Kondenzace vodních par

Pokus číslo: 1624

  • Cíl pokusu

    Naším cílem bude vizualizovat nárůst teploty způsobený kondenzací vodní páry.

  • Teorie

    Popisovaný experiment lze do jisté míry považovat za experiment komplementární k experimentu Odpařování vody a lihu (s termovizní kamerou). Ten vysvětlujeme tak, že kapalina, která se odpařuje, odnímá svému okolí skupenské teplo vypařování Lv a vzniklá pára má tedy vyšší energii než kapalina o stejné teplotě. Logická úvaha nás tak vede k závěru, že při kondenzaci (zkapalnění) bude plyn naopak tuto „přebytečnou“ energii ve formě tepla odevzdávat, aby se mohl stát kapalinou. Toto teplo se pak označuje jako skupenské teplo kondenzace plynu Lk a je co do velikosti rovno skupenskému teplu vypařování Lv kapaliny o stejné teplotě.

    V našem experimentu ukážeme lokální zvýšení teploty nad hladinou vody v kelímku, jejíž páry zkondenzují na papíře, kterým kelímek zakryjeme.

  • Pomůcky

    Termovizní kamera, kelímek s vodou o teplotě nepatrně nižší, než je teplota okolí (např. o 2 °C apod.), list papíru.

  • Postup

    Naplníme kelímek vodou a překryjeme jeho vrchní okraj listem papíru. Pozorujeme změnu teploty papíru termovizní kamerou.

  • Vzorový výsledek

    Úspěšné provedení pokusu ilustruje video níže. V místě, kde papír zakrývá hladinu vody, registrujeme nárůst teploty o cca 1 °C. Tento nárůst je dočasný, pak se opět začíná ustavovat termodynamická rovnováha s okolím.

    Při přípravě tohoto videa byla použita termovizní kamera FLIR i7. Teplotní rozsah škály barev byl zvolen v intervalu 19 °C až 25 °C, emisivita ε = 0,95.

  • Technické poznámky

    • Je důležité nastavit rozsah termovizní kamery tak, aby byl teplotní rozdíl ohraničený maximem a minimem barevné teplotní škály co nejmenší – potřebujeme detekovat skutečně jemné změny teploty v řádu okolo 1 °C.

  • Metodické poznámky

    • Ideální je provádět experiment s vodou o teplotě nepatrně nižší, než je teplota okolí; pro tento účel může dobře posloužit studená voda z kohoutku, která typicky mívá teplotu kolem 20 °C (samozřejmě je vhodné si to před experimentem vyzkoušet). S takto zvolenou teplotou vody pak vyznívá experiment zcela jednoznačně – zatímco vlastní voda bude chladnější než okolí, papír se kondenzačním teplem zahřeje na teplotu vyšší než okolí.

    • Pokud zvolíte vodu příliš teplou (na úrovni okolí či vyšší), mohou žáci – oprávněně – vysvětlovat ohřátí papíru prostou tepelnou výměnou mezi vodou a papírem; naopak, příliš studená voda (o pět a více stupňů chladnější než okolí) může efekt natolik potlačit, že se celý experiment stane neprůkazným.

  • Inspirace

    Tento pokus byl inspirován podobným pokusem na webu Infrared Tube věnované experimentům s termovizní kamerou.

  • Základy práce s termovizní kamerou - odkaz na PDF

    Tento experiment využívá termografické měření. Dokument Experimentujeme s termovizní kamerou shrnuje teorii termografie a základní doporučení a postupy, které mohou napomoci k přesnějším a nezkresleným výsledkům měření.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Multimediální encyklopedie fyziky
Původní zdroj: Xie Ch. (2015). Infrared Tube. [cit. 1. 11. 2015]. Dostupné z:
http://energy.concord.org/ir
×Původní zdroj: Xie Ch. (2015). Infrared Tube. [cit. 1. 11. 2015]. Dostupné z: http://energy.concord.org/ir