Povídání o vodě a vzduchu

V našem povídání se budeme zabývat dvěma živly - vzduchem a vodou. Jako dávní alchymisté budeme zkoumat jejich vlastnosti a budeme je podrobovat myšlenkovým pokusům.

Budeme sledovat oba dva živly současně, protože se tak i vyskytují v přírodě. Vzduch, který dýcháme, v sobě vždy obsahuje určité množství vodní páry a voda, kterou pijeme, obsahuje rozpuštěný vzduch. Díky tomu se mohou na obloze vytvářet mraky, ze kterých prší a ryby a další tvorové žijící ve vodě mohou dýchat.

Většinu povrchu naší planety tvoří vodní plocha. Voda se neustále odpařuje do ovzduší. Dokonce i led se odpařuje, říkáme tomu sublimace. Když vzduch s vodní párou vystoupá do větších výšek, kde je chladno, pára se ze vzduchu srazí (vykondenzuje). Následkem sražení vodní páry v kapičky je pak déšť.

Množství vodní páry, které může být obsaženo ve vzduchu, aniž by se pára srážela v kapičky, závisí na teplotě tohoto vzduchu, lépe řečeno na teplotě směsi vzduchu a vodní páry. Čím je vzduch teplejší, tím může "beztrestně" obsahovat větší množství páry.

Děláme mlhu

Nyní provedeme náš první myšlenkový pokus: Sestavíme si uzavíratelnou krabici, která bude mít všechny hrany dlouhé jeden metr. Krabici postavíme do místnosti a zavřeme ji. Pokud je vše provedeno dobře, obsahuje nyní naše krabice jeden metr krychlový pokojového vzduchu. Odhadem mohu říci, že vzduch v naší krabici bude vážit něco kolem 1,2 kilogramu a bude obsahovat zhruba 10 gramů vodní páry.

Řekněme, že si chceme v naší krabici vyrobit mlhu. - Obláček mlhy, který by se v ní vznášel. Abychom toho dosáhli, bude stačit, když vzduch ochladíme. Nemusíme se zabývat technickou realizací chlazení, zkrátka řekneme, že se vzduch má ochladit. V krabici máme pokojový vzduch s pokojovou teplotou, tak asi 21 stupňů Celsia. Poručíme, aby teplota uvnitř krabice, ale ne jejích stěn, klesla na 17 stupňů. Nic se nestane. Pokračujeme tedy dál na 14. Také nic. Co třeba 11 stupňů? To už se začíná něco dít. Necháme stěny krabice zprůhlednět...

...a sledujeme, že náš pohled je již trochu zamlžen. Necháme teplotu spadnout ještě o 6 stupňů a můžeme pozorovat obláček mlhy obsahující asi 3 gramy, tedy 3 mililitry vody. Zbylých 7 gramů se stále statečně drží ve směsi se vzduchem a jsou pro nás neviditelné.

Pokud bychom vzduch nechali takto chladný a nějakou chvíli si počkali, mlha by klesla na dno krabice a vytvořila by rosu. Stejné je to i když se ráno po chladné noci procházíme travou. Na stéblech jsou malé třpytivé kapičky vody, které v tomto případě nemají původ v dešťových srážkách, ale ve vodě, která se vysrážela ze vzduchu relativně nízko nad zemí během nočního ochlazení.

Možná si kladete otázku, jak jsem věděl, že při určité teplotě se ze vzduchu vysráží určité množství vody. Odpověď je taková, že jsem uvažoval takový vzduch, který při pokojové teplotě bude mít relativní vlhkost 50%, což je ostatně doporučená hodnota pro zdravé bydlení. Relativní vlhkost udává, kolik vodní páry, vzhledem k jejímu maximálnímu množství ve vzduchu při dané teplotě obsažitelném, ten který konkrétní vzduch obsahuje. Do toho našeho pokusného by se při 21 stupních schovalo ještě jednou tolik vody (tedy asi 20 gramů), než by se z něj začala srážet v kapičky. Pak už stačí vzít to, čemu se říká tabulka vlhkého vzduchu a z nich zjistit, na kolik vzduch ochladit, abych z něj dostal určité množství vody. Dotyčnou tabulkou se však budeme zabývat až později.

Sušíme vzduch

Před chvílí jsme zjistili, že vzduch v sobě může obsahovat vodu. Pokud jej ochladíme, části této vody se zbaví. Nyní si ukážeme, jak dostat vodu ze vzduchu pryč a tím ho vysušit.

V prvním vysoušecím pokusu nebudeme ochlazovat vzduch přímo, jako jsme dělali v předchozím případě. Nyní budeme ochlazovat stěny krabice. Vraťme se tedy na počátek, kdy má vzduch v krabici pokojovou teplotu. Nyní ochlaďme stěny krabice na 11 stupňů. To, co se prve stávalo uprostřed krabice, se nyní stává na jejích stěnách. Pokračujme tedy v ochlazování stěn na 5 °C. Vzduch uprostřed krabice má stále kolem 20 °C, vzduch který je v kontaktu se stěnami se ale ochlazuje na 5 °C a voda z něj kondenzuje v malé kapičky a na ulpívá na stěnách. Zkondenzované kapičky tedy již nezůstávají v prostoru, ale jsou odklizeny jaksi stranou. Pokud by se nám povedlo vzduch v krabici promíchat tak, aby se všechen tento vzduch dostal ke stěnám, podařilo by se nám ho vysušit. Jeho absolutní vlhkost klesla ze zhruba 10 gramů vody na zhruba 7 gramů v jednom metru krychlovém. Vzduch v krabici je nyní ochlazen na 5 stupňů a jeho relativní vlhkost je 100%. Těch 7 gramů vodní páry je maximum, které je schopen při této teplotě udržet.

Praktická ukázka

Na výše uvedeném principu fungují například vysoušeče vzduchu. Takový vysoušeč je vlastně lednička, skrz kterou je ventilátorem proháněn vzduch. Vzduch se ochladí a přebytečná vlhkost ze vzduchu se vysráží a ve formě kapiček pak steče do zásobníku. Vzduch, který z vysoušeče odchází je opět ohříván na pokojovou teplotu. Pokud bychom tedy náš původní vzduch, o teplotě 20 stupňů a relativní vlhkosti 50%, pustili do vysoušeče, který by v lednicové části chladil na 5 stupňů a na výstupu ohříval na 20, měl by výstupní vzduch absolutní vlhkost opět něco kolem 7 gramů na metr krychlový a díky zvýšení teploty by se zvýšila i rezerva pro udržení vodní páry a relativní vlhkost by pak byla kolem 40% (A ne 100%, jako by to bylo, kdyby zůstal vzduch studený).