Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
455) Přechlazená voda
09. 01. 2007
Dotaz: Dobrý den, díky za pěkné stránky. Zde je můj dotaz: Na kolejích jsem měl sorpční
lednici, která chladila až mrazila. Teplotu jsme neměřili, ale někdy jsme
vyndali veci zmrzlé a jindy ne. Několikrát se mi stalo, že jsem vodu (vodovodní)
v PET lahvi vytáhl z lednice a voda byla v tekutém stavu. V okamžiku, kdy jsem
PET lahev otevřel voda během 1-2 sekund zmrzla. Krásně prokrystalizovala v celém
objemu. Podobným způsobem, jako když lupnutím aktivujete takové ty ohřívací
polštářky. Podmínky: lednice - sorpční, zavřená ve skříni PET laveh - takový ten
měkčí typ, objem 2 litry, ležíci v lednici na výparniku, úplně plná nebo téměř
plná. Zajímalo by mě, při jakých podmínkách to nastává. Kam se ztratí energie
potřebná ke změně skupenství? Jak mohu tento stav reprodukovat? Jestli si dobře
pamatuji tak energie potřebná ke změně skupenství je zhruba stokrát vyšší než ke
změně teploty kapaliny o 1C. Takže vodu podchladím, jakoby na -100C a pak se mi
přemění na led o teplotě 0C. (Jaroslav Bernkopf)
Odpověď: Voda, kterou jste vyndal z chladničky, se podle všeho nacházela v tzv. metastabilním stavu, kdy je její teplota sice už pod nulou, ale stále ještě zůstává celá v kapalném skupenství. Tento stav je tím méně pravděpodobný, čím většího přechlazení dosáhnete, případně čím více vody v nádobě máte. S dvoulitrovou PET láhví lze znatelného přechlazení dosáhnout zřídka - a když, tak pouze o několik málo stupňů Celsia. Menší množství vody (řekněme 1 ml) lze ovšem snadno přechladit i na teplotu -10 °C a méně. Drobné kapičky se dají přechladit až o desítky stupňů Celsia!
Přechlazená kapalina je nestabilní. Přítomnost rušivých vlivů (nečistoty, otřesy) a další chlazení zvyšují společně šanci, že kapalina samovolně přejde do stabilnějšího stavu - zmrzne.
Mrznutí začne tím, že se někde v objemu kapaliny (typicky na stěnách nebo částečkách nečistot) objeví první krystalek ledu. Ten velmi rychle roste v jakousi dendritickou strukturu prolínající se celou kapalinou, což je ono vámi pozorované rychlé prorůstání krystalků. Tím se ovšem uvolňuje latentní krystalizační teplo ohřívající zbytek přechlazené kapaliny. Teplota přechlazené vody tak během této "bouřlivé" krystalizace po zlomku sekundy až několika málo sekundách vzroste na teplotu tuhnutí (0 °C). Sem se tedy "ztratí" ona pohřešovaná energie. Zbytek kapaliny tuhne již běžným způsobem.
V přiloženém grafu je zachycen průběh teploty v reálném experimentu, který probíhal s 1 ml destilované vody, jejíž počáteční teplota byla přibližně 1 °C. Z grafu lze vyčíst, že se voda v tomto experimentu přechladila o více než 10 °C, načež během velice krátkého okamžiku prorostla zmíněnou dendritickou ledovou strukturou za součásného vzrůstu teploty na 0 °C. "Domrzání" potom trvalo ještě asi minutu a dvacet sekund. Teplota okolí byla přibližně -17 °C.
Dotaz: Dobrý den, zajímalo by mě, jestli je náboj atomu opravdu nulový. Já si totiž
myslím že není, protože nulový by mohl být jedině pokud by vzdálenost protonu od
elektronu byla nulová, tedy měly stejný bod působení. Pokud by tedy opravdu
existovalo nějaké velmi slabé zbytkové elektrické pole, jehož náboj (kladný nebo
záporný) by závisel na pozici protonu a elektronu vzhledem k pozorovateli. A
uvažujeme-li jednoduchý atom vodíku s jedním elektronem a protonem, pak pokud by
se vzhlem k naší pozici nácházel blíže elektron působilo by na nás elektrické
pole záporné a naopak. Pokud bychom tuto úvahu aplikovali na dva atomy vodíku,
které by na sebe těmito zbytkovými náboji působily, tak by se mohlo ze začátku
sice zdát, že je pravděpodobnost, že se budou návzájem odpuzovot nebo přitahovot
stejná a výseldný pohyb byl tedy nulový. Jenže já si myslím, že tomu tak není a
že převahují, i když slabě síli přitažlivé. Vysvětluji si to následujícím
pokusem, vezmemeli dva magnety a otočíme je k sobě stejnými póly a tyto magnety
nebudou nijak omezené, natočí se k sobě vždy sami opačně orientovanými poly.
Myslím si, že podobně je tomu tak i s atomy. Už asi víte k čemu směřuji, je to
gravitační síla, která by byla právě výsledkem těchto sil.Předem děkuji za
odpověď. (Jan Kozák)
Odpověď: Pojďme se na to podívat postupně. Nejprve si představme, že v nějakém prostoru jeden proton a jeden elektron. Celkový náboj v tomto prostoru pak bude skutečně nulový, neboť +1 + -1 = 0. Abychom dokázali postihnout působení takové soustavy dvou opačných nábojů na své okolí, nevystačíme však pouze s jedním číslem (celkový náboj - to je skalární veličina) a zavádíme si proto další charakteristiku zvanou "elektrický dipólový moment" (elektric dipole moment). Elektrický dipólový moment je vektorová veličina p = q·l, kde q je velikost jednoho z nábojů a l je vzdálenost (resp. vektor rozdílu poloh) obou nábojů. Pomocí této veličiny pak dokážeme počítat silové působení na další elektrické náboje v okolí. U složitějších soustav nábojů pak zavádíme ještě další charakteristiky, například kvadrupólový moment.
Vámi nastíněná problematika atomu vodíku je však ještě o trochu složitější. Zde totiž o umístění elektronu nelze říct, kde přesně je - on je totiž s určitou pravděpodobností skoro všude okolo protonu. Atom vodíku v základním stavu proto možná trochu překvapivě nevykazuje dipólový moment. Mechanismus vzájemné vazby dvou atomů vodíku je trochu jiný a k jeho pochopení je třeba alespoň základních znalostí principů kvantové mechaniky.
Gravitační síla se do výše popsaných problémů prakticky nemíchá - je to interakce zcelajiného charakteru a navic je v porovnání s elektromagnetismem o mnoho řádů slabší a tedy zcela zanedbatelná.
Dotaz: Dobrý den, prosím Vás o sdělení, kde mohu najít seznam kmitočtů rozhlasových
stanic ČR. Děkuji Myška (Jan myška)
Odpověď: Seznam kmitočtů, na nichž vysílají jednotlivé vysílače, ale i jejich výkony a umístění lze nalézt na stránkách Rady pro rozhlasové a televizní vysílání (http://www.rrtv.cz/), konkrétně na
Dotaz: Co vyjadruje Navier-Stokesova rovnice? (viki)
Odpověď: Navier-Stokesova rovnice (Navier-Stokes equation) vyjadřuje rovnováhu sil působících na element proudící viskózní kapaliny, uvažujeme tedy i vliv třecích sil.
Jde o vektorovou diferenciální rovnici. Obecně není analyticky řešitelná, chceme-li ji řešit analyticky, musíme se omezit na některé zjednodušené případy. Nalézt řešení obecnějších případů pak umíme pouze numericky (a tedy přibližně).
Rovnici odvodil roku 1827 francouzský matematik Claude Louis Navier a nezávisle na něm jiným způsobem roku 1845 také anglický matematik a fyzik George Gabriel Stokes.
Dotaz: Proč sadaři při očekávaných mrazech udržují v době květu stromů celou noc nad
korunami stromů vrstvu kapének vody? (Jirka)
Odpověď: Voda může namrzat na větvích stromů a funguje jako tepelná ochrana, díky velké teplotní kapacitě. Podstatná je jedna věc. Živý organismus stromů může utrpět velké škody (roztrhání buněk rostlinné tkáně) při rychlém rozmrzání. Samotné krátkodobé zmrznutí není tak fatální. A těmto škodám může právě zabránit ledový povlak, který podstatně zmírní rychlost teplotních změn a zmírní rychlost změn teploty rostliny. Je dobré si uvědomit, že nízké teploty v době kvetení stromů (s možnosti mrazíků) se vyskytnou při jasné obloze, kdy díky radiačnímu ochlazování zemského povrch a přilehlých vrstev vzduchu může v blízkosti zem. povrchu klesnout teplota pod bod mrazu. A ráno vysvitne Slunce a přechod od nízkých teplot k vyšším hodnotám (týká se to teplot dřeva) může být velmi rychlý. Právě ledový povlak tomu pak může zabránit.
