Vylezieš z bazéna a zafúka vetrík. Brrr! Je ti zima, hoci je teplý letný deň.

Prečo? Voda na tvojej koži sa potichu mení na plyn a odlieta preč. Berie so sebou aj kúsok tvojho tepla. Poďme zistiť, ako to funguje.

Pevná látka, kvapalina, alebo plyn?

Všetko okolo teba je z drobných čiastočiek, ktoré sú príliš malé na to, aby sa dali uvidieť. Skladajú sa z atómov. Jednu čiastočku vody tvoria napríklad tri atómy pospájané dokopy.

Tieto čiastočky nikdy nie sú v pokoji. Neustále sa chvejú a čím je niečo teplejšie, tým rýchlejšie sa chvejú. Práve to nám prezrádza teplota.

Od toho, ako sa čiastočky pohybujú, závisí, aká je látka:

  • V pevnej látke, napríklad v ľade, sa čiastočky pevne držia jedna druhej. Môžu sa len chvieť na mieste.
  • V kvapaline, napríklad vo vode, zostávajú blízko pri sebe, ale kĺžu sa jedna popri druhej. Preto voda tečie.
  • V plyne, napríklad vo vzduchu, voľne poletujú ďaleko od seba.

Pevná látka, kvapalina a plyn sú tri skupenstvá látok. Voda môže byť vo všetkých troch: ako ľad, ako tekutá voda aj ako vodná para. Vodná para je plyn a je neviditeľná.

Voda ako pevná látka, kvapalina a plyn Tri škatule s čiastočkami vody. V ľade, teda v pevnej látke, sedia čiastočky v úhľadných radoch. V tekutej vode sú blízko pri sebe, ale neusporiadané. Vo vodnej pare, teda v plyne, poletuje niekoľko čiastočiek ďaleko od seba rôznymi smermi. Šípka dole ukazuje, že pridávaním tepla sa ľad mení na vodu a voda na paru. pevná látka kvapalina plyn ľad voda vodná para pridávame teplo
Tie isté čiastočky vody v troch skupenstvách. V ľade sedia v úhľadných radoch, v tekutej vode sa kĺžu popri sebe a vo vodnej pare lietajú ďaleko od seba.

Čo je vyparovanie?

Predstav si, že vidíš čiastočky na hladine mláky. Neustále do seba narážajú a strkajú sa. Občas niektorá z nich dostane taký silný štuchanec, že sa odtrhne od susedov. Vyletí do vzduchu ako čiastočka plynu.

Tomuto pomalému unikaniu hovoríme vyparovanie. Čiastočka po čiastočke sa celá mláka zmení na vodnú paru a rozptýli sa vo vzduchu. Voda sa vyparuje pri akejkoľvek teplote, takže aj v chladný deň mláky a mokrá bielizeň pomaly vysychajú.

Prečo vyparovanie ochladzuje?

Uniknúť dokážu len najrýchlejšie čiastočky. Keď odletia, vezmú so sebou aj svoju energiu. Pomalšie čiastočky zostanú – a pomalšie čiastočky znamenajú nižšiu teplotu. Voda, ktorá zostala, sa preto ochladí.

Ochladená voda potom berie teplo zo všetkého, čoho sa dotýka, napríklad z tvojej kože. Vyparovanie nasáva teplo z okolia, podobne ako špongia nasáva vodu. Takto veci ochladzuje.

Toto ochladzovanie môžeš cítiť na mnohých miestach:

  • Pot. Keď beháš a hráš sa, tvoje telo sa potí. Pot sa vyparuje a odnáša teplo z tvojej kože. Vďaka tomu sa neprehreješ.
  • Mokré plavky vo vetre. Vietor odfukuje vodnú paru, a tak sa voda vyparuje rýchlejšie. Preto sa po kúpaní vo veterný deň trasieš od zimy.
  • Hlinený džbán. V horúcich krajinách ľudia uchovávajú pitnú vodu v džbánoch z neglazovanej hliny. Trocha vody presakuje cez hlinu a vyparuje sa z povrchu džbánu. Voda vo vnútri tak zostáva chladná aj bez chladničky.

Vyskúšaj to: navlhči si chrbát jednej ruky a druhú ruku nechaj suchú. Jemne fúkaj na obe. Mokrá ruka bude oveľa chladnejšia.

Vyparovanie, alebo var?

Keď sa voda v hrnci zohrieva, vyparuje sa čoraz rýchlejšie. Potom sa pri teplote okolo 100 °C stane niečo nové. Hlboko vo vode vznikajú bubliny vodnej pary a uháňajú nahor. Tomu hovoríme var.

Vyparovanie je pomalé. Deje sa pri akejkoľvek teplote, ale len na hladine. Var je rýchly a deje sa v celej kvapaline – no len vtedy, keď je dosť horúca. Tejto teplote sa hovorí bod varu.

Čo je kondenzácia?

Vyparovanie môže prebiehať aj naopak. Keď sa vodná para dotkne niečoho studeného, jej čiastočky sa spomalia a znova sa k sebe prilepia. Zmenia sa späť na drobné kvapôčky vody. Tomu hovoríme kondenzácia alebo skvapalňovanie.

Určite to poznáš:

  • Pohár studenej limonády sa v teplý deň zvonka orosí. Tá voda pochádza zo vzduchu, nie z pohára!
  • Ráno býva tráva pokrytá rosou. V noci sa tráva ochladila a vodná para zo vzduchu na nej skondenzovala.
  • Po horúcej sprche sa zahmlí zrkadlo v kúpeľni.

A teraz to najdôležitejšie: kondenzácia vráti všetko teplo, ktoré vyparovanie predtým nasalo. Zohreje teda všetko, na čom vodná para kondenzuje.

Vyparovanie ochladzuje, kondenzácia zohrieva Vľavo: kvapka vody na koži. Čiastočky vody vyletujú z kvapky nahor a červené šípky ukazujú, že teplo prechádza z kože do kvapky, takže koža sa ochladzuje. Vpravo: pohár studenej vody s kockami ľadu. Čiastočky vodnej pary zo vzduchu sa blížia k poháru a na jeho vonkajšej strane vytvárajú kvapky. Červené šípky ukazujú, že teplo prechádza do pohára, takže sa pohár zohrieva. vyparovanie koža nasáva teplo kondenzácia vracia teplo
Vyparujúca sa voda nasáva teplo, a tak ochladzuje tvoju kožu. Kondenzujúca vodná para to teplo vracia, a tak zohrieva studený pohár.

Tajomstvo chladničiek a tepelných čerpadiel

Vyparovanie na jednom mieste teplo nasaje. Kondenzácia ho na inom mieste odovzdá. Keď ich spojíš, môžeš prenášať teplo z jedného miesta na druhé!

Presne to robí chladnička. Jej trubkami prúdi zvláštna kvapalina, ktorá sa volá chladivo. Vo vnútri chladničky sa vyparuje a nasáva teplo z jedla. Potom kondenzuje v trubkách vzadu alebo v bokoch a to teplo odovzdáva do kuchyne.

Preto býva zapnutá chladnička vzadu alebo na bokoch často teplá. Rovnaký trik používajú aj klimatizácie a tepelné čerpadlá, keď chladia alebo vykurujú celé domy.

Poďme hlbšie: Skryté teplo pre dospelých a extra zvedavých

Teplo, ktoré sa pri vyparovaní spotrebuje a pri kondenzácii zasa uvoľní, sa volá skupenské teplo. Hovorí sa mu aj latentné, teda skryté teplo, lebo nemení teplotu. Voda vriaca v hrnci má stále 100 °C, hoci ju sporák ďalej zohrieva. Všetko to teplo ide na odtrhávanie čiastočiek od seba.

A je ho naozaj veľa. Na zohriatie 1 kg vody z 0 °C na 100 °C treba asi 420 kilojoulov (kJ):

Q=m⋅c⋅Δt=1 kg⋅4,19 kJkg ⋅ ∘C⋅100 ∘C≐420 kJQ = m \cdot c \cdot \Delta t = 1\ \text{kg} \cdot 4{,}19\ \tfrac{\text{kJ}}{\text{kg}\,\cdot\,{}^\circ\text{C}} \cdot 100\ {}^\circ\text{C} \doteq 420\ \text{kJ}

Tu QQ je teplo, mm je hmotnosť vody, cc je jej merná tepelná kapacita (koľko tepla potrebuje 1 kg vody, aby sa zohrial o 1 °C) a Δt\Delta t je, o koľko sa voda zohreje.

Premeniť ten istý kilogram vriacej vody na paru si vyžiada asi 2 260 kJ – viac ako päťkrát toľko:

Q=m⋅L=1 kg⋅2 260 kJkg=2 260 kJQ = m \cdot L = 1\ \text{kg} \cdot 2\,260\ \tfrac{\text{kJ}}{\text{kg}} = 2\,260\ \text{kJ}

LL je merné skupenské teplo varu vody pri 100 °C. Keď para znova skondenzuje, tých istých 2 260 kJ sa uvoľní. Preto je popálenie parou také vážne: koža najprv dostane skupenské teplo a až potom teplo horúcej vody.

Rovnako funguje potenie. Keď sa z kože vyparí liter potu, odnesie z tela asi 2 400 kJ, lebo pri teplote kože je skupenské teplo ešte o trochu väčšie.

Podobne je to aj s topením. Na roztopenie 1 kg ľadu s teplotou 0 °C treba asi 334 kJ a pri zamŕzaní sa tých 334 kJ zasa uvoľní.

Poďme hlbšie: Kde je obrázok s unikajúcimi čiastočkami príliš jednoduchý pre dospelých a extra zvedavých
  • Čiastočky sa nerozhodujú, že odídu. Narážajú do seba náhodne. Občas čiastočka na hladine dostane taký silný štuchanec, že prekoná príťažlivosť svojich susedov.
  • Čiastočky vodnej pary zo vzduchu zároveň dopadajú na vodu a zostávajú v nej. Mláka vysychá len dovtedy, kým viac čiastočiek odlieta, ako prilieta. Vo veľmi vlhkom vzduchu sú oba toky takmer vyrovnané. Veci potom schnú pomaly a pot ťa v dusnom počasí takmer neochladí.
  • Podľa obrázka s ihriskom by sa zvyšná voda ochladzovala donekonečna. V skutočnosti sa ochladzuje len dovtedy, kým teplo prichádzajúce z okolia nevyrovná teplo, ktoré odnášajú unikajúce čiastočky.

Over sa

Prečo ti je v mokrých plavkách vo veterný deň zima?

Ukáž odpoveď

Voda na koži sa vyparuje a berie teplo z tvojho tela — Vyparujúca sa voda nasáva teplo z tvojej kože. Vietor odfukuje vodnú paru, takže sa voda vyparuje ešte rýchlejšie.

Over sa

Odkiaľ sa berú kvapky na vonkajšej strane pohára so studenou limonádou?

Ukáž odpoveď

Vodná para zo vzduchu skondenzuje na studenom pohári — Vzduch okolo nás vždy obsahuje trochu neviditeľnej vodnej pary. Keď sa dotkne studeného pohára, skondenzuje na drobné kvapôčky.