Správanie telies v plynoch
Prečo balón s héliom stúpa k stropu a rovnaký balón s vydýchaným vzduchom klesá?
Čo sa naučíš
- Porovnám hustoty plynov.
- Vysvetlím, že teplý vzduch je v modeli redší.
Experiment
Hustota hélia je 0,164 kg/m³ a vzduchu 1,2 kg/m³ pri 20 °C. Balón je redší, preto v modeli pláva. Pri vyššej teplote klesá hustota plynu podľa p·V = konštanta pri stálom tlaku.
Načítavam simuláciu…
Vyskúšaj
Bude héliový balón vo vzduchu stúpať?
Porovnať hustotu hélia a vzduchu.
- Nastav hélium vo vzduchu pri 20 °C.
- Prečítaj obe hustoty a správanie.
Správanie je pláva.
Overenie pochopenia
Vzduchová bublina vo vode:
Pri stálom tlaku je teplejší vzduch v tomto modeli:
Vysvetlenie
Héliový balón vo vzduchu má správanie pláva. Vzduchová bublina vo vode tiež stúpa. Tá istá bublina v héliu by bola hustejšia ako okolie a klesala by.
Vztlak vzniká aj v plyne, lebo aj plyn má hustotu a tlak rastie smerom nadol. Sila je malá, preto ju cítiť len pri ľahkých balónoch a veľkom objeme. V modeli ideálneho plynu pri stálom tlaku platí ρ ~ 1/T. Teplejší vzduch je redší, a preto môže stúpať.
Pojmy
- Hustota plynu
- Aj plyn má hmotnosť na meter kubický, oveľa menšiu ako kvapalina.
- Stály tlak
- Predpoklad, pri ktorom zohriatie zväčší objem a zníži hustotu.
Príklad
Papierový lampión s ohriatym vzduchom stúpa, kým je vzduch v ňom redší ako okolitý. Keď vychladne, klesne.
Čo sa často mýli
- Hélium nestúpa preto, že by nemalo hmotnosť.
- Vzduch nie je prázdno. Má hustotu približne 1,2 kg/m³.
Čo model zjednodušuje
Balón v modeli nemá hmotnosť gumy. Skutočný balón potrebuje, aby priemerná hustota aj s obalom bola menšia ako vzduch. Teplotná závislosť je ideálny plyn, nie tabuľka vlhkého vzduchu.
Vzorce
Hustota plynu pri stálom tlaku
Hustota je nepriamo úmerná termodynamickej teplote.
- \rho_0
- hustota pri 20 °C, kg/m³
- T
- teplota, K
Kedy platí: Tlak sa nemení a plyn berieme ako ideálny. 20 °C je 293,15 K.