Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
385) Vypařování černých děr
12. 04. 2007
Dotaz: Dobrý den. Minulé jsem se ptal na vypařování černých der, s odpovědi však nejsem
spokojen. A tak bych se zeptal takto. Dejme tomu, že vytvořím černou díru ze
Slunce takže ze hmoty. Pak někde seženu proud antihmoty o váze právě jednoho
Slunce a ten nechám padat do díry. Podle mne černá díra nezanikne, ale
zdvojnásobí svou hmotu. Jak pak můžete tvrdit, že se černé díry vypařují
Hawkingovým zářením, když nerozlišují mezi hmotou a antihmotou, která do nich
spadne. Vždyť ze vzniklého párů částic z vakua jedna padne do díry a ta druhá
může odletět, ale už jsou obě reálné a černá díra ji vakuu nevrátí. Takže černá
díra má o tuto částici větší hmotnost sníženou o výdej energie potřebné na únik
druhé. dík za odpověď (vladyka)
Odpověď: Při vypařování černé díry skutečně nejde o to, že by anihilovala hmota v černé díře s antihmotou, která do černé díry spadne. Jde o ryze kvantově mechanický jev, který si lze jen těžko představit na základě zkušeností z našeho světa velkých rozměrů, v mikrosvětě totiž platí dosti jiné zákony, které umíme rozumně popsat jen matematicky. Přesto se pojďmě podívat na dvě možné interpretace, které by mohly danou situaci přiblížit. Znovu však připomínám, že jde pouze o jakousi ilustraci, značné zjednodušení, které nám má jenom ulehčit naše představy.
V mikrosvětě nemusí platit zákon zachování hmoty/energie vždy a všude, stačí, když platí tak nějak průměrně, tedy ve větších měřítkách či v delším časovém horizontu. Je tedy možné půjčit si na nepatrný okamžik jen tak z ničeho (resp. z vakua) trochu energie a z ní vytvořit pár částice-antičástice. Když nám ale jedna z nich uletí pryč a druhá částice spadne do černé díry, nemáme ten energetický dluh najednou čím splatit. A my jej splatit musíme, zákon zachování energie pro delší časové úseky platit musí. Příroda to tedy vyřeší tak, že si chybějící hmotu/energii vezme z nejbližšího možného zdroje - sebere ji černé díře, která je hned vedle, takřka po ruce.
Jinou možnou interpretací je, že v blízkosti Schwarzschildova poloměru dochází k tzv. tunelovému jevu, částice tzv. tunelují ven. Jde o to, že podle kvantové mechaniky je možné, aby částice překonala nějakou barieru, ikdyž na to nemá dost energie - v jednu chvíli je částice před bariérou, za chvíli už za ní. Přitom neměla tato částice dost energie, aby bariéru přelezla... proto tomu říkáme, že se bariérou protunelovala. (Matematický zápis kvantové mechaniky takový jev předpovídá a také jej v běžném životě využíváme v mnoha aplikacích, například v elektronice, nejde tedy o nic hypotetického.) Schwarzschildův poloměr lze z tohoto pohledu brát jako takovou bariéru, na jejíž překonání žádná částice nemá dostatečnou energii... občas by se ale některé mohlo podařit protunelovat ven.
Dotaz: Jak velký tlak vyvíjí voda, když zmrzne v těsném prostoru? (Václav Kadlec)
Odpověď: Tento tlak je obrovský. Jeho velikost můžeme odhadnout ze závislosti
teploty tuhnutí vody na tlaku. Při atmosférickém tlaku je tato teplota 0 °C, při tlaku stokrát větším je asi -1 °C, při tlaku dvou tisíc atmosfér je to asi -20 °C. To znamená, že při tlaku 2000 atmosfér se začne led tvořit až při teplotě nižší než 20 °C pod nulou, při vyšších teplotách zůstává voda v kapalném skupenství.
Pokud vodu budeme chladit, ale nedovolíme jí zvýšit při krystalizaci v led
svůj objem, bude se zvyšovat její tlak až k takové hodnotě, kdy při dané
teplotě může voda stále ještě být v kapalném skupenství - pro teplotu
-1 °C je to přibližně 100 atmosfér, pro -20 °C je tento tlak
okolo 2000 atmosfér.
Dotaz: Taje led v místnosti, kde je taplota 0 stupňů celsia? (denda)
Odpověď: Při teplotě 0 °C jsou led a voda v rovnováze. To znamená, že množství
ledu v místnosti je pořád stejné. Pokud bychom teplotu nepatrně zvýšili, led by začal tát - a pokud teplotu budeme nad nulou nějakou dobu udržovat, nakonec všechen led roztaje. Pokud naopak teplotu nepatrně snížíme pod nulu, kapalná voda začne
mrznout, po nějaké době zmrzne všechna a v místnotsi bude pouze led.
Dotaz: Dobrý den, nemohli byste mi říct, čím jsou plněné ohřívací polštářky? Takové ty,
co v nic zmáčknete plíšek, ta hmota skrystalizuje a hřeje. Děkuji (Linda)
Odpověď: "Jednorázový" polštářek bývá naplněn obvykle nějakou bezvodou solí (chlorid
vápenatý... ) a vodou - odděleně. Při smísení obou složek dochází k
rozpouštění soli a vázání molekul vody za vzniku hydrátu, což je doprovázeno
uvolněním většího množství tepla. Obdobně lze použít látky, které při
rozpouštění teplo spotřebovávají, k výrobě "chladicích polštářků".
Rozpouštěcí tepla jednotlivých látek lze najít v tabulkách a v laboratoři si
vyzkoušet, že se tepelné efekty opravdu dostavují.
Na složitějším principu pracují opakovaně použitelné polštářky. Obsahují
například přesycený roztok bezvodého thiosíranu sodného ve vodě v tzv.
metastabilním stavu - thiosíran by sice měl za těchto podmínek
vykrystalizovat, ale chybí mu dostatečná "aktivační" energie, kterou je
třeba dodat zvenku, v tomto případě zlomením plíšku. Pak teprve dojde ke
krystalizaci (ve formě hydrátu) a uvolnění tepla.
Povařením použitého polštářku (tj. za vysoké teploty) lze opět získat z
hydrátu bezvodou sůl a úplným vychlazením obnovit přesycený roztok.
K metastabilním stavům - i z laboratoře známe případy, kdy látka ne a ne
vykrystalizovat, voda ne a ne se vařit či zmrznout, ačkoli příslušné
fyzikální podmínky jsou splněny - tehdy jsou systémy v metastabilním stavu.
Pomáhá dodání energie například otřesem.
Dotaz: Dobrý den, prosím vás o výpočet spotřeby elektrické energie 125 W úsporné žárovky za 1OO hodin při ceně 4,2 Kč za jednu kilowathodinu. Jarda (Jarda)
Odpověď: Pravděpodobně máte na mysli úspornou zářivku (může mít tvar klidně jako žárovka), která svítí stejně vydatně jako 125 W žárovka. Taková zářivka bude mít spotřebu okolo 28 W. Za sto hodin tedy spotřebuje (100 · 28 =) 2 800 watthodin neboli 2,8 kilowatthodin elektrické energie, za kterou při výše uvedené ceně zaplatíte necelých 12 Kč. Pokud místo úsporné zářivky použijete 125 W žárovku, spotřebujete 12,5 kWh energie a zaplatíte za ni 52,5 Kč.
Pro představu: 2,8 kWh je něco málo přes 10 MJ - a je to zhruba stejné množství energie, jako spotřebuje běžný člověk (v podobě jídla) za jeden den života. Tuto energii může získat například snězením necelých 10 tatranek.
