Neobično vrenje

slika1

Napisala: Suzana Šijan, prof., urednica fizike

Sljedeći put kada pogledate u lonac kipuće vode, pristavljen za kavu ili juhu, zaustavite se na trenutak i razmislite: kako bi vrenje izgledalo u svemiru? Bi li se turbulentni mjehurići dizali ili spuštali? Kolike bi bili veličine? Bi li tekućina uopće ostala u posudi?

Odgovori na ova pitanja dani su u posljednjem desetljeću 20. stoljeća. Riječ je o značajnoj temi jer se vrenje ne događa samo u loncima za kavu, nego i u elektranama i rashladnim sustavima svemirskih letjelica. Inženjeri moraju znati kako funkcionira vrenje.
U ranim je 90-im godinama tim znanstvenika i inženjera sa Sslika2veučilišta Michigan i NASA-e odlučio otkriti tajnu. Korištenjem freonskih rashlađivača proveli su niz eksperimenata vrenja na space shuttleu tijekom pet misija između 1992. i 1996. godine. I zaista, otkrili su neke zanimljive razlike između vrenja tekućina na Zemlji i njihova vrenja u orbiti. Primjerice, tekućina koja vrije u bestežinskom stanju stvara – ne tisuće mjehurića – nego jedan divovski mjehur koji guta manje mjehuriće!  U slobodnom padu u orbiti vrenje je jednostavnije nego na Zemlji. Bestežinsko stanje učinkovito uklanja dvije varijable vrenja – konvekciju i uzgon, što objašnjava razloge zbog kojih se tekućine koje vriju u svemiru ponašaju tako različito. Također, ovo otkriće moćan je alat za znanstvenike koji žele razmrsiti zapetljanu fiziku vrenja. Svemir za nas pojednostavljuje problem koji proučavamo. Kada se bazen tekućine zagrijava na Zemlji, gravitacija uzrokuje dizanje toplijih (zbog manje gustoće i lakših) slojeva tekućine. Proces spuštanja hladnijih i gušćih slojeva nazivamo konvekcija. Na taj se način toplina širi tekućinom. Nakon što počne vrenje mjehurići se, zbog uzgona, kreću prema gore i stvaraju ključanje.

slika3

Bez konvekcije ili uzgona proces se odvija drugačije. Grijana se tekućina ne podiže, nego se smješta oko grijača i postaje sve toplija. Dijelovi tekućine koji nisu blizu grijača ostaju relativno hladni. Budući da se zagrijava manji obujam vode, slika4do vrenja dolazi mnogo brže. Kad se oblikuju mjehurići pare, oni ne odlaze na površinu – stapaju se u golemi balon koji se valja u tekućini.

slika5

 

 

Znanje o tome kako tekućina u svemiru vrije dovest će do učinkovitijeg sustava hlađenja svemirskih letjelica. Poznavanje vrenja u svemiru također se može koristiti u dizajniranju elektrana na svemirskim postajama koje koriste sunčevu svjetlost za stvaranje para iz vrele vode i koja se potom u turbini koristi za proizvodnju električne energije.
Uz bolje razumijevanje fizike vrenja inženjeri će biti u stanju osmisliti bolji način hlađenja i električne sustave koji će služiti ljudima u budućnosti – kako u svemiru, tako i ovdje na Zemlji.

Izvor: NASA

RADNI LISTIĆ

Neobično vrenje
1. Ponovite:
Na štednjaku zagrijavate lončić s vodom. O čemu ovisi količina topline koju slika6treba dovesti lončiću s vodom da bi voda zakipjela?

2. Istražite: U vatrostalnu posudu (zdjelu, lončić, veću laboratorijsku čašu) ulijte vodu i stavite na štednjak (plinski ili električni) da se zagrijava. Promatrajte što se događa s vodom. Posebno obratite pažnju na trenutak kad je voda blizu točke vrelišta te detaljno opišite kako se i gdje stvaraju mjehurići.

3. Pokušajte odgovoriti:
a) Kako se zagrijava voda u posudi?
b) Je li temperatura cijele količine vode u posudi jednaka?
c) Zašto se stvaraju mjehurići? Što su zapravo ti mjehurići?
d) Zašto se mjehurići stvaraju pri dnu?
e) Kamo putuju mjehurići? Zašto?
f) Mijenja li se obujam mjehurića dok se kreću kroz vodu? Ako da, kako? Možete li objasniti zašto je tomu tako?

4. Razmislite i zaključite: Zamislite da se nalazite u svemirskom brodu. Želite popiti čaj i stavljate vodu u posudu da se zagrije.
a) Kako bi ta posuda trebala izgledati?
b) Možete li pretpostaviti kako će se voda u njoj zagrijavati? Obrazložite svoju pretpostavku.
c) Koje dvije sile u svemiru nemaju utjecaj na vrenje, a važne su kod vrenja na Zemlji?
d) Hoće li se u vodi stvoriti mjehurići? Kako će se oni gibati?

slika7

 

slika8

Oglasi

O autoru Pogled kroz prozor

Digitalni časopis za obrazovne stručnjake, pišu ga učitelji i nastavnici.
Ovaj unos je objavljen u PROFILOV Newsletter i označen sa , , . Bookmarkirajte stalnu vezu.

Jedan odgovor na Neobično vrenje

  1. Povratni ping: Izazov kreativnosti pred nama | Pogled kroz prozor

Komentari su zatvoreni.