Elixír do škol

Elixír do škol - 4. setkání

Ve čtvrtek 11. 12. 2014 se konalo v učebně fyziky SPŠST Panská v budově v Malé Štupartské další setkání projektu Elixír do škol, který je podporován Nadací Depositum Bonum. Čtvrté setkání tohoto školního roku bylo věnováno termodynamice. Setkání, ze kterého se někteří stálí účastníci předem omluvili, se zúčastnily i dvě zástupkyně Nadace Depositum Bonum - Ladislava Hadravová a Renata Nováková. Obě se s chutí zapojovaly do všech aktivit setkání.

Po přivítání všech příchozích dam (ano - tentokráte byli na setkání samé účastnice) a rozdání materiálů Elixíru do škol i hostitelské SPŠST Panská jsme se začali zabývat měřením teploty. Upozornili jsme na problémy, se kterými se můžeme při měření teploty setkat (různé typy teplotních stupnic, různé typy teploměrů, …), a některé typy teploměrů si ukázali. Standardní kapalinový teploměr znali všichni. Digitální teploměr systému firmy Vernier, byl také všem znám. Méně však už byl znám radiační teploměr, který jsme spolu s Editou Martoníkovou předvedli při jednoduchém experimentu. Za asistence Martiny Procházkové jsme se pak přesvědčili o tom, že tepelné záření (vyzařované např. lidskou dlaní) se odráží od lesklé překážky stejně, jako např. světlo. Dalším typem detektoru teploty byla teplocitlivá fólie, se kterou si účastníci také rádi pohráli. Na závěr této části jsem si nechal ukázku termokamery, kterou jsem si kvůli účastníkům dnešního setkání zapůjčil z pražské KDF MFF UK.

„Radiační teploměr a termokameru mi nevracejte,“ usmívám se, když se za chvíli objevují pomůcky zpět u mě na stole. „Věřte, že budou ještě potřeba.“

Důležitou vlastností vody, která vodu předurčuje k použití jako chladivo, jsme si vyzkoušeli jednoduchým experimentem s pouťovým balonkem. Pokud je balonek naplněný vzduchem a začínáme jej ohřívat nad plamenem svíčky (aniž bychom balonek nad plamenem posouvali nebo otáčeli), balonek za velmi krátkou dobou praskne - místo nad plamenem svíčky se prostě propálí. Prasknutí balonku vyvolalo u některých přítomných dam úlek, ale nesly to statečně! Naplníme-li ale balonek vodou, balonek nepraskne. Teplo, které balonku předává hořící plamen, odebírá voda a ohřívá se.

Experimentem s otevřenou nádobou ve tvaru krychle, jejíž stěny jsou vyrobeny z různých materiálů, jsem dal účastníkům setkání námět na náplň některého z projektů, které mohou řešit se svými žáky. Pomocí teploměrů lze proměřit vedení tepla jednotlivými materiály, ze kterých jsou vyrobené stěny krychle, a tyto poznatky aplikovat do praxe při porovnání materiálů používaných na výrobu energetických domů, zateplovacích materiálů a dalších ekonomicky výhodných aktivit.

Pomocí jednoduchého stojánku na papírový hádek jsem demonstroval šíření tepla vzduchem.

„Vždyť máš ten vánoční stromeček,“ vzpomněla si Edita na loňské listopadové setkání věnované vánočním experimentům.

„To mám, ale není můj,“ vysvětluji, proč letos vánoční stromeček, na kterém se díky teplu uvolňovanému z hořících svíček točí korálky cinkající do zvonků, nemám na setkání.

S přenosem energie souvisí i skleněný pijící pták, jehož činnost jsme rozdiskutovali také.

„Před dalším experimentem pro vás mám připravený první chod občerstvení,“ oznamuji účastnicím setkání a přináším každé jednu mandarinku, které překážejí mezi dalšími předměty připravenými k pokusům.

„Oloupejte si je a snězte jen půlku, tu druhou ještě možná budete potřebovat,“ usmívám se. „A v žádném případě zatím nevyhazujte tu slupku!“

Poté jsem předvedl v koši na odpadky rotující plameny, kterými jsem byl inspirován při vystoupení Zdeňka Šabatky na Veletrhu nápadů učitelů fyziky v srpnu 2014 v Chebu.

Experiment s hrnečkem, který mění barvu, některé účastnice setkání znali a Stirlingův motor umístěný na hrneček s horkou vodou už také některé z nich viděly. Materiál s tvarovou pamětí - tzv. nitinol - ale už znalo jen pár z nich.

„Uvědomte si, že běžně umíme demonstrovat poměrně vysoké teploty - např. v plamenu svíčky bývá několik set stupňů Celsia, ale nízké teploty příliš dobře demonstrovat neumíme,“ konstatuji. „Teplota v mrazáku bývá tak mínus osmnáct stupňů Celsia a chladit tělesa na nižší teplotu moc neumíme. Tedy pokud není venku taková zima, že naměříme nižší teploty venku.“

Účastnice setkání souhlasně přikyvují.

„Ale já tu mám něco, co má teplotu skoro mínus dvě stě stupňů Celsia,“ usmívám se a vytahuji z pod katedry velkou Dewarovu nádobu s kapalným dusíkem.

„Tím vás ale asi neohromím, protože většina z vás už hrátky s kapalným dusíkem viděla, že?“ odhaduji situaci, zatímco přelívám první litry kapaliny do termosky, se kterou se bude lépe manipulovat. Ukázalo se, že několik účastnic setkání, hrátky s kapalným dusíkem zatím neviděla. O to lépe!

Postupně jsme prošli od opravdu jednoduchých ukázek k sofistikovanějším fyzikálním experimentům:

Leidenfrostův jev - kapky kapalného dusíku „tančí“ na stole podobně jako kapky vody na rozpálené elektrické plotýnce;

dusíková fontána - hadička zasunutá do nádoby s kapalným dusíkem funguje vlastně jako komín a kapalný dusík je nasáván dovnitř;

pád magnetu v měděné trubce - trubkou při pokojové teplotě padá magnet kratší dobu, než trubkou, která je ochlazená v kapalném dusíku;

supravodiče a ukázka Meissnerova jevu;

rozbíjení zmražené slupky od mandarinky - vidět, jak se dámy těší na to, až budou moci rozbít zmrazenou slupku, stálo opravdu za to!

ochlazování nafouknutého balonku, který přitom zmenšoval svůj objem;

nafukování balonku kapalným dusíkem, který se v balonku vařil, přecházel do plynného stavu a zvyšoval tak svůj objem;

svícení žárovky, ze které byla kladivem oddělena baňka - dokud bylo vlákno ponořeno do kapalného dusíku nebo do jeho par, vlákno normálně svítilo; jakmile bylo z kapalného dusíku vytaženo ven, po několika sekundách se přepálilo a zhaslo;

Stirlingův motor se na hrnečku s kapalným dusíkem točí opačným směrem, než na hrnečku s teplou vodou.

„A na závěr si můžeme vyrobit model komety, jestli chcete,“ usmívám se. Účastnice setkání chtějí.

„Kometa je vlastně špinavý kus ledu, ve kterém jsou zamrzlé kameny,“ poněkud zlehčuji definici komety. „A přesně tak to vyrobíme,“ dodávám a do připraveného hrnce liji smetanu, pak přidávám kakao (to abych kometu ušpinil) a nakonec křupinky, které budou představovat ty kameny.

„Mám čtyři šlehačky, zvládnete to?“

„No jasně,“ odpovídají sborově ženy, a tak začínáme vařit.

Po přilití asi dvou litrů kapalného dusíku se za stálého míchání směsi podařilo docílit jejího rovnoměrného ztuhnutí.

„A je to vaše,“ předávám dámám hrnec s hotovou kometou - zmrzlinou a lžíce na její konzumaci.

Během několika minut kometa zmizela. Ani jsem nečekal, že nebudou žádné zbytky! Super.

Rozloučili jsme se, popřáli si pěkné Vánoční svátky a ujistili se, že se v lednu opět uvidíme.

Jako inspirace může posloužit pracovní list a záznam z tabule.

Atmosféru prosincového setkání přibližují fotografie pořízené fotoaparátem a také fotografie pořízené termokamerou.

Autoři fotografií:

Ladislava Hadrabová

Jaroslav Reichl