Pokusy – zahřívání vzduchu

Příspěvek vznikl v rámci projektů pořádaných o.s. Aisis.

Zahřívání vzduchu

• Nafukování balónku na láhvi
• Bublina na láhvi
• Stožár na knoflíku na láhvi
• Perpetuum mobile
• Horkovzdušný balón
• Heronova sluneční fontána

Nafukování balónku na láhvi

Potřeby - láhev, pouťový balónek, dvě kádinky, jedna s teplou a jedna se studenou vodou.

Provedení: Na hrdlo studené láhve navlékneme pouťový balónek málo naplněný vzduchem. Poté láhev přemístíme do kádinky s teplou vodou. Zahřátý vzduch zvětší svůj objem a nafoukne pouťový balónek. Když poté láhev zase vnoříme do kádinky se studenou vodou, vzduch svůj objem opět zmenší a balónek splaskne.

Otázky pro žáky:

• Proč se balónek nafoukl, když jsme láhev s balónkem vnořili do kádinky s teplou vodou? (Vzduch se zahřáním roztáhl.)
• Proč balónek splaskl, když jsme láhev postavili do kádinky se studenou vodou? (Vzduch zmenšil svůj objem.)

Poznámka: Můžeme postupovat i tak, že žákům nic o teplotě vody v kádinkách nesdělíme a necháme je hledat příčiny nafukování a splasknutí balónku.

1. obrázek

Bublina na láhvi

Potřeby - skleněná láhev, bublifuk, brčko.

Provedení: Pevnější bublifukový roztok vyrobíme tak, že rozpustíme 1 kávovou lžičku medu v 10 lžičkách převařené vody a do tohoto roztoku přidáme 1 lžičku čistého glycerinu (možno koupit v lékárně) a nakonec 1 lžičku koncentrovaného Jaru. Bublifuk dlouho vydrží, jestliže ho budeme skladovat při nízké teplotě v chladničce. Na hrdle láhve, které předtím smočíme v bublifuku, vyfoukneme brčkem malou bublinu. Jestliže láhev zahřejeme, bublina se začne zvětšovat.

Otázka pro žáky:

• Proč se bublina nafukuje? (Vzduch se zahřáním roztáhl.)

Poznámka: Můžeme opět postupovat i tak, že žákům nic nesdělíme a necháme je hledat příčiny růstu bubliny, když pouze držíme láhev v dlaních, a tím ji zahříváme.

2. obrázek

Stožár na knoflíku na láhvi

Potřeby - skleněná láhev, knoflík se stožárem, bublifuk.

Provedení: Knoflík se „stožárem" zhotovíme z rovného lehkého plastového knoflíku, který má takovou velikost, že jeho okraj dosedá na okraj hrdla láhve. Uprostřed knoflíku zakápneme rozehřátým parafínem ze svíčky (nebo kapkou lepidla) dírky a na něm vztyčíme „stožár", např. tenké stéblo. Stožár musí stát na knoflíku tak, aby se při usazení knoflíku na hrdlo láhve nekácel. Hrdlo studené láhve nejdříve smočíme v bublifuku a potom na něj posadíme knoflík se stožárem. Jestliže láhev zahřejeme v kádince s teplou vodou nebo teplými dlaněmi, knoflík se stožárem se bude unikajícím vzduchem střídavě naklánět a po úniku vzduchu zase vracet do původní polohy.

Otázka pro žáky:

• Proč se knoflík se stožárem naklání? (Vzduch, který se zahřáním roztáhl, tlačí zespoda na knoflík a zvedá ho.)

Poznámka: Můžeme opět postupovat i tak, že žákům nic nesdělíme a necháme je hledat příčiny pohybu stožáru, když pouze držíme láhev v dlaních, a tím ji zahříváme.

Perpetuum mobile

Potřeby - kovový váleček s držákem jehly, vrtulka, plotýnka, kádinka.

Provedení: Kovový váleček s držákem zakončeným jehlou zahřejeme na vařiči nebo kahanem a postavíme na podložku odolnou vysoké teplotě. Na jehlu nasadíme větrníček zhotovený z víčka zavařovací láhve (viz obrázek). Sestavu přiklopíme kádinkou a větrníček se bude několik minut otáčet.

Otázka pro žáky:

Proč se větrníček otáčí? (Vzduch, který se zahřáním roztáhl, je lehčí, stoupá vzhůru, tlačí zespoda na větrníček, a tím ho roztáčí. O sklo kádinky se chladí a při stěnách opět klesá dolů a celý koloběh se opakuje, dokud váleček nezchladne.)

Poznámka: Můžeme opět postupovat i tak, že žákům nic nesdělíme, váleček zahřejeme nepozorovaně předem a necháme je hledat příčiny otáčení.

3. obrázek

Horkovzdušný balón

Potřeby - tenkostěnný plastový vak (aspoň 60 l objem) do odpadkového koše, vysoušeč vlasů, tenká plastová lepicí páska.

Provedení: Plastový vak bývá na konci svařen tak, že je jeho plášť několikrát přeložen, a tím má nedostatečný objem. Úprava spočívá v zastřižení, kterým získáme válcový rukáv. Ten na jednom konci tenkou lepenkou slepíme nebo jinak zaslepíme, například svařením. Druhý konec rukávu složíme a slepíme lepenkou tak, abychom získali pytel s otvorem asi o průměru 20 cm. Tímto otvorem naplníme pytel horkým vzduchem z fénu a ihned v okamžiku jeho vypnutí pytel pustíme. Ten se vznese, ale brzy, ochlazením vzduchu uvnitř, se opět snese k zemi.

Otázka pro žáky:

• Proč se pytel vznesl? (Vzduch, který se zahřáním roztáhl, je lehčí než okolní vzduch a pytel proto vyplouvá vzhůru.)

Poznámka: Síla, kterou je „balón" nadnášen, závisí i na teplotě okolního vzduchu. Přesněji řečeno je rozhodující rozdíl teplot vzduchu v balónu a v jeho okolí. Studený vzduch v okolí nadnáší balón lépe, než když má poněkud vyšší teplotu. Proto v přetopené místnosti může být vztlaková síla na vznesení nedostatečná. V takovém případě snižte před pokusem teplotu vzduchu krátkým, ale intenzivním vyvětráním. Při objemu balonu 50 litrů je potřebný rozdíl teplot pro balon o hmotnosti 8 gramů asi 40 OC.

4. obrázek

Heronova sluneční fontána

Potřeby - plastová láhev z čirého materiálu, černý kopírovací papír, zátka se vzduchotěsně zatmelenou dlouhou skleněnou trubičkou, na konci zúženou, zdroj tepelného záření (teplomet, infražárovka nebo běžná žárovka aspoň o výkonu 200 W).

Provedení: Do láhve nalijeme vodu, aby její hladina sahala asi 2 - 3 cm ode dna. Potom do láhve nastrkáme 2 - 3 černé kopírovací papíry, které dobře pohlcují a vyzařují tepelné záření. Láhev zazátkujeme zátkou s trubičkou, která by měla sahat až těsně nad dno. Ozáříme-li láhev tepelným zdrojem, začne ze zúženého ústí trubičky stříkat voda.

Otázka pro žáky:

• Proč z trubičky stříká voda? (Vzduch po zahřátí od papírů a stěn láhve začal více tlačit na vodní hladinu v láhvi a vytlačil vodu trubičkou ven.)

  5. obrázek