Všimli jste si obrazců na zasněžené kapotě? Víte, proč vznikají?

Obrazce vytvořené ve sněhové pokrývce na kapotě auta mají často různé tvary. Od trojúhelníku se zaoblenými rohy, přes přibližný obdélník, až třeba po podobu srdce. Někdy to sice může vypadat trochu záhadně, ovšem nic tajemného na tom není.

Základem celé věci je rozdílná teplotní vodivost vzduchu a kovu. Jde o to, že vzduch, který se nachází v motorovém prostoru a tedy pod kapotou, funguje v daném případě jako izolant. Důvodem je značná vzdálenost jeho molekul atomů. Toto je pro plyny charakteristické. Vinou toho dochází k poměrně pomalému přenosu energie z tepla. Že je vzduch dobrý izolant, dokazují třeba skla moderních oken bytů či domů. Bývají minimálně zdvojená, přičemž mezi nimi je vzduchová mezera. Smyslem je zamezit tepelným ztrátám při vyhřívání bytu a zároveň jeho nadměrnému ohřívání v letních měsících.

V porovnání se vzduchem (plynem) má kov výrazně vyšší tepelnou vodivost. Důvodem jsou opět molekuly atomů, které jsou mnohem těsněji uspořádané (s menšími vzdálenostmi). Díky tomu se při stejné tepelné energii kov mnohem rychleji ohřeje. Proto se také používá třeba na nádobí. Aby se jídlo co možná nejrychleji a tedy i nejlevněji uvařilo.

Přehřívání motoru: Hrozí i moderním motorům. Proč je pro ně nebezpečnější?

Jak s tím ale souvisejí ty obrazce na kapotě při sněhové pokrývce? V okamžiku, kdy nastartujete motor auta a zároveň sněží, začne probíhat tepelná výměna. Motor se ohřívá poměrně rychle a sálá z něj teplo. To ohřívá vzduch pod kapotou. Dochází tedy k tepelné výměně. Vzduch teplo dále předá kapotě a ta je následně ve zredukovaném množství vyzáří ven. Aby to člověk poznal, stačí při nízké okolní teplotě přiložit prokřehlou ruku těsně nad kapotu a hned cítíte, jak z ní sálá teplo.

Problém je, že kapota motoru nemá na své spodní straně (v motorovém prostoru) na rozdíl od vnější po celé ploše jednotnou strukturu. Jsou zde navíc četné výztuhy, které zajišťují, aby se neohýbala, a současně plní roli deformační zóny při čelním nárazu. A dále, aby se snížila vnější hlučnost od motoru, je kapota zespodu často opatřena tlumicími materiály. Ty mohou být buď po celé ploše, nebo jsou tvořeny částmi vsazenými mezi výztuhy.

Pro zjednodušení se omezíme pouze na ty výztuhy a budeme uvažovat, že tlumicí materiály buď chybějí, nebo je výrobce u dané verze (motorizace) nemontoval.

Vyhřívání kabiny automobilu: Proč některé topí více a jiné méně?

Teplo tedy z motoru sálá přes vzduch na kapotu a ven, ovšem v místech, kde má kapota výztuhy se tepelná energie od ohřátého vzduchu šíří pomaleji, než tam, kde je pouhý plech. Vnější plocha kapoty je tak v prostoru, kde jsou výztuhy, lépe teplotně izolována než v místech, kde výztuhy nejsou. V místech výztuh má tak vnější plocha kapoty za stejný časový úsek nižší teplotu, než ta část kapoty bez výztuh. Dopadající sníh tak nemění konzistenci na celé ploše kapoty stejně, což vytváří ony obrazce.

V okamžiku kdy dojedete do cíle, vypnete motor a bude stále sněžit, situace se obrátí. Kapota začne chladnout, až zcela vychladne. Bude mít tedy teplotu, odvislou od teploty okolí. Padající sníh na ní začne ulpívat ve stále větším množství, až ji zcela zakryje. Části, kde jsou výztuhy, se však budou ochlazovat (tedy snižovat teplotu) rychleji, než části, u nichž zespodu výztuhy nejsou. Sníh tedy nebude mít teplotu na všech místech stejnou, tudíž nebude odtávat stejně rychle. A to opět povede k vytvoření obrazců.