Čerpadlo jako perpetum mobile  
Tisíce let se lidé snaží najít způsob, jak rozpohybovat vodu z jednoho místa na druhé a přitom se nenadřít. Snem bylo, aby voda sama tekla do kopce. Teď se to vědcům podařilo pumpou, která nemá žádnou pohyblivou část a využívá jen kombinace smáčivého a nesmáčivého povrchu.

 

 

Několik případů, kdy voda teče vzhůru známe z přírody. Například výtrysky gejzírů a nebo při použití čerpadla zvaného "trkač". V tomto případě se zařízení spíš podobá vzlínání vody v rostlinných pletivech, které k dokonalosti dovedly stromy. Ty nejschopnější (sekvoje) si tak přivádějí vodu stovky metrů vysoko. Vědci také využili jev zvaný  povrchové napětí kapalin a zkombinovali to s vlastnostmi superhydrofobního materiálu.

Ztráta ideálního tvaru koule znamená změnu poměru sil gravitace a kohezních sil.
Ztráta ideálního tvaru koule (pokles povrchové energie u menšího zakřivení plochy) vede ke změně poměru sil gravitace a kohezních sil.

Předvedené zařízení pracuje s alkalickým roztokem a to nejdůležitější na něm je obyčejná měděná síťka. Ta uzavírá dno svisle umístěné plastové trubičky. K ní se zespodu, téměř na dotek, přivádí  tekutina kapilárou. A to je vše.

 



Jak to funguje?
Kapilárou přivedená kapalina vytváří kapičku. Jakmile se dotkne mřížky na dně válce, dojde k něčemu, co nám laikům připadá, jako když ji po dotyku vrchní širší trubička vcucne. Fyzikové vše vysvětlují změnou tvaru, kterou kapka po kontaktu s měděnou mřížkou nabude. Ztratí tím totiž svůj ideální kulovitý tvar. Síla, která působí směrem dolů (gravitační) se stane menší, než ta, která vzniká kohezními sílami - vzájemným přitahováním molekul či atomů kapalin, které se navenek jeví jako působení vnějšího tlaku. Pro to, co nutí kapalinu zaujmout minimální objem a na něž mají matematici rovnici, které říkají  Laplaceova.

Pierre Simon de Laplace (1749 - 1827). Francouzský matematik, jeden z největších vědců všech dob. Je znám především jako tvůrce teorie pravděpodobnosti, svými vzorci ale předpověděl i provozuschopnost tohoto čerpadla, stejně jako jako existenci černých děr ve vesmíru.  (Kredit: Wikipedia)
Pierre Simon de Laplace (1749 - 1827). Francouzský matematik, jeden z největších vědců všech dob. Je znám především jako tvůrce teorie pravděpodobnosti. Svými vzorci věnovanými povrchovému napětí kapalin tak trochu předpověděl i provozuschopnost tohoto čerpadla, stejně jako předpověděl existenci černých děr ve vesmíru. (Kredit: Wikipedia)

 

Snaha využít poznatek k masivnímu nasazení jako obnovitelného zdroje energie, je jistě chvályhodná, ale jen jako argument pro komisi k získání grantu na prověření možnosti automatických přečerpávacích stanic. S vědomím, že to je předem určeno k nezdaru. Ne snad proto, že jde o malé objemy s rozdílem hladin v rozmezí několika centimetrů. I kdyby to nakrásně fungovalo, v provozu by se časem totiž zcela jistě vyskytly komplikace se ztrátou superhydrofóbních vlastností mřížky, například vlivem rozpuštěných solí. Proti budou i mikroorganismy vynikající nezdolnou snahou všechno ucpat slizem. Ten by "perpetum" také poměrně rychle zadrhnul.
I tak ale mnozí do nápadu mikropumpy vkládají velké naděje a v praxi se s tím máme už brzo začít střetávat. V podobě mikrodetektorů spojených s dalšími chytrými obvody a zařízeními. Mikročerpadla by nám měla pomáhat hlídat a řídit, kde co. Úplná hloupost by to být nemusela, článek autorům vyšel v recenzovaném časopisu s impakt faktorem 10,4 a to už by něco znamenat mělo.

 

Názorně vše objasňují připojená videa:


Video 1 (Kredit: Advanced Functional Materials , DOI: 10,1002 / adfm.201501320)

Video 2 (Kredit: Advanced Functional Materials , DOI: 10,1002 / adfm.201501320)

video 3 (Kredit: Advanced Functional Materials , DOI: 10,1002 / adfm.201501320)

 


Literatura
Superhydrophobic "Pump": Continuous and Spontaneous Antigravity Water Delivery, Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.201501320

Datum: 16.06.2015
Tisk článku


Diskuze:

pod obr. ztráta ideálního tvaru koule

Josef Hrncirik,2015-06-22 08:53:48

by spíše patřilo: poloměry křivosti kapky vyrovnají pře(tlak) v kapce. Je-li křivost menší než odpovídá přetlaku křivost se zvětší, tj. část kapaliny je přečerpána (samovolně přeteče) do oblasti nižšího tlaku. Žene to pokles povrchové energie v méně zakřivené ploše. Nic není zdarma, vše je na dluh a úrok.

Odpovědět

hydrolýza a polymerace jsou opak

Stanislav Kaštánek,2015-06-21 22:16:28

Hydrolýza potřebuje vodu a polymerace glukosy na škrob ji uvolní. Nu a co s tím? To je jako když stříkám vodu hadicí nahoru do vzduchu. Kolik vody zůstane nahoře?
Napřed musíme mít tu glukosu a k její fotosyntéze potřebujeme vodu nahoře v listu. Část vody se dostane nahoru i prostým výparem.
Význam ATP pro přenosy energie je zásadní. Obecně zdrojem energie fotosyntézy a růstu rostlin je slunce. Opak je dýchání, které energii sacharidů a z něj odvozených sloučenin spotřebovává.

Odpovědět


za mokra a nízko se vyrobí glukóza a odtransportj se výš a ksoě táhne vodu. řebytk glukózy se zpolymerují,aby osmotiký tlak nebyl příli vysoký.

Josef Hrncirik,2015-06-22 07:27:14

Na hydrolýzu je zapotřebí trocha vody, ostatně polymerací se regeneruje. 1 glukóza vytáhne cca 30 vod (M, koncentrace ...)

Odpovědět


Re: za mokra a nízko se vyrobí glukóza a odtransportj se výš a ksoě táhne vodu. řebytk glukózy se zpolymerují,aby osmotiký tlak nebyl příli vysoký.

Stanislav Kaštánek,2015-06-22 13:51:48

Glukosa se nevyrobí nízko, ale vysoko v listech.
"ostatně polymerací se regeneruje" , což neřeší to jak se dostane nahoru. Polymerační stupeň 30 se může týkat amylasy, která je uvnitř zrna škrobu, navrch je nerozpustný vysokomolekulární amylopektin. Tak jsme se to kdysi učili.
Co je trocha vody ?
Hydrolýza škorbu (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6
Čili počet molekul glukosy = počet molekul vody.
Wiki: "Škrob je polysacharid se vzorcem (C6H10O5)n složený z dvou různých polysacharidů: amylózy a amylopektinu, tvořených několika tisíci až desetitisíci molekul glukózy. Škrob kromě glukózy obsahuje v malém množství lipidy, proteiny a zhruba 25–35 % vody."
Vně amylopektin polymerační stupeň nad 10 000 ( 50 000 - 100 000).
Uvnitř amylosa rozpustná v (teplé) vodě 25 - 1000 glukosových jednotek
http://is.muni.cz/th/358653/lf_b/Bakalarska_prace_rezsitentni_skrob.txt
Mluví o nízkomolekulárním amylopektinu, takže nechápu.
"Na základě rentgenové difrakce byly identifikovány tři typy krystalické formy škrobu.
Jedná se o typ A, B a C. Jednotlivé typy se od sebe liší délkou řetězce, hustotou zabalení v zrnu
a přítomností vody. Typy A a B jsou krystalické modifikace a typ C je kombinací typu A a B.
Později byl přidán další typ, který je označován jako V.typ .
Typ A má amylopektinový řetězec zahrnující 23 až 26 glukosových jednotek .
Dvojitá šroubovice vytváří centrální kanál, který je vyplněn další dvojitou šroubovicí.
V prostoru mezi oběma šroubovicemi je vázaná voda . Nachází se v obilovinách .
Typ B se skládá z amylopektinového řetězce obsahujícího 30 až 44 glukosových molekul.
Tato forma je nejméně stabilní, protože pouze centrální kanál dvojité šroubovice je vyplněn
molekulami vody . Tento typ škrobu se nachází v syrových bramborech a v banánech .
Typ C je tvořen amylopektinovým řetězcem složeným z 26 až 29 glukosových molekul.
Typicky se tento typ škrobu nachází v luštěninách" .

Odpovědět


jak funguje transport vody pochopitelně neví a příliš mě to nezajmá. Reaguji jen na to, že kapilára saje a turgor (přetlak) nevyvolá, spíše naopak.

Josef Hrncirik,2015-06-22 16:02:42

aby došlo k osmóze, látka musí být v roztoku u membrány tj. u kořene. Jinak vodu netáhne, tj. voda o ní neví. No a 1 Gl uvolněná (vlastně i jen jsoucí připusťme v 5 % roztoku)u membrány na sebe nabalí cca 30 vod a dopraví je řekněme cca 30 m vysoko. Co se pak děje s vodu a Gl ví strom.

Odpovědět

Toto "perpetum mobile" lze dělat jednodušeji

Jiří Pospíšil,2015-06-17 18:25:25

Tak, jak mnoho lidí čerpá kapilaritou vodu z kýblu (zavařovačky v menším provedení) knotem do květináčů.
Vyhnete se tím problémům se superhydrofobními materiály.

Perpetum mobile to není, žene to slunce a s ním spojené vysychání květináče nahoře (rostlinky v květináči a teplota prostředí jsou integrální součástí toho vysychání). Ale týden to funguje a ví to spousta lidí i bez publikování ve vědeckém tisku.

Odpovědět

Nevím ale něco na tom bude.

Karel Rabl,2015-06-17 07:44:52

A může to být například plyn který zkapalňuje za pokojové teploty s tím že by odebíral teplo z okolí.

Odpovědět

Že by?

Václav Fojt,2015-06-16 19:18:42

Tak nevím. V originále ot fakt vyšlo v prestižním časopisu. http://www.readcube.com/articles/10.1002%2Fadfm.201501320?r3_referer=wol&tracking_action=preview_click&show_checkout=1&purchase_referrer=onlinelibrary.wiley.com&purchase_site_license=LICENSE_DENIED_NO_CUSTOMER

To samozřejmě ještě není záruka, že když něco vyjde v recenzovaném mediu, že nejde o podvod. Ale dost v těchto případech napoví diskuse u uvedeného periodika, kam chodí fakt bedny na fyziku. A co je zajímavé, tak to tam vlastně vůbec nekritizují. Takže mi z toho vyplývá, že buďto německý vydavatel má totálně hloupé referee. Což také je možné a skočili výzkumníkům na špek. Ale pak je tu ještě to, že to nerozcupovali ani kolegové z profesně konkurenčních pracovišť a to by si jistě nenechali ujít, takovou nahrávku na smeč. Takže to už mi připadá poněkud trochu moc náhod na to, že by to byla blbost a video zfalšované.

Odpovědět


Re: Že by?

Milan V,2015-06-16 20:04:22

Je to divné.
Zatím nejpravděpodobnější se mi zdá, že spodní kapilára je pod tlakem, např. čerpadlem.
Kuličku kapaliny už si síťka skutečně převezme, jak je popsáno.

Odpovědět


spodní kapilára má hydrofobní vnitřek i povrch.

Josef Hrncirik,2015-06-17 07:53:26

Nemusí být super hydrofobní, stačí mastnota či teflon. Rozhoduje malý průměr. V super hydrofobním povrchu by průměru kapiláry 1 mm odpovídala deprese cca 32 mm sloupce vody.
Malá kapička se protlačí přetlakem z kapiláry (čerpadlem či hydrostaticky) větším hydrofobním okem síta (jemného, aby udrželo sloupec nad ním), přetečení je pak vlivem nutného přetlaku v kapiláře zdánlivě samovolné. Stačí to pokazit 1 kapka saponátu, stejně jako nepromokavost stanu. Je to perpetuum mobile, jako když do mastné hadry na zem narvete přetlakem vodu a pak ji expandujete (vykrucuje se sama) přes turbínu. Dlouhé Stráně pro mravence. Výuka a chápání fyziky a časopisy... . Publish or perish.

Odpovědět

Z kapiláry

Jiří Skála,2015-06-16 16:15:44

vám nevyleze vypouklá kapka kapaliny. Brání tomu tytéž síly, které táhnou kapalinu vzhůru. Takže zase žádné perpetůčko.

Odpovědět

Fake, ale jak?

Milan V,2015-06-16 12:08:11

Tipujte, jak to ošvindlovali :-)

Podle mě je to video puštěné pozpátku.
Taky je to hodně "špatně" sestříhané, ani jeden cyklus kapky není vidět celý.

Odpovědět


Re: Fake, ale jak?

Milan V,2015-06-16 15:31:51

Ovšem to 3. video na
http://m.phys.org/news/2015-06-tiny-spontaneous-antigravity-delivery.html
je pěkné...

Odpovědět

Výborně by se to hodilo do "perpetual motion compilation"

Pavel Hudecek,2015-06-16 10:36:55

Takových kompilací jsou na Youtube hromady a v každé "funguje" spousta nejroztodivnějších generátorů pohybu z ničeho.

Nějaké bakterie jsou irelevantní. Článek byste měli smáznout a nechat si ho na příštího 1. dubna.

Odpovědět


Re: Výborně by se to hodilo do "perpetual motion compilation"

Milan Vanicek,2015-06-16 14:06:13

Také jste si to nejprve spočítal, jako autoři? A co vám vyšlo? Že to nemůže fungovat? Jen připomínám, že ta rovnice je p = 1 1 r s + 2 2 r s. A víte, že doktoři nám podle ní počítají třeba zatížení výdutě na cévách a nebo zvětšené srdeční komory? Také si to mají nechat na 1. dubna? A pokud jste motorista, víte, že se podle ní počítá i pevnost pneumatik? Ale vážně, spočítal jste si to, nebo Vám to řekl Váš zdravý rozum?

Odpovědět


Re: Re: Výborně by se to hodilo do "perpetual motion compilation"

Jirka Niklík,2015-06-16 17:48:12

Pcha chá, klasická metoda všech podvodníků a šarlatánů. Zatáhnou do své teorie nějakou zdánlivě relevantní rovnici, a pak se zaštiťují její nezpochybnitelností, ačkoliv jádro problému je v něčem úplně jiném.
Jestlipak už se nějaké laboratoři podařilo jejich výsledek zopakovat?
Dokud nevíme, jaký tlak panuje v té kapiláře, jejíž konec se jaksi nevešel do obrazu, a jaký tlak panuje v okolním plynu, tak nemůžeme počítat nic. Ale to co předvádějí je perpetuum mobile jak vyšité:
https://www.youtube.com/watch?v=3jQ4EXIr68s
To opravdu patřilo otisknout 1. dubna.

Odpovědět


Re: Výborně by se to hodilo do "perpetual motion compilation"

Josef Hrncirik,2015-06-17 13:35:41

Netřeba žádné superhydrofobní povrchy z dodekanthiolu na mědi(nemají už ani prachy na fluorované deriváty, či hůře ani nápady), stačí pouhá izotermická destilace malých kapek do velké hladiny třeba i 10 metrů výše. Nekupte to. Určitě se smějí jak jim bílí zase naletěli a publikovali to.

Odpovědět

vyjasnění

Oskar Zemcik,2015-06-16 09:59:37

Abychom si to vyjasnili.
1. na videu nevidím co je pod trubičkou ani nad hladinou nádoby.
2. Jsem choten akceptovat že kapka sama sebe vytlačí otvorem nahoru, ale už ne to že přetlačí sloupec vody nad sebou
Přijde mi to jako klasický FAKE, který může fungovat zvedáním pístu na hladině toho válce :0)

Odpovědět


Re: vyjasnění

Tomáš Viktora,2015-06-16 12:53:27

" Jsem choten akceptovat že kapka sama sebe vytlačí otvorem nahoru, ale už ne to že přetlačí sloupec vody nad sebou""

Pokud by vyusteni trubice bylo nad hladinou roztoku nemusela by kapka prekonavat pusobici tlak kapaliny ve valci a jen by do jen "pretekla".
Tak jak je to na videu je to samozrejmne nesmysl protoze tlak vodniho sloupce ve valci radove presahuje silu potrebnou k prekonani gravitace te kapky..
Cele by to teoreticky fungovalo jen pokud by ta medena mrizka byla ze spodni strany hydrofilni a z druhe hydrofobni o cem se da uspesne pochybovat.

Odpovědět


Re: vyjasnění

Stanislav Kaštánek,2015-06-17 09:27:22

Jestli je povrch hydrofilní, hydrofobní nebo superhydrofobní je vcelku jedno. Jde o zákon zachování energie. Jestliže se voda táhne nahoru, děje se tak do vyrovnání sil. Jakmile se síly vyrovnají a jejich vektorový součet bude nula, práce bude nulová, voda se zastaví. Přesně to se děje v rostlinách i v sekvoji 100 m vysokém ( nikoli stovky metrů jak je v článku). Voda stoupá kapilárními silami až do třeba jalbka nahoře. Ale z kapiláry neukápne, neteče dál- kratší sloupec nemůže vytáhnout delší. Stoupání vody trvale nahoru v rostlinách žene slunce, které nahoře vodu odpaří nebo zabuduje fotosyntézou do gluzozy.
Stoupání vosku ve svíčce žene trvale nahoru to, že na konci je vosk odčerpáván spalováním.
Čili článek je o jednočinné pumpě, mikropumpě, vytažení sloupce vody ( kapaliny) jednorázově pár milimetrů. Nejde o trvalé čerpání kapliny. Pokud ano, musí se hledat zdroj energie. Včetně tepelné, což může měděná síťka ovlivnit.
Video je hezké. Když natočím, jak molitanová houbička nasaje díky návratu z deformace rozlitou vodu na kuchyňské lince, tak mám taky perpetuum mobile?

Odpovědět


transport vody v rostlinách kapilárními silami do 30 m by vyžadoval

Josef Hrncirik,2015-06-17 12:47:26

průměr kapiláry pod 1 mikrometr. Fatálně by zhavaroval postřikem smáčedla. Zřejmě se uplatní i osmotický tlak.

Odpovědět


Re: Re: vyjasnění

Stanislav Kaštánek,2015-06-17 14:46:08

Osmotický tlak:
3 g NaCl v 1 litru vody dá osmotický tlak 126 kPa, to odpovídá výšce vodního sloupce 12,6 m. Vzhledem k tomu by 120 m výšky stromu bylo asi 30 g soli, což je skoro nasycený roztok ( ten je kolem 35% NaCl). Vzorec pro osmotický tlak má molární hmotnost ve jmenovateli, takže pro KNO3 to bude osmotický tlak menší ( 58/101) krát.
http://fyzikalniulohy.cz/uloha.php?uloha=461
Kapilární elevace, ze vzorce
https://cs.wikipedia.org/wiki/Kapil%C3%A1ra
h = 2*sigma/r*ró*g bude pro vodu pro výšku h = 100 m průměr kapiláry 0,29 mikrometrů.
Kapilarita ani osmotický tlak nemůže táhnout vodu nahoru trvale, ale do vyrovnání sil nebo koncetrací. Trvalý tok vody nahoru energeticky žene sluneční energie a s ní spojený odpar a zabudování vody do fotosyntetických produktů.

Odpovědět


nasycený roztok soli je cca 350 g/L

Josef Hrncirik,2015-06-19 16:16:24

tj. dá elevaci cca 1260 m. Na 120 m stačí ca 10% glukózy

Odpovědět


Re: nasycený roztok soli je cca 350 g/L

Stanislav Kaštánek,2015-06-20 22:40:24

Dobře, 10% roztok glukosy ( M= 180g/mol) je asi 90 g/1000 ml = asi 0,5 molu/litr.
To odpovídá při 290 K osmotickému tlaku ( v soustavě SI) =(0,09*8,31*290)/(0,18*0,001)= 1 200 kPa , to odpovídá 120 m sloupce vody.
https://cs.wikipedia.org/wiki/Osmotick%C3%BD_tlak
Řidší roztok ( případně čistá voda) stoupá nahoru a ředí koncentrovanější roztok nahoře přes polopropustnou membránu.
Trochu hlavolam je, jak se nahoru těch 10% glukosy ( nebo fruktosy třeba v jablku) dostane, když ke vzniku glukosy fotosyntézou v listech nahoře je třeba právě ta voda ze zdola.
Stále trvám na tom, že i osmóza proběhne do vyrovnání tlaků, trvalý pohyb vody nahoru ( = vykonaná práce) musí mít energetický zdroj, a tím je odpařování vody Sluncem a zabudování vody do fotosyntetických produktů.
Pro 3% NaCl bude
p=m*R*T/(M*V)= 0,003*8,31*293/(0,058*0,001)= 126 kPa , to odpovídá 12,6 m sloupce vody. 10 m vody sloupec odpovídá 1 atm = 101,325 kPa.
Přehlédl jsem, že jde o 30 g soli na litr a ne o 30%.
Pro 30 g NaCl na litr bude =0,030*8,31*293/(0,058*0,001) = 1 260 kPa, odpovídá 126 m sloupce vody.

Odpovědět


chci-li sát, zhydrolizuji škrob na glukózu,

Josef Hrncirik,2015-06-21 17:28:20

čerpání vypnu polymerací glukózy na škrob. Pochopitelně že trvale užitelně to vyžaduje odpar a fotosyntézu a dodávky ATP a enzymů.

Odpovědět


Re: chci-li sát, zhydrolizuji škrob na glukózu,

Stanislav Kaštánek,2015-06-21 22:47:52

Odpověď jsem omylem poslal v diskuzi napřed jinam.
Hydrolýza potřebuje vodu a polymerace glukosy na škrob ji uvolní. Nu a co s tím? To je jako když stříkám vodu hadicí nahoru do vzduchu. Kolik vody zůstane nahoře?
Napřed musíme mít tu glukosu a k její fotosyntéze potřebujeme vodu nahoře v listu. Část vody se dostane nahoru i prostým výparem.
Význam ATP pro přenosy energie je zásadní. Obecně zdrojem energie fotosyntézy a růstu rostlin je slunce. Opak je dýchání, které energii sacharidů a z něj odvozených sloučenin spotřebovává.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace