V tomto blogovom príspevku sa budeme venovať vedeckému javu rýchleho topenia zmrzliny.


Je horúci letný deň a moja sestra vyberá z mrazničky zmrzlinový kornútok z obchodu so zmiešaným tovarom pred naším domom. Je to blažený kúsok, ktorý vám dá na chvíľu zabudnúť na horúčavu. Sedíte pred televízorom, vychutnávate si chladivý vánok z ventilátora, zahryznete si do zmrzliny a na chvíľu zabudnete na starosti tohto sveta. Ale radosť netrvá dlho. Zmrzlina sa príliš rýchlo roztopí. Jedol som príliš pomaly, pretože som pozeral televíziu? Lepkavá konzistencia zmrzliny, ktorá vám už kvapká na ruky a podlahu, vám dá zabudnúť na vašu krátku, ale intenzívnu eufóriu a vy pocítite určitý pocit zrady.

Prečo sa moja zmrzlina tak rýchlo roztopila? Dôvod, prečo sa zmrzlina topí, nie je zložitý. Všetci vieme, že ľad absorbuje teplo a mení sa na vodu, ale ako sa teplo presúva z okolitého vzduchu do zmrzliny a čo určuje jeho rýchlosť? Spôsoby šírenia tepla sú známe ako vedenie, konvekcia a žiarenie. Pri pohľade na tieto spôsoby môžete zistiť, prečo sa zmrzlina tak rýchlo roztopila.

Počas chladného zimného dňa sa nikomu nechce sedieť na lavičke vonku v parku. Je to pravdepodobne preto, že všetci sme zažili ten pocit chladu. Ak sedíte na studenej lavičke a v ruke držíte ohrievač, ruky máte teplé, ale zadok studený. Vaša ruka sa nepohla, ohrievač rúk sa nepohol. Podobne sa nehýbe ani váš zadok a nehýbe sa ani stolička. Teplo sa však pohybuje, a to sa nazýva vedenie. Vedenie je šírenie vibrácií na atómovej alebo molekulárnej úrovni. Má veľkú energiu, takže keď sa rýchlo vibrujúci atóm zrazí s pomalšie vibrujúcim atómom hneď vedľa neho, odovzdáva energiu, a tak pozorujeme pohyb tepla na makroskopickej úrovni.

Konvekcia využíva rovnaký princíp prenosu energie prostredníctvom zrážok na molekulárnej úrovni, ale líši sa tým, čo sa deje po zrážkach. Konvekcia, ako už názov napovedá, je prúdenie. Kondukcia nemení relatívnu polohu molekúl po ich zrážke, ale konvekcia mení relatívnu polohu častíc po ich zrážke. Zjednodušene povedané, aby sa konvekcia mohla vyskytnúť, látka, ktorá odovzdáva alebo prijíma teplo, musí mať v sebe plyn alebo kvapalinu a tento plyn alebo kvapalina sa musí pohybovať v makroskopickom meradle. Ak napríklad ponoríte ruku do stojatej vody, prevláda kondukcia, zatiaľ čo ak ponoríte ruku do tečúcej vody, prevláda konvekcia. Rýchlosť šírenia tepla je úmerná rozdielu teplôt medzi látkami, ktoré si vymieňajú teplo, a ak je rozdiel teplôt rovnaký, konvekcia sa bude šíriť rýchlejšie ako vedenie. Preto sa tečúca voda často používa ako prvá pomoc pri vážnych popáleninách horúcimi predmetmi.

Pravdepodobne ste už videli špeciálne efekty ohnivého stĺpa, ktoré sa často používajú pri bojových umeniach, profesionálnom wrestlingu alebo pri vstupe bojovníka do zápasu, prípadne pri elektrizujúcej atmosfére na koncerte. Keď sa tento plameň rozhorí, môžete cítiť, ako sa vám okamžite zohreje tvár, hoci medzi miestom, kde sedíte, a pódiom je pomerne veľká vzdialenosť. Ale hneď ako plamene utíchnu, tvár sa ochladí. Nie je to vedenie ani konvekcia, pretože vzdialenosť nie je taká, aby sa atómy alebo molekuly mohli dotýkať. Nazýva sa to žiarenie. Sálanie je prenos tepla pomocou elektromagnetických vĺn, napríklad svetla. Všetky objekty vyžarujú rôzne typy elektromagnetických vĺn s rôznou intenzitou v závislosti od ich teploty a povrchových podmienok a zároveň absorbujú elektromagnetické vlny vyžarované objektmi v ich okolí. Tieto elektromagnetické vlny obsahujú energiu a rozdiel medzi množstvom, ktoré absorbujú, a množstvom, ktoré vyžarujú, je spôsob, akým sa prenáša teplo. V uvedenom príklade sa teplo prenáša na tvár, pretože elektromagnetické vlny prenášané na tvár z ohnivého stĺpa majú viac energie ako elektromagnetické vlny vysielané tvárou.

Teplo sa šíri vedením, konvekciou a sálaním rôznymi spôsobmi a ovplyvňuje náš život mnohými spôsobmi. Ohnivý stĺp, lekárnička na popáleniny alebo studená lavica sú príkladmi prenosu tepla. Na základe uvedených príkladov, ako sa teplo šíri, je dôvodom, prečo sa moja zmrzlina tak rýchlo roztopila, pravdepodobne konvekcia spôsobená vetrom ventilátora. Keď nefúka vietor od ventilátora, pri prenose tepla medzi zmrzlinou a okolitým vzduchom prevláda kondukcia, ale keď fúka vietor, prevláda konvekcia. Preto je prenos tepla rýchlejší a zmrzlina sa rýchlejšie topí. Keby som nejedol pred ventilátorom, moja šťastná hodina by bola neprerušená. Najprv sa idem upratať a potom napíšem sestre, aby mi večer priniesla zmrzlinu s kopčekom.