ELEARNING.SK | PR SPRÁVY | GSGROUP | NAJDES.SK | BRIGÁDY, PRÁCA | GLOBALOFFICE.SK | REGISTRAČNÉ VIRTUÁlNE SÍDLO FIRMY | MINCE | CMS | ESHOP | TESTIVA
Prihlásenie:
>Staňte sa redaktorom eQuark.sk

eQuark.sk

Anketa

Ak by ste o tom mohli rozhodnúť práve vy, zaradili by ste Pluto opäť medzi planéty?

Quark

Čo je to utajený var?

14.8.2009 11:25:22 | * q
| Počet zobrazení: 3235x

Odpovedá doc. Ing. Karol Jesenák, PhD.,
Prírodovedecká fakulta UK

 

Výraz utajený var vzbudzuje pozornosť už na prvý pohľad, pretože je úplne nepochopiteľné, že by niekto mohol mať záujem na zatajovaní varu kvapaliny. To neexistuje. Utajený var je totiž názov pre síce časté, ale nie celkom známe správanie sa kvapalných látok.
Predstavme si, že máme nádobu s vodou, v ktorej je ponorený teplomer a postavíme ju na zapnutý elektrický varič. Zároveň predpokladajme, že experiment uskutočníme na mieste s malou nadmorskou výškou. Postupnosť zmien v kvapaline nie je ťažké si predstaviť. Teplota vody stúpa a zároveň s ňou sa na stenách nádoby vytvárajú malé bublinky, ktoré sa lenivo odliepajú od steny a putujú smerom k hladine. Čím je teplota vyššia, tým viac bublín sa objavuje a pri teplote približne 100  oC sa z vody spontánne uvoľňujú už vo veľkom množstve. To je stav, keď kvapalina vrie a zvyšovanie teploty sa zastaví až pri jeho úplnom vyparení. Dôvod, prečo sa teplota vody už nezvyšuje, spočíva v tom, že všetka energia dodávaná do kvapaliny sa spotrebováva na jej vyparovanie. (Takáto nádoba s vodou predstavuje vlastne najjednoduchší typ termostatu, teda zariadenia, ktoré nám poskytuje počas relatívne dlhej doby konštantnú teplotu. Jeho jedinou nevýhodou je použiteľnosť iba pre jedinú teplotu, ktorou je práve tých sto stupňov Celzia.)
Druhý scenár nášho experimentu je nasledovný: teplota vody sa postupne zvyšuje, voda má už 80  oC a bubliny, ktoré bolo možné pozorovať v predchádzajúcom experimente, sa stále neukazujú. Teplota dosahuje už 100 oC a voda nielenže nevrie, ale nieto ani stopy po drobných bublinách – ak by sme nemali teplomer a na experiment by sme sa dívali cez monitor, nevedeli by sme rozhodnúť, či voda má 5  oC alebo 100  oC. Tak to pokračuje ďalej aj pri teplote 100,5 oC, 101 oC, 102 oC a dokonca aj pri 103 oC. Zrazu, bez akéhokoľvek predchádzajúceho varovania v podobe malých bubliniek sa pri teplote 103,1 oC premení celý objem vody na horúcu spenenú kvapalinu, z ktorej veľká časť pravdepodobne dramaticky opustí svoju domovskú nádobu.
Pretože prvý priebeh experimentu je úplne obvyklý, otázka je, či je reálna aj druhá alternatíva. Ak by to tak bolo, musíme riešiť závažný problém, ktorým je vysvetlenie dvoch rôznych teplôt varu tej istej kvapaliny. Napriek tomu aj druhý experiment je skutočný a stav vody v rozmedzí teplôt 100 oC až 103 oC sa v našom prípade nazýva utajený var. To, že utajený var nie je v bežnom živote veľmi známy, súvisí s jednak s tým, že teplotu varu nik nekontroluje, ale aj s tým, že dochádza k nemu iba za určitých podmienok. Jednou z nich je, že kvapalina by mala byť čistá, to znamená minimálne by nemala obsahovať rôzne tuhé častice. Dôvod je ten, že uvoľňovanie bublín vodnej pary sa uskutočňuje prednostne práve na týchto časticiach. Preto napríklad pri varení ryže alebo iných potravín utajený var nehrozí. Na druhej strane v chemických laboratóriách je riziko omnoho vyššie, keďže podmienkou pre väčšinu experimentov je vysoká čistota látok. Dôsledky vzniku utajeného varu sú obvykle veľmi nepríjemné, a tak sa mu snažíme vyhnúť. Riešenie je veľmi jednoduché. Do kvapaliny pridáme drobné telieska, ktoré sa v kvapaline nerozpúšťajú a možno ich po skončení experimentu jednoducho oddeliť. Sú to obvykle sklenené alebo porcelánové guľôčky či črepiny.
Voda s teplotou nad 100  oC (iba v prípade nášho experimentu) patrí medzi tzv. prehriate kvapaliny. Sú to také kvapaliny, ktoré ignorujú teploty varu uvedené vo fyzikálno-chemických tabuľkách. Pretože však teplota varu závisí od vonkajšieho tlaku, aj voda s teplotou nižšou ako 100  oC môže byť prehriata. Ak by nám voda na Mount Evereste nevrela ani pri 75  oC, určite je prehriata, pretože by mala vrieť pri 70  oC. Na druhej strane ani voda s teplotou 150  oC nemusí byť prehriata, ak je tlak nad hladinou vody vysoký.
Prehriatie kvapaliny patrí do skupiny zvláštnych a veľmi zaujímavých, tzv. metastabilných stavov. Patrí k nim napríklad podchladená voda, teda voda s teplotou pod bodom mrazu alebo presýtená či podchladená para. Na ich vysvetlenie si možno zobrať na pomoc fázový diagram vody. Podľa neho sú jasne určené hranice, v ktorých voda existuje v podobe ľadu, kvapaliny a pary. Metastabilné stavy vody sú tie, ktoré neakceptujú tieto hranice. Malé prehrešky alebo malé exkurzie za tieto hranice sa vyskytujú často. Tak je to napríklad s kvapalnou vodou teplou 102  oC. Avšak čím ďalej sa chceme dostať za túto hranicu, tým je to väčší experimentálny problém a vždy existuje určitá hranica, za ktorú sa už nemôžeme dostať. Získať napríklad vodu s teplotou 200  oC je pri atmosférickom tlaku nemožné. Aká však môže byť najnižšia dosiahnutá teplota kvapalnej vody pri atmosférickom tlaku – ako je známe, obvykle mrzne pri 0  oC? Najnižšia teplota, na ktorú sa podarilo ochladiť vodu je – 113  oC! Avšak s takouto vodou treba zaobchádzať veľmi opatrne. Rozhodne sa nemôžete presvedčiť o tom, či vôbec tečie. Ak sa o to pokúsite, v zlomku sekundy sa premení na ľad.
Otázkou je, prečo vôbec dochádza k metastabilným stavom. Metastabilné stavy možno považovať za akúsi zotrvačnosť nejakého systému: napr. vode sa „nechce“ premeniť na ľad alebo naopak na vodnú paru. Príčiny tohto „konzervativizmu“ spočívajú v určitých počiatočných ťažkostiach pri premene jednej látky (skupenstva) na látku kvalitatívne inú. V našom prípade sú to ťažkosti pri vytváraní zárodočných (nukleačných) centier pri kryštalizácii ľadu z vody alebo pri vytváraní zárodkov bubliniek vodnej pary.

Zdieľaj článok
 
Hodnotenie: 1,39
Príspevok na titulke

Vyberte článok na titulku kliknutím na linku

 

www.brigada.sk - brigády, brigáda, práca, zamestnanie www.najdes.sk - katalóg, portál, vyhľadávač www.equark.sk - veda, výskum, technika www.uvery.sk - úvery, pôžičky, hypotéky www.elearning.sk - elearning, LMS, vzdelávanie, kurzy, elektronické vzdelávanie www.globaloffice.sk - registračné sídlo, virtuálna adresa a kancelária www.globalhosting.sk - domény, doména, webhosting, hosting www.globalweb.sk - CMS, WCMS, redakčný systém, publikačný systém www.globalshop.sk - internetový obchod, eshop, e-commerce Global Services Slovakia s.r.o. - www.gsgroup.sk, informačné systémy, portálové riešenia, intranety, web dizajn

Generuje redakčný CMS systém GlobalWeb spoločnosti Global Services Slovakia s.r.o.