Merkur znali už Staří Řekové čtyři sta let před Kristem. Chybili jen maličko, považovali ho za dvě samostatná tělesa. Při východu slunce mu říkali Apollo a při západu Hermés. Naše pojmenování Merkur má původ v římské mytologii. Popravdě ale převzali řeckého Herma, jen ho přejmenovali.
Merkur je nejmenší planetou Sluneční soustavy. Je to prcek jen o necelou polovinu větší, než náš Měsíc. Přesto ho můžeme vidět pouhým okem. Jen si musíme přivstat, než vyjde Slunce nad horizont, nebo počkat do soumraku. Protože se moc nevzdaluje od Slunce, pozemské teleskopy se při jeho zkoumání moc nevyznamenaly. Pořádně se nám Merkur zjevil až díky sondě MESSENGER.
Merkur nemá v podstatě žádnou atmosféru, jednak proto, že je malý (magnetické pole má sílu asi 1 % zemského) a neudržel by si ji, a pak také ten silný sluneční vítr. Pro představu by asi bylo lepší říkat, že tam panuje vakuum. Nicméně fyzikové trvají na tom, že tam atmosféra je, neboť tam přístroje zaznamenaly něco málo atomů draslíku, sodíku, kyslíku, vodíku, helia,.... Je toho však tak nicotně, že se tím teplo nepřenáší. Teplota na povrchu kolísá od mínus 180 do plus 430°C, což jsou největší výkyvy v celé Sluneční soustavě. Když si představíme tamní podmínky - vakuum, povrch rozpalovaný blízkostí Slunce, silně vanoucí sluneční vítr, je představa přítomné vody, či dokonce ledu, poněkud absurdní.
Jenže právě to sonda Mariner 10 a sedmdesátimetrové antény v kalifornském Goldstone, pomocí radarových odrazů, zjistily. Nyní se zdá, že vědci Brant Jones a Thom Orlando, z velké části záhadu tamního ledu vysvětlili. V časopisu Astrophysical Journal Letters popsali chemické děje, při nichž se paradoxně na vzniku ledu, podílí vysoká teplota.
Chemicky nejde o nic komplikovaného. Minerály v povrchové půdě Merkuru obsahují tzv. hydroxylové skupiny (OH), které se působením tepla a slunečního větru uvolňují. Hlavním hybatelem tam je sluneční vítr, přičemž hlavní roli v procesu hrají protony. Elektricky nabité hydroxylové skupiny se neustálými šťouchanci rozpadají, aby vzápětí daly vznik molekulám vody a vodíku. Dál už na tom také není nic nepochopitelného. Samozřejmě, že mnohé ze vzniklých molekul vody sluneční záření rozloží. Některé molekuly se ale unášeny slunečním větrem, přece jen dostávají blíž k pólům a do stínu tamních kráterů.
Jak jsme si již řekli, není tam "vzduch", tedy nic, co by významně vedlo teplo. To umožňuje molekulám vody se hromadit v místech, kam nedopadá sluneční záření. Pro molekuly vody je to v podstatě jakási jednosměrka, neboť ze stínu se už nemají šanci nikdy dostat. Tím, že Merkur nemá atmosféru, je jeho nebe černé a neodráží sluneční paprsky. Tak jednoduché a logické je vysvětlení, proč na nejbližší planetě Slunce přístroje registrují existenci malých ledových oáz.
Podle Thomase Orlanda, profesora na Chemické a biochemické škole v Georgii, mohlo tímto způsobem během tří milionů let vzniknout okolo 11 023 110 000 tun ledu.
Závěr
Astrofyzikům se nejen podařilo vysvětlit paradox ledu na rozpálené planetě. Ale také poopravit náš názor na původ vody na planetách. Není totiž důvod předpokládat, proč by ke stejné „chemii“, jako na Marsu, nemělo docházet i na asteroidech a kometách. Ty tedy nemusí být jen „přenašeči“ vody, ale stejně tak dobře i jejími „výrobnami“.
Video: Jak spalující slunce blízko Merkuru pomáhá planetě s tvorbou ledu.
Diskuze:
Teplota na Merkuru
Tomáš Novák,2020-03-16 07:20:30
Na přivrácené straně až 430 °C, na odvrácené až -183 °C. Jak s tím ale prosím souvisí premiér Babiš?
Jsme muly?
Marta Vejnarová,2020-03-15 19:23:16
I když vědci mají jiné zájmy, něco by snad udělat mohli? Vláda ve stínu koronaviru hodlá projednat zákon, který může zamlžit skutečného majitele Agrofertu. Už je na programu jednání!!! Vážení, dělejme s tím něco, nebo jsou vědátoři fakt takový muly? Kdo by se měl ozvat, když ne inteligence?
Re: Jsme muly?
Pavel Brož,2020-03-15 20:12:13
Paní Vejnarová, nejsem vědec, a ač nemám rád premiéra Babiše (nikdy jsem ho nevolil, a v budoucnu bych tak mohl učinit pouze po předtím podstoupené lobotomii), tak musím říct, že tady mícháte dohromady vědu a politiku. To, že naše politická reprezentace vypadá jak vypadá, je bohužel výslednice obecné úrovně politické gramotnosti obyvatel. Lidově řečeno, voliči v každé demokratické zemi mají přesně takovou vládu, jakou si bohužel zaslouží. A slovy klasika, můžeme se o to přít, můžeme s tím dokonce i nesouhlasit, ale to je tak všechno, co s tím můžeme dělat. Vědu ani vědce do toho prosím netahejte, jsou v tom nevinně, ne vědci sami o sobě, ale pouze voliči mohou se současným stavem něco udělat.
Re: Re: Jsme muly?
Marta Vejnarová,2020-03-16 01:51:02
Ano, voliči. Jen jsem si bláhově myslela, že inteligence by nemusela dávat hlavu do písku a jít tak nějak svým postojem příkladem. Asi jsem se mýlila. Omlouvám se všem, že jsem Vám vstoupila do vědy. Považovala jsem to za dost důležité abyste Vy, chytré hlavičky, prostým lidem lidem nadnesli a řekli k tomu svůj názor, co se chystá. Tak ještě jednou promiňte.
Odpařování
Mintaka Earthian,2020-03-15 16:53:09
Dobrý den
K tématu sublimace/odpařování vody/ledu přidám vlastní zkušenost.
Na kuchyňské lince jsem nechal stát láhev vody.
Lahev je z bílého skla, obsah cca 1,5 litru vody, má "klasický tvar".
Původně se asi používala na slivovici.
Až krátký čas před západem slunce, stojí mimo přímé světlo.
V bytě mám převážně 21 °C, v létě, když udeří horka i 28 °C.
Nechal jsem ji otevřenou stát s obsahem vody nabrané z kohoutku.
Očekával jsem, že se voda, nejdéle do pár měsíců, odpaří.
A to zajímavé.
Ve sklenice zůstává po 6 letech více než 1/2 vody.
Na začátku se sice rychle odpařila část vody v hrdle a kousek pod ním, ale pak se odpařování téměř zastavilo.
Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-15 17:28:48
Ohnivá i živá vody se již kvantitativně oddestilovaly. Již se to dá konečně vypít na ex.
Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-15 18:23:30
Dobrý den, nabídnu jenom pár možností jak to vysvětlit, možná pan Hrnčiřík přidá další možnosti, event. mě zkoriguje, co se týče molekulární chemie a fyziky, dejte spíše na něj než na mě (opravdu, mě samotného už nejednou nachytal na švestkách).
První, co se mě asociovalo, byla vzpomínka na vlhkou a ledovou koupelnu jedné mé babičky v jejím starém domku. Ta koupelna byla jenom takový přístavek, netopilo se tam a byla tam fakt zima. Večer se tam nanosila do vany horká voda ohřátá na kamnech, takže tam byla spousta páry, a jakmile se po koupání zase ochladilo, ta pára se všude vysrážela, takže v zimě voda ve skleničkách rozestavených pod malým okýnkem přibývala místo ubývala. Ale to předpokládám není Váš případ, píšete o bytě, ne o domku, plus že tam máte převážně 21°C.
Další varianta je, že máte v bytě opravdu dost velkou vlhkost vzduchu. V panelákových bytech tomu většinou tak není, ty bývají většinou přesušené, nicméně měl jsem možnost vidět spoustu bytů zejména ve starých cihlových činžovních domech, kde naopak byla vlhkost velmi velká, zejména pak v kuchyních, pokud se tam často vařilo. Většinou jejich obyvatelé dlouhodobě bojovali s výskytem plísní na zdech. Ale ani zde netvrdím, že to musí být zrovna Váš případ.
Ještě jedna z dalších možností je ta, že předtím bylo v té lahvi něco olejovitého. Pokud ta lahev po vyprázdnění stála nějakou dobu prázdná a nevymytá, tak i po dodatečném vymytí část z té olejovité vrstvy zůstala na jejích stěnách a uvolňovala se postupně během doby, co v ní už byla napuštěná voda. Ten uvolňovaný olej pak postupně stoupá nahoru, přičemž stačí, aby na hladině vytvořil vrstvičku tenkou jen několik molekulárních vrstev toho oleje (tak tenkou vrstvičku nemáte šanci okem postřehnout), a už jen takto tenká olejnatá vrstva dokáže velice efektivně zabránit dalšímu vypařování vody. Pro představu, pokud je ta vrstvička tenká jen 10^-8 metru, tak při průřezu lahve dejme tomu 75 cm^2 by takovou vrstvičku dokázala vytvořit jediná kapička oleje o průměru cca půl milimetru, takže ta lahev mohla být i docela dobře vymytá, a přesto v ní ten zbylý olej být mohl.
Ne každá olejovitá látka, ač lehčí než voda, se ale na hladině musí rovnoměrně rozlévat - já si pamatuji ze svých dávných středoškolských laborek, že jsme měřili tloušťku vrstvy, jakou ta látka vytvoří na hladině vody, ale už si opravdu nevzpomenu, co to bylo za látku, vím jenom, že jsme tehdy opravdu nepoužili obyčejný kuchyňský olej. To by Vám musel říct pan Hrnčiřík, s čím je to možné udělat a s čím ne. A taky ne každá látka lehčí než voda zabrání vypařování vody pod ní, důležité je, aby byla s vodou nemísitelná.
Určitě mohou být i další možná vysvětlení, toto je jenom co mě teď napadlo.
Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-15 20:24:40
Pochopitelně je nejlepší použít grafenovou membránu.
Určitě tu blánu šikovný modelář lodí v láhvi zcelí levou rukou zdarma za pár minut. Dalo by se to odfláknout i vyloučením diamond like vrstvy z RF plazmového výboje proti vodě z atmosféry s rozumným množstvím acetylenu v inertu nepatrně opepřeného nenápadným oxidovadlem.
Jak správně tvrdí paní Marta Vejnerová, lepší než Babišovy přepalované oleje je určitě kyselina behenová (lineárních C20; pravděpodobně nejlépe ve formě vhodného mýdla k rozpuštění a sorpci na hladinu). V láhvi je to nuda. Ve vodárenské nádrži to bude hrát úžasnými duhovými barvami ale vlnění to potrhá. Nezkrystalované mastné kyseliny s dvojnými vazbami vytvoří regenerovatelnější filmy, ale s menším difúzním odporem a větší rozpustnosti vody ve filmu. Perfluorované mastné kyseliny však bohužel nic nepřekoná. Jejich ohebnost by zvýšily siloxanové a éterové vazby. Nutno však udržet nízkou rozpustnost vody ve filmu.
Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-15 20:40:26
No a jak prakticky? Existuje možnost zaprasit si vnitřek lahve něčím realistickým, co pak na hladině vytvoří vrstvičku bránící či aspoň výrazně zpomalujícím vypařování vody?
Re: Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-15 21:32:30
Prakticky jakékoliv smáčedlo. Asi nejlepší bude kys. stearová rozpuštěná v etheru, acetonu či THF či ve vodě (měkké!) jako mýdlo, snad nejlépe draselné.
Re: Re: Odpařování
Mintaka Earthian,2020-03-15 20:35:01
Děkuji za zajímavá zamyšlení.
Teorii o oleji bych bych s velkou pravděpodobností zavrhl.
Protože:
Zkoušel jsem svítit pod různými úhly na hladinu a nevidím tam žádný světelný efekt, který by napovídal, že je zde vrstva oleje.
Na stěnách již vyschlé části jsou usazeniny vodního kamene, které by, předpokládám olej vychytaly.
Vlhkost v bytě se snažím udržovat kolem 50%.
Je zde ústřední topení, které má spíše tendenci vysušovat.
Podstava láhve je cca 7,5cm hrdlo má cca 2,5cm.
Hrdlo je otevřené, takže se tam za tu dobu dostalo trochu prachu, který se převážně zachytil na stěnách lahve.
Kdysi tam proniklo, a zhynulo, několik octomilek. Ty převážně také zůstali na okrajích láhve. Jedna octomilka zůstala ve vodě a po čase z ní vyrostla zajímavá rostlinka, která se rozrostla do kulovitého paprskovitého tvaru velkého několik cm. Žije tam, zdá se spokojeně, asi 3 roky.
Má svěží zelenou barvu.
To, že se voda odpařuje velmi pomalu přikládám k tomu, že probíhá minimální výměna vzduchu mezi vnitřkem lahve a okolím.
Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-15 20:56:10
No tak na to zdůvodnění minimální výměnou vzduchu mezi vnitřkem lahve a okolím vzhledem k té době šesti let opravdu zapomeňte, to by to hrdlo lahve muselo být užší než takové to staré tři milimetry tlusté brčko na pití limonády, a ani to by nestačilo. Existuje něco jako termodynamická rovnováha, která se postará o redistribuci rozdílných koncentrací plynů uvnitř a vně lahve.
To už mnohem spíše Vám tam ta rostlinka vytvořila nějaký film biologického původu na hladině. Mnohé rostliny spoustu takových olejovitých látek běžně produkují, to jste měl zmínit hned prvně. Když je ten film dostatečně tenký, tak žádným nasvěcováním žádnou duhu neuvidíte, to by ta vrstva musela dosahovat tloušťky řádově aspoň srovnatelné s vlnovou délkou světla, tedy zhruba půl mikrometru, zatímco délka řetězce panem Hrnčiříkem zmíněné kyseliny behenové činí odhadem kolem dvou nanometrů.
Re: Re: Re: Re: Odpařování
Mintaka Earthian,2020-03-16 06:51:06
Rychlost odpařování s rostlinkou a bez ní je, mým neodborným okem, stejná.
Olejový film by měl chuť zůstávat na hladině a nezachytil by se raději na stěnách s vodním kamenem?
Byť tam zcela jistě výměna vzduchu je, jistě je výrazně menší (z mého úhlu pohledu, možná nešťastně kvantifikována jako "minimální"), v porovnání se sklenicí, která nemá úzké hrdlo, jako láhev.
Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-16 08:10:13
Olejový film jest oleofilní, tj. hydrofobní a protože vodní kámen je hydrofilní, je olej též jasně kamenofobní a nutně hladino (aero) filní. Nesouvisí to s pedo či nekrofilií, ale s povrchovými energiemi, čehož důsledkem je až možnost tzv. samovolného rozestírání vhodné látky po hladině vody.
Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-18 20:13:54
-->P.Brož, píšete :"že jsme měřili tloušťku vrstvy, jakou ta látka vytvoří na hladině vody"
Jde o stanovení velikosti molekuly kyseliny olejové. Internet je zamořený návody např.
http://www.gymnasiumkladno.cz/projekty/experiment/metod_listy/fyzika/f14_prumer_molekuly_kyseliny_olejove/f14_prumer_molekuly_kyseliny_olejove_pl_res.pdf
nebo http://jmi.czweb.org/nove/data/13.html
které raději nekritizuji, jen se divím. Jako rozpouštědlo (1:2000) používají petrolej nebo benzín. Hodně nešťastně, petrolej se neodpaří a většina benzínu taky ne, takže rozpouštědlo napomáhá vytvoření olejové skvrny na hladině. Já jsem použil aceton (t.v. 56 °C) a neomezeně mísitelný s vodou. Kapka zředěné kyseliny olejové C17H33COOH vytvoří monomolekulární vrstvu, kyselina má polární molekulu, je tedy "zapíchnutá" skupinou -COOH do vody a směrem nahoru trčí C17H33-.
Hladina vody se posype velmi jemným pěnovým polystyrenem, ten se lehce naškrábe smýkáním žiletkou. Vycházelo to výborně, úhel vazby C-C je 109 °, pak lze z délky molekuly určit i zhruba délku jednoduché vazby mezi uhlíky (přesně je 0,154 nm). Nevím proč počítají molekulu kyseliny olejové jako kouli, když je to lomená tyčka.
.
Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-19 00:10:19
No, vzhledem k tomu, že je to asi čtyřicet let, co jsem to měřil, tak si detaily opravdu nepamatuju, ale chemikářku jsme měli prvotřídní, úzkostlivě mě zásobovala spoustou chemických učebnic a doufala, že udělám kariéru špičkového chemika. Tehdy jsem svou budoucnost také viděl v chemii, později mě ale svedla teoretická fyzika. Na svá chemická léta ale dodnes rád vzpomínám, na rozdíl od mé matky, protože čas od času jsem nějakou žíravinou propálil koberec, jindy zase záclony poté, co reakce v baňce oproti předpokladu proběhla asi tak stokrát rychleji, nebo když zjistila, že jsem jí nedopatřením rozpustil sváteční lžičky po babičce (ty obyčejné byly totiž příliš široké a neprošly hrdlem baňky). Ale to všechno už je strašně dávno.
Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-19 19:28:10
Založil jsem pokus, lahev od vína válcová asi 0,7 l, výška přes 30 cm, dlouhé hrdlo, dno silně vyklenuté. Dal jsem 3 kapky vody, za 24 hodin při asi 18°C se neodpařila voda, pořád na dně při naklonění je viditelná kompaktní kapička. Než se odpaří bude zjevně dlouho trvat.
Důvody proč ze sklenice od kompotu víčko až na několik cm2 zavřené, vypařily se 3 kapky za méně jak 8 hodin.
a) jiný tvar, na výšce a hrdlu asi dost záleží, b) dno je silně vypouklé, kapičky vody jsou v jakémsi žlábku a drží se spolu, c) nádobí umyté jarem má snížené povrchové napětí vody, kapka je rozpláclá a odpařuje se z větší plochy. Povrchové napětí vody vytváří poměrně pevnou blánu obepínající vodu a vede k vytvoření tvaru s nejmenším povrchem v poměru k objemu, což je koule, působením gravitace placka..
Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-19 20:07:24
Možná by bylo zajímavé srovnat to s nějakým pokusem, kde by byl výrazná ta osová asymetrie. Úplně ideální by byla nádobka oddélníkového půdorysu, pak by se to možná dalo v nějakém přiblížení upočítat i v té šílené soustavě Navierových-Stokesových rovnic + plus rovnice difúze, tím myslím v analytickém tvaru, tzn. že výsledkem by nebylo číslo jako třeba z numerického řešení v Excelu, ale vzoreček, byť přibližný. Kapka by mohla být rozetřená po celé jedné hraně, nad níž by byla nahoře pootevřená mezera pro odpařování, cílem je opět co nejvíce zjednodušit výpočet, osová symetrie by tam nebyla, nicméně při daném nastavení by při řešení odpadla jedna dimenze (zbyly by šířka x, výška z a čas, odpadl by druhý vodorovný rozměr y).
Ještě lepší informace by se dala získat porovnáním časů vyschnutí, když je krabička úplně odkrytá versus zakrytá z poloviny versus zakrytá ze čtvrtiny atd.. Jak jste sám na začátku zmínil, všichni máme praktickou zkušenost, že nádobí v odkapávači oschne do pár hodin. Při určité míře zakrytí přestane konvekce dominovat v tom procesu odpařování, tento bod by se měl dát najít díky prudkému vzrůstu času potřebného k odpaření, protože difúze při dostatečné malém poměru plochy štěrbiny ku výšce nádoby opravdu vede k těm desítkám let. Bohužel z podstaty věci vyplývá, že najít takový bod zlomu experimentálně může trvat klidně i měsíc (právě od toho jsou dobré ty výpočty, na druhou stranu vždycky je tu otázka, jestli čísla z nich vycházející jsou realistická, on totiž každý model spoustu věcí zanedbává v dobré víře, že výsledek to moc neovlivní, jenže posledním soudcem rozhodujícím o oprávněnosti té dobré víry je opět jedině experiment).
Pokusím se v kuchyni najít nějakou obdélníkovou krabičku, zatím to vypadá, že každou takovou vhodnou obsadila moje přítelkyně nějakým nesmyslem, zkusím jí to nějak přeuspořádat.
Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-21 16:36:04
-->P.Brož.
Založil jsem pokus, lahev od vína válcová asi 0,7 l, výška přes 30 cm, dlouhé hrdlo, dno silně vyklenuté. Dal jsem 3 kapky vody= 0,1 ml, za 24 hodin při asi 18°C se neodpařila voda, pořád na dně při naklonění je viditelná kompaktní kapička. Než se odpaří bude zjevně dlouho trvat.
Výsledek pokusu za 3 dny. Kapička na dně málo zřetelná, je patrné lehké orosení na jedné straně lahve asi do výšky 5 cm. Teplota kolísá od 16 °C do 20° C, vlhkost obvykle 60-65%, nyní k 70% % (venku padá vlhký sníh).
Výpočet : 3 kapky vody mají objem 0,1 ml, kdyby to byly koule tak pro
r=0,288 cm, V = 0,1 cm3 a S = 1 cm2.
Za 3 dny budu počítat odpar 0,1 ml, tedy za 30 dní odpar 1 ml. Průměr dna je asi 7 cm, tedy průřez lahve asi 38,5 cm2, počítejme 40 cm2. Odpar z lahve z celého průřezu blízko dna bude tedy 40x větší. Snad za 30 dní odpar 40 ml. Tedy odpar 500 ml asi za rok.
Počítám to kvůli něčemu jinému. Jsou odhady, jak dlouho se udrží koronavirus (má tukovou obálku) životaschopný ve vzduchu. Na plastu až týden.
Kupujeme rohlíky a zeleninu zabalené v sáčku, jenomže do toho sáčku to musel někdo dát. A koronavirus má malinkou částici s relativně velkým poměrem povrch/objem, což zvýhodňuje odpar. Připlesknutí na plast ho tedy stabilizuje, na papíře s porézním povrchem má životnost menší.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-21 16:54:25
Ano, to je zajímavá úvaha. Mimochodem, někdy před asi pětaadvaceti lety jsem si přečetl ve Vesmíru článek o výskytu spor plísní a mikroskopických hub v igelitových a mikrotenových obalech, ve kterých byly zabaleny a skladovány potraviny, ten výsledek byl opravdu tristní. Od té doby vždycky když přinesu ať už balený chleba či cokoliv v igelitu či mikrotenu, hned to doma vybalím, sice to rychleji tvrdne, ale je to mnohem zdravější, než tam nechat množit ty spory. V dnešní koronavirové době o důvod víc v tom pokračovat.
Také jsem chtěl založit pokus, pro změnu s obdélníkovou krabičkou, ale přítelkyně udělala nákup (nijak extrémní, dvě igelitové tašky), a všechny krabičky mi zabavila. V některých domácnostech se prostě nedá seriózně pracovat.
Re: Odpařování
Vojta Ondříček,2020-03-15 19:42:41
Řešení této záhady je prosté.
Nad hladinou vody se tvoří pára vody a vytváří na hladinu tlak, protože je těžší než (teplejší ... až stejně teplý vzduch). Takže, nefouká-li nikdo a nic do hrdla láhve vzduch a tím nevyhání páru z hrdla, tak zůstává pára H2O v láhvi.
Myslím že Pasteur uzavřel uvařenou polévku ve skleněné nádobě s úzkým otevřeným vývodem (byla tam jen vatička kvůli hmyzu a prachu) a nejen že ta polévka za sto let nevyschla, ale ona se ani nzkazila. Pasteur tímto pokusem nemínil demonstrovat nevysychání, ale absenci různých aktivních zárodků v pasteurizované polévce.
Re: Re: Odpařování
Vojta Ondříček,2020-03-15 19:50:19
Oprava : " ... protože je těžší než teplejší ... až stejně teplý vzduch.
Dodatek :
Při vrtání děr do hliníku chladím vrták kapkami denaturovaného lihu a ten mám ve vypotřebovaných olejničkách (plastová nádobka s pipetou). V ní ten špiritus také prakticky nevysychá přestože tu pipetu nijak neuzavírám. A že špiritus na volné ploše vyschne prakticky sprintem.
Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-15 20:01:01
Pane Ondříčku, opravdu si myslíte, že je vodní pára při stejné teplotě těžší než vzduch? A jak byste si potom vysvětloval vznik mraků? Vodní pára je při stejné teplotě opravdu o lehčí než vzduch, koukněte se na Avogadrův zákon a porovnejte hmotnost molekuly vody a molekul dusíku a kyslíku, dominantních složek vzduchu.
Pokud je okolní teplota stálá, dejme tomu oněch 21°C, tak i teplota vody, vodní páry i vzduchu v lahvi je těch 21°C. Ba naopak, při rychlém odpařování mají odpařované molekuly maličko větší teplotu než ty neodpařené, plyne to z prostého statistického rozdělení rychlostí molekul - ty rychlejší se odpaří snadněji než ty pomalejší (můžete si díky tomu i ochladit pivo v lahvi, zabalíte ho do mokrého hadru a vystavíte rychlému proudu vzduchu). V situaci, kdy kapalina dlouhou dobu stojí v lahvi, je ale tento efekt naprosto neměřitelný, neodpařená kapalina i pára nad ní mají prakticky tutéž teplotu.
Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-15 20:14:48
V obou příspěvcích došlo po dlouhé pařbách k vypaření stavové rovnice.
Jménem Avogadrova zákona je za stejných podmínek (p, V, T) stejný počet molekul ve větrech suchých i vlhkých.
Molekula vody váží 2,89 ppg; molekula vzduchu 1,61x více.
Re: Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-15 21:24:39
Probíhá-li odpařování extrémně pomalu, má vlhký vzduch stejnou teplotu jako použitý suchý do kterého odpařování probíhá. Tudíž je lehčí než suchý. Vypadá to nelogicky, ale pára tam není "navíc" ke vzduchu (objem totiž při (stejném tlaku a teplotě) vzroste)ale je tam pouze místo vytlačené části těžšího vzduchu. Protože výparné teplo vody je veliké, při pomalém dodávání výparného tepla převáží vliv z ochlazení systému a hustota vlhkého vzduchu je větší než suchého. Nicméně i když je vlhký vzduch lehčí než sušší; v dokonale (či velmi symetrickém) systému se obtížně iniciuje porucha vedoucí k zesílení nestability a urvání lehčí bubliny stoupající prouděním, nikoliv jen velmi pomalu difúzí. Vznik či snad i dynamika nestability se dá popsat nějakými bezrozměrnými kriterii z teorie proudění aplikovaných v chemickém inženýrství. Úzké hrdlo láhve je skutečně bottle neck pro ev. proudění i difúzní tok par. Difúzní tok (analogie proudu)je dán součinem gradientu koncentrace a průřezu. Koncentrační gradient je analogií napěťového. Největší podíl odporu proti toku je v hrdle láhve řekněme DxL =1x2´´ tj. podíl delka/průřez je cca 5/1,22=4,2/cm; výstupní polosféře z hrdla do kuchyně odpovídá cca 1/cm. Vždy tedy je odpor nejméně cca 5/cm. Válcovitá láhev 1,5 l má d=9cm; l= 25cm.
Difúzní odpor jde cca od 0 k 1,6/cm. Řekněme, že difúze začíná z odporu (geometrie) 5/cm a končí v geometri 6,6/ cm. Dobrým přiblížením je odpařovat vodu 0-1,5 l v průměru přes geometrii cca 6/cm. Difúzní koeficient páry ve vzduchu při 20°C je cca 0,3 cm2/s.
V kuchyni bez dobrého větrání může být RH i 75%; určitě není menší než 40%. 100% RH odpovídá tlak páry cca 2 kPa; tj. cca 14,5 g vody/m3 = 14,5 ug/ml. Koncentrační rozdíl mezi 100%-75% RH je tedy cca 3,6 ug/ml. Difúzní tok danou geometrií 6/cm I=3,6/6*0,3=0,18 ug/s. 1. 750g vody se vypaří za pouhých 750M/0,18=4,167 Gs = 130 let.
1,5 l Pasteuerovy koronavirové polévky se tedy vypaří až cca za 2,5 století. Max. 3x rychleji při nižčí vlhkosti 25% v místnosti.
Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-16 00:36:55
Pan Hrncirik píše:
"Nicméně i když je vlhký vzduch lehčí než sušší; v dokonale (či velmi symetrickém) systému se obtížně iniciuje porucha vedoucí k zesílení nestability a urvání lehčí bubliny stoupající prouděním, nikoliv jen velmi pomalu difúzí."
Komentář: Střední kvadratická rychlost molekul dusíku je za pokojové teploty kolem 500 m/s. Vodní pára a vzduch mají poměr hustot 18/29, což je dáno relativní molekulovou hmotností (u vzduchu je 29 g/mol průměr vzhledem k zastoupení N2 a O2.)
Když vstoupíte do bytu, poznáte, že žena vaří guláš, smaží řízek nebo peče štrůdl. Difúze plynů je velmi rychlá, bubliny se nekonají, vodní pára stoupá díky podstatně menší hustotě. To, co vidíme jakoby vodní páru nad hrncem nebo nad rybníkem, to není vodní pára, ale mlha mikročástic vody. Jestliže v lahvi byla nějaká rostlinka, řasy nebo co, tak to má daleko k čisté vodě.
Hodně prozkoumaný jev je orosená sklenice piva v létě. Takže při změnách teplot a relativní vlhkosti, což na kuchyňské lince lze předpokládat, tak se mohou tvořit mikrokapičky vody na vnitřním povrchu nádoby. Kapička sjede dolů do vody skrz plovoucí vrstvičku oleje, která se zase zavře.
Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-16 00:44:14
Pane Hrnčiříku, počítal jsem to jiným způsobem, použil jsem jiná zjednodušení než Vy, vyšlo mi to zhruba podobně, zkusme porovnat:
Ve svém zjednodušeném modelu nechávám vypařovat vodu ze zkumavky o průřezu 1 cm^2, výšce od hladiny k jejímu ústí 10 cm. Předpokládejme, že zkumavka je vysoká 20 cm, tzn. je z poloviny zaplněná, obsahuje tedy 10 g vody, a zajímá nás, za jak dlouho by se tato voida odpařila. Abychom ale zachovali stále stejné zjednodušené podmínky, tak dejme tomu, že vypařenou vodu průběžně dokapáváme, aby zůstala ta výška od hladiny k ústí stále těch 10 cm, a zajímáme se jenom o množství vody vypařené v podobě vodní páry, neodčítáme dokapávanou vodu. Uplatníme následující vzoreček:
m = delta*t*p*S/d
kde m je hmotnost vypařené vodní páry v kg (v našem případě uvažujeme m = 10 g = 0,01 kg), t čas v sekundách, p je rozdíl parciálních tlaků vodní páry u hladiny (100% vlhkosti) a ústí zkumavky (dejme tomu 50% vlhkosti, tedy rozdíl tlaků je cca p=1 kPa), S je průřez sloupce nad hladinou (v našem případě tedy 0,0001 m^2), d je délka tohoto sloupce (v našem případě 0,1 m), delte je součinitel difúzní vodivosti, který souvisí s difúzním koeficientem D, který jste použil Vy, vztahem:
D = delta*R*T/M
kde R je molární plynová konstanta R=8,314 J mol^-1 K^-1, T je termodynamická teplota (293 K pro 20°C), M je molární hmotnost vody (0,018 kg mol^-1). Pro Vámi použitou hodnotu D = 0,3 cm^2 s^-1 dostáváme delta = 2,2*10^-10 s, což koresponduje s tabulkama stavebních materiálů, kde se pro vodní páru a vzduch při teplotě 0°C uvádí delta=1,78*10^-10 s.
Pro čas t tedy dostáváme:
t = m*d/(delta*p*S) = 0,01*0,1/(2,2*10^-10*1000*0,0001)= 45 454 545 s = 526 dní.
Tedy necelé dva roky. Pro 750 g vody by to pak bylo 108 let.
Jak ale můžeme porovnat vypařování z této zkumavky s vypařování z té flašky? Pokud bychom měli v té flašce stejně vysoký sloupec vzduchu od hladiny k ústí, plus pokud bychom na tu hladinu položili plovoucí nepropustné kolečko s otvorem o průřezu 1 cm^2, pak bychom měli dostat stejný čas 108 let pro vypaření 750 g vody. To nepropustné kolečko ale ten čas oproti nezakryté hladině neprodlouží, pouze zkrátí, takže skutečný čas bude menší - nevíme zatím o kolik, ale bude menší určitě. Plus samozřejmě rychlost vypařování bude zpočátku vyšší, pak bude klesat, jeho rychlost bude nepřímo úměrná vzdálenosti od hladiny k ústí. Což by korespondovalo s pozorováním pana Earthiana.
Takže pane Earthiane, nemusí v tom být ta olejovitá vrstva jak jsem prve navrhoval, to zpomalování vypařování přirozeně plyne ze zákonitostí difúze.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-16 10:48:07
Počítáte to naprosto správně, jako stavitelé pyramid. Dokonce lépe než já, kde jsem to chybně dělil čtvercem poloměru, místo průměru. Je dobré, že to je jakoby nezávislá kontrola. Toky lze pochopitelně vyjádřit ekvivalentně přes různé hnací síly (tlaky, růzmé koncentrace, či nakonec rychlost páry či kapaliny. Řádově nejsme ve sporu.
Velmi názorná je analogie toku náboje (proud) a difúzního toku vody. Odporová kapacita vodivostní nádobky (vodiče = odporu); C = l/S = délka/průřez. Tyto (zde difúzní) odpory jsou v láhvi řazeny do série za sebe od hladiny řekněme až k cca 50 cm vzdálenosti od hrdla, kde již i mikroproudění nese vodu rychleji než jen difúze ve stále rychleji klesajícím koncentračním gradientu vody šířící se kulovými vlnoplochami z bodového zdroje hrdla láhve nezadržitelně již 6 let do kuchyně.
Láhev poloprázdnou i poloplnou lze z hlediska difuze po 6 letech považovat za dobře ustálený systém s kulovým koncentračním tokem z hrdla do nekonečné kuchyňky (úplně postačuje i Hong-Kongská půl metrová), válcovým tokem v hrdle, tokem kulovou výsečí v kuželové přechodové části láhve a tokem ve válci od hladiny k přechodovému kuželu.
Nejjednodušší jsou toky válci. C hrdla = 5cm/3,14.1.25**2=1,02/cm po dosazení správného průřezu hrdla. Když má kužel úhel cca 60° je délka spodního válce cca 17 cm a jeho C=17/4,5**2.3,14= 0,27/cm. Divergence toku v kouli (kulové výseči kužele je úměrná r**2/1,25**2. Po integraci dostaneme ekvivalentní délku vůči vstupu polokoule 2.3,14.1,25**2 (9,8 cm2); lekv = 1,25**2.(1/1,25-1/4,5)= 0,9 cm. Ekvivalentní Ckužel= 0,9/9,8=0,09/cm. Analogicky lekvkuchyň= 0,9*1,35; Ckuchyň= 0,12/cm; C pak je součet konstantní dložky cca 1,02 +0,12=1,14/cm a proměnlivé složky podle zaplnění kužele až 0,1/cm a válce až 0,3/cm. Správný součet C je pak cca 4 x menší než původně chybných 6/cm. Kalendář potom půjde 4x rychleji. Není problém vzít v úvahu změnu C během postupného vypařování z vrchovatě zaplněné lahve až do sucha a např. jako tabulku či graf např.: ml. odpařené vody vs. čas či lépe odmocnina času či log času.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-16 15:20:43
Asi žiju v jiném světě, sušil jsem každé prázdniny včetně studia VŠ doma seno.
https://fvhe.vfu.cz/static/informace-o-fakulte/sekce-ustavy/uvv/chemicka_analyza_krmiv/susina.html
Zelená píce obsahuje 15-30 sušiny, tedy 85-70% vody. Tato voda je vázána v buňkách, i mezi buňkami v kapilárách. Dřevo syrové obsahuje zhruba 50% vody, rovnovážná vlhkosti parket, to je dřeva v bytě (rel. vlhkost kolem 60%) je 7,4 % až 10,6 %.
Dřevo, pokud neleží ve vlhké zemi, tak v lese vyschne, i když na něj prší. Zpracoval jsem řeknu
100 m3 dřeva na pálení v kamnech a kotli. Nečekal jsem 108 let, až uschne.
Tráva a dřevo na difuzní koeficienty kašlou. Tráva uschne i na podzim, kdy relativní vlhkost je vysoká a teploty nízké.
Řešení problému s nevysychající vodou v láhvi může být v tom, že manželka tu rostlinku v lahvi zalévá..
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-16 16:27:23
Pane Floriane, v tom vzorečku, který jsem použil, je nejdůležitějším faktorem S/d, tedy poměr průřezu zkumavky k délce sloupce vzduchu nad hladinou. Delta je pro danou teplotu konstanta a rozdíl vlhkostí můžete použít klidně jako já. Takže prosím pro potvrzení či vyvrácení mého výpočtu vhoďte prosím nějaké vysušované polínko do hluboké trubky, která bude zespoda zaslepená a bude mít poměr průřezu k délce stejný jako v mém případě, tedy 0,001 m. Při průřezu trubky 1 decimetr čtvereční bude postačovat, aby trubka byla dlouhá deset metrů. Trubka by měla být optimálně nastojato, ale v případě nedostatku místa holt nouzově postačí i vodorovná poloha, důležité hlavně je, aby její ústí nebylo v průvanu. Poté prosím sepište vzkaz příštím generacím s popisem požadovaného měření po 108 letech a přiložte tento vzkaz k trubce v nějakém dostatečně odolném obalu. Příští generace nás pak mohou rozsoudit, doufám, že se neseknu o více než polovinu výsledné vlhkosti. Děkuji!
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-16 21:13:47
Nerozumím, co píšete:"bude mít poměr průřezu k délce stejný jako v mém případě, tedy 0,001 m"
Nevím proč "Ve svém zjednodušeném modelu nechávám vypařovat vodu ze zkumavky o průřezu 1 cm^2, výšce od hladiny k jejímu ústí 10 cm. Předpokládejme, že zkumavka je vysoká 20 cm, tzn. je z poloviny zaplněná, obsahuje tedy 10 g vody"
Voda je lahvi, kde poměr průměr dna :výška válce lahve je asi 1:3, u Vaší zkumavky průřezu 1 cm2 je to 1,13 cm : 20 cm to je asi 1: 17,6.
Vzal jsem suchou sklenici od kompotu, nakapal do ní 3 kapky vody. V analytické chemii byly 3 kapky vody jedna čárka na byretě, tedy O,1 ml. Sklenice je hrdlem nahoru položená na kuchyňské lince, teplota na protější severní zdi je 20°C a rel. vlhkost 60%. Sklenice je přikrytá víčkem tak, že asi 1/10 horního průřezu je volná, zbytek zakrytý, něco jako zúžená lahev.
Zítra se dozvíte výsledek pokusu. Sázím na to, že už ráno ze sklenice neukápne ani kapka.
Myl jsem v životě už párkrát nádobí a vždycky uschlo a bez difuzních koeficientů.
Hustota suchého vzduchu při 20°C je asi 1,2 kg/m3 = 1,2 g/dm3. Při 20°C je v nasycených parách vody 17,3g /m3 vzduchu, při běžných 60% vlhkosti je to tedy asi 10 g vodních par na 1 m3, tedy 5g na 0,5 m3, tedy 5 mg vodních par v 0,5 litru.
Předpokládejme, že se voda odpařuje a ve sklenici je 70 % vlhkost, tedy 12 mg vodních par/litr tedy 6 mg par v 0,5 litru vzduchu.
Půl litru vzduchu hmotnosti zhruba 600 mg obsahuje tedy o 1 mg vodních par víc, jak okolní vzduch. Pak tento 1 mg vodní páry nahradí 1,5 mg vzduchu, tedy
hmotnost se zmenší o 0,5 mg, což odpovídá při F =m*g = 0,5*10 = 5 mN síla podle Archimédova zákona. Zdá se to málo, ale světové srážky činí průměrně 2,7 mm/den, tedy řekněme 980 mm/rok na každém místě. A vodní páry nahoru vynese právě síla odpovídající jejich menší hustotě, než má okolní vzduch.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-16 22:10:57
Oprava :F =m*g = 0,5*10 = 5 mN síla podle Archimédova zákona
Bude:F =m*g = 0,5E-6[kg]*10 = 5 mikroN, síla podle Archimédova zákona.
Je to síla malá, ale nic proti ní nestojí. Tlak se šíří všemi směry rovnoměrně, tedy zúžení hrdla z dlouhodobého hlediska nepřestavuje žádnou zábranu vyrovnání tlaku s okolím, tedy uniku páry z lahve.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-16 23:32:05
Pane Floriane, jak už jsem zmiňoval, ten vzoreček pro difúzi je právě závislý na tom poměru průřezu a délky, proto je tento poměr důležitý. Připomenu vzoreček:
m = delta*t*p*S/d
Hmotnost difundované páry je úměrná poměru průřezu a délky sloupce, dále rozdílu tlaků na obou koncích toho sloupce, logicky také času difúze, a součiniteli difúzní vodivosti, který je při dané teplotě pro danou látku konstantní (tj. nezávislý na koncentraci látky). Vzoreček sice platí jenom pro profil konstantního průřezu, pro profil s měnícím se průřezem jako u té lahve je nutné vypomoci si integrací po dostatečně tenkých plátcích profilu spolu s podmínkou stacionarity difúze, tj. požadavkem, aby každým plátkem za jednotku času procházela stejná hmotnost difundujícího plynu. Tu integraci umím provést, pouze jsem nechtěl, aby se ten příspěvek příliš natáhnul a přestal být srozumitelný pro nefyziky, proto jsem použil ten model se zkumavkou. Tento model by ale měl dát tytéž výsledky jako pro situaci, kdy uměle zmenšíme plochu hladiny v lahvi např. položením plovoucího nepropustného kolečka s otvorem stejným jako je průřez hrdla.
Všimněte si dále, že v tom vzorečku je důležitou veličinou poměr průřezu ku délce, nikoliv poměr průměru ku délce, který je pro množství difundující látky naprosto nepodstatný. Pokud budete mít stejný průřez ku délce, stejný tlakový rozdíl (daný rozdílem koncentrací na koncích sloupce) a stejný součinitel difúzní vodivosti (což je splněno, pokud difunduje tatáž látka a při stejné teplotě), tak za stejně dlouhý čas oddifunduje stejné množství té látky. Tedy pokud použijete deset metrů dlouhou trubku o průřezu decimetr čtvereční, tak ono uvažované množství 750 g vody z jejího spodku oddifunduje za oněch 108 let. To byl smysl toho mého předchozího příspěvku, ukázat, že Vaše argumentace volně schnoucím dřevemje irelevantní, pokud nebudete garantovat také difúzní profil o stejném poměru průřezu a délky – protože v mém modelu tento poměr byl 0,001 m, trubka s průřezem 0,01 m^2 musela mít nutně deset metrů délky (průřez jeden decimetr čtvereční jsem zvolil, aby tam šlo to Vaše polínko vhodit). Zatímco je naprosto evidentní, že volně schnoucí polínko rychle uschne, u polínka hozeného na dno deset metrů dlouhé trubky s absencí větrání už je jasné, že to s tím schnutím tak žhavé nebude (pravda, aby to Vaše polínko obsahovalo 750 g vody, muselo by být hodně promáčené a musel byste jich tam naházet více, event. ho zalít příslušným množstvím vody).
Ve skutečnosti by to z té trubky difundovalo lépe, protože vzhledem k šíři trubky by nevyhnutelně nastala konvekce vzduchu, zatímco u úzkého hrdla osově symetrické lahve jsou podmínky pro konvekci extrémně ztížené, jak už zmínil pan Hrnčiřík. Difúzní vzorečky konvekci nezahrnují, konvekce je přesně ten důvod, proč sklenice od kompotu vyschne mnohem rychleji, než by odpovídalo difúznímu vzorci. U lahve s typickou šíří hrdla (typu 1,5 litrová flaška po slivovici) a stejně tak u zkumavek už ale konvekci lze zanedbat, což je mimochodem důvod, a nepochybuji, že si to z analytické chemie pamatujete stejně dobře jako já, proč kapičky na stěnách zkumavek vydrží řadu dní.
Konvekce bude mimochodem snadnější i u Vašeho pokusu s kompotovou sklenicí, pokud je asymetricky zakryta na desetinu průřezu. Zkuste prosím svůj pokus obměnit následujícím jednoduchým způsobem – sklenici uzavřete úplně víčkem, do kterého vyříznete uprostřed kruhový otvor o průřezu 1 cm^2. Ze dna zkumavky 10 cm vysoké o průřezu 1 cm^2 by těch 0,1 ml vody mělo oddifundovat za pět a čtvrt dne, u té kompotové sklenice to bude trochu jinak, ale řádově stejně. Pokud ale nastane konvekce, vyschne to i za méně než hodinu.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-17 13:29:43
-->P.Brož.
píšete:"Pokud ale nastane konvekce, vyschne to i za méně než hodinu."
Není sebemenší důvod, aby proudění nenastalo, když je nahoře otvor. Takže počítat bez proudění je o ničem. Proudit to bude při úplném uzavření , jak vidíme na hrnci se skleněnou poličkou. Okraje sklenice mají lehce jinou teplotu, než střed s vodou.
Výsledek pokusu: 3 kapky na dně sklenice zavařeninové objem asi 620-700 ml. Víčkem přikryto, plocha štěrbiny 5 cm2 jako hrdlo lahve. Objem vody je 0,1 ml, horní povrch 3 kapek vody na dně asi 1 cm2 (dno mírně zvednuté ke středu, takže voda je pohromadě díky povrchovému napětí). Odpar vody je z plochy asi 50 x menší, jak průřez sklenice, odpar je z plochy odpovídající mezeře nahoře. Za 6 hodin, vezmu raději za 8 hodin je sklenice suchá. Za den 24 hodin se odpařilo 3x 0,1 ml.= 0,3 ml. Z 50 x větší hladiny se odpaří za den 50x0,3 ml = 15 ml.
500 ml se tedy vypaří za 33 dní.
Pamatuji se na zahradní kamenné koryto o objemu asi 500 litrů, když se na podzim voda nebrala a pár dní nepršelo, hladina se měnila málo, ale zelené čárky od řas na stěnách, které signalizovaly pokles, vidět byly. Je to stejně špatný příklad jako zkumavka s naprosto jiným poměrem průřez/délka jak napůl prázdná lahev.
Hrdlem lahve nahoře stále uniká pára díky menší hustotě, než má vzduch vnější. Čili lze aplikovat Archimedův zákon nadnášející sloupec vzduchu, který proniká do vzduch na tím. Vzduch, který pronikne dovnitř je stále obohacován vodní párou. Na zúžené hrdlo lze aplikovat leda to, že tam musí plyn proudit rychleji. V lahvi nemůže vznikal podtlak ani přetlak, ale je to stav ustanovené rovnováhy, kdy odtok plynů z lahve je dán energií přijímanou z okolí, která vede k odparu a také vyrovnání teplot vně/uvnitř. Na všechno je dost času a statistika platí málokde tak dobře jako o obrovských čísel (1 cm3 vzduchu obsahuje asi 1E+19 molekul).
Dále není pravda, že v kuchyni je bezvětří. Větrá se, běží digestoř. Zavírání a otvírání dveří dává proudové a tlakové rázy.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-18 00:03:27
Pane Floriane, tak proč tu konvekci nespočtete? Já tady od Vás čtu jen samé vágní argumenty typu „Není sebemenší důvod, aby proudění nenastalo“, „Hrdlem lahve nahoře stále uniká pára díky menší hustotě, než má vzduch vnější. Čili lze aplikovat Archimedův zákon nadnášející sloupec vzduchu, který proniká do vzduchu nad tím“, „Na všechno je dost času a statistika platí málokde tak dobře jako u obrovských čísel“, a podobné nicneříkající hlášky, které asi mají vzbudit dojem, že to umíte spočíst. Pokud ano, tak to spočtěte, nic Vám nebrání. Rovnice, které budete potřebovat, jsou velice dobře známé, jsou to Navierovy-Stokesovy rovnice pro proudění tekutin (tekutiny jsou kapaliny a plyny, můžete vzít variantu těch rovnic pro stlačitelné plyny), zadáte do počáteční podmínky (ty můžeme zjednodušit např. tak, že odpovídají situaci, kdy nejprve máme hrdlo přikryté hustou síťkou extrémně zpomalující difúzi, takže v lahvi se vytvoří téměř stoprocentní nasycení vodní párou, takže máme uvnitř lahve 100% vlhkost a mimo ni nějakou zadanou, dejme tomu 50%, a v čase t=0 síťku sejmeme - samozřejmě ale můžete zadat i jiné symetrické počáteční podmínky), no a pak už jde jen o to z těch Navierových-Stokesových rovnic spočíst řešení, které Vám dá tu konvekci. To přece dáte, nebo ne?
A nyní vážně. Nedáte. Protože ta úloha je o spontánním narušení symetrie. A v zadání k ní není dost informací. Nejlépe to přiblížím na příkladu. Dejme tomu, že Vám zadám úkol spočíst, za jak dlouho spadne dokonale osově symetrická jehla postavená kolmo na špičku. Zadám Vám samozřejmě hmotnost i rozměry jehly, a budeme ji stavět na její špičku na ocelovou podložku. Nebudeme uvažovat žádné triky typu zatloukání jehly do té podložky, jenom ji zlehka postavíme kolmo na špičku. Jediné, co po Vás budu požadovat jako odpověď, bude čas, za který spadne. Z praxe všichni víme, že kolmo postavená jehla nejpozději do pár sekund spadne, a mě bude zajímat ten čas. Jenže ten nespočtete, protože zadání je formálně symetrické, a Newtonovy rovnice při dokonalé symetrii vylučují, aby jehla za konečný čas spadla. Pokud spadne, musela být na začátku nějaká malá asymetrie v poloze jehly nebo jejím tvaru. Čas spadnutí potom závisí na velikosti této počáteční asymetrie. Jenže zadání žádnou asymetrii nezmiňuje. Pokud se chceme dopočítat k času, za který jehla spadne, musíme si tam nějakou počáteční asymetrii dovymyslet, pak už to není problém to spočítat. Akorát tam uměle dovymyslíme něco, co v tom zadání nebylo, takže záleží pouze na nás, jakou počáteční míru asymetrie budeme považovat za typickou.
Nyní už je snad jasné, jak se právě uvedený příklad má k našemu zadání, kdy máme osově symetrickou lahev zpola zaplněnou vodou, všechno při vyrovnané teplotě, tedy žádné výmysly typu že voda je uprostřed chladnější (proč by byla?). Zbytek už je prakticky stejný jako u předchozího příkladu s jehlou. Vezmete Navierovy-Stokesovy rovnice, dosadíte do nich osově symetrické počáteční podmínky, a vypočtete řešení. Vím přesně, jaké řešení Vám vyjde, a bude jediné, které ty rovnice pro dané počáteční podmínky připouští – budou popisovat nestabilní situaci analogickou té balancující jehle (připomínám, že Newtonovy rovnice pro případ s jehlou také dají jedno jediné existující řešení, a to nehybně kolmo stojící jehlu, pokud do nich dosadíte přesně symetrické počáteční podmínky), tedy situaci, kdy k žádné výměně koncentrací nedochází, protože do rovnic dosadíte přesně symetrické počáteční podmínky. To řešení bude nestabilní, protože hustější sušší vzduch bude nahoře a lehčí vlhčí dole – mimochodem, v přírodě ale takovéto inverze občas opravdu vznikají, jak v atmosféře, tak v mořích a oceánech. Aby se to dalo do pohybu, musí dojít k narušení symetrie, buďto té osové, anebo může začít padat sušší a těžší vzduch prostředkem hrdla a ten vlhčí a lehčí vytékat po jeho stěnách, anebo přesně naopak, ten vlhčí může začít vytékat prostředkem hrdla a ten sušší padat po jeho stěnách. Budete se divit, ale Navierovy-Stokesovy rovnice připouští obě tato řešení, musíte ale na začátku nějakým drobným popudem rozhodnout, které z těchto z těchto řešení se začne realizovat – je to podobné, jako když v důsledku drobného popudu začne jehla padat na jednu stranu.
Takže pokud nemáte tu asymetrii v tom zadání, a ta tam nebyla, můžete např. tak jako pan Hrnčiřík a já odhadovat, nakolik bude ta konvekce významná či zanedbatelná. Já i pan Hrnčiřík si myslíme, že při typických rozměrech lahve a jejího hrdla bude zanedbatelná. Můžete s námi nesouhlasit a tu konvekci spočíst, ale podobně jako u toho příkladu s jehlou se k čemukoliv smysluplnému dopočítáte pouze tehdy, když si sám něco k tomu zadání přidáte, něco, co tam nebylo. Archimedův zákon Vám bude k užitku až po tom narušení symetrie, před ním je Vám naprosto na nic.
Takže máte možnost se ukázat, jsem opravdu velice zvědavý, jak za toho zadání tu konvekci spočtete.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-18 00:25:23
-->p.Brož
A k čemu to počítání bude dobré? Sám jste napsal, že pokud se počítá s konvencí odpaří se voda z mého pokusu za několik minut. Takže jsem myslel, že jste to už spočítal. A ona se odpařila za několik hodin. Dávám tři kapky do lahve od vína. Zítra bude výsledek.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Florian Stanislav,2020-03-18 08:19:48
Lahev od vína, asi 0,7 litru, baňatější, delší hrdlo, byla v ní vodka s hustým extraktem z rakytníku, lehce vypláchnutá vodou bez jaru, na pohled čistá. Dal jsem na dno ( hodně je vypouklé) tři kapky vody. Za 6 hodin při 16°C jsem to sebevědomě vylil na dřevěné prkénko, byly tam asi 2-3 kapky.Odpařeno málo až nic.
Takže s pokusy končím, snad za pár dní.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-18 11:36:58
Pane Floriane, ony ty Vaše pokusy jsou naopak docela zajímavé. Ono je to v těchto případech totiž opravdu těžké až nemožné odhadnout, co bude dominantnější, jestli difúze nebo konvekce. V reálu se samozřejmě uplatňuje obojí zároveň, v praxi ale v drtivé většině případů jeden z těch efektů výrazně dominuje. Pokud dominuje difúze, vystačíte si s difúzní rovnicí, která je matematicky ekvivalentní rovnici pro vedení tepla, přičemž pro symetrické a stacionární případy si vystačíte s jednodušší rovnicí viz ta mnou uvedená výše. Tato rovnice ale nepopisuje konvekci. Naopak pokud dominuje ta konvekce, použijete Navierovy-Stokesovy rovnice, přičemž pokud Vás zajímají jenom síly a nezajímá Vás detailní časový průběh, vystačíte si dokonce jen s Archimedovým zákonem. Navierovy-Stokesovy rovnice ani Archimedův zákon ale zase pro změnu neobsahují tu difúzi - pokud byste naplnil prázdné akvárium vodou, přepůlil ho tenkou želatinovou přepážkou, která by se do hodiny rozpustila, a před jejím rozpuštěním obarvil jednu polovinu červeným a druhou modrým inkoustem, tak Navierovy-Stokesovy rovnice by jako řešení daly, že po rozpuštění té přepážky by navěky v jedné polovině byla červená a ve druhé modrá voda. Je to proto, že Navierovy-Stokesovy rovnice jsou vlastně jenom přepisem druhého Newtonova zákona do prostředí tekutiny, tedy jediným hybatelem jsou tam síly, přesněji jejich nerovnováha, jenže pokud použijete inkousty stejné hustoty, žádná nerovnováha tam nebude a tím ani žádné mísení.
Pokud by se měly zahrnout oba efekty, musí se počítat s provázanou soustavou Navierových-Stokesových rovnic a rovnice difúze. Řešit tuto soustavy bych určitě nechtěl, je podobná soustavě Navierových-Stokesových rovnic doplněných o rovnici vedení tepla, které se používají při výpočtu proudění, ve kterém hraje nezanedbatelnou roli měnící se teplota. Každopádně ale příslušná řešení nebývají zřejmá. Když panu Hrnčiříkovi prve vyšlo těch 130 let, tak jsem taky koukal, jenže ono to z té difúzní rovnice opravdu tak (přinejmenším řádově) vyjde. Konvekce se dá mimochodem velice účinně omezit hustou síťkou, pokud jsou vlákna v síťce výrazně menší než mezery mezi nimi, tak to difúzi pouze zpomalí (faktorem odpovídajícím poměru průchozí plochy síťky a průřezu, který zakrývá). V takovéto obměně experimentu s lahví by to pak opravdu byl pak pokus pro vyhodnocení příštími generacemi.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Mintaka Earthian,2020-03-16 16:41:11
"Manželka" se zde nevyskytuje a přítelkyně se dušuje, že rostlinku nezalévá a jejími slovy "raději dělá, že tu sklenici vůbec nevidí".
BTW: Ta rostlinka je z velmi tenoučkých (méně než 1mm širokých) výhonků.
Nepotřebuje zalévat, neb je téměř celá ponořená pod hladinu.
A je fakt malinká.
Re: Re: Re: Odpařování
Vojta Ondříček,2020-03-16 01:03:09
Jasně že molekula vody je lehčí než molekula dusíku, nebo kyslíku.
Ale nasycená pára může mít fázi podobnou mlze, ale s tak jemnými kapénkami, že nejsou v té láhvi tak husté, že jsou pro zrak průzračné. Jde o relativní vlhkost rovných 100%.
No a za druhé z povrchu vodní hladiny uvolněná molekula vody je chladnější o ztrátu skupenského tepla. Takže by měla by být pára nad hladinou o fous chladnější než ona hladina. Ovšem kondenzací molekul vody budou kapénky zase teplejší.
Vlhký vzduch je zajisté sušší, než suchý, ale jen do 100% RH. To je také důvod proč vlhké mraky neodletí do Vesmíru, ale jen do výšky, ve které vzduch dosáhne rovných 100% RH.
Jinak řečeno, kdyby byla ta vodní pára v otevřené láhvi lehčí, než sušší vzduch venku, tak by "vytékala" vzhůru z láhve.
Re: Re: Re: Re: Odpařování
Vojta Ondříček,2020-03-16 01:28:47
Zase oprava:
"Vlhký vzduch je zajisté lehčí, než suchý, ..."
Můžu si to po sobě přečíst desetkrát a chybu objevím až náhodně po hodině.
Omlouvám se.
Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-16 06:54:44
Tzv. kritickou opalescenci danou snadnými fluktuacemi hustoty či tvorby nánokapek nebo nánobublinek je možno vidět jen ve velmi dobrém papiňáku v okolí kritického bodu vody (cca 320°C a 220 atm.). Mlhovno nukleované ionizujícími částicemi je možno zříti ve Wilsonově mlžné komoře. Při výbuchu JE je možné sledovat navíc i světélkující mlhu vody zkondenzované z páry ochlazené velmi nevratnou adiabatickou expanzí.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-16 07:22:10
Vlhký vzduch nevytéká z láhve vzhůru, protože rozdíl hustot je příliš malý, jen cca 3,6*(29-18)/29=1,36 ug/řekněme na cca 10 cm sloupec, tj. zrychlení by bylo jen cca 1,36 ug/12 mg*981 cm/s2 = cca 0,11 cm/s2. Problém ale je, že všechny molekuly se cpou do dveří současně, nedávají přednost starším a tím v láhvi vzniká podtlak zastavující slibně začínající paniku. Pouze dostatečně velký impulz z fluktuace či nedokonalé symetrie podmínek urve i přes difúzi zarovnávající malé počáteční fluktuace stoupající bublinu; ta se tedy urve či dokonce roste. Její rychlost je nezbytně také hydrodynamicky brzděna. Při velkých rozměrech a větších teplotních, tlakových a koncentračních rozdílech např. v tornádu je transport hmot, tepla a hybnosti dán převážně jasnými konvekcemi.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Uttendorfský,2020-03-16 23:52:27
To mi připomíná moji věčnou záhadu - trubka v plotě, nahoře otevřená, na plném slunci a stojí v ní voda klidně 1m nad terén. A je to běžná věc - viděl jsem to mnohokrát. Přitom i kdyby to v létě vyschlo, za rok to nenaprší. A je to i u 6/4 trubky (vnitřek cca 4 cm). A to by se ta voda ještě měla vsakovat do země, i kdyby to bylo přes beton pomalu. Ale viděl jsem to i u trubek, které byly v hlíně.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Pavel Brož,2020-03-17 00:49:02
Pane Uttendorfský, v těchto věcech na pana Hrnčiříka určitě dám, z jeho příspěvků zde na oslu jsem se už dost věcí přiučil. Nicméně ve Vašem případě bych uvažoval i o jiných fenoménech.
Pan Hrnčiřík má bezesporu pravdu, že konvekce v úzkých symetrických profilech vzniká velice špatně. To ale není případ venkovních trubek, které zmiňujete. Nejde jen o asymetrii tvarovou, ale zejména o asymetrii teplotní, která umí výrazně usnadnit konvekci i u naprosto dokonalých válcových trubek. Stačí, aby na jednu stranu trubek svítilo sluníčko, a konvekce se Vám rozjede i u trubky s vnitřním průměrem jen čtyři centimetry. Zejména ale potom ve venkovním prostředí fouká, stačí i slaboučký vánek, a ten efekt samozašpuntované difúze je okamžitě fuč.
To, že jsou ty trubky plné vody, bych viděl jako důsledek rosy, která kolikrát vydatně vzniká i v letních nocích. Pokud je sloupec vzduchu v trubce nad hladinou dostatečně vysoký, máte slušnou plochu na které se sráží ta rosa, která samozřejmě steče dolů. Pokud se přece jen za horkých dní občas vypaří více, než se vysráží z rosy, zadotuje to občasný déšť, musíte vzít v potaz, že roční srážky v ČR se pohybují kolem 60 cm, tj. měsíčně v průměru 5 cm, a přesně to musíte očekávat, že Vám v trubce přibude mimo té rosy. Kombinace vysrážené rosy, deště a malé odparové plochy v trubce pak může vést k tomu, co pozorujete.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Odpařování
Josef Hrncirik,2020-03-17 22:03:41
Zkontroloval jsem svoje výpočty, zamyslel se více nad odporem vůči difúznímu toku z koule, polokoule či kužele a trvám na tom, že pokud vše vztáhnu k formálně konstantnímu 1´´ průřezu difúzního toku (prostě 1´´ špunt), tak polokouli špunt kuchyně formálně odpovídá difúzní délka 0,5´´, 2 palcové délce hrdla pochopitelně 2´´; 60° kuželi pod hrdlem vysokému cca 9 cm pak cca 1,5´´ a ekvivalentní difúzní délka válcovivé vrstvy průměru 9 cm, délky L vzduchu pod kuželem nad hladinou je L/52. Maximální příspěvek této vrstvy k difúznímu odporu před vyschnutím láhve je pak jen cca 0,2´´. Maximální takto redukovaná difúzní délka pak je cca 4,2´´. Minulý odhad max. C=Lekv/A tedy nahrazuji lepším C= 4,2/0,78=5,4/´´ = 2,1/cm. Největší část vody (válec + kužel) se odpařuje zhruba konstantní rychlostí řekněme C=cca (4,2-0,7)/4,2*2,1= 1,75/cm. Při chybném C=6/cm jsem vypočítal na odpaření 1,5 l vody (láhev do sucha) 250 let. Opravuji tedy na jen 73 let.
Slyšel jsem, že dýcháním špatně uzavřeného sudu při venkovních změnách tlaku a teploty do něj může nakondenzovat značné množství vody z do něj proniklého vzduchu, pokud ji proti úniku ze sudu chrání mastný film či lépe vrstva nad vodou. Vzduch do sudu vniká obvyklým? malým navyšováním atm tlaku ? v noci ? cca 0 1,7% a především ochlazením po poledním zahřátí, řekněme průměrně o 15°C, tj. nasaje až cca 5% vzduchového polštáře. Úhrnně snad i až 7%. Pokud ke kondenzaci dochází při cca 10°C zbyde cca 6 g vody/m3 vzduchu. Řekněme zkondenzuje jen cca 3 g/m3 nasátého. 7% z toho je cca 0,2 g vody /m3 sudového (vz.) Za rok to dělá v prázdném 200 l sudu cca 15 ml. Pokud však dýchání napomůže např. zbytek benzínu, vydechuje se i 20% a za rok se tam může objevit i 50 ml vody a ztratit se litr zbytků benzínu.
Toto dýchání kuchyňské ozdoby je však zanedbatelné, sotva srovnatelné s difúzí vody ven z láhve.
Nemohu se zbavit vtíravého pocitu, že sluneční větry H+ jsou nejsilnější možná kyselina, která prostě neutralizuje OH na žádanou H2O
Josef Hrncirik,2020-03-15 16:09:01
které za 3 miliony let nakape na karbidy přesně 10 023 110 000 tun netto, tj. 1,06 dcl/s, jak stojí psáno nad závěrem.
Zpráva je určitě jako vždy přeložena přesně.
Nemohu však najít odkaz (DOI článku v Astrophysical Journal Letters).
FeO + větry = železo + voda
Josef Hrncirik,2020-03-15 16:19:00
větry = H+ + e- = 2 H + energie = H2 + ještě větší energie
To sice zní logicky,
Jaroslav Lepka,2020-03-14 20:03:51
ale jak to, že ve vakuu nevysublimuje ?
Re: To sice zní logicky,
Pavel Hudecek,2020-03-14 20:24:44
Nepochybně sublimuje, ale při -180 °C nejspíš pomaleji, než publikovaným mechanizmem přibývá.
Re: To sice zní logicky,
Pavel Hudecek,2020-03-14 20:29:26
Další věc je, kolik % molekul vysublimovaných při takové teplotě má kinetická energii postačující k opuštění kráteru.
Re: Re: To sice zní logicky,
Florian Stanislav,2020-03-15 00:19:49
Kinetická energie (molekuly plynu) je úměrná absolutní teplotě E = (3/2)kT. Tedy při 300 K je jen 3 x větší, jak při 100 K.
https://www.astro.cz/clanky/slunecni-soustava/mesic-nejchladnejsi-misto-ve-slunecni-soustave.html
V kráteru na jižním pólu:" Na Měsíci jsou navíc tato místa neustále ve stínu, tudíž se zde teplota udržuje na konstantní hodnotě -240 °C....Nízké teploty dávají dobrou šanci objevu depozitů vodního ledu na Měsíci v místech, trvale se nacházejících ve stínu, kam nikdy nezasvítí Slunce. Nedávné výpočty naznačovaly, že voda a další těkavé plyny mohly uniknout do okolního kosmického prostoru při teplotách zhruba nad -220 °C. Při zjištěné teplotě by mohly vydržet na Měsíci miliardy let."
Re: To sice zní logicky,
Josef Pazdera,2020-03-14 20:30:40
Proces sublimace se řídí měrným skupenským teplem. Zjednodušeně - v kráterech kam nesvítí nemá jak a čím by se k ledu ve vakuu dostávalo teplo, proto nesublimuje.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
