Fasta ämnen. ALLA Fasta ämnen utvidgar sig under uppvärmning

Transkript

1

2 Fasta ämnen ALLA Fasta ämnen utvidgar sig under uppvärmning Experiment 1: Vi hade en stålkula upphängd i en ståltråd så att kulan var ungefär en halv millimeter från bordsskivan och satte den i gungning och visade att den gick fritt från bordet och stannade den sedan. Sen tog Arthur och värmde ståltråden med en gasbrännare så att den blev varm och satte därefter kulan i gungning igen, kulan slog nu i bordet. När tråden svalnade så lättade kulan från bordet igen. Slutledning: Att kulan tar i bordet när tråden värms upp beror på att alla fasta ämnen utvidgar sig när dom värms upp och krymper när dom kyls ner. Experiment 2: Vi började med att värma upp ett provrör i glas tills att det blev rödglödgat med en gasbrännare och därefter så sänkte vi ner det i en skål med vatten, provröret splittrades i massa bitar. Sedan så gjorde vi om experimentet, nu med ett eldfast provrör av kvartsglas. När vi sänkte ner det i vattnet så höll det. Slutledning: Fönsterglaset spricker eftersom att den har ökat i storlek när man värmde upp den och när man kyler ner utsidan till 20 grader så kommer insidan fortfarande vara runt 1000 grader och därmed kommer glaset inuti vara större än utsidan och få glaset utanpå att spricka. Kvartsglaset däremot ökar mycket mindre i storlek än fönsterglaset och därmed så har det inte alls samma benägenhet att spricka. Exempel 1: När man bygger en betongbro är det viktigt att armeringsjärnen växer/krymper lika mycket som den omgivande betongen eftersom det är temperaturskillnader på -20 till +35 grader och blandar man fel material så kommer allt att spricka. Exempel 2: När man har en Glödlampa så gäller det att tråden som går igenom glassockeln sväller lika mycket, sväller glaset mera så blir det ett lufthål och glödtråden brinner av, är fallet det omvända så spricker glaset. Exempel 3: Stålhjul på tåg slits väldigt mycket och därför sätter man på en slitring genom att utnyttja att metall blir större när det värms genom att man tar en för liten ring och värmer den och lirkar på den på hjulet, när den svalnar sitter den som berget, sen när den är utsliten så skär man av den och sätter på en ny, på detta sätt slipper man byta hela hjulen vilket skulle vara bra mycket dyrare.

3 Utvidgningskoefficient Visar hur många millimeter en meterstav av materialet utökar i längd när den värms en grad. Material Plast Bly Silver Järn Betong Fönsterglas Granit Kvartsglas Utvidgning 0.13mm 0.029mm 0.020mm 0.011mm 0.011mm 0.009mm 0.006mm mm

4 Vätskor Vätskor Utvidgas under uppvärmning. (undantaget vatten mellan 0 C och +4 C) Vatten är tyngst när det är +4 grader så det vattnet kommer alltid att vilja vara längst ner. Vår: I speciella situationer på våren så är vattnet genom hela sjön +4 C och därför vill ytvattnet ner till botten, vattnet vid botten är då avkylt och lättare och trycks undan av ytvattnet och får på detta vis vattnet att cirkulera, detta ger syresättning åt sjön. Sommar: På sommaren är ytvattnet varmast och botten håller sig på +4 C, temperaturskillnaden kan man känna när man på sommaren dyker respektive när man ligger i ytvattnet. Höst: Se vår... Vinter: Nu är situationen som på sommaren fast omvänt, det ligger is på ytan och vatten som är 0 C är lättare än bottenvattnet som är +4 C, så det är varmare vid botten än vid ytan i det här fallet. Experiment 1: Vi fyllde en kolv med bläck/vatten blandning och satte i en kork med ett långt, tunt, glasrör i och sen så värmde vi en bägare med vatten som vi därefter satte ner kolven i. Nivån i glasröret höjdes från ca 1dm till ca 8dm (1m långt rör) under 10 minuters tid. Slutledning: Vattnet utvidgas när det värms upp och trycker vattennivån upp genom det tunna glasröret.

5 Tabell över olika vätskors utvidgning. Vätska Utvidgning/grad Eter Alkohol Vatten Kvicksilver Termometerskalor: Farenheit: Farenheitskalan skapades år 1714 av D.Farenheit från den tyska staden Danzig. 0 grader i hans skala var en kall salt/snö blandning han skapade och 100 grader var hans kroppstemperatur. Celsius: Denna skala skapades år 1742 av A.Celsius från Uppsala, som 100 grader använde han vattnets fryspunkt och som 0 grader använde han vattnets kokpunkt. (han gillade inte minusgrader) Detta ändrades endast 5 år efter publiceringen (1747) av en annan svensk till det mer logiska som vi har i dag. Kelvin: Kelvinskalan skapades år 1901 av Lord Kelvin från manchester i England, som sin nollpunkt använde han absoluta nollpunkten och sen graderades skalan uppåt i samma gradstorlek som celsiusskalan. Skalornas förhållande till varandra: 0 f = -17,8 C = K 100 f = 37.8 C = K 0 K = -273,159 C = f 100 K = -173,159 C = f 0 C = 32 f = K 100 C = 212 f = 373,159 K Självcirkulation: Tidigare innan metall var så dyrt så byggde man värmesystem i hyreshus på självcirkulation. Man värmde vattnet i källaren så att det blev varmare och steg uppåt genom grova kopparrör och vidare genom elementen och tvingade ner det kallare vattnet på andra sidan som blev varmt och så fortsatte det. När metallen blev dyrare så sparade man pengar genom att installera mycket smalare rör och en pump tillsammans med värmepannan i källaren. Experiment 2: Vi tog en kolv och hällde i lite vatten i botten och sen höll vi den över en gasbrännare och värmde upp den tills att vattnet kokade och att det sprutade ånga ut ur den. Vi lät vattnet koka tills ångan hade tagit med sig den mesta luften ut ut kolven, då satte vi i en kork med ett glasrör och sen vände vi den uppochner och stoppade ner den i en skål med vatten, först började vattennivån i glasröret att stiga upp från skålen och upp mot rörets mynning inne i kolven när ångan började kondenseras och när det började spruta in så kondenserades all ånga mycket fort och skapade ett vakum så att kolven fylldes på någon sekund.

6 GAS ALLA Gaser utvidgar sig lika mycket under uppvärmning. Experiment 1: Vi hällde lite vatten i en kolv och värmde den så att det började strömma ut ånga vi lät den koka en stund till så att vi drev ut all luft, därefter satte vi i en tät gummikork och började att kyla kolven, när vi kylde den så att ångan kondenserades så började vattnet koka på grund av det låga trycket. Vi fortsatte att kyla den en stund genom att hälla mer vatten på kolven och trots att vattnet var under 20 grader så kokade det trots att när kylde det mera. Slutledning: En vätskas kokpunkt är beroende av det omgivande trycket, lågt tryck = lägre kokpunkt, och när ångan kondenseras av det kallare vattnet så blir det nära vakuum i kolven och då kokar vattnet. Tryckkokare: I en tryckkokare så får man upp trycket till ungefär 3 atmosfärer och vid det trycket kokar inte vatten förrän vid 133 grader och därför går värmen snabbare in i maten. Allmänna Gaslagen Volym Tryck Temperatur (V) (P) (T) Om T är oförändrad så är V gånger P konstant Om V är oförändrad så är P genom T konstant Om P är oförändrad så är V genom T konstant

7 Kylskåp: 1. Vätskan expanderar fort och går sen in i ett smalt rör (Lågt tryck) 2. Vätskan blir kall 3. Vätskan värms upp av maten och blir gas 4. Pumpen trycker ihop gasen till vätska som går genom rören och kyls av. (Högt tryck)

8 Experiment med kolsyresnö: Arthur hämtade en tub med koldioxid och skruvade bort reduceringsvetilerna och satte på en direktutsläppventil, en så kallad snowpack. Vi lyfte upp tuben på bordet och Rasmus fick lyfta bakändan av tuben så att utsläppet placerades nedåt. Medans Arthur släpper på gasen rakt ut i rummet genom snowpacken ( som är en liten expansionskammare som går att öppna) så kyls koldioxiden ner och bildar kolsyresnö p.g.a. den snabba expansionen. Experiment 1: Alla som ville fick komma fram och känna på kolyresnön i handen. Det kändes ingenting ungefär dom första 5 sekunderna sedan så brände det till, ungefär som om det hade varit glödande kol som man hade i handen. Slutledning: Detta beror på att kolsyresnön är väldigt kall och det tar en liten stund innan kroppen reagerar på den extrema kylan... Experiment 2: Vi lade lite kolsyresnö i en bägare och hällde ut lite vatten på bordet och ställde bägaren i vattnet. Efter en stund så var bägaren fastfrusen i bordet och kolsyresnön började försvinna. Kolsyresnön blev aldrig flytande utan blev gas direkt. Slutledning: Koldioxid kan ej bli vätska under det normala lufttrycket och därför övergår det direkt från fast form till gas. Ämne Smältpunkt Trippelpunkt Kokpunkt Kritisk punkt Vatten c vid 0,4atm 100c 379c och 218atm Koldioxid N/A -57c vid 5,1atm N/A 31c och 73atm Aluminium 660c N/A 2467c N/A Järn 1539c N/A 2900c N/A Wolfram 3380c N/A 5708c N/A Kväve -210c N/A -196 N/A Syre -219 N/A -183 N/A Väte -259 N/A -253 N/A Helium -270 N/A -269 N/A

9 Värmemängder hos ämnen Experiment 1: Vi hade 4 burkar och 4 vikter av olika metaller. I burkarna hällde vi 130 ml vatten som mätte en temperatur av 21 grader när vi började. Vi hade metallvikter enligt följande: järn 500g bly 250g mässing 200g aluminium 60g Vi stoppade ner alla vikterna i en behållare med kokande vatten och lät dem vara där lika lång tid. Efter det ställde vi ner dem i de 4 bägarna med vatten och mätte temperaturen efter en liten stund med följande resultat: Bägaren med järn - 42 grader Bägaren med bly - 26 grader Bägaren med mässing - 29 grader Bägaren med aluminium - 29 grader. Om man använder 100 gram av de olika ämnena så kommer de att värma: 100 g järn värmer 4 grader 100 g bly värmer 2 grader 100 g mässing värmer 4 grader 100 g aluminium värmer 14 grader Experiment 2: Vi hade en bägare med 20 gradigt vatten som vi löste salmiakpulver i. När vi gjorde det så sjönk temperaturen ner till 9 grader. Slutledning: När ett fast material skall smälta så krävs det värme som i det här fallet togs ifrån vatten och därför blev vattnet kallare. Värmeenergi mäts i kalorier eller joule. Kalorier förkortas cal och joule förkortas J. 1 cal = 4,18 J Större mänger energi mäts i: KJ = J x 1000 MJ = J x 10 upphöjt i 6 GJ = J x 10 upphöjt i 9 TJ = J x 10 upphöjt i 12 Små mängder energi mäts i: mj = J x 10 upphöjt i -3 µj = J x 10 upphöjt i -6 I cal värmer 1 g vatten 1 grad.

10 Ämne Spec.värme Smältvärme Ångvärme Vätgas 3,4 N/A N/A Vatten 1 80 Vid 0 går det åt 600, Vid 100 går det åt 540 Ammoniak 0, Luft 0,24 N/A N/A Aluminium 0, Järn 0,11 30 N/A Bly 0,03 6 N/A Luft och Vatten Vid havsytan är lufttrycket 1 kg per kvadratcentimeter. Detta betyder att på en normal människa är trycket ton. Luftens innehåll Luften innehåller 78 % kväve, 21% syre, 1% argon, 0,05% koldioxid och varierande % vattenånga. Vattenångas tryck är samma tryck som luften har när vatten kokar. J. Daltons lag: Trycket är summan av gasernas tryck Temperatur Tryck (mm hg) 0 4, (1kg/cm2)

11 Psykrometer: Vi har 2 termometrar varav den en termometern har en tygbit som hänger ner i vatten virad runt sig. De olika termometrarna visar olika temperaturer där den med tygbiten visar en lägre temperatur. Skillnaden i temperaturen mellan de olika termometrarna visar på luftfuktigheten. Daggpunktsmätare: Daggpunkten (dp) kallas den temperatur i den aktuella luftfuktigheten när det bildas dagg. När man blåser luft genom etern så förångas den och kyler av etern och bägaren. När det börjar bildas dagg utanpå bägaren så läser man av termometern och den temperatur termometern visar kallas daggpunkten Ex dp = + 5 grader Hur man mäter fuktighet: Fuktighet mäts i antingen relativ fuktighet (% av max) eller i absolut fuktighet (gram vatten/ m³). Den relativa fuktigheten mäts med daggpunktsmätare, hygrometer, psykrometer.

12 Ånga (g/m³) 40 37, , , , , ,5 10 7,5 5 2,5 0 Ångmängd i Luft Temperatur Vid 100% Luftfuktighet Vid 50% Luftfuktighet Vid 25% Luftfuktighet Mängden ånga luften kan bära beror på temperaturen Mera värme, mera ånga kan få plats.

13 VÄDER Kall och varmfronter: En Varmfront trycker den kalla luften framför sig och glider upp på den som en kil med kalluft under, här bildas ofta små slöjmoln när värmen är påväg upp och lättare regnmoln. En Kallfront trycker den varma luften framåt/uppåt fort och får den att snabbt stiga, här bildas mycket ofta åskmoln. Sjöbris: Det fungerar så att land värms upp snabbare än sjön av solljuset så att luften över land stiger och då måste den luften ersättas och det börjar blåsa in från sjön. Landbris: Då är fenomenet det motsatta. Det är kväll och land kyls av snabbare än sjön så att den varma luften från sjön stiger och måste ersättas med något och det börjar blåsa från land.

14 Frontnederbörd: är orsakad av kall och varmfronter som bildar moln., se Kall/Varmfronter Orographisk nederbörd: Det är när det kommer fuktig vind från havet och den kommer fram till en bergskedja. Då tvingas luften upp för bergen och kyls av och då kan molnen inte bära lika mycket vatten längre så det börjar regna på bergets sluttning. Molnen kommer sedan över toppen och ner på andra sidan och värms upp. Nere vid foten på andra sidan kan luftfuktigheten vara nere på 40%. Konvektiv nederbörd: Den uppstår när det är varmt och över sjöar i synnerhet. Det är när vattnet stiger upp pga värmen i sjön och bildar moln som ofta blir väldigt stora på höjden och i de här molnen, när vattendropparna kommer högst upp så kyls de av och faller men möter de varma som kommer uppåt och stiger upp igen. Dessa moln ger upphov till kraftiga skurar och/eller åska. Detta är våran vanligaste sommarnederbörd

15 Värmeledning Experiment 1: Samuel, Ringo och Rasmus kom fram till Arthur och fick var sin stav av ett ämne. Samuel fick koppar, Ringo fick järn och Rasmus fick glas. Arthur plockade fram ett par gaslågor som allihop samtidigt fick stoppa in änden på sina stavar i. Efter 50 sek kunde Samuel inte hålla kvar sin kopparstav p.g.a. värmen. Ringo släppte efter 6 minuter och 13 sekunder och Rasmus höll på i 10 minuter och sedan avbröt vi försöket. Vid det laget var Rasmus glasstav böjd p.g.a. värmen i änden men var inte det minsta ljummen där rasmus höll. Slutledning: Koppar värme värme fort, järn leder inte lika fort och glas leder värme väldigt dåligt. Värmeledningsförmåga hos ämnen: Rekord: Silver och koppar leder värme bäst Jumboplats: Vatten, frigolit och luft leder värme sämst. Termosar isolerar man med vakuum. Det är de som leder värme absolut sämst (ingenting alls). Exempel på att luft isolerar: Exempel 1: Markens snötäcke på vintern har luft mellan snöflingorna och isolerar mot kylan så att det aldrig blir under 0 grader under snön och därför överlever många smådjur. Exempel 2: Yakpäls består av ca 2 dm luftfyllda hårstrån och mycket luft emellan hårstråna. Detta isolerar mycket bra mot kylan.

16 Pyrometer: En pyrometer fungerar genom att man tittar genom röret mot smältande järn eller liknande, sen vrider man på motståndet som har gradangivelser runt sig tills att glödtråden har samma färg som järnet, på detta sätt kan man mäta temperaturen på mycket varma föremål.