Kapalnění Do sklenice nalijeme vodu. (Učebnice strana 88) Do sklenice nalijeme vodu. Voda ze sklenice se po určité době vypaří. Sklenici s vodou přikryjeme skleněnou deskou. I v tomto případě se voda vypařuje, ale pára nemůže unikat do okolí a sráží se na desce a stěnách sklenice. Některé kapky se vrací zpět do kapaliny. V uzavřené nádobě se objem vody nemění. Vypařování neustane, některé molekuly vodní páry se vrací zpět do kapaliny. Probíhá současně vypařování a opačný děj, který se nazývá kapalnění. V otevřené nádobě se voda neustále vypařuje, její objem se zmenšuje. V uzavřené nádobě se nachází soustava voda, vodní pára, vzduch. Při stálé teplotě nastává rovnovážný stav. Za určitou dobu přejde právě tolik molekul z povrchu vody do vzduchu jako se jich vrátí ze vzduchu do vody.

Při stálé teplotě se v uzavřené nádobě nemění objem vody ani vzduchu a vodní páry nad povrchem vody. V tomto stavu je při stálé teplotě v uzavřené nádobě vzduch párou nasycen. Zvýší-li se teplota vody v uzavřené láhvi, převládá vypařování nad kapalněním. Po určité době se také při této vyšší teplotě ustálí v soustavě opět rovnovážný stav. Objem vody je v tomto případě menší než v předchozím případě, část molekul vodní páry zůstala ve vzduchu nad vodou. Sníží-li se teplota vody v uzavřené nádobě, kapalnění převládá nad vypařováním. Po ustálení stavu je objem vody větší. Kapalnění vodní páry je opačný děj k vypařování vody. V uzavřené soustavě voda, vodní pára, vzduch odpovídá každé teplotě rovnovážný stav, při kterém je vzduch nad povrchem vody nasycen. Je-li vzduch při určité teplotě nad volným povrchem vody vodní párou nasycen, pak při ochlazení dojde ke kapalnění vodní páry.

V přírodě je ve vzduchu vždy obsažena vodní pára V přírodě je ve vzduchu vždy obsažena vodní pára. Za slunečného dne se odpaří do vzduchu větší množství vodní páry. Když se večer ochladí, při určité teplotě je vzduch nasycen vodní párou a část vodní páry zkapalní. Na ochlazených částech rostlin a předmětech vznikne rosa, v přízemních vrstvách vzduchu může vzniknout mlha. Vodní pára se dostává vzduchovými proudy do vyšších chladnějších vrstev atmosféry, ochladí se a zkapalní. Z nepatrných kapek vody se tvoří oblaka. V oblacích se spojují malé kapky ve větší, které padají k zemi jako déšť.

Kapalnění vodní páry můžeme pozorovat i na chladnějších okenních tabulkách. Když dýchneme na sklo, vodní páry obsažené ve vzduchu, který vydechujeme, zkapalní na chladnějším povrchu skla, vzniknou tam malé kapky vody. Led vytažený z mrazáku má teplotu –18 °C. Budeme-li ho pozorovat při běžné teplotě (asi 20 °C), stoupá z něj vodní pára. Led mění své skupenství z pevného na plynné. Tuto změnu skupenství nazýváme sublimace. Za mrazivých rán vzniká na částech rostlin i jiných předmětech jinovatka. Vodní pára ze vzduchu mění své skupenství z plynného přímo na pevné. Tato změna skupenství se nazývá desublimace.

Sublimaci v přírodě můžeme pozorovat v zimě při mrazu – přestože led a sníh netaje, ubývá – sublimuje, voda v mokrém prádle při mrazu zmrzne a pak sublimuje, prádlo uschne. Děj, při kterém se mění pevné skupenství přímo na plynné, se nazývá sublimace. Opačný děj, při kterém se mění plynné skupenství přímo na pevné, se nazývá desublimace. sublimace desublimace Příkladem desublimace v přírodě je jinovatka, námraza na okenních tabulkách, sněhové vločky. Sněhové vločky vznikají pomalým zmrznutím – sublimací vodních par v oblacích v zimě. V létě vznikají kroupy tím, že dešťové mraky prudce vystoupí do chladných vrstev a voda zmrzne – dochází k tuhnutí.

Příklady: Jak velké teplo odevzdá svému okolí sytá pára o hmotnosti 10 kg a teplotě 100 °C při zkapalnění na vodu téže teploty? m = 10 kg t = tv = 100 °C Lv = ? kJ lv = 2 260 kJ/kg Lv = m · lv Lv = 10 · 2 260 Lv = 22 600 kJ = 22,6 MJ Pára odevzdá 22,6 MJ tepla. Jak velké teplo dodá vodní pára o hmotnosti 1,5 kg svému okolí, jestliže zkapalní a vzniklá voda se ochladí na 0 °C? m = 1,5 kg Lv = ? kJ lv = 2 260 kJ/kg t0 = tv = 100 °C t = 0 °C Q1 = ? kJ c = 4,18 kJ/(kg·°C) Q = ? kJ Q = Lv + Q1 Q = m · lv + c m (tv – t) Q = 1,5 · 2 260 + 4,18 · 1,5 · (100 – 0) Q = 3 390 + 627 Q = 4 017 kJ Vodní pára odevzdá svému okolí 4 017 kJ tepla.

Kolik vodní páry o teplotě 100 °C se musí srazit, Aby se ohřál železný radiátor 10 kg těžký z 10 °C na 90 °C? Vodní pára musí odevzdat teplo uvolněné při přeměně páry na vodu potřebné k ohřátí radiátoru. radiátor: m1 = 10 kg t0 =10 °C t = 90 °C Q = ? kJ c = 0,45 kJ/(kg·°C) vodní pára: Lv = Q lv = 2 260 kJ/kg tv = 100 °C m2 = ? kg Lv = m2 · lv Q = c m1 (t – t0) Q = 0,45 · 10 · (90 – 10) Q = 360 kJ Aby se ohřál železný radiátor 10 kg těžký z 10 °C na 90 °C, musí se srazit 0,159 kg vodní páry.

Také při spalování různých látek se uvolňuje teplo Také při spalování různých látek se uvolňuje teplo. Teplo, které se uvolní úplným spálením jedné jednotky (obvykle 1 kg), udává výhřevnost. Výhřevnost je fyzikální veličina, značí se h, udává se v kJ/kg. Výhřevnost je dána vztahem kde Q je uvolněné teplo a m je hmotnost paliva. Příklady: Kolik tepla vznikne spálením 40 kg uhlí o výhřevnosti 25 200 kJ/kg? m = 10 kg h = 25 200 kJ/kg Q = ? kJ Spálením 40 kg uhlí se uvolní 1 000 MJ tepla.

Kolik tepla je třeba, má-li se zahřát 50 litrů vody z 8 °C na 40 °C Kolik tepla je třeba, má-li se zahřát 50 litrů vody z 8 °C na 40 °C. Kolik m3 svítiplynu je k tomu třeba, jestliže 1 m3 svítiplynu vydá teplo 15 540 kJ? voda: V = 50 l t0 = 8 °C t = 40 °C Q1 = ? kJ c = 4,18 kJ/(kg·°C) svítiplyn: V = ? m3 h = 15 540 kJ/ m3 Q = Q1 Q1 = c m (t – t0) Q1 = 4,18 · 50 · (40 – 8) Q1 = 6 688 kJ K ohřátí 50 litrů vody z 8 °C na 40 °C je zapotřebí 0,43 m3 svítiplynu.

Spálením uhlí o výhřevnosti 16 720 kJ/kg ohřejeme vodu o objemu 12 litrů z teploty 15 °C na teplotu varu. Účinnost kamen je 20 %. Jaká byla hmotnost spáleného uhlí? voda: V = 12 l t0 = 15 °C t = 100 °C Q1 = ? kJ c = 4,18 kJ/(kg·°C) uhlí: m = ? kg h = 16 720 kJ/ kg Q2 = ? kJ η = 20 % Q1 = c m (t – t0) Q1 = 4,18 · 12 · (100 – 15) Q1 = 4 263,6 kJ K ohřátí 12 litrů vody z 15 °C na 100 °C je zapotřebí 1,275 kg uhlí. Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 89.