F42 - Chladící směsi

Cíl

ukázat existenci chladicích směsí a vysvětlit jevy, které jejich vlastnosti způsobují.

Pomůcky

• 2 moduly teploměr,
• dvě nízké zkumavky, široká kádinka
• cca 100 ml vody, kuchyňská sůl (NaCl), led.

Provedení

V programu nastavíme celkový čas kolem 800 sekund a vzorkovací frekvenci 1 až 5 Hz. Ostatní parametry ponecháme. Do kanálů A a B zapojíme modul teploměr a upravíme jejich rozsah např. na -15 až +15°C ( viz . F52 - úprava rozsahu teploměru).

Do první kádinky nasypeme jemnou ledovou tříšť, do druhé tříšť smíchanou s několika lžičkami soli. Do obou zkumavek nalijeme stejné množství čisté vody, předem ochlazené na teplotu nižší než 15°C . Aktivní část teploměru ponoříme zhruba do poloviny vodního sloupce a obě zkumavky vložíme do kádinek s ledovou tříští. Odstartujeme měření a sledujeme chladnutí vody v obou zkumavkách.

Vysvětlení

Po ponoření zkumavky s vodou do ledové tříště dojde k ochlazení vody i zkumavky (předají chladicí látce teplo Q). To spolu s teplotou okolního vzduchu způsobuje další odtávání ledu. V takto vzniklé vodě se začíná rozpouštět sůl. Rozpouštění je provázeno ochlazením roztoku (v závislosti na koncentraci soli). Proto dochází k další tepelné výměně mezi zkumavkou a chladicí směsí. Voda ve zkumavce ponořené v ledové tříšti se ochlazuje rychleji. Ochlazování může být tak rychlé, že dojde k podchlazení vody pod bod tuhnutí. V tomto metastabilním stavu může zůstat kapalina poměrně dlouho (viz obrázek). Pokud chceme podobné situaci zabránit, občas zamícháme teploměrem.

Souvislosti

Roztok vody a kuchyňské soli má nižší teplotu tuhnutí než obyčejná voda.To je důvod. proč se sypou rozbředlé silnice solí. Také živné roztoky (míza) stromů či rostlin obsahují vedle vody mnoho minerálních solí. Tuhnou tedy až při teplotě značně nižší než 0°C . To je důvod, proč stromy i jiné rostliny mohou bez problémů přestát i vysoké mrazy. Před zimou se totiž rostlina zbavuje přebytečné vody a zvyšuje koncentraci živného roztoku. Naopak na jaře rostlina začne přijímat z půdy vláhu a živné roztoky jsou tedy více zředěné vodou. Takový jarní mrazík je potom pro rostlinu opravdu nebezpečný. Živný roztok s velkým množstvím vody může zamrznout a poškodit ji.

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014