Sbírka fyzikálních pokusů

Závislost rychlosti vypařování na odstraňování par nad hladinou kapaliny

Pokus číslo: 1729

• Cíl pokusu

  Cílem experimentu je kvantitativně ukázat vliv, který má odstraňování par nad hladinou kapaliny na rychlost jejího odpařování.

• Teorie

  Viz Závislost rychlosti vypařování na obsahu plochy hladiny kapaliny, Teorie.

• Pomůcky

  Váhy (s citlivostí alespoň 0,01 g), technický líh, Petriho miska, ventilátor z počítače (typické napájecí napětí 12 V), zdroj střídavého napětí 12 V (s výhodou regulovatelný), voltmetr/multimetr.

• Postup

  1. Zapneme váhy, Petriho misku naplníme lihem a postavíme ji na vážící plochu.

  2. Ventilátor připojíme ke zdroji střídavého napětí a umístíme ho do vzdálenosti 5 až 10 cm od misky tak, aby po jeho spuštění proud vzduchu směřoval nad hladinu lihu (viz obr. 1).

  

  3. Zaznamenáme počáteční hmotnost \(m_1\), kterou ukazují váhy, a přivedením vhodného napájecího napětí (které můžeme kontrolovat voltmetrem) uvedeme ventilátor do chodu.

  4. Po 5 minutách ventilátor odpojíme a zaznamenáme koncovou hmotnost \(m_2\); zajímá nás úbytek hmotnosti \({\Delta}m\,=\,m_1\,–\,m_2\).

  5. Opakujeme pro různá napájecí napětí.

• Vzorový výsledek

  Úbytek hmotnosti \({\Delta}m\) můžeme proměřit pro různá napájecí napětí ventilátoru a bez dalších složitějších zpracování tak pouze ukázat, že s rostoucím napájecím napětím roste nejen intuitivně vnímaná frekvence otáčení ventilátoru, ale také hmotnost lihu odpařená za stejný časový interval (např. zmíněných 5 minut). Do porovnání je vhodné zařadit i údaj, jaký je hmotnostní úbytek bez použití ventilátoru.

  V našem vzorovém měření byl hmotnostní úbytek během 5 minut proměřen pro deset hodnot napájecího napětí v rozmezí 3 až 12 V. Vyhodnocení pak bylo dotaženo ještě o krok dále – pomocí optické závory Vernier Photogate byla ke každé z deseti hodnot napětí určena frekvence otáčení ventilátoru (viz tabulka 1), což umožnilo vynést graf závislosti hmotnostního úbytku \({\Delta}m\) na frekvenci otáčení ventilátoru tak, jak to ukazuje obr. 2. Je patrné, že jde o rostoucí závislost, která vykazuje známky linearity; skutečné vlivy turbulentního proudění na odpařování jsou ovšem natolik složité, že lineární aproximaci uvedenou v grafu je třeba brát se značnou rezervou.

  Tabulka 1:

  \(U\,/\,\mathrm{V}\)	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0	11,0	12,0
  \(f\,/\,\mathrm{Hz}\)	16,4	20,8	25,0	29,4	34,5	38,5	41,7	45,5	47,6	50,0
  \(\Delta m\,/\,\mathrm{g}\)	1,05	1,09	1,23	1,29	1,37	1,43	1,45	1,46	1,49	1,52

  

• Technické poznámky

  • Je-li ventilátor zapnutý, mohou váhy ukazovat na první pohled chaotické nárůsty a úbytky hmotnosti podle toho, jak turbulentní proudění na hladinu lihu právě působí.

  • Vzhledem k výše uvedenému bodu je nutné odečítat hmotnost ve chvílích, kdy je ventilátor vypnutý.

• Metodické poznámky

  Proměření celé závislosti tak, jak je uvedena v tabulce 1, je časově náročné a během pětiminutových intervalů vznikají neužitečné prostoje; ve výuce může být tedy praktičtější ukázat pouze skutečnost, že pokud budeme páry nad hladinou lihu odstraňovat, odpaří se dramaticky více lihu než bez odstraňování, a to bez dalšího matematického zpracování.