Gejzir

Gejzir

Avtor: Gorazd Planinšič

MODEL GEJZIRJA, PODPRT Z MERITVAMI V REALNEM ČASU

Gejzirji so posebna vrsta toplih vrelcev, iz katerih občasno puha mešanica vode, pare in drugih zemeljskih plinov. Še posebej pa so zanimivi tisti gejzirji, ki bruhajo v enakomernih časovnih intervalih (npr. »Old Faithful« iz Yellowstoneskega narodnega parka v ZDA). Potrebno pa je poudariti, da so gejzirji nelinearni sistemi, ki se lahko obnašajo kaotično. S preučevanjem aktivnosti gejzirjev dobijo znanstveniki podatke o premikih v zemeljski skorji.

Modeli naravnih gejzirjev so zelo komplicirani, kljub temu pa lahko zelo preprosto sestavimo laboratorijski model, ki bo vsaj v grobem periodično bruhal. Delovanje takšnega modela lahko analiziramo v luči preproste termodinamike. Pri tem pa je potrebno sistematično opazovanje in sklepanje. Vajo z modelom gejzirja lahko osvetlijo različna poglavja iz toplote, poleg tega pa kar kliče po uporabi znanstvenega pristopa, s katerim se lahko dijaki seznanijo.

Povzetek poskusa

Na delavnici bomo sestavili preprost model gejzirja. Opazovali bomo njegovo delovanje in sklepali o parametrih, ki nanj vplivajo. Preko podrobnejše analize sistema bomo prešli na poenostavljeno sliko. Gejzir bomo opremili s tipali za merjenje temperature in tlaka, ter s preprostimi enačbami preverili skladnost med teoretičnimi in izmerjenimi vrednostmi.

Poskus

  1. Sestavimo model gejzirja.
  2. Opremimo model s tipali za merjenje temperature in tlaka (tipala so predhodno umerjena).
  3. Preverimo in opazujemo delovanje gejzirja. Ob tem sklepamo:

    1. zakaj gejzir bruha,
    2. kaj vpliva na periodo izbruhov (moč grelca - jo spreminjamo, višina in širina cevi, količina vode v sistemu),
    3. kaj vpliva na višino (velikost) in trajanje izbruha (količina vode v gornjem rezervoarju, količina vode, ki se izmenja med dvema rezervoarjema),
    4. kako poteka izmenjava vode med dvema rezervoarjema (poskus s črnilom, ocenimo izmenjano količino vode),
    5. o podobnostih s toplotnim strojem (vodni bat - delo, izmenjava toplote med dvema rezervoarjema, izkoristek je zelo majhen).
  4. Izmerimo potek temperature in tlaka ter ocenimo:

    1. razliko tlaka pri izbruhu zaradi vodnega stolpca v cevi,
    2. temperaturo vrelišča pri povišanem tlaku,
    3. efektivno moč grelca (iz hitrosti naraščanja temperature in količine vode),
    4. zmesno temperaturo po izbruhu v gornjem rezervoarju (upoštevamo izmenjano količino vode, toploto pregrete tekočine, delo pare in dovedeno toploto v času izbruha zaradi stalnega gretja),
    5. zmesno temperaturo po izbruhu v spodnjem rezervoarju (upoštevamo izmenjano količino vode).
  5. Primerjamo delovanje gejzirja s cevjo, ki je potisnjena plitko v grelno posodo in gejzirja s cevjo, ki je bolj globoko v grelni posodi (zaradi večje količine izmenjane vode sta perioda bruhanja in trajanje izbruha v primeru z globlje vstavljeno cevjo daljša).
0%
0%