Tajemství meče krále Artuše
4. 11. 2009
Dávná legenda praví, že ten, kdo vytáhne slavný meč Excalibur z jeho kamenné pochvy, stane se podle práva i rodem králem Anglie. Michael se rozhodnul, že napoví mladému Artušovi. Vysvětlí, co je to přenos tepla, a čím jej lze ovlivnit. Ukáže také několik experimentů, na kterých svá tvrzení dokáže. Podaří se tedy Artušovi meč nakonec vytáhnout a bude to on, na koho čeká osud i celá Anglie?
Tereza: Toto je mladý Artuš, krásný a silný. A na svůj věk talentovaný a moudrý. Přišel na místo, kde před ním své štěstí marně pokoušeli už mnozí rytíři, toužící po anglickém trůnu.
Filip:(jako Merlin)
Dávná legenda praví, že ten, kdo vytáhne tento meč z jeho kamenné pochvy, stane se podle práva i rodem králem Anglie.
Tereza:Podaří se Artušovi meč nakonec vytáhnout a bude to on, na koho čeká osud i celá Anglie?
O 1500 let později
Michael: Rychle!
Filip: Br. To je zima, to je zima. Teplé letní dny jsou u konce a zima se už hlásí o slovo.
Michael: A k tomu se hodí téma dnešního experimentu – přenos tepla. Základní, avšak důležitý fyzikální proces.
Filip: Určitě to znáte. Ten proces používáme například při zahřátí. Hm, teplý čaj…
Michael: Všechno se to týká přenosu tepelné energie mezi sousedními molekulami nebo atomy látky, což je dáno rozdílem teplot. A tepelná energie vždy cestuje z místa s vyšší teplotou do místa s teplotou nižší.
Filip: Některé předměty v této místnost se zdají být teplejší, nebo naopak chladnější. Například tento kobereček já vnímám jako teplejší než dlaždici. To mi říká selský rozum. Ale ve skutečnosti mají stejnou teplotu.
Michael: To, jak teplé nebo chladné něco cítíme, souvisí nejen s jeho skutečnou teplotou, ale i s tepelnou vodivostí předmětu.
Filip: Tepelná vodivost, to je schopnost tohohle malého koberečku přenést teplo na mou dlaň a naopak.
Michael: Thus metal and wood of the same temperature will feel very differently, because metal is a good thermal conductor and is therefore taking heat away from my hand faster than wood, which is a poor thermal conductor and feels warm in my hand.
Kov a dřevo se stejnou teplotou budeme vnímat velice rozdílně, protože kov je dobrý tepelný vodič, a tak teplo odebírá z mé dlaně rychleji než dřevo, které je špatným tepelným vodičem, a proto ho ve své dlani vnímám jako teplé.
Filip: Ale co rozdíl teplot v těchto předmětech způsobuje?
Michael: Filipe, to je dobrá, správná vědecká otázka. A odpověď na ni je ukryta ve stavbě látky.
Tereza: Kov tvoří spousta atomů, které jsou nahuštěny na sebe. Když zahřejeme jeden konec kovového předmětu, tepelná energie se rychle předává díky velice malé vzdálenosti mezi atomy.
Filip: Atomy kovu také dovolují svým elektronům, aby se pohybovaly mezi sousedními atomy. Pomáhá to nejen tepelné vodivosti, ale je to i příčinou elektrické vodivosti kovů. Proto jsou elektrické vodiče zároveň dobrými vodiči tepla.
Tereza: Hmota dřeva je naopak plná děr a spár mezi dlouhými řetězci molekul celulózy – polymerů cukru. Proto tepelná energie dřevem proniká obtížněji.
Filip: Kovy mají velmi dobrou tepelnou vodivost. A proto je často používám v kuchyni. Naopak dřevo vede teplo velmi špatně. A proto se nespálím. Tutéž vlastnost mají také plasty.
Michael: Už jsme vám objasnili, že různé látky mají rozdílnou tepelnou vodivost. Ovšem tohle je Michaelův experiment a já neočekávám, že inteligentní lidé, jako jste vy doma, jen tak prostě uvěří tomu, co říkáme my.
Filip: Chápeme, že vás, vědce – amatéry, by jistě uspokojilo, kdybychom vás o tomto jevu přesvědčili experimentem.
Michael: Jdeme na věc.
Tereza: Vyrobili jsme si improvizovaný držák. Prvním pokusným objektem je hliníkový tácek. Pomocí několika kapek roztaveného vosku jej přilepíme k hornímu ráhnu držáku.
Michael: Je to tam. A teď papírový …
Tereza: Stejnou technologií upevňujeme k držáku druhý testovací předmět – tácek papírový.
Michael: Our two different materials are both hanging on a strength of a little bit of candle wax, equidistant from our source of heat down here.
Obě rozdílné látky visí díky síle vosku a jsou stejně vzdálené od zdroje tepla zde dole.
Filip: Tak co myslíte, který z těchto materiálů povede teplo nejrychleji, uvolní vosk ze svíček a spadne ze stojanu jako první?
Michael: Let the experiment begin!
Zahajme pokus!
Michael: Který myslíš, že bude první?
Filip: Aj,… a je to tam. … A o fous.
Michael: O fous.
Tereza: Rozpustit voskové přichycení k držáku se podařilo nejdříve hliníkovému tácku. Teprve poté byl také papír dost zahřátý na to, aby se uvolnil od vosku.
Filip: Ale tepelnou vodivost neurčuje pouze stavba látek, ale také jejich barva.
Michael: Ano. Bílé předměty odrážejí světlo včetně infračerveného. To je zdrojem tepelné energie. Zatímco černé předměty pohlcují teplo mnohem účinněji.
Filip: Vzali jsme si naše dva hliníkové tácky. Jeden jsme nastříkali na černo a druhý na bílo. A teď si náš pokus zopakujeme. Začneme s bílou.
Michael: A teď – černá.
Tereza: Pár kapek vosku přichycuje k držáku oba tácky.
Filip: Tato strana je bílá … a tato je černá.
Tereza: A znovu zapalujeme našich deset svíček coby zdroje tepla.
Michael: Bílý nebo černý?
Filip: No, jako vědec amatér tipuji černou.
Filip: Fuj, to jsem se lekl.
Tereza: Názorně jste viděli, že černá barva pohlcuje více tepla. Proto se černý tácek rychleji zahřál a roztavil vosk.
Filip: Je to jako se světlými a tmavými předměty na poledním slunci.
Tereza: Mladý Artuš se s nově získanými vědomostmi o tepelné vodivosti vrací ke kouzelnému meči. Nejprve meč obarvil na temno, aby rychleji přijímal teplo. Meč i kámen rozpálil ohněm. Obě látky se teplem roztahují.
Tereza: Kovový meč se však rychleji ochladí, a tedy zmenší svůj objem. Pak už bylo snadné vytáhnout jej z kamenného sevření. Artuš se mohl stát anglickým králem.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough