Zadanie

Teta Tete teraz teatrálne testuje teleportačné tepelné teórie. Sedí v miestnosti F1-229, kde je príjemne teplo. Vtom sa znenazdajky v miestnosti zjaví pomerne veľká tehla ľadu. Prečo Tete pociťuje chlad zo smeru, kde sa zjavila tehla ľadu, ešte skôr, než sa vzduch v miestnosti stihne ochladiť? Tete sedí v tesnej blízkosti zjavivšej sa tehly, ale nedotýka sa jej.

Najprv si v krátkosti vysvetlíme, ako funguje šírenie tepla. Šírenie tepla prebieha medzi dvomi telesami s rozdielnou teplotou tak, že teplejšie teleso odovzdáva časť svojej tepelnej energie chladnejšiemu. Toto sa môže diať tromi rôznymi spôsobmi:

  • vedením tepla (čiže kondukciou)
  • prúdením teplom spolu s hmotou (čiže konvekciou)
  • alebo žiarením (teda radiáciou).

Vedenie tepla prebieha vtedy, keď sú častice hmoty v priamom kontakte. Keďže tuhé látky sú podstatne hustejšie ako kvapaliny a plyny, je u nich je tento typ prenosu tepla obvykle najvýraznejší. Prúdenie tepla prebieha v kvapalinách a plynoch. Je to proces, pri ktorom teplejšie molekuly tekutiny stúpajú hore, keďže majú nižšiu hustotu v porovnaní s okolitými molekulami.

Pri prenose tepla radiáciou prenášajú teplo elektromagnetické vlny1, ktoré vyžaruje každé teleso s teplotou väčšou ako \(\SI{0}{\kelvin}\). Čím väčšia je teplota telesa, tým väčšie množstvo energie vo forme elektromagnetických vĺn vyžaruje. Na rozdiel od predošlých dvoch spôsobov tento typ prenosu tepla nepotrebuje žiadne médium, ktoré by energiu prenášalo, čiže funguje aj v vákuu.

Čo sa teda stane, keď umiestnime ľadovú kocku do stredu miestnosti? V skutočnosti prebiehajú všetky tri spôsoby šírenia tepla. Vedenie tepla prebieha medzi kockou ľadu a maličkou časťou vzduchových molekúl, ktoré sú v priamom kontakte s kockou ľadu. Keďže tieto molekuly odovzdávajú svoje teplo kocke, stávajú sa chladnejšími oproti zvyšným vzduchovým molekulám. Chladnejšie molekuly klesajú dolu a teplejšie molekuly ich nahrádzajú, čiže začne prebiehať prúdenie tepla. Chladný vzduch postupne dôjde až k Tete, ktorá bude odovzdávať svoje teplo chladnejším časticiam, s ktorými je v kontakte, a teda bude pociťovať chlad.

V zadaní sa však pýtame, prečo pociťuje Tete chlad ešte skôr, ako sa vzduch v miestnosti ochladí. Kombinácia predošlých dvoch spôsobov to teda nemôže byť, keďže tam ide práve o ochladený vzduch. Ostáva nám teda posledná možnosť: tepelné žiarenie, ktoré je v porovnaní s vedením a prúdením tepla výrazne rýchlejšie, pretože elektromagnetické vlny sa šíria rýchlosťou svetla.

Izbová teplota je izbová práve preto, že sa v nej ľudia cítia príjemne – súčet všetkých spôsobov prenosu tepla je práve taký, aby vyrovnal tepelný výkon človeka v pokoji. Pred zjavením kocky mali všetky objekty v miestnosti a aj jej steny izbovú teplotu, a teda vyžarovali do svojho okolia určitý výkon a Tete sa cítila príjemne. S kockou ľadu v miestnosti to ale bude inakšie. Priteleportovavšia sa kocka ľadu síce stále takisto žiari tepelným žiarením, ale keďže je jej teplota nižšia, vyžaruje ho menej. Preto zo smeru, kde je kocka ľadu, Tete cíte, že k nej prichádza tepelného žiarenia primálo a teda z toho smeru pociťuje chlad.

  1. Pri teplotách, s ktorými sa bežne stretávame, pociťujeme ako teplo konkrétne tie vlny, ktorých vlnová dĺžka spadá do infračervenej časti spektra.↩

Diskusia

Tu môžte voľne diskutovať o riešení, deliť sa o svoje kusy kódu a podobne.

Pre pridávanie komentárov sa musíš prihlásiť.