proposal

CERN – mesto gde je nastao “Internet”

Prvi World Wide Web Logo (Autor: Robert Cailliau)Prethodnih nekoliko godina imali smo prilike da često slušamo o CERN-u, LHC-u - i "najvećem eksperimentu čovečanstva", ulasku Srbije u punopravno članstvo, akceleratoru, ...
using-a-smartphone-accelerometer

Konkurs Mobilni telefon u fizičkom eksperimentu

Digitalna tehnologija i mediji, zasnovani na upotrebi interneta i mobilnih telefona predstavljaju najpopularniji način komuniciranja u savremenom svetu. Mobilni telefoni su naša svakodnevica, a novi modeli se po svojim mogućnostima ...
odeljenje-za-fiziku-novine

Postani i ti deo nove generacije specijalnog Odeljenja za fiziku u Nišu

Ove godine u Odeljenje za učenike sa posebnim sposobnostima za fizikuGimnazije “Svetozar Marković” u Nišu stiže nova, 17. generacija učenika.Kao i prethodnih godina nastavnici i saradnici Departmana za fiziku PMF-a, u saradnji sa ...
1524133194429

Kvalitet vazduha - boja, ukus i miris?

Kraj prošle i početak ove godine obeležilo je mnogo priče, a može se reći, i straha u javnosti u vezi kvaliteta vazduha u mnogim gradovima širom Srbije. Dok na društvenim ...
mesec-pomracenje-2014

Totalno pomračenje krvavog (super)Meseca - 21. januar 2019

Za sledeću nedelju nebeska mehanika "pripremila" je totalno pomračenje Meseca. Pomračenje počinje 21. januara u 03:36 h po našem vremenu i trajaće sve do 8:48 h. Totalno pomračenje Meseca počinje ...
NH_KEM_JourneyThroughKB_Trajectory_Guo20181031_v2

Razglednica iz ledenih delova Sunčevog sistema

Noćas, dok je veliki deo planete još uvek slavio ili čekao Novu godinu, negde daleko, blizu same granice Sunčevog sistema dešavalo se nešto zanimljivo.Svemirska letelica "Novi horizonti" jutros je oko ...

Od šoljice kafe do olujnog oblaka i nazad

Jako nevreme i katastrofalne poplave koje su sredinom maja pogodile našu zemlju izazvale su ogromnu materijalnu štetu, ali iz ogromne vode “isplivale” su i različite priče i pretpostavke o mogućem veštačkom uticaju na trenutne vremenske prilike i klimu. Najviše se pričalo o antenama i HAARP-u, a priča je otišla toliko daleko da je pokrenuta i peticija za uklanjanje HAARP antena iz Srbije. Ipak, koliko god popularna priča o HAARP-u bila i uprkos činjenici da je analiza HAARP-a izuzetno dobra za posećenost sajta (što je i potvrđeno jednom odličnim tekstom na sajtu “Svet nauke”) tekst koji sledi neće govoriti o tome. Zaključke o HARRP-u i sličnim projektima prepustiću vama. Pisaću o oblacima i olujama, o snazi i energiji kojom ove iznenadne i, nekima, zastrašujuće vremenske prilike raspolažu. A tu priču počeću od…. jedne šoljice jutarnje kafe!

coffe_by_natasha555-d3eugg0Prva pomisao mnogih (posle one “zar već buđenje, još samo pet minuta”)  ujutru je “gde je ta kafa?”.  Nažalost, tu kafu neko mora da skuva a najbolji najbrži način za kuvanje kafe je “kuvalo” (ili kettler). Pretpostavimo da kafu pijete u društvu i da u kuvalo sipate 1 litar vode sa česme (V=1kg). Uključujete u struju i čekate da voda provri. Dok se vi nervirate što kafe još nema struja zagreva grejače,a grejači predaju toplotu (energiju) vodi i zagrevaju je. U jednom trenutku toplota “kida” veze između molekula, voda počinje da ključa i iz kuvala izlazi vodena para (koja ga isključuje).

Dok čekate da voda provri u kuvalu, tj. vodi, odigravaju se dva procesa. Prvi proces je zagrevanje vode sa sobne temperature (npr. t_1=20^oC) na temperaturu ključanja  (t_2=100^oC). Kad temperatura vode dostigne tačku ključanja ona ne provri istog trenutka već se tad odigrava sledeći proces – energija koju voda dobija od kuvala troši se za “kidanje” veza između molekula vode i promenu agregatnog stanja.

Lako možemo da izračunamo koliko je energije potrebno da voda u kuvalu proključa. Formula koja nam to omogućava je:

Q = Q_1 + Q_2

gde je Q_1 – energija potrebna za promenu temperature do tačke ključanja, a Q_2 energija potrebna za promenu agregatnog stanja.

Ove dve evergije (količine toplota) mogu se izračunati primenom jednostavnih formula:

Q_1 = m \cdot c (t_2 - t_1)

gde je m – masa tečnosti, c – specifični toplotni kapacitet, a t_1t_2 – početna i krajnja temperatura. Specifični toplotni kapacitet vode je c=4186 \frac{J}{kg \cdot K}. Ovaj toplotni kapacitet pokazuje koliko je enrgije potrebno za zagrevanje 1 kilograma tačnosti za 1 stepen.

Ako u ovu formulu zamenimo vrednosti iz pomenutog primera kuvanja prve jutarnje kafe dobijamo:

Q_1=1kg\cdot 4186\frac{J}{kg\cdot K}(100^oC-20^oC)

Nakon jednostavnog izračuvananja dobijamo da je energija potrebna za zagrevanje 1 litra vode do tačke ključanja:

Q_1=3.35 \cdot 10^5J

Energija potrebna za promenu agregatnog stanja može da se izračuna na osnovu formule:

Q_2=m \cdot q_i

gde je q_i – specifična toplota isparavanja i za vodu ona iznosi q_i=2260\frac{kJ}{kg}. Ovaj koeficijent daje nam podatak o tome koliko je enrgije potrebno uložiti za prevođenje 1 kilograma tečnosti u gas.

Zamenom brojčanih vrednosti iz našeg primera dobijamo da je:

Q_2=2.26 \cdot 10^6 J

Ukupna energija koja je potrebna da proključa 1 litar vode za kafu u ketleru iznosi:

Q=Q_1+Q_2=2.595 \cdot 10^6 J \approx 2600 kJ

Da bi voda u kuvalu prikupila dovoljno energije i provrela potrebno je neko vreme a to vreme zavisi od jačine grejača kuvala. Pretpostavimo da kuvalo koje koristite ima snagu

P=2kW=2000W=2000\frac{J}{s}.

Prema definiciji snaga je jednaka promeni energije (izvršenom radu) u jedinici vremena, pa tako ovo kuvalo u svakoj sekundi vodi preda 2000 J=2kJ energije. Vreme potrebno da sva voda u kuvalu pređe iz tečnog stanja u paru je:

t=\frac{Q}{P}=\frac{2600kJ}{2kJ/s}=1300 s \approx 20 min.

Srećom, za kuvanje kafe nije potrebno da sva voda provri već da voda počne da ključa pa je ovo vreme mnogo kraće .

Već se sigurno pitate kakve veze prva jutarnja kafa ima veze sa oblakom? Budite strpljivi, saznaćete u sledećih par redova…

800px-Rain_Clouds_over_LiverpoolA sada oblak!

Dok vi pijete vašu prvu jutarnju kafu vodena para koja je nastala u kuvalu, nakon što je voda proključala polako se širi kroz vašu sobu, izlazi kroz prozor i odlazi u atmosferu. “Delići” vodene pare iz vaše kuhinje spajaju se sa sličnim “delićima” iz kuhinje vašeg košije, iz ostalih kuinja u vašoj ulici, u vašem gradu, državi i celom kontinentu. Toj pari priključuje se i voda, zagrejana sunčevom svetlošću, u rekama i jezerima.

Sva ta vodena paras odlazi u atmosferu i tamo formira oblake. Najčešće se oblaci samo šetaju nebom ali često iz oblaka padne kiša. Nastanak kiše u oblacima je proces koji je sličan onom kod kuvanja kafe, jedina razlika je to što se odigrava u drugom smeru – vodena para prelazi u kišne kapi – tečnost i pri tome oslobađa energiju (istu količinu energije koja je bila potrebna da voda proključa).

Pošto je rač o fizički identičnom procesu možemo da izračunamo koliko energije oslobodi jedna popdnevna prolećna kiša. U ovom primeru analiziraćemo samo jedan običan dan, bez vremenskih nepogoda i samo energiju koja se oslobodi u procesu promene agregatnog stanja, tj. kondenzacije vodene pare i nastanka kišnih kapi. Sve ostale oblike energije koji prate kišu i oluju (npr. kinetička energija oblaka, vetar itd) zanemarićemo zbog jednostavnosti.

Vremenska prognoza (NOAA)

Vremenska prognoza (NOAA)

Ako pogledamo vremensku prognozu videćemo da su padavine od otprilike 3 mm kiše za 1 sat normalna pojava i da se dešavaju vrlo često. Količina padavina izražena na ovaj način znači da na površini od 1m^2 u proseku padne vodeni stub visine 3 milimetara. Prevedeno u “razumljivije” jedinice to je 3 litar vode (kiše) po kvadratnom metru površine.

Pretpostavimo i da ta obična prolećna kiša pada u celom Nišu, gradu koji ima površinu od oko S=600 km^2. Ukupna količina kiše koja iz oblaka padne na zemlju u Nišu može da se izračuna množenjem prosečne količine padavina i površine:

V=S*h=600km^2\cdot3mm=1.8\cdot 10^6m^3\approx2\cdot10^9l.

Primećujete da je ovo ogromna količina vode! Na sličan način kao u primeru jutarnje kafe možemo da izračunamo energiju koja je oslobođena tokom kondenzacije vodene pare u kišne kapi. Formula je ista kao i za jutarnju kafu:

Q=m\cdot q_i.

gde je q_i – specifična toplota kondenzacije, koja ima istu brojnu vrednost kao i u primeru kafe. Zamenom brojeva dobijamo:

Q=2\cdot10^9 kg \cdot 2260\frac{kJ}{kg}=4.5\cdot 10^{12}kJ.

Rekli smo da kiša pada 1h (tj. T=3600 s) pa možemo da izračunamo i snagu, koja je (kao i u primeru jutarnje kafe) jednaka:

P=Q/T=\frac{4.5\cdot10^{15}J}{3600s}=1.25\cdot10^{12}W.

Kruženje vode u prirodi

Kruženje vode u prirodi

Da, dobro ste pročitali tokom ovog običnog pljuska nastane snaga od 1.25 biliona vati! Ako vam ova snaga ne deluje mnogo velika podsetiću pomenuću da je ukupna snaga svih izvora energije na zemlji samo malo veća od ove vrednosti – 5.5 biliona vati. Ovo znači da samo jedna obična kiša u jednom gradu izazove promenu energije u atmosferi za koju je potrebno uložiti svu energiju koju čovečanstvo može da proizvede na celoj planeti! Ako bi na isti način izračunali koliko kiše je palo sredinom maja i promenu energije u atmosferi dobili bi još veće vrednosti. Vrednosti koje su nekoliko puta veće od ukupne proizvodnje električne energije na Zemlji.

Šta mislite koliko je je potrebno energije za zagrevanje vode, koliko je kafa potrebno skuvati, da u atmosferu stigne dovoljna zapremina vodene pare koja kondenzacijom može da stvari kišu ovakvih razmera.

Ako mislite da su ekstremne meteorološke promene koje su izazvale strašne poplave u Srbiji, Hrvatskoj i Bosni i Hercegovini izazvane veštački razmislite ponovo. Razmislite ponovo da li verujete u to da čovek može da stvori, kontroliše i upravlja procesima koji svojom snagom i količinom raspoložive energije višestruko prevazilaze mogućnosti čovečanstva u proizvodnji energije. Da bi nečim upravljali prvo morate da budete dovoljno jaki da ga kontrolišete! Razmislite da li verujete da je čovek toliko moćan da upravlja prirodnim procesima čiju snagu ne može da iskoristi ili su u pitanju ipak samo čuda prirode i njena nekontrolisana snaga.

Prijatna kafa!

Reference i više informacija:

(Fotografije: natasha555, Wikipedia, NOAA ARL, HDC)

4 Comments
  1. avatar 09. 06. 2014.
  2. avatar 03. 03. 2015.
  3. avatar 05. 03. 2015.
  4. avatar 25. 08. 2016.

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

%d bloggers like this: