Rosa a mráz na tráve / Termodynamika

Na moje počudovanie si príliš málo ľudí uvedomuje, že ako vzniká ranná rosa a prečo na prelome jesene a zimy vidíme námrazu na tráve. Poďme si teda niečo o tom povedať. Možno zistíme, že to súvisí do výraznej miery aj s bonsajmi :-)

Celé by to bolo veľmi jednoduché, keby sa všetky látky správali rovnako a keby neexistoval neustály prísun energie. Aby som bol konkrétnejší:

  1. Každá látka má inú teplotu, pri ktorej mení skupenstvo (a aby sme boli exaktní, závisí to ešte aj od tlaku, ale ten pre jednoduchosť považujme za konštantu). Hovoríme o fázovej premene.
  2. Prenos tepla
    1. Každá látka potrebuje prijať iné množstvo energie na to, aby sa jej teplota zmenila o 1 stupeň. Hovoríme o tepelnej kapacite.
    2. Každá látka je inak ochotná vôbec prijímať okolité teplo. Hovoríme o tepelnej vodivosti.
  3. Vzduch (alebo vo všeobecnosti plyn) má svoje hranice na absorbovanie napr. vodných pár. Ciže rovnako ako pri kvapalinách, hovoríme o nasýtení a teplota, pri ktorej sa už vodné pary "nevôjdu" sa nazýva rosný bod.
  4. Slnko vyžaruje energiu v rôznych formách a táto energia je pohlcovaná látkami, ktoré jej stoja v ceste. Isté spektrá dokážeme vnímať priamo, napr. pomocou očí (viditelné svetlo), ako teplo (infračervené žiarenie), resp. ako sekundárne sálanie okolitých predmetov.

Fajn, zadefinovali sme si hlavné oblasti záujmu, poďme si ich vysvetliť kúsok praktickejšie.


1. Fázová premena

Veľmi jednoduchá vec. Je nula stupňov, atmosferický tlak, máme pred sebou ľad, ktorý existuje na hrane skupenstiev a čaká napäto, čo sa bude diať ďalej. 

Dodáme mu kúsok energie a máme vodu. Došlo k fázovej premene, alebo k zmene skupenstva z pevného na kvapalné. Úplne rovnako to funguje pri 100 stupňoch, kedy sa voda zmení z kvapaliny na plyn. Nuda, nuda, toto všetci poznáme ako topenie a vyparovanie. Skupenstvo sa dá preskočiť, ľad môže aj sublimovať. A naozaj sa to deje za suchého mrazivého počasia.

🔍 Čo to pre nás znamená prakticky? Že bonsaje, ktoré nemáme na zimu zasypané niečím, čo drží dlhodobo vodu (lístie, hobliny, piliny, sneh), musíme raz za čas poliať. Veľa ľudom stromy v zime proste uschnú a myslia si, že vymrzli, pretože bolo pod nulou. 


2. Tepelná kapacita a tepelná vodivosť

Tu už zabrdneme do trocha zložitejšej témy a preto som zámerne spojil tepelnú kapacitu a tepelnú vodivosť - ich efekt sa nedá ľahko oddeliť. 

Látku s vysokou tepelnou kapacitou si môžeme prakticky predstavit ako akumulátor tepla, ktorý dokáže ohrievať alebo ochladzovať okolie s nižšou tepelnou kapacitou ak majú rozdielne teploty.  Stále príliš teoretické? Dajme si pár príkladov zo života:

  • Zakúrim v studenom krbe a ten je po hodine akurát príjemný na dotyk, po dvoch hodinách teplý a zostane taký aj niekoľko hodín po vyhasnutí ohňa. Kameň/betón, z ktorého sa skladá krb má cca rovnakú hmotnostnú tepelnú kapacitu ako vzduch, tzn. 1kg vzduchu sa ochladí o 1 stupeň, aby sa krb ohrial o 1 stupeň. A teraz si predstavme koľko vzduchu sa musí obtrieť o krb, keďže 1kg vzduchu má cca 2000x väčší objem ako 1kg betónu.
  • Keď už sme pri vykurovaní. Tepelná kapacita vody je dôvod, prečo sa používa ako médium na prenos tepla z vykurovacích telies do radiátorov. Je lacná, ľahko dostupná a natlačíme do nej kopec tepla. V trubkách, s malou plochou na nežiadaný únik, ho veľmi rýchlo presunie do radiátorov s veľkou plochou. V miestnosti ho ohriaty radiátor vysála a vyžiari.
  • Zostaňme pri radiátoroch. Prečo sú stále vyrábané zo železa a nie napr. z plastu? Pretože železo prenáša teplo cca 160x rýchlejšie a odovzdá ho tak promptnejšie. A tu sa už zapája tepelná vodivosť. Pre porovnanie, železo odovzdáva teplo viac ako 2400x rýchlejšie ako polystyrén.

🔍 Čo to pre nás znamená prakticky? Keramická miska sa v lete ľahšie prehreje a zároveň sála teplo ešte dlho po tom, čo na ňu prestane svietiť slnko. Staré paneláky takto vytvárajú pre stromy hotové peklo, ktoré ustane až neskoro v noci. Zateplenie výrazne pomáha, no asfalt a vydláždené plochy majú stále výrazný dopad na lokálnu klímu.

🔍 Existuje mýtus o tom, že drôty na strome v zime môžu spôsobit ich vymrznutie. Zdôvodnenie je také, že strom je na dotyk teplejší ako drôt a že drôt rýchlejšie odoberá teplo. Treba si uvedomiť, že ľudia necítia teplotu, ale zmenu tepla (hliník nám ho odoberá rýchlejšie aj keď mal rovnakú teplotu ako kôra) a že kov neodoberá teplo zo stromu, pretože sú v tepelnej rovnováhe. Netreba sa báť, ak niečo vymrzne, dôvod bol inde.


3. Rosný bod

Výborne, niečo čo sa dá ľahko vysvetliť. Čím je vzduch teplejší, tým sa do neho vôjde viac vodných pár. V istej forme skupenstiev obdobný jav pozorujeme pri sladení čaju, kedy sa cukor rýchlejšie rozpustí, keď je čaj ešte horúci, pretože má čaj "viac miesta". Menej šťastní z nás mávajú v zime zarosené okná v dome, alebo rovno plesne na stene. Prečo? Pretože teplý vzduch pojme viac vodnej pary a narazí na tepelný most - miesto, kde je teplo odvádzané von z domu a lokálne ochladí vzduch na teplotu, kedy prekročí množstvo vodnej pary to, čo vzduch dokáže absorbovať. Voda tak kondenzuje na povrchu tepelného mostu. 

Mimochodom, vlhkosť vzduchu sa udáva v percentách, tzn. keď je 100%, tak bol dosiahnutý rosný bod a všetka voda navyše bude kondenzovať na okolitých predmetoch. Tieto percentá v zmysle vyššie uvedeného závisia od teploty. A to je presne dôvod, prečo ráno je vzduch pocitovo vlhkejší (pomalšie nám vysušuje dýchacie cesty) a cez deň je suchší, dokonca tak, že sa odparia mláky, či rosa. Bez toho, aby v noci pršalo.

Keď už sme pri tej rannej rose. Spojme rosný bod s tepelnou kapacitou zeme a zistíme, že najviac sa rosa prejaví na jeseň a jar. Vtedy sú teploty blízke nule a ranný chladivý efekt zeme umocní prejav rosného bodu (väčšie rozdiely teplôt medzi dňom a nocou a všeobecne vlhkejšie počasie). Úplne identicky funguje aj námraza na tráve, akurát teploty sú pod nulou a tak vodná para buď kondenzuje a zamŕza, alebo rovno desublimuje.

🔍 Čo to pre nás znamená prakticky? Ráno sa netreba nechať zmiasť na pohľad mokrým substrátom v miske a všetko pekne skontrolovať. O hodinu neskôr môže byť všetko suché.


4. Žiarenie

Ak by sme predmety s rôznou teplotou nechali pri sebe a nedodávali im energiu vo forme slnečného žiarenia, ich teploty by sa časom vyrovnali. Klasika, prenos tepla kontaktom (priamy, cez spoločnú podložku, cez vzduch). Zaujímavé je, že ani keby neboli v priamom kontakte, odovzdávali by si teplo vo forme infračerveného žiarenia

Keď už sme pri tomto type žiarenia - presne z tohoto dôvodu sa na okne auta vytvára námraza. Sklo vyžiari viac tepla ako vzduch, vytvorí rosný bod a zvyšok príbehu som už popísal vyššie. Ak je teplota  kúsok pod nulou, tak sa niekedy tá potvora nevytvorí. Nie každý si to uvedomuje, dôvody su v princípe dva:

  • oblačná noc, kedy oblaky odrazia časť žiarenia späť na zem
  • auto je pod prístreškom a žiarenie tak vo veľkej miere "behá" medzi strechou a autom

Späť k predmetom. Už vieme, že vyžarujú infračervené žiarenie. Môžu však vyžarovať aj žiarenie z viditelného spektra, ak ich dostatočne zahrejeme (rozžeravený volfrám v žiarovkách) a ak ešte viac, dostaneme sa až do ultrafialového spektra.


Slnko je tá potvora, ktorá emituje všetky typy žiarenia a celý model rovnovážneho stavu nám "kazí". Konštantne dodáva obrovské množstvo energie a kvôli rôznym vlastnostiam látok to tu celé hýbe (odpar vody, mraky, pohyb v atmosfére, zrážky). Celý svet minie za rok toľko energie, čo nám slnko dodá za 1h. Preto sú teraz populárne solárne kolektory ci fotovoltaické články. Nie je to vôbec revolučná myšlienka. Rastliny robia presne to isté už milióny rokov - fotosyntéza.

zdroj: rebloggy.com

Ďalší zaujímavý fakt. Stromy zadržiavajú uhlík (resp. CO2) z atmosféry a teda to, z čoho je ich "telo" zložené nepochádza primárne z pôdy, ale vlastne zo vzduchu. Teda, ak aj vodu považujeme za niečo, čo prišlo z atmosféry a do stromu sa dostáva z pôdy :-)

🔍 Čo to pre nás znamená prakticky? Stromy v miskách je na zimu fajn zasypať, alebo aspoň zložiť pod police/prístrešok. Ochránime ich tak pre nočnými teplotnými rozdielmi.


Záver

To najdôležitejšie, čo potrebujeme v zime ochrániť sú korene. Kmeň a koruna stromu sú prispôsobené zmenám počasia podľa podnebného pásma, odkiaľ daný druh pochádza. To, na čo sa stromy nemohli pripraviť, je ochrana koreňov. V pôde je teplota stabilná, od cca. pol metrovej hĺbky nedochádza vôbec k zamŕzaniu. V miskách sú však vydané napospas roztopaši počasia.

zdroj: china.org


V závislosti od lokality postačuje stromy zložiť pod police, inde je dobré zasypat misky a ak sa dá, tak zahádzať snehom. Ľad a sneh výborne izolujú.

Zazimovaniu zdar!

3 Komentáre

  1. Zajímavý článek, Lacike. Michael Hagedorn napsal knihu Bonsai Heresy - o mýtech spojených s pěstováním bonsají, má jich tam (prý) skoro 60. Námět k zamyšlení pro další příspěvky? Viz dráty na rostlině v zimě "poškozující" pletiva nebo "vymrzání" rostlin.
    Ale faktem je, že mám také své mýty: Například si myslím, že rostliny dokáží přežít v totálně zmrzlé půdě - př. semenáčky rostlin rozhodně nemají kořeny v nezámrzné hloubce. Důležité je dostatečné předzásobení vodou na podzim, doba, po kterou je půda promrzlá, a jejich genetická výbava.
    Souhlasím s Tebou, že problémem je mráz, který půdu v nezakrytých miskách dokáže velice rychle "vysušit". A v okamžiku, kdy mráz poleví, tak tam voda chybí. A pokud vodu doplníme až někdy k jaru, může být už pozdě...
    Zakrytí misek vhodným materiálem je dobrý způsob, jak se tomuto vymrazování vody bránit. A současně to do určité míry "odstřihává" vrcholy teplotních změn. Což v důsledku znamená, že půda v zakryté misce může zůstat zmrzlá o něco déle...
    Napadá mě otázka: Proč má bříza bílou, hladkou kůru v horních partiích, zatímco u kořenů je zpravidla borka černá a zbrázděná?

    OdpovedaťOdstrániť
    Odpovede
    1. Cau, Bonsai Heresy mam precitane, pred-objednaval som a netrpezlivo cakal, kym to bude konecne vytlacene. Co sa tyka viacerych mytov, tak s Michaelom Hagedornom sme si kusok pisali prave o zimovani a na zaklade toho pripravujem jeden clanok s paru experimentami, ze co sposobuje rozny sposob zazimovania ;-) Urcite sa ti to bude pacit, lebo to zodpovie vacsinu veci, co si nadhodil.

      Samozrejme nebudem davat clanky, ktore vykradaju cudziu knizku. Uplne postacuje, ze som ju na FB pred vianocami vydatne propagoval ako najsamlepsi darcek.

      No a k breze - toto su otazky, ktore su vybornym nametom na dalsie clanky. Takto vlastne vznikla vacsina textu na tejto stranke (polozena otazka, proces ziskania informacii, skompilovanie do prijemnej formy s odpovedou).

      Vdaka za komentar!

      Odstrániť
  2. Já vykrádám ouplně každého, včetně sebe sama...

    OdpovedaťOdstrániť