Vlastnosti vody v nádržích, termohalinní cirkulace
Hustota vody ovlivňuje teplotní rozvrstvení ve vodních nádržích mírného pásu. Svrchní vrstva u hladiny se poměrně rychle zahřívá slunečním zářením, směrem do hloubky je voda chladnější. Naopak v noci se vyzařováním svrchní vrstva ochlazuje a voda klesá níže, naopak spodnější vrstva je teplejší, proto voda stoupá k hladině. Tím dochází k promíchávání svrchní vrstvy vody v nádrži.
Také systém oceánské cirkulace je podmíněný rozdíly v hustotě vody. Hustota vody narůstá, pokud klesá její teplota a/nebo roste její salinita. To je hlavní příčinou vertikálního pohybu mořských proudů. Voda na povrchu, zejména v rovníkových oblastech, kde je povrchových teplých proudů nejvíce, se ohřívá a odpařuje. Výparem se ochlazuje (výpar je výdejem energie, tudíž dochází k ochlazování) a stoupá v ní obsah solí, takže je stále těžší. Jak se z teplých oblastí blíží k severu či jihu, ochlazuje se ještě víc, až nakonec začne svou vahou klesat ke dnu - povrchový proud se zanořuje do hlubin.
Hustota vody ve sladké vodě
Experimentálně lze ověřit, že teplejší voda má opravdu nižší hustotu, jelikož u hladiny naměříme vyšší teplotu než u dna.
Varianta 1
Vybavení: bodové teplotní čidlo GDX-ST, menší odměrný válec, rychlovarná konvice, voda, počítač/mobil (u mobilního zařízení nutnost Bluetooth), stažená aplikace Graphical Analysis (GA), návod k GA
Připravte si menší odměrný válec z varného skla.
V rychlovarné konvici přiveďte k varu cca 200 ml (nebo minimální množství uvedené na konvici) vody.
Připojte čidlo k aplikaci Graphical analysis dle návodu s využitím
bezdrátové technologie bluetooth nebo USB kabelu (u notebooku).
V aplikaci klikněte na Režim (levý dolní roh). Nastavte požadovanou Frekvenci (optimum 1–2 vzorků za sekundu). Spustit měření zůstává na Ručně. Zastavit měření nastavte také na režim Ručně. Vše potvrďte tlačítkem Hotovo.
Do válce nalijte vodu, kterou jste přivedli k varu.
Do válce vsuňte konec čidla určený pro ponoření do vody. Jeho konec (tato část měří teplotu) by měl být těsně nad dnem válce.
Kliknutím na Zahájit začněte s měřením.
Cca 20 s měřte teplotu u dna válce. Poté čidlo vytáhněte blíže pod hladinu, konec teploměru by měl být cca 1 cm pod hladinou. Zde měřte cca 10 s. Poté čidlo opět zasuňte ke dnu.
Takto opakujte několikrát (alespoň 3x).
Tlačítkem Zastavit ukončete měření.
Experiment uložte kliknutím na Nepojmenováno v levém horním rohu. Vyberte Uložit jako…
Varianta 2
Vybavení:
bodové teplotní čidlo GDX-ST,
menší odměrný válec, voda, formička na ledové kostky (či jiné tvary) + mraznička, potravinářské barvivo, mince jako závaží do kostek ledu
Postup je stejný jako v první variantě s tím rozdílem, že místo horké vody dáte do válce kostku ledu, obarvenou potravinářským barvivem. Díky barvivu je vidět, jak studená odtávající voda klesá ke dnu (v případě použití mince jako závaží zůstává u dna).
Hustota vody ve sladké a slané vodě
Další variantou je použít sladkou a slanou vodu a vysvětlit rozdíl v jejich hustotě.
Vybavení:
bodové teplotní čidlo GDX-ST,
dvě stejné
skleničky tvaru úzkého vysokého válce, voda, několik polévkových lžic
kuchyňské soli (NaCl) – zhruba 1 na každých 100 ml vody ve skleničce, formička na ledové
kostky (či jiné tvary) + mraznička, potravinářské barvivo, mince jako
závaží do kostek ledu
Připravte si dvě stejné
skleničky tvaru úzkého vyššího válce, obarvené kostky ledu.
Do sklenic nalijte stejné množství vody (pro urychlení pokusu je vhodné mít vodu teplejší).
V jedné nádobě rozmíchejte několik lžic soli (NaCl).
Připojte čidlo k aplikaci Graphical analysis dle návodu s využitím
bezdrátové technologie bluetooth nebo USB kabelu (u notebooku).
V aplikaci klikněte na Režim (levý dolní roh). V políčku režim
vyberte Události a hodnoty. Potvrďte
tlačítkem hotovo.
V pravém horním rohu klikněte na Nastavení zobrazování a vyberte
Tabulka, Hodnota a znovu klikněte na ikonku Nastavení zobrazování.
Klikněte na Zahájit měření.
Do válce vsuňte konec čidla určený pro ponoření do vody.
Změřte teplotu u povrchu a u dna v obou nádobách (vždy chvíli vyčkejte, než se hodnota na displeji ustálí). Hodnoty si zapište příp. ukládejte do tabulky -
klikněte na Zachovat. Objeví se okénko, do kterého se zadává název
události (mohou to být jen numerické hodnoty). Klikněte na Zachovat
hodnotu. Další hodnotu uložíte opětovným stisknutím tlačítka Zachovat.
Poté teploměr vyjměte.
Vložte do obou nádob současně kostku ledu a pozorujte rozdíl v rychlosti tání a pohybu odtáté vody.
Znovu změřte teplotu u povrchu a dna v obou nádobách.
Hodnoty si zapište příp. ukládejte do tabulky. Poté teploměr vyjměte.
Experiment ukončíte klikem na Zastavit.
Hodnoty v tabulce uložte kliknutím na Nepojmenováno v levém horním rohu. Vyberte Uložit jako…