
v hmotě částice drženy pohromadě, nemohou být překonány magnetickým pole.
Magnetické pole také člověk nemůže uvidět, ani jinými smysly pocítit. Jediný
reálný účinek na lidský organismus má střídavé magnetické pole využívané i k
léčení (diatermie) především tepelnými projevy.
Dotaz: Chcel by som sa spýtať ako sa zisťuje teplota plazmy v zariadeniach typu ITER
alebo tokamak. Vďaka. (Štefan)
Odpověď: Nejsem odborník na plazmu, ale obecně lze horké řídké médium
diagnostikovat opticky (též rentgenově atdd.) okénky či přímo fyzicky
sondami, např. Langmuirovou sondou, která měří proud tekoucí mezi
elektrodami vloženými do pazmatu. Z velikosti proudu a jeho změn v
závislosti na přiloženém napětí lze měřit teplotu eletronového plynu a
mnohé další charakteristiky plazmatu.
Dotaz: Jak se určí poločas rozpadu u radionuklidu? Např 4,5 miliard let?
"...to přeci nemohl nikdo změřit..." (Enygma)
Odpověď: Nejprve připomeňme, že radioaktivní rozpad lze popsat exponenciálním
vztahem, který popisuje, jak klesá počet jader daného typu s časem:
N(t) = N(0)e(-t/τ),
kde τ je tzv. doba života (též "rozpadová konstanta") a odpovídá času,
po kterém poklesne počet nerozpadlých jader na číslo 1/e = 0,3679
Pro člověka je často srozumitelnější tzv. poločas rozpadu, tj. doba, po
které klesne počet původních radioaktivních jader na polovinu:
1/2 = e(T / τ)
odkud poločas rozpadu T = τ ln2 = 0,693 τ a tedy lze psát
N(t) = N(0) e(-ln2 t / T),
Jak lze tedy poločas rozpadu měřit?
Máme-li ve vzorku libovolné hmotnosti pouze jeden radioaktivní izotop,
lze pomoci nějakého zařízení, které je schopno registrovat ionizující
záření, počítat, kolik rozpadů je registrováno v průběhu pozorování.
Výsledkem vynesení této závislosti jako funkce času jsou body blízko
exponenciální křivky, viz např.
http://ie.lbl.gov/radioactivedecay/Image25.jpg
(podle http://ie.lbl.gov/radioactivedecay/, bohužel anglicky, ale
obrázek postačí) kterými můžeme proložit teoretickou křivku a najít, pro kterou hodnotu T získáme nejlepší souhlas s daty.
Trik je v tom, že nesledujeme několik jader, ale obrovské množství, a
můžeme tak i v časech srovnatelných s lidským životem (a ne v rámci
tisíců let) pozorovat reálný a signifikantní pokles aktivity (počet
rozpadů za sekundu). Metoda však zřejmě dobře funguje jen pro nedlouho
žijící izotopy (řekněme do řádu let).
Nyní k uranu: molární hmotnost uranu je přibližně 238, což znamená, že
238 g Uranu (krychlicka o hrane 2,3 cm, při hustotě 19,1 g/cm^3) obsahuje 1
mol jader, tj. 6,022 x 1023.
Nyní, poločas rozpadu U(238) je, jak uvádíte, 4,47 miliard let, tj. asi
1,4 x 1017 sekund, a doba života je asi 2 x 1017 sekund.
Změma počtu jader (která je záporná, neboť jde o úbytek jader) za
krátkou jednotku času, je
dN(t) = -N(0)/τ
Budeme-li sledovat jeden mol uranu, rozpadne se nám za hodinu (což je
krátká doba vzhledem k τ:)
Nh = 60 x 60 x 6 x 1023 / τ = 1,07 x 1010 jader!
To je dost velké číslo, aby šlo v laboratoři zaznamenat (je dáno
obrovskou hodnotou Avogadrovy konstanty NA = 6,022 x 1023), a s pomocí
tohoto vztahu můžeme vyjádřit, určit a zmeřit τ z měření počtu rozpadů
za hodinu.
Záleží to samozřejmě na tom, jak přesně jsme schopni připravit vzorek 1
molu uranu a v jakém množství můžeme sledovat rozpady (uran je kov, a
vysoce pohlcuje ionizující záření, takže vzorek by měl bůt buť tenký
plíšek nebo třeba nějaká plynná/kapalná forma nějaké sloučeniny uranu).
Měření počtu rozpadů za hodinu a výpočet doby života je samozřejmě
zatížen chybou, kromě systematické (detektor, čistota vzorku) také
statistickou, pramenící z náhodnosti rozpadů. Na problém lze aplikovat
Poissonovskou statistiku, která tvrdí, že při naměření hodnoty N je
chyba rovna odmocnině, tj. v našem případě
chyba měření počtu rozpadů za hodinu = priblizne 105, tj. mnohem menší
než Nh. Problém je, že počet radioaktivních jader klesá pomalu (řádově
jich je 1023 a ubývá jich v porovnání jen 1010 za hodinu, tj rozdíl 13
řádů!).
Zkusme si ještě zjistit, zda by šlo určit rozpadovou konstantu uranu ze
sledování křivky počtu rozpadů za čas, tj. podobně jako v příkladu z
prvního odkazu.
Otázka zní, jak dlouho čekat, aby chyba měření počtu rozpadů za 1h byla
menší než rozdíl naměřených rozpadů za hodinu na začátku a za několik
let (či "jak dlouho čekat"). Zadefinujeme-li, že chceme, ať je rozdíl
počtu rozpadů za hodnu srovnatelný se statistickou chybou, můžeme úlohu
analyticky vyřešit. Trochu jsem si započítal, a musel jsem vzít 106
molů uranu (to už je pořádná krychle o hraně 2,3 m, těžká 238 tun:)
a vyšlo mi t = 62 let,
dle t = -τ ln [1-(τ/(hodina x N))(1/2)]
kde jsem vzal N = 106 NA.
Což sice není týden, ale zhruba ukazuje na možnost překlenutí problému
měření doby života uranu v řádu miliard let na o 7 řádů menší dobu při
použití velkého počtu jader.
Neřešil jsem technické detaily, jak detekovat rozpady z tak obrovského
mnořství uranu. Nicméně by šlo o velmi nepraktický a nákladný
experiment, zřejmě jen těžko realizovatelný.
Následující odkaz (o jehož věrohodnosti nic nevím, leč autor se obecně
snaží vyvracet mýty kreacionistů:) nicméně tvrdí, že se doby života
vskutku měří jednoduchým počítáním rozpadů u vzorku známé hmotnosti v
laboratoři, a že dobu života U238 známe s přesností asi 1%:
http://members.cox.net/ardipithecus/evol/lies/lie022.html
Ještě mne napadla další možnost, kterou je např. stanovení koncentrace
rozpadových produktů uranu (za předpokladu, že v geologickém ložisku byl
na začátku přítomen pouze uran), která závisí na rozpadových konstantách
jednotlivých izotopů, ale ze znalosti koncentrace a dob života se naopak
horniny spíše datují.
Příp. lze v principu měřit, jak se kus uranu zahrívá v důsledku
probíhajících radioaktivních rozpadů, ale to už je asi příliš bláznivé:)
Závěrem připomeňme, že rozpadový proces je náhodný a všechny úvahy
fungují na souborech jader s velkou statistikou; náhodnost pramení z
kvantové mechaniky, která říká, že lze vždy jen předpovědět
pravděpodobnost toho, že se jádro za určitý čas rozpadne, ale nikdy
nelze říci, které konkrétní jádro se rozpadne (navíc se dostáváme v
mikrosvětě do problémů s tzv. nerozlišitelnosti částic: jádro si
nemůžeme označit žádnou 'barvičkou' a nemůžeme jej tak sledovat).
Jako shrnutí: jde tedy o to, že doba života je sice řádově 1017 sekund,
ale i v realisticky malém vzorku uranu máme jader o 6 a více řádů víc,
což vede k pozorovatelným absolutním hodnotám rozpadů za realistickou
denní dobu. Z hmotnosti a hustoty vzorku můžeme spočítat celkový počet
jader, a dopočítat dobu života jako
τ = čas x počet jader ve vzorku / počet naměřených rozpadů za čas.
a poločas rozpadu T = ln2τ.
V realitě je to samozřejmě složitější, neboť máme většinou směs izotopů,
ale tyto zdroje chyb lze zřejmě rozumně potlačit či opravit.
