Sbírka fyzikálních pokusů

Var vody s ledem

Pokus číslo: 2189

• Cíl pokusu

  Cílem pokusu je ukázat, že led a voda mají špatnou tepelnou vodivost. Tento fakt budeme demonstrovat tím, že ve zkumavce, ve které je led, uvaříme vodu, aniž by všechen led roztál.

• Teorie

  Voda i led mají špatnou tepelnou vodivost – součinitel tepelné vodivosti je pro vodu 0,6 W·m^-1·K^-1 a pro led 2,2 W·m^-1·K^-1, zatímco například pro měď je to 386 W·m^-1·K^-1. Zahříváme-li zkumavku naplněnou ledem na jejím horním okraji, rozpustíme tedy led pouze v části nad plamenem – mimo místo zahřívání led zvyšuje svoji teplotu jen velmi pomalu. Než se tedy všechen led rozpustí, bude se voda nad plamenem vařit.

• Pomůcky

  • zkumavka s ledem
  • kahan
  • stojan či držák na zkumavku

• Postup

  1. V mrazáku si necháme zmrznout vodu ve zkumavce.

  2. Zkumavku s ledem umístíme do držáku šikmo vůči zemi.

  3. Kahan umístíme tak, aby jeho plamen ohříval horní část zkumavky (viz obr. 1).

  4. Kahan zapálíme a pozorujeme experiment.

  

• Vzorový výsledek

  Níže uvedené video zachycuje vzorový výsledek pokusu.

• Technické poznámky

  • Při přípravě ledu napustíme vodu do zkumavky a umístíme do mrazáku. Existuje sice riziko, že zkumavka praskne, ale autorům sbírky se tento postup osvědčil, aniž by došlo ke zničení jediného kusu.

  • Přesto doporučujeme dát zamrazit několik zkumavek, pokud bychom chtěli pokus opakovat, případně pokud by došlo k prasknutí skla.

  • Lze použít také led samostatně vložený do zkumavky a zalitý vodou; v takovém případě je ale třeba využít vychlazenou vodu, jinak led roztaje dříve, než stihneme vodu zvařit (případně pokus vůbec zahájit).

• Metodické poznámky

  Tento pokus lze postavit jako protipříklad klasicky vyučované představy, že když pevnou látku zahříváme, zvýší postupně svoji teplotu na teplotu tání, následně za stálé teploty změní své skupenství a teprve poté začne zvyšovat svoji teplotu, nyní již jako kapalina.

  Tento model ovšem předpokládá, že teplotu látky zvyšujeme v celém jejím objemu rovnoměrně, tedy že je látka v každém okamžiku v rovnováze, ve stavu, kdy jsou všechny jeho části charakterizovány jedinou teplotou. Je evidentní, že při bodovém zahřívání v daném místě zkumavky není tato podmínka splněna a náš systém se stává velmi teplotně nehomogenním.

• Komentář

  Podobný efekt, který neuvažuje skupenskou přeměnu, ale demonstruje teplotní rozdíly vzniklé v zahřívané kapalině, představuje Vaření vody shora.