Vda a technika - archiv

AKTUALIZACE TOHOTO WEBU JE UKONEN.
Tuto strnku jsme pesunuli do Archivu web Ro.
Uveden informace proto nemusej bt aktuln a nkter soubory mohou bt nedostupn.

Voda, která nechce zamrzat

Vladimír Karpenko  21.04.2000

Jestliže se vlhký sníh stlačí, zmrzne do podoby hroudy s vodou uvnitř a nerozpadne se tak, jako by to udělal stejně navhlčený písek nebo jakákoli jiná hmota," napsal roku 1842 proslulý anglický badatel Michael Faraday. Zkoumání sněhu a ledu věnoval plných dvacet let! 

Ještě před Faradayem se těmito otázkami zabýval neméně proslulý badatel, Francouz René Descartes, jehož známe spíš jako filozofa. Proč si vlastně filozof a fyzik hráli se sněhovými koulemi? Protože voda a její tuhá forma, led, nejsou vůbec tak jednoduché, jak by nám mohlo připadat, a špičkové laboratoře na celém světě se zabývají touto velmi jednoduchou chemickou sloučeninou. Je ostatně zajímavá už tím, že na Zemi, patrně jako na jediném tělese naší sluneční soustavy, ji můžeme najít současně ve všech skupenstvích - plynném, kapalném a tuhém.

Ale zpět k Faradayovi. V jeho práci je zmínka, že sněhovou kouli spojuje dohromady voda. Jinými slovy, tento badatel předpokládal, že sněhové vločky jsou pokryty velice tenkou vrstvou vody. Svůj předpoklad tehdy samozřejmě nemohl prokázat pokusně dostatečně přesvědčivě, a jeho představa nebyla obecně přijata. Naopak, rozšířil se názor, který zastával William Thomson, jehož dnes spíš známe jako lorda Kelvina. Tento vědec tvrdil, že v okamžiku, když stlačíme ledové krystalky, sníží se vlivem tlaku bod tuhnutí vody, takže povrchová vrstva ledových krystalků roztaje. Vzniklá voda slepí sněhové vločky a máme kýžený dětský projektil.

Tato představa přežila prakticky dodnes a stala se základem pro vysvětlení, proč brusle klouže po ledě. Opět z téhož důvodu - její tlak snižuje bod tuhnutí vody, takže se led pokrývá tenkou vrstvou vody, po níž brusle klouže. Kromě toho, třením brusle o led se uvolňuje nepatrné množství tepla, takže led taje ještě snáze.

Ovšem led je kluzký, i když se po něm brusle nepohybuje, a kromě toho, když byly provedeny přesnější výpočty, což bylo na přelomu třicátých a čtyřicátých let, ukázalo se, že vliv tlaku na tání ledu nemůže vysvětlit, proč brusle klouže. Především úvaha, která začala u lorda Kelvina, platí pro teploty v blízkosti bodu tání ledu, tedy nuly Celsiovy stupnice. To však jsou podmínky, kdy spíš není radno vstupovat na zamrzlý rybník. Přitom led klouže i při mnohem nižších teplotách.

Tím se dostáváme k problému povrchového tání, jevu, jenž Faraday tušil, ale nemohl dokázat. Dnes se soudí, že je to vlastnost mnoha, ne-li snad dokonce všech látek. Vraťme se ještě k ledu - snadno si představíme jeho krystal. Jestliže ho zahříváme, pak, vyzbrojeni učebnicovými znalostmi, předpokládáme, že po dosažení bodu tání se začne jeho struktura hroutit, a vzniká kapalina, voda. Použili jsme obrat "po dosažení bodu tání", což je pro čistou vodu nula stupňů. Ovšem k povrchovému tání dochází už při podstatně nižších teplotách, takže, jak se ukazuje, led je i za takových podmínek pokryt nesmírně tenkou vrstvou vody, jejíž tlouštka odpovídá velikosti několika molekul. Tato voda má pořád ještě některé strukturní vlastnosti ledu, ale současně má pohyblivost kapaliny. A to při teplotě okolí ležící pod bodem tání. Někteří vědci dokonce soudí, že může jít ne o několik stupňů, ale o několik desítek stupňů. Odpověď proč k tomu dochází, a jak, není zdaleka jasná. Ale pokusy naznačující, že by mohlo opravdu jít o obecný jev, byly provedeny v polovině osmdesátých let, kdy skupina holandských badatelů zkoumala olovo. Nejmodernějšími technikami se podařilo prokázat, že při teplotě o deset stupňů Celsia nižší, než je bod tání tohoto kovu, ten leží u 328 stupňů, se na povrchu olova rovněž začíná vytvářet tenká vrstva, kterou označují jako kvazikapalnou. Není to ani tuhý kov, ani jeho skutečně kapalná podoba. S rostoucí teplotou je tato vrstva stále silnější, a když se dosáhne bodu tání olova, kov začne téci. S ledem je to tedy podobné.

Zdálo by, že jde o výzkum sice zajímavý, ale vcelku bez valného praktického významu. Bruslit budeme i bez znalosti tohoto jevu, a sněhovou kouli také uhněteme. Ovšem voda není jen na zemi, je také ve vzduchu, kde tvoří oblaka. A v nich vznikají krystalky ledu, které postupně narůstají až jsou z nich sněhové vločky, nebo také kroupy. A z mraku se zablýskne. Jak sněhové vločky a kroupy, tak i ty první, nejmenší krystalky ledu, jsou zase pokryty vrstvou oné podivně kapalné vody. Jak soudí řada badatelů, tady je třeba hledat příčinu, proč se bouřková mračna elektricky nabíjejí. Vysvětlení však není ani dnes ještě kompletní. Není totiž vůbec snadné. Jeho hlavní myšlenkou je představa, že v mraku jsou krystalky ledu, ty se vznášejí, protože jsou lehké, a kolem nich padají větší tělesa, kroupy. Při vzájemných srážkách si krystalky ledu a kroupy vyměňují právě prostřednictvím své vodní vrstvy elektrický náboj - krystalky získávají kladný, kroupy záporný. Proto je také bouřkové mračno nabito nahoře kladně, dole záporně. Toto je jen velmi zhruba popsaná hypotéza, jejíž pokusné základy byly položeny nedávno. Jen pro ilustraci, jak náročné to bylo - pomocí speciální váhy se vážily krystalky ledu před a po takové srážce, přičemž přesnost vážení se pohybovala v desetimiliardtinách gramu. Jen tak se podařilo dokázat, že si obě tělesa předala při srážce část povrchové vody. Na detailech této teorie se zatím dále pracuje a na konečné závěry si ještě počkáme. Protože voda, jakkoli se zdá být jednoduchá, je jedním z velkých problémů dnešní fyziky a chemie.


Meteor
ČRo Dvojka

Čas vysílání: sobota 08:05; repríza neděle 02:00 Délka pořadu: 52 minut

Radio na p��n�

Zvukový archiv pořadu ve formátu MP3.
Informace o službě Rádio na přání naleznete zde.

Podcast

Stáhněte si podcast pro nejnovější audio záznamy tohoto pořadu.

iTunesImport do programu iTunes je dostupný zde.

Informace o formátu a službě podcast naleznete zde.

 

 

Nachzte se

v tematickm okruhu: Tmata
na webu: Vda a technika - archiv

DÁLE V RUBRICE


Archiv

RSS  |  MAPA SERVERU  |  KARIRA  |  KONTAKTY  |  ENGLISH  (c) 2000 - 2018 esk rozhlas