Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
234) Vodivost grafitu
21. 01. 2008
Dotaz: Dobrý den, rád bych se zeptal, jaký je mechanismus vedení elektrického proudu v
grafitu, hlavně co je důvodem toho, že je teplotní závislost odporu klesající.
Může to být způsobeno tím, že jak je 4 vazný uhlík "napasován" do šesterečné
soustavy, že se zvyšující teplotou některé vazby "povolí"? Pak mě ale zase
překvapuje tak vyvoký bod tání grafitu. Děkuji za Vaši odpověď (Miroslav Panoš)
Odpověď: Elektrická vodivost grafitu dána jeho strukturou. Atomy uhlíku uspořádané do
šestiúhelníků vytvářejí jednotlivé vrstvy (jakési včelí plástve), které jsou
k sobě poutány slabšími interakcemi.
Uhlík v grafitu má tzv. hybridizaci sp2. To znamená, že jeho
sigma-vazby jsou tři a směřují do vrcholů rovnostranného trojúhelníka.
Podobné uspořádání známe u uhlovodíků s dvojnou vazbou nebo u benzenu. Takto
uspořádané tři vazby si přímo říkají o spojování do šestiúhelníkú a jejich
další spojování do "plástve", nejde tedy o žádné násilné napasování.
Do hybridizace se nezapojil čtvrtý orbital na uhlíkovém atomu, označovaný
pz. Tyto zbylé orbitaly všech uhlíkových atomů jedné vrstvy
(plástve) se dohromady kombinují na jeden veliký, tzv. delokalizovaný,
pí-systém orbitalů. Vzájemnou kombinaci za vzniku jednoho systému známe i v
menším vydání: u uhlovodíku benzenu, kde se týká šesti orbitalů, a u dalších
aromatických uhlovodíků.
Delokalizace znamená, že určitý elektron "nepatří" k žádnému určitému
uhlíkovému atomu vytvářejícímu pí-systém, ale se stejnou pravděpodobností se
může vyskytovat na libovolném místě delokalizovaného systému. Což je v
důsledku volná pohyblivost elektronů v pí-orbitalech po celé "plástvi". A
tedy elektrická vodivost. Zároveň je zřejmé, že se elektrický proud přenáší
dobře pouze po vrstvách, nikoli napříč (neexistují propojení pláství), a že
narušení pravidelné struktury pláství (tj. porucha v krystalu) může vodivost
ovlivňovat.
K teplotní závislosti vodivosti mě napadá pouze následující:
Vodivost rostoucí s teplotou spíše nebude způsobena přerušením některých
vazeb (viz výše, geometrické uspořádání je přirozené a nevytváří žádné
zvláštní pnutí). Růst vodivosti s teplotou pozorujeme v případě vlastní
vodivosti polovodičů, kdy elektrony s vyšší energií způsobenou vyšší
teplotou mají větší šanci překonat energetický rozdíl mezi energetickým
pásem, v němž jsou, a nejbližším vyšším prázdným energetickým pásem, v němž
už se mohou volně pohybovat. Grafit je podoben právě spíše polovodičům než
kovům - vytváří síť kovalentních vazeb atd. Zřejmě také možnost rozkmitání
uhlíkových atomů je menší než u kovů, protože jsou drženy na místě směrovými
kovalentními vazbami. Vazba v kovech je nesměrová, na všechny strany stejná,
kdežto kovalentní vazba - překryv orbitalů - vyžaduje určité prostorové
uspořádání a znesnadňuje výchylky.
Dotaz: Je všeobecně známo: Skafandr musí kosmonauta zásobovat kyslíkem, ochránit ho
před extrémně vysokými i nízkými teplotami a před radioaktivním zářením. Dotaz:
Proč ho musí chránit před extrémně vysokými i nízkými teplotami ? Ve vesmíru je
přece vakuum, a vesmír by se tedy měl chovat jako termoska, tj. nedovolit odvodu
nebo přísunu tepla z/do těla kosmonauta... (Kamil Balvar)
Odpověď: Je pravda, že vakuum neodvádí teplo tak intenzivně, jako třeba ledová voda, přesto i zde k tepelným ztrátám dochází. Obecně se teplo šíří vedením (zejména v pevných látkách, nejlépe krystalických), prouděním (v kapalinách a plynech) a sáláním. Ve vakuu se tedy proces ztráty tepla omezuje na sálání. Každé těleso sálá, a to tím víc, čím má vyšší teplotu (úměrně čtvrté mocnině své teploty). Nahý člověk (37 °C, povrch těla asi 1,5 m2) ve vesmíru by chladnul, ztrácel energii rychlostí až několik set J/s. S podobným tepelným výkonem září i každý z nás, zároveň však velkou část vyzářené energie kompenzuje tepelná energie, kterou na nás zase vyzařuje naše okolí (zahřáté oblečení a další i zdánlivě docela chladné předměty v našem okolí, stěny budov, podlaha, a další) a my ji příjímáme, absorbujeme. Díky tomu (jelikož jsme o něco teplejší než naše okolí, obečení, ...) ztrácíme spíše jen desítky či dokonce jednotky J/s a tuto energii tedy musíme doplněovat v podobě potravy.
Dotaz: Dobrý deň. Na jednej internetovej stránke sa rieši dotaz, že prečo sa valec na
motorke nafarbený čiernou farbou chladí lepšie ako napr. keď je nafarbený
striebrenkou. Takže moja otázka spočíva v tom, že aký je rozdiel v prestupe
tepla medzi týmito dvomi variantami? Podµa mňa je jedno akou farbou je to
natreté. Chladenie spočíva v obtoku vzduchu okolo rebier valca. Nemyslím si, že
farba bude mať vplyv, ale aj tak Vás prosím o vyjadrenie.Ďakujem (Martin)
Odpověď: Černé materiály (ve viditelném světle, tedy ty, jejichž emisivita je vysoká) obvykle mívají vysokou emisivitu i v oblasti infračervené, lépe se tedy zbavují tepla zářením. Z tohoto pohledu se jeví černá barva jako vhodnější než stříbrná.
Poznámka: jakýkoli nátěr (tedy přidání vrstvičky barvy) bude ale zároveň trochu izolovat - bránit prostupu tepla skrz vrstvičku barvy, takže situace není úplně jednoduchá a případné úpravy nemusí vést ke zlepšení chlazení.
Dotaz: Mám problém s pochopením přílivu a odlivu, nejvíc mě udivuje, že vliv Slunce je
menši než Měsíce, přestože gravitační působení Slunce je mnohonásobně silnější?! (honza)
Odpověď: Máte prvadu v tom, že gravitační působení Slunce na Zemi je zhruba o dva řády silnější než působení Měsíce. Pro příliv a odliv však není nejdůležitější velikost gravitačního působení (ta je zásadní zejména pro dráhu těles, tj. proto Země obíhá okolo Slunce a ne okolo Měsíce), jako spíše rozdíl působení na přivrácenou a odvrácenou stranu (odvrácená strana Země je o několik tisíc kilometrů dále a jelikož gravitační působení se vzdáleností klesá, je ptahována méně - jde o tzv. slapové síly). A jelikož je Měsíc k Zemi blíže, je jeho gravitační pole méně homogenní (než silnější gravitační pole vzdálenějšího Slunce) a slapové síly způsobované Měsícem jsou proto větší.
Dotaz: Dobrý den, narazil jsem na jeden příklad u přijímaček na VŠ a zajímalo by mě
Vaše řešení - nacházíme se na určitém místě na zeměkouli (40° s.š.) v den
letního slunovratu v pravé poledne a máme změřit úhel dopadu paprsku. Zajímalo
by mě jak fyzikální řešení, tak popř. nějaká geografická "pomůcka", jestli tedy
existuje... Děkuji za odpověď (Jakub Dohnal)
Odpověď: V době letního slunovratu vystupuje Slunce o 23 stupňů 27 minut výše než v době rovnodennosti. V době rovnodennosti přitom platí, že maximální výška Slunce nad obzorem je rovna 90° mínus zeměpisná šířka. V případě pozorování v pravé poledne v 40° s.š. tedy bude Slunce ve výšce 90°-40°+(23°27'), tedy asi 73 a půl stupně nad obzorem.
