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
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.)
Dana Tenzler
Proč nevidíme cizí civilizace - vysvětlení geologa (1)
Když chceme posuzovat možnosti vývoje života na cizích planetách, můžeme se spolehnout jen na své zkušenosti ze Země. Jaké typy planet jsou nejvhodnější a na jakých planetách se může život vyvíjet jen pomalu? (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Jsou poškrábané teflonové pánve nebezpečné?
Mají se pánve, které mají teflonový povrch, vyhodit poté, co se poškrábaly? A proč se vlastně teflonový povrch tak lehce poškodí? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Bludná planeta - první kandidát na osamělou planetu podobnou Zemi
Astronomové se věnují nejen exoplanetám v cizích planetárních systémech, ale také planetám, které jsou při své pouti vesmírem osamělé. Jak se dá nalézt temná bludná planeta? (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Alkohol v jídle - kolik se ho vypaří během vaření?
Odpařuje se alkohol, který se přidává do jídla, během vaření natolik, aby byl výsledný pokrm vhodný pro děti? O alkoholu v potravinách. (délka blogu 4 min.)
Další články autora |
Studentky rozrušila přednáška psycholožky, tři dívky skončily v nemocnici
Na kutnohorské střední škole zasahovali záchranáři kvůli skupině rozrušených studentek. Dívky...
Podvod století za 2,4 miliardy. Ortinskému hrozí osm let a peněžitý trest 25 milionů
Luxusní auta, zlaté cihly, diamanty a drahé nemovitosti. To vše si kupoval osmadvacetiletý Jakub...
Zemřel bývalý místopředseda ODS Miroslav Macek. Bylo mu 79 let
Ve věku 79 let zemřel bývalý místopředseda ODS a federální vlády Miroslav Macek, bylo mu 79 let. O...
To nemyslíte vážně! Soudce ostře zpražil bývalého vrchního žalobce
Emotivní závěr měl úterní jednací den v kauze údajného „podvodu století“, v němž měly přijít tisíce...
Moskva se chlubí kořistí z Ukrajiny: Abramsy, Leopardy i českým BVP
V Moskvě ve středu začala výstava západní vojenské techniky, kterou používá ukrajinská armáda a...
V Polsku zatkli šestnáctiletého mladíka kvůli útoku na varšavskou synagogu
Polská policie zadržela šestnáctiletého mladíka, kterého podezírá z útoku na synagogu Nožykowých ve...
Je to úlet, míní experti o antikampani SPOLU. Trestná však podle nich není
„Rusko, pro tebe všecko,“ paroduje předvolební kampaň SPOLU heslo hnutí ANO „Česko, pro tebe...
Začaly maturity. Podle učitelů lehké, studenty ale trápily logaritmy
Studenti posledních ročníků maturitních oborů poprvé usedli k maturitním písemkám. Ve čtvrtek...
Auto vyjelo ze silnice a srazilo tři chodce. Žena zemřela, dvě děti jsou zraněné
Osobní auto srazilo dnes odpoledne v Čáslavicích na Třebíčsku ženu a dvě děti. Žena srážku...
Podnájem družstevního bytu 2+KK v centru obce Prachatice
Zahradní, Prachatice - Prachatice II
12 000 Kč/měsíc
- Počet článků 972
- Celková karma 19,69
- Průměrná čtenost 1325x