Metodický pokyn = učitel

Tematické zařazení experimentu

• energie, přeměny forem energie
• interakce elektromagnetického záření a hmoty

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je demonstrovat rozdíly v zahřívání a ochlazování půdy a vody, poukázat na důsledky tohoto jevu.

Poznámky k realizaci experimentu

• Při realizaci tohoto experimentu je třeba splnit následující podmínky:
• Teplota vody i půdy musí být stejná, proto je užitečné nechat vodu i zem temperovat několik hodin v jedné místnosti;
• Objem vody by měl rovnat objemu půdy;
• Intenzita světla dopadajícího na obě misky by měla být v místě dopadu stejná;
• Experiment poskytuje lepší výsledky, pokud použijeme minimálně objemy asi 0,5 dm3 z obou látek.
• Pokud potřebujeme, aby pokus trval kratší dobu, je možné použít výkonnější žárovku, případně infračervenou lampu. V tom případě však nepoužívejte plastové misky, protože by se mohly zdeformovat teplem.
• Uspořádání experimentu v přírodě je podobné. Jeden teploměr umístěte do vody, jejíž teplotu chceme měřit a druhý do půdy, ne však hlouběji než 5 až 10 cm.

Návod na zpracování dat

• Žáci v tomto případě mohou jednoduše z grafu nebo z tabulky určit maximální a minimální hodnotu teploty vody a půdy a vypočítat amplitudy teploty vody a půdy.
• Dále si mohou všimnout, že teplota půdy začala klesat prakticky ihned po vypnutí světla, dokud teplota vody ještě několik minut mírně stoupala a začala klesat jen velmi pomalu.

Závěry z experimentu

• Z naměřených dat vyplývá, že teplota půdy roste rychleji, zároveň začíná po vypnutí lampy okamžitě klesat. Voda se naproti tomu ohřívá pomaleji a její teplota po vypnutí lampy v důsledku konvekce a promíchávání ještě chvíli roste. Jelikož objemy látek byly stejné, znamená to, že měrná tepelná kapacita půdy je menší než měrná tepelná kapacita vody.

Žákovské aktivity

• Při realizaci experimentu třeba vzít v úvahu, že jeho příprava i uskutečnění jsou časově náročné. Při realizaci třeba počítat minimálně s hodinovou časovou dotací.
• Žáci se mohou přímo podílet na přípravě experimentu například tak, že přinesou různé vzorky půdy. V případě větší časové dotace je možné experiment rozšířit tak, že žáci budou porovnávat amplitudy teplot různých druhů půd, případně půdy vlhké a suché a pod.

Trochu teorie:

• Teplotní poměry vody, tedy nejen jezer a řek, ale i oceánů a moří, se nápadně liší od teplotních poměrů půdy (=kontinentů) v důsledku následujících vlastností:
• Voda má 2 až 3 krát větší měrnou tepelnou kapacitu než různé druhy půd.
• Voda je průzračná, proto část slunečních paprsků prochází hlouběji do vody a oteplování zářením sahá do určité hloubky vody. Zvýšení teploty na povrchu vody je proto mnohem menší než na povrchu půdy.
• Voda se podstatně liší od půdy svou pohyblivostí. V důsledku vlnění, turbulence a různých proudění nastává neustále promíchávání vrstev vody do velké hloubky - teplo se tedy šíří ve vertikálním i v horizontálním směru prouděním. V přírodních podmínkách jsou zahříváním a ochlazováním zasažené mohutné vrstvy vody, proto jsou změny teploty na povrchu vody nepatrné při srovnání s půdou.
• Rozdíly mezi tepelnými vlastnostmi vody a půdy můžeme demonstrovat jednoduchým experimentem, ve kterém misky s vodou a půdou zahříváme např. silnou žárovkou, infračervenou lampou nebo slunečním světlem.

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• V důsledku teplotních rozdílů pevnin a oceánů vznikají monzuny - stále vzdušné proudění sezónního charakteru nad velkými částmi zemského povrchu. V zimě se nad chladnější pevninou vytváří oblast vysokého tlaku vzduchu, nad relativně teplejším oceánem oblast nižšího tlaku, takže v zimě směřuje monzun z pevniny nad oceán. V létě je cirkulace opačná - monzun směřuje z moře nad pevninu a přináší ochlazení a srážky. Tropický monzun je nejlépe pozorovatelný v oblasti Přední Indie a východní Asie, kde se v létě silně prohřívá asijský kontinent a v zimě naopak silně ochlazuje. Letní tropický monzun přináší na pevninu od jihozápadu vlhký oceánský vzduch s vydatnými lijáky a nižší teplotou vzduchu.
• V Indii leží donedávna nejdeštivější místo na světě - Cherrapunji (čti Čérápundží). Je to malé městečko, nacházející se v pohoří Khasi-Jaintia na 25 ° 17' severní šířky a 91 ° 43' východní délky. Za městečkem se tyčí vápencové útesy plošiny Shillong, lemované bujnou zelení a bahnitého jílovitou půdou, které jsou až příliš často zakryté hustými bílými oblaky. V dálce na jihu je v modrém oparu občas vidět vzdálené nížiny Bangladéše, na severu Mount Everest a další mohutné štíty himálajského pohoří. Cherrapunji je nejkrajnější místo v Indii, kam dosahuje letní indický monzun. Jeho obyvatelé každý rok s napětím čekají, až se letní bouřky převalí přes Bengálský záliv a přiblíží se k nim. Když se tak stane, prší zde tak, jako nikde jinde na světě. Cherapunji má pověst najvlhkejšieho místa na Zemi - např. v létě roku 1974 zde napršelo až 8200 mm srážek a průměrný roční úhrn bývá až 11 000 mm, zatímco u nás průměrné roční úhrny v kotlinách dosahují pouze 700 mm.
• Pro obyvatele Indie představuje monzun po období velkého sucha a veder vítanou změnu. Zimní tropický vzduch, který vane od severovýchodu, je totiž velmi suchý a tak v něm nedochází ke kondenzaci vodní páry. Na jaře, když se cirkulace mění, lidé s napětím očekávají příchod dešťů, protože vzduch je neustále teplejší a horka začínají být nesnesitelné.
• Pokud Cherapunji ztratilo svůj primát nejdeštivějšího místa na světě, neznamená to, že bychom si to měli ověřit. Je to totiž místo, kde vydrží jen ti, co déšť milují. Evropané snášejí deštivé podnebí Cherapunji jen velmi těžko. Místní hřbitov z koloniální doby dokazuje, že mnoho viktoriánských Angličanů zemřelo vlastní rukou - pravděpodobně nedokázali unést intenzivní psychický tlak, který s sebou přináší takové extrémně vlhké počasí.
• Bríza vzniká na mořském pobřeží jako důsledek teplotních rozdílů mezi povrchem vody a pevniny během slunečného a klidného počasí. Během dne se pevnina přehřívá, vzduch nad ní stoupá směrem vzhůru a odtéká nad chladnější oceán. V blízkosti povrchu naopak chladnější a vlhčí mořský vzduch natéká do oblasti nižšího tlaku nad pevninu, kde působí osvěživě. V noci se pobřeží ochlazuje přes povrch moře, proudění je tedy opačné. Bríza má mnohem menší rozměry než monzunové cirkulace - její vertikální rozměr je asi 1 až 2 km, rychlost větru dosahuje v průměru 3 až 5 metrů za sekundu.
• Dalším důsledkem rozdílné teploty vody a půdy je vliv rozlehlých vodních ploch na místní klima na územích, kde vody zabírají více než 20% plochy. V tropických a subtropických oblastech je pozorovatelné zvýšení vlhkosti vzduchu, v mírných zeměpisných šířkách oteplující účinek na podzim a ochlazující na jaře a v létě.