Huvitavad soojusnähtused füüsikas
Sulamine ja tahkumine
Kui aine läheb üle vedelast olekust tahkesse olekusse, siis nimetatakse seda nähtust tahkumiseks ehk kristalliseerumiseks. Näiteks talvel pilvedes tahkuvad veepiisakesed, moodustades jääkristalle ja lumehelbeid. Ka näiteks rasv pannil tahkub, kui panni temperatuur alaneb. Vee jäätumisel veemolekulide vahelised kaugused ja liikumiskiirused vähenevad, molekulid enam ringi liikuda ei saa ja toimub üleminek tahkesse olekusse. Igal ainel on kindel temperatuur, millel toimub üleminek vedelast olekust tahkesse olekusse.
Talviti võib kohata puudel ja elektritraatidel kristallilist härmatist - see on valge sade, mis koosneb peene ehitusega jääkristallidest. Selline härmatis on koheva pitsi taoline, mis raputamisel kergesti maha variseb. Kristalliline härmatis tekib tavaliselt öötundidel selge taeva või õhukeste pilvede ja külma tuulevaikse ilmaga, kui esineb udu või uduvine. Tekib see veeauru muutumisel jääks (sublimeerumisel), kui temperatuur on -11...-25°C. Mõningatel juhtudel võib kristalliline härmatis tekkida udu või uduvineta õhus sisalduva veeauru arvelt.
Teatud tingimustel tekivad aknaklaasidele jäälilled. Ka selles nähtuses muutub veeaur otse jääks. Selleks, et jäälilled aknale tekiks, on vaja külma aknaklaasi ja suurt õhuniiskust toas.
Tahked ained sulavad kindlal temperatuuril - sulamistemperatuuril. Aine sulatamiseks tuleb sellele pidevalt soojust juurde anda. Kõikidel ainetel ja erinevatel tingimustel ei pruugi olla sulamis- ja tahkumistemperatuurid samasugused. Ka vesi võib alla 0°C temperatuuril mitte külmuda, kui see on puhas ja väga sileda pinnaga anumas. Sellist vedelikku, mis on jahutatud alla külmumistemperatuuri ja ei ole muutunud tahkeks, nimetatakse ülijahutatud vedelikuks.
Vaata videoklippi: Keeva vee jäätumine. Kui õhutemperatuur on piisavalt madal, siis võib õhku visatud keev vesi jäätuda hetkega ning langeda maapinnale lumena. Miks on see nii?
Vaata selgitust
Kuum vesi jäätub reeglina kiiremini kui külm vesi. Kui näiteks käreda pakasega viia lumehange kaks anumat, millest ühes on kuum vesi ja teises külm vesi, siis kuum vesi jahtub ja jäätub kiiremini.
Vaata videoklippi: Kuiv jää ja keev vesi: Süsihappegaas on toatingimustel gaas, kuid kui see on jahutatud temperatuurini -79°C, saab gaasist tahke jää - süsihappejää. Kui valada süsihappejääle peale keeva vett temperatuuril +100°C, saab vaadelda huvitavat nähtust: nõiduslik paksu aurupilvega "keemine". Miks selline nähtus tekib?
Vaata selgitust
Süsihappejää aurustub süsihappegaasiks. Kuna süsihappegaas on õhust raskem, siis vajub see allapoole. Tekkiv aur on madala temperatuuriga ja põhjustab õhus leiduva veeauru kondenseerumist, seepärast on tekkiv udu hästi nähtav. Süsihappejääd kasutatakse toiduainete säilitamisel ja transpordil, sest see ei muutu veeks, vaid aurustub. Samas on süsihappejää ohtlik oma madala temperatuuri tõttu - katmata nahale kauemaks sattudes võib see põhjustada naha külmumist.
Vaata videoklippi: Vesi koos pudeliga oli külmkapi sügavkülmas, kuid ei jäätunud seal, vaid muutus ülijahutatud vedelikuks. Vesi jäätub alles pärast pudeli avamist ja vedeliku segamist. Kuidas sellist nähtust seletada?
Selgitus
Selleks, et saada ülijahutatud vedelikku, on vaja väga puhast vett, milles ei ole tolmu jms osakesi, millele saaksid veemolekulid kristalliseeruma hakata. Sellist nähtust on näiteks kogenud inimesed, kes on unustanud poest ostetud ja avamata veepudeli autosse külma ilmaga. Vedelik jahtub alla 0-kraadi, kuid ei muutu jääks. Väike raputus, sõrmega vee katsumine või liivatera veepudelisse puistamine põhjustab kiire silmaga nähtava jäätumisprotsessi. Vesi võib ülijahutatud olekus olla ka temperatuuriga kuni -40 kraadi Celsiuse järgi. Tavalises kraanivees või veekogu vees on alati mingeid osakesi, mis täidavad nö "kristalliseerumistsentrite" ülesannet ja aitavad veel täies ulatuses kristalliseeruda.
***
Foto: Morguefile.com (http://mrg.bz/7kVX2X)
Foto: Morguefile.com (http://mrg.bz/XAk6zW)