Leden 2024 - "Teplo"

Na lednovém setkání jsme se zabývali teplem - od jeho šíření pro změny skupenství. Led jsme vynechali záměrně, protože jsme se s ním bavili před rokem.

Některé pokusy jsem našla popsané v archivech ÚDiFu, zde je popis dalších pokusů, které zde nepopisuji. V případě potřeby a rady s jednotlivými pokusy mě ale neváhejte kontaktovat.

• obrácená fontána

• flaška s mincí

• nehořlavý kapesník

• tornádka

Autorem textů je Vojtěch Hanák a ÚDiF.

Spirálka nad svíčkou

Jak stoupá teplý vzduch vzhůru si můžeme ukázat třeba pomocí jednoduchého provedení vánoční hračky.

• čajová svíčka
• špejle
• alobal

Ze čtverce alobalu o straně cca 15 cm vystřihneme kruh a z něj spirálu. Špejli upevníme do čajové svíčky a střed spirály umístíme na ni. Alobal zkrátíme na vhodnou velikost dle délky špejle. Zásadní je, poradit si s vyvážením a upevněním na špejli tak, aby se spirála mohla bez problémů otáčet. Dobře funguje vytvarovat střed spirály pomocí zaobleného předmětu (např. víčka fixy). Svíčku zapálíme, alobal vyladíme a pak už se můžeme kochat. Spirálku je možné vystřihnout také ze stejně dobře fungujícího (ale hořlavého) papíru, umístit místo svíčky nad topení a tak dále. 

Teplý vzduch stoupá vzhůru, bere s sebou lehkou spirálu, tím ji roztáčí a my si tak můžeme proudění vzduchu zviditelnit.

Vejce v erlence

• vařič
• erlenmayerova baňka
• oloupané vejce na tvrdo
• vodní lázeň ke chlazení
• ochranné rukavice proti popálení

Do erlenmayerovy baňky dáme na dno cca 1cm vody. Tu necháme nad vařičem provřít a čekáme, až pára vyplní celou baňku. Poté položíme na hrdlo baňky oloupané vejce. Jak z baňky uniká pára, vejce začne na hrdle poskakovat. Poté dáme baňku i s vejcem mimo vařič a necháme chladnout. Chlazení můžeme urychlit ve vodní lázni. Pozorujeme kondenzující vodní páru v baňce. Jak páro kondenzuje, zmenšuje se její objem a v baňce vzniká podtlak dost velký k tomu, aby se vejce nasálo dovnitř.

 
Balonek v erlence

• vařič
• erlenmayerova baňka
• balonek
• vodní lázeň
• ochranné rukavice proti popálení

Zde jde o variantu předchozího pokusu. Opět necháme provřít baňku s trochou vody, a když pára vyplní celý objem baňky, dáme ji mimo vařič. Poté baňku uzavřeme tím, že přetáhneme přes hrdlo nafukovací balonek. Pozor, hrdlo baňky je horké a je snadné se popálit. Tento pohyb je dobré si natrénovat, bohužel to jde snáze bez rukavic.
Máme-li baňku utěsněnou, můžeme ji znovu chvíli zahřát. Pozorujeme, jak se zvětšuje objem balonku, ale vody v baňce zdánlivě neubývá. Připomínáme, že z jedné kapky vody vznikne přibližně litr páry. Vodu nenecháme vřít dlouho, nechceme aby nám balonek plný horké páry praskl u obličeje.
Baňku naopak začneme chladit a pozorujeme, jak se balonek zmenšuje a voda kondenzuje. Protože na začátku pokusu pára vytlačila z baňky všechen vzduch, po její kondenzaci musí baňku naplnit vzduch z okolí. Ten do baňky vtlačí balonek. Balonek je dobré v tu chvíli trochu podržet, aby se do baňky vtáhl rovnoměrně. Pokud se přilepí ke stěně, může v baňce prasknout, což udělá hlasitou ránu.

 
Imploze plechovky

• vařič
• prázdná plechovka od nápoje
• vodní lázeň
• kleště, ochranné rukavice

Opět jde o obdobu předchozího pokusu. My jej provádíme ve dvou variantách. V první nejprve nad vařičem prohřejeme suchou plechovku. Upozorníme, že teplem se vzduch zvětšuje a část ho unikne. Poté plechovku rychle obrátíme dnem vzhůru do vody. Vzduch uvnitř se ochladí, zmenší se a na jeho místo se nasaje voda. Ta vyplní asi třetinu plechovky.
Nyní provedeme pokus podruhé, tentokrát již s mokrou plechovkou. Provedení je zcela stejné, opět necháme po srovnatelnou dobu plechovku nad plamenem, tentokrát ale necháváme uvnitř vřít vodu a vyplňujeme plechovku párou. Poté ji opět rychle ponoříme dnem vzhůru do vody. Plechovka imploduje za hlasitého zvuku.
Pokud pokus provedeme bez komentáře, můžeme se žáky debatovat, proč napodruhé dopadl jinak. V části se suchou plechovkou je potřeba být opatrný. Plynový vařič je dost horký na to, aby propálil dno suché hliníkové plechovky. Nad vařičem držíme plechovky v kleštích, do lázně je ponořujeme rukou v dobré kožené rukavici.

 Inverzní parní fontánka

• rychlovarná konvice 
• vhodná baňka (například odměrná)
• zátka se skleněnou trubičkou
• vodní lázeň
• trychtýř, rukavice

Na pokus potřebujeme vyrobit zátku se skleněnou trubičkou. Uspořádání je takové, aby po zasunutí zátky do hrdla námi vybrané odměrné baňky trubička dosahovala až skoro na dno.

Do baňky nalijeme po okraj vroucí vodu (mohli bychom ji i provařit, ale toto je rychlejší provedení), kterou ihned z baňky vylijeme. Tím jsme baňku propláchli horkou vodou a většinu objemu uvnitř zaujímá vodní pára. Do hrdla zasuneme zátku se skleněnou trubičkou, baňku otočíme dnem vzhůru a vnější konec trubičky ponoříme do vody. Pozorujeme, jak pára uvnitř pomalu kondenzuje a do baňky se tak nasává voda.
Tento pokus nedoporučujeme dělat bez oné skleněné trubičky například jen s erlenkou. Voda je občas do baňky nasáta tak rychle, že vám takto může baňka prasknout v ruce.

Nehořlavý papír

• kovová trubka
• dřevěná tyč
• papír
• kempingový vařič, svíčka, či jiný zdroj plamene

Papír namotáme nejprve na libovolnou kovovou tyč (např. měděná vodovodní trubka z hobbymarketu), poté na tyč ze dřeva (libovolnou násadu nářadí apod.). Je třeba si dát pozor, aby mezi papírem a tyčí nebyl žádný prostor, a tím pádem ani žádný vzduch. Je třeba utahovat těsně a pohlídat, že tyč nemá drážky či výčnělky. Namotaný papír v obou případech vložíme na krátkou chvilku do plamene. Je vhodné, když je čas u obou tyčí co nejpodobnější, aby byly pokusy srovnatelné. V prvním případě papír bez problémů přežije, jakoby snad v ohni ani nebyl. V druhém případě papír velmi brzy začne uhelnatět, při delším zahřívání by mohl i vzplát.

Kovy jsou velmi dobré vodiče tepla. Pokud tedy zahříváme papír na kovové tyči, tyč teplo dobře rozvádí do celé své délky. Než ji tedy zahřejeme nestoupne teplota papíru natolik, aby se poškodil. Oproti tomu dřevo vede teplo velmi špatně. Když zahříváme plamenem dřevěnou tyč, zahříváme především ono jedno jediné místo nad plamenem. Jeho teplota rychle roste a brzy je tak vysoká, že papír nemá šanci.

Nehořlavý balonek

• 2 balonky
• svíčka

Podobný pokus můžeme vyzkoušet s balonkem. Balonky nafoukneme a zauzlujeme. Jeden normálně, do druhého ale nejprve nalijeme trochu vody. Stačit by měly zhruba dvě polévkové lžíce. Zapálíme svíčku a zkusíme dát postupně balónky nad plamen. Balonek naplněný vzduchem rozhodně nemá šanci plamenu odolat a praskne. Balonek naplněný vodou ale v plameni vydrží. Jen je třeba plamen svíčky držet pořád pod místem, kde je v balónku voda.

Balonek se vzduchem teplu neodolá. Voda ale balónek ochrání a uchladí. Ohřát vodu stojí hodně energie a plamínku svíčky to trvá dlouho. I když vydržíte několik minut, voda se ohřeje nejvýše na sto stupňů, kdy začne vřít. Ani sto stupňů ale nestačí k tomu, aby balónek prasknul. Takže až si zapomenete hrnec, můžete si vodu uvařit i v balónku.

Pokus lze také provést ve variantě s papírovým táckem či mističkou, do kterých nalejeme trochu vody a zahříváme. Jako rychlý a funkční způsob používám tácek, který v rozích sešiju sešívačkou na papír, naliju do tácku vodu a nad kempingovým vařičem zahřívám.

Puf Puf lodička

Dále jsme vyráběli Puf-Puf lodičku. Konstrukce byla na míru z ÚDiF, proto zde spíše uvádím odkaz na návod osvědčeného a geniálního Vaška Piskače (na internetu najdete ale i mnoho dalších):

https://fyzikalnisuplik.websnadno.cz/ptakoviny/puf-puf_lodka.pdf