V balónovém létání se setkáváme s plyny, kapalinami a pevnými látkami. Nyní se budeme zabývat především látkami, se kterými se setkáváme v různých agregačních stavech.

Otázka: S jakými látkami se při balónovém létání setkáváme alespoň ve dvou různých skupenstvích?

Přechod z pevného skupenství do kapalného se nazývá tání. Aby se pevná látka, jako je led, roztavila, je třeba ji zahřát. Pevnou látku lze zahřát

* vystavením záření, například slunečnímu záření. * přímým přenosem tepla z jednoho média do druhého. * konvekcí okolního média, které pak energii přenáší na povrch pevné látky přímým vedením tepla. * působením tlaku na těleso, které se tím stlačuje.

Přechod z kapalného do pevného skupenství se nazývá tuhnutí a dochází při něm k uvolňování tepla. Kapalinu lze ochladit několika způsoby:

Přímým přenosem tepla z jednoho média do druhého, například když voda přijde do styku s chladným povrchem nebo když teplota okolního vzduchu klesne pod bod tuhnutí 0 °C/273 K.

Sáláním. Například v noci, kdy je teplo vyzařované médiem větší než teplo přijímané.

Konvekcí okolního média, například vzduchu. Například studený vzduch může proudit dolů do údolí a snižovat tam teplotu vzduchu, až nakonec klesne pod bod mrazu vody, 0 °C/273 K.

Při odpařování přechází látka z kapalného do plynného skupenství, přičemž kapalina nedosahuje teploty varu. Předpokladem však je, že plyn nebo směs plynů nad kapalinou není nasycená. V případě vzduchu to znamená, že relativní vlhkost vzduchu je nižší než 100 %.

Například živé organismy se nemohou ochladit pocením, pokud je vlhkost vzduchu 100 %, protože pak již nedochází k odpařování.

Příkladem odpařování jiné látky než vody je benzín v nádrži ventilátoru. Benzín však není látka, ale směs, a některé jeho části se odpařují rychleji než jiné.

Kapalina se odpařuje, když překročí teplotu varu, bod varu.

Pozor: V běžné řeči mluvíme o vodní páře, když vidíme shluk nejmenších kapiček. Káva se vaří. Vodní pára je jako všechny plyny průhledná, a tedy neviditelná.

Při provozu našich balónů odpařujeme propan. Bod varu propanu je -42 °C/231 K při tlaku 1013 hPa, což je normální tlak. Při zvýšení tlaku se zvyšuje i bod varu, tento princip známe z tlakového hrnce.

Propan v láhvi zůstává v kapalném stavu, protože je pod přetlakem. Vzhledem k tomu, že láhev není zcela naplněna kapalným propanem, nad kapalným propanem se vytvoří plynová vrstva. Kapalný propan se odebírá ponornou trubicí a přehřívá se ve spirálách hořáku, takže při výstupu z hořákových trysek se náhle odpařuje.

K odpařování i zkapalnění je zapotřebí tepelná energie. Kdyby se množství propanu potřebné k provozu hořáku odpařilo v láhvi, láhev by se tak silně ochladila, že by zamrzla.

Jak již bylo uvedeno, s rostoucím tlakem se zvyšuje teplota varu. Naopak s klesajícím tlakem teplota varu klesá. To je princip karburátoru v motoru. Zde se na místě, kde panuje podtlak, přivádí kapalné palivo, které se tak zplynuje. Jak jsme se naučili, k odpařování – zplyňování je potřeba tepelná energie. A ta se odebírá z okolí. U karburátoru to může vést k zamrznutí karburátoru, pokud se v benzínu nachází voda. A tím může dojít k poruše karburátoru.

Při provozu horkovzdušného balónu existují dva případy nežádoucí přeměny kapalného propanu na plynný propan: V regulátoru tlaku, pokud není regulátor napájen z plynového polštáře nad kapalným propanem, když je láhev v horizontální poloze, ale přímo z kapalného propanu. To způsobuje zamrzání regulátoru tlaku.

A na regulačním ventilu hořáku, pokud není zcela otevřený a zmenšený průřez způsobuje pokles tlaku, kapalný propan se mění na plyn. To může způsobit zamrznutí regulačního ventilu. Pokud propan obsahuje vodu, existuje zvláštní riziko, že ventil zamrzne uvnitř a přestane fungovat tak, jak má. Proto vždy regulační ventil zcela otevřete a zavřete.

Plyny používané jako nosné plyny, vodík a helium, vyžadují pro zkapalnění tak nízké teploty a tak vysoké tlaky, že v balónu vždy zůstávají v plynném stavu. Ve výjimečných případech se však zvedací plyn pro akce dodává v kapalné formě. Je přepravován ve speciálně izolovaných kontejnerech při teplotě -259 °C/14 K a před naplněním balónů musí být odpařen. K tomu se prochází výparníkem, obvykle studeným výparníkem, který odebírá tepelnou energii z okolního vzduchu. Vzhledem k množství vodíku nebo helia potřebného k naplnění balónů v krátkém čase má studený zplyňovač tendenci zamrzat a jeho výkon klesá, protože led má izolační účinek.

Voda kondenzuje, jakmile je překročena 100% nasycenost. V atmosféře se rosný bod, bod, ve kterém převládá 100% relativní vlhkost, dosahuje ochlazením. Relativní vlhkost je poměr absolutního množství vodní páry obsažené ve vzduchu k maximálnímu možnému množství vodní páry, které by mohlo být obsaženo ve vzduchu. A toto množství závisí na teplotě.

Ochlazování v atmosféře probíhá

* adiabaticky, při kterém vzduch stoupá, rozšiřuje se a tím klesá tlak. * na površích, které se ochlazují sáláním a tím ochlazují vzduch v přímém kontaktu s nimi přímým vedením tepla. Tímto povrchem může být také obal balónu. * smícháním s chladnějším vzduchem. * advekcí, když vzduch proudí přes chladnější povrch.

Kondenzát se obvykle vyskytuje ve formě mikrokapiček, které pak vedou k tvorbě mraků, a ve formě rosy na površích. Během kondenzace se uvolňuje teplo, které působí proti ochlazování, ale nemůže mu zcela zabránit. Pro adiabatické ochlazování to znamená, že se snižuje o množství tepla dodaného kondenzací. Ochlazení v důsledku adiabatického teplotního gradientu je přibližně 1 °C/1 K na 100 m a vlhký adiabatický teplotní gradient je přibližně 0,6 °C/0,6 K na 100 m. Vlhký adiabatický gradient platí v oblasti, kde dochází ke kondenzaci. Důvodem je to, že adiabatická změna teploty závisí na změně tlaku a změna tlaku není v atmosféře lineární s nadmořskou výškou, ale s rostoucí nadmořskou výškou klesá.

Sublimace: Existuje také přímý přechod z plynného skupenství do pevného. Nejznámějšími příklady jsou tvorba námrazy – námraza na povrchu letadel je často spojena s tvorbou námrazy – a ledové květy na oknech.

Opačný proces nastává, když ledové krystalky nejprve neroztají, ale přímo přecházejí do plynného skupenství. Příkladem je lyofilizace nebo sušení prádla v mrazu.

Tento proces se v obou směrech nazývá sublimace.

Otázka 2: Jaké změny skupenství jste sami zažili? A jak?

Otázka 3: Při kterých změnách skupenství se uvolňuje teplo?

Otázka 4: Musí být při změnách skupenství dodávána tepelná energie?

Answer form about aggregate states