Jak funguje kapesní ohříváček?
Akumulátor latentního tepla – kapesní ohříváček – je předmět, který je schopen pohlcovat tepelnou energii a nějakou dobu ji v sobě (s minimálními ztrátami) i ukládat a následně zase uvolňovat. Trik spočívá v použití materiálů, které při přechodu mezi pevným a kapalným stavem (tedy k tání svých krystalů) potřebují relativně velké množství tepla.
Teoreticky se dají ke skladování energie (a následné využití latentního tepla, uvolňujícího se při fázových přechodech) používat všechna tři skupenství hmoty – jak pevné, tak kapalné nebo plynné. Použití plynu je ale pro daný účel nepraktické – je totiž spojeno s velkým navýšením objemu.
Zatímco má jeden mol látky (v praxi to bývá několik desítek gramů) v pevném skupenství relativně malý objem, v plynném skupenství má jeden mol látky objem 22,4 litrů. Nikdo z nás nejspíš nemá tak velké kapsy…
MolJeden mol je takové množství látky, které obsahuje stejné množství atomů, jako 12 gramů běžného uhlíku (izotopu C-12), říká definice. V praxi to znamená, že jeden mol dané látky má hmotnost odpovídající hmotnosti jeho molekuly. Každý mol obsahuje 6,022140857x10^23 atomů. Jeden mol látky má v plynném skupenství objem 22,414 litrů. |
Trocha chemie
Chemické reakce, které v ohříváčku probíhají, jsou vratné – předmět se dá proto použít opakovaně. Jeho životnost je zpravidla omezena životností obalu, ve kterém je uložena aktivní náplň.
Při nabíjení obsahu kapesního ohříváčku (akumulátoru latentního tepla) tají speciální soli nebo parafiny, které tvoří náplň ohříváčku. Při tání absorbují velké množství energie.
Typický aktivní obsah bývá tvořen trihydrátem octanu sodného (CH3COONa · 3 H2O).
Při pokojové teplotě se tato sůl rozpouští ve vodě jen pomalu. Při zahřátí ve vroucí vodě, probíhá ale proces daleko ochotněji a rychleji.
Při „nabíjení“ polštářku energií je potřeba rozpustit úplně všechny krystaly. Ty, které by zbyly, by totiž tvořily krystalizační centra, na kterých se okamžitě (už během ochlazování na pokojovou teplotu po vyjmutí z vroucí vody) začnou tvořit nové krystaly – a to není žádoucí.
Po rozpuštění a vychladnutí všech krystalů se uplatní zajímavý jev: octan zůstane rozpuštěný. Nedochází k automatické krystalizaci tak, jak by tomu bylo například u rozpuštěné kuchyňské soli.
K rychlé krystalizaci dochází až tehdy, když roztok dostane speciální vnější podnět. Běžně to bývá „lupnutí“ malé kovové destičky, která u podobných akumulátorů plave uvnitř roztoku. Lupnutí vytvoří první krystalizační centrum. Aktivní látka se pak už postará o zbytek. Vytváří nové a nové krystaly.
CH3COO— (kapalina) + Na+ (kapalina) ———> CH3COONa · 3 H2O (pevná látka) + teplo
Při tání krystalů se v horké vodní lázni pohlcovala energie – při opětovné krystalizaci se tedy tato energie musí zase uvolnit. Ohříváček může dosáhnout až 58 °C.
Jak probíhá krystalizace?
Nejprve se vytváří krystalická mřížka octanu sodného, zatímco molekuly vody jsou zatím volně pohyblivé. Postupně ale nacházejí místa, kam se mohou v mřížce uložit. Dipóly molekul vody se ukládají určitým daným vektorovým způsobem, přitom se snižuje jejich potenciální energie a dochází k předávání tepla. Vodní molekuly tím tvoří vlastně jakousi mřížku uvnitř krystalické mřížky octanu.
Naopak při ohřívání kapesního akumulátoru se nejprve ničí vodní „krystalové uspořádání“ a uvolňuje se voda. V této teplé vodě pak při 58 °C taje i samotný octan.
Část latentního tepla, které je v nabitém polštářku schované, tak tvoří teplo, které se vytváří při tání bezvodého octanu - a druhou, velice významnou část tvoří teplo, uvolněné při zabudovávání molekul vody do krystalické mřížky octanu.
Další možnosti k využití
Moderní akumulátory latentního tepla se mimochodem nepoužívají jen v kapsách k ohřívání rukou. Různé materiály, které mají podobné vlastnosti jako výše popisovaný octan, se používají ve stavebnictví, gastronomii, tepelných solárních panelech nebo jako předehřívače některých motorů.
Podobným způsobem by se daly v zimě ohřívat dokonce domy.
Malý domek s obytnou plochou 89 m2 by vyhřál akumulátor s objemem kolem 200 m3. V létě by se mohl nabíjet a v zimě by své teplo odevzdával. Projekt samozřejmě není moc elegantní – už kvůli objemu potřebného aktivního media. Nedaleko německého Augsburgu se ovšem podobným způsobem experimentálně vytápěla škola. V nedaleké spalovně se akumulátory nabíjely, převážely se do školy, kde své teplo odevzdávaly.
Je docela možné, že se časem dočkáme i dalších zajímavých využití všude tam, kde je produkován odpad s vyšší teplotou.
Je tekutina v ohříváčku zdraví škodlivá?
Pokud se váš kapesní ohříváček poškodí a jeho obsah vyteče, nemusíte z něj mít strach. Aktivní sloučenina je neškodná, navíc je dobře rozpustná ve vodě. Dá se proto pohodlně setřít nebo vyprat.
Dana Tenzler
Co způsobuje barvu minerálů (4) - klamání tělem a přibarvování reality
Poslední část malého blogového seriálu o tom, proč jsou vlastně horniny barevné a proč je zbarvení minerálů podobné chování třídy plné dětí.
Dana Tenzler
Co způsobuje barvu minerálů (3) - co nutí děti zlobit?
Když rozebereme případ dětí z úplně zlobivé třídy (idiochromatismus - název si můžete zapamatovat podle toho, že se z takových dětí člověk musí zbláznit), zjistíme, že mají ke zlobení (a minerály k zabarvení) jen několik důvodů.
Dana Tenzler
Co způsobuje barvu minerálů (2) - proč jsou vlastně děti zlobivé?
V tomto díle blogového seriálu o barvě minerálů se dozvíte, kdo nebo co způsobuje tzv. alochromatismus, idiochromatismus a pseudochromatismus. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Co způsobuje barvu minerálů a hornin? (1)
Zamysleli jste se někdy nad tím, odkud berou minerály a horniny svou barvu? Vysvětlení barvy minerálů se dá překvapivě vysvětlit dynamikou žáků ve školní třídě. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Proč nevidíme cizí civilizace - vysvětlení geologa (2)
Ze svých zkušeností s vývojem života na Zemi odhadujeme možnosti vývoje na cizích planetách. Jednotlivé specifikace planet z pohledu geologa. Kde se může život vyvíjet nejrychleji? (délka blogu 4 min.)
Další články autora |
Atentát na Fica. Slovenského premiéra postřelili
Slovenského premiéra Roberta Fica ve středu postřelili. K incidentu došlo v obci Handlová před...
Fico je po operaci při vědomí. Ministr vnitra mluví o občanské válce
Slovenský premiér Robert Fico, který byl terčem atentátu, je po operaci při vědomí. S odkazem na...
Fica čekají nejtěžší hodiny, od smrti ho dělily centimetry, řekl Pellegrini
Zdravotní stav slovenského premiéra Roberta Fica je stabilizovaný, ale nadále vážný, řekl po...
Pozdrav z lůžka. Expert Antoš posílá po srážce s autem palec nahoru
Hokejový expert České televize Milan Antoš, kterého v neděli na cestě z O2 areny srazilo auto, se...
Drahé a rezavé, řeší Ukrajinci zbraně z Česka. Ani nezaplatili, brání se firma
Premium České zbrojařské firmy patří dlouhou dobu mezi klíčové dodavatele pro ukrajinskou armádu i tamní...
Vrtulník íránského prezidenta havaroval v mlze, záchranáři po něm pátrají
Aktualizujeme Na severozápadě Íránu pokračuje rozsáhlá záchranná operace poté, co zde zmizel vrtulník s íránským...
V Maďarsku havaroval na Dunaji motorový člun. Dva lidé zemřeli, pět se pohřešuje
Dva lidé zemřeli při lodní nehodě na řece Dunaj severně od maďarské metropole Budapešti, uvedla v...
Obrat. Neučte už sporné teorie o 72 pohlavích, instruuje britská vláda školy
Britská vláda představila nové pokyny pro sexuální výchovu. Vyzývá v nich školy, aby přestaly učit...
Armáda pošle miliardy „do luftu“. Kbely dostanou novou věž a dopravní letadla
Armádní letectvo získá o téměř devatenáct miliard korun víc pro následující čtyři roky, než bylo...
Rozdáváme samoopalovací fluid ZDARMA
Toužíte po dokonalé letní barvičce bez rizika spálení? Vyzkoušejte lehký přírodní samoopalovací krém na obličej i tělo od Manufaktury. Zapojte se...
- Počet článků 976
- Celková karma 19,37
- Průměrná čtenost 1320x