* Vad händer i lådan Kroppens effekt Kort version Detta experiment får du bara göra under en lärares ledning. Stiger temperaturen lika snabbt för alla Hur känns luften efter 5 minuter Varifrån kommer fuktigheten Varifrån kommer koldioxiden Vad händer med syrehalten Vad förändras snabbast Hur hänger alltsammans ihop Jämför med ett klassrum Jämför med Jorden 1
* Vad händer i lådan Kroppens effekt Utförlig version Detta experiment får du bara göra under en lärares ledning. Vad händer med luften när man sitter instängd 5 minuter? I lådan finns instrument som mäter temperatur fuktighet koldioxid syre Låt en kamrat kliva in i lådan. Hon skall sitta vänd så att hon inte andas mot mätinstrumenten. Stäng dörren. Starta mätningarna genom att klicka på knappen Collect på skärmen. Nu kan du under 5 minuter se hur luften förändras. Du kan se mätvärdena i siffror längst ned på skärmen. I diagrammen kan du följa hur värdena förändras. 2
Efter 5 minuter stoppar mätningen. Släpp ut försökspersonen. Hur känns luften efter 5 minuter Varifrån kommer fuktigheten Varifrån kommer koldioxiden Vad händer med syrehalten Vad förändras snabbast Hur hänger alltsammans ihop Jämför med en annan försöksperson Prova att göra armhävningar inne i lådan o Jämför lådan med ett klassrum o Jämför lådan med Jorden 3
*** Mera om Vad händer i lådan Kroppens effekt Syfte Den egna kroppen ger exempel på energiomvandlingar som kan ge upphov till diskussioner kring energifrågor, koldioxidutsläpp, bioenergi, växthuseffekt, luftkvalitet mm. Att tänka på Experimentet skall endast göras under uppsikt av en vuxen. Dörren till lådan hålls tillsluten av magnetlås som på köksluckor. Det går alltså att knuffa upp dörren inifrån, men det kan vara trögt. Låt bara en elev i taget sitta i lådan. 5 minuter är fullt tillräckligt, även kortare tid räcker för att man skall se hur mätvärdena förändras. Förkunskaper Experimentet kan användas på många olika nivåer. För att bara studera kurvorna på datorskärmen och diskutera vad som händer krävs inga direkta förkunskaper. På högskolenivå kan en mängd intressanta analyser och beräkningar genomföras. Dessa beskrivs i separata elevinstruktioner och lärarinstruktioner. Datorprogrammet Logger Pro Kort instruktion till programmet som samlar in och presenterar mätdata: Starta Logger Pro från skrivbordet med ikonen Kroppens effekt, mätmall 1 s eller Kroppen med 100 W lampa (Denna visar en mätning med en 100 W lampa i lådan. Den är bra att ha som referens. Om du inte vill visa den från början, dubbelklicka på diagrammet, välj Axis options, avmarkera Run 4. Temperature ) Placera en elev i lådan. Instruera eleven att inte andas mot instrumenten. Stäng dörren. Starta mätning med Collect uppe till höger på skärmen. Mätvärdena visas kontinuerligt i diagrammen. Efter 5 minuter (300 s) stoppas mätningen automatiskt. Släpp ut eleven. Spara mätningen med Data, Store latest run. 4
Kommentarer till experimenten Efter 5 minuter i lådan känns luften ganska ofräsch. Den som sitter i lådan kanske inte tänker på det, men de som öppnar lådan utifrån märker det. Koldioxidhalten brukar användas som ett mått på inomhusluftens kvalitet. Vid 1000 ppm (parts per million, miljondelar) bör man ventilera. I frisk utomhusluft är nivån numera ca 400 ppm. CO 2 -halt Effekt ppm 280 Normalvärde i atmosfären för ca 200 år sedan, innan fossila bränslen användes 370 Normalvärde i atmosfären år 2000 1000 Upplevs som ofräsch luft. Huvudvärk, trötthet kan börja uppkomma. Gräns för god luftkvalitet inomhus. 1500 Retlighet och koncentrationssvårigheter kan börja uppkomma. 5000 Arbetshygieniskt gränsvärde (medelvärde under en dag) 7000 Efter flera veckors exponering: biokemiska förändringar i kroppen 10000 Rekommenderat arbetshygieniskt maxvärde under 15 minuter 50000 Svindel, blodtrycksökning 80000 Kramp, medvetslöshet, död Syrehalten sjunker till synes mycket långsamt. När koldioxidhalten vuxit från 400 till 1500 ppm har syrehalten bara minskat med ca 0,1 procentenhet från normala ca 20 %. När man säger att syret håller på att ta slut, så är det just den höga koldioxidhalten man reagerar på. Egentligen är förändringen i absoluta tal lika stor för syret och för koldioxiden. 0,1 procent är detsamma som 1000 ppm. En syremolekyl behövs för att bilda en koldioxidmolekyl. För naturvetarelever på gymnasium eller högskola kan mätvärdena analyseras i detalj och ge upphov till en rad slutsatser om kroppens effekt och energiomvandlingarna i lådan. Se speciell experimenthandledning i litteraturlistan. Slutsatser Människokroppen kan jämföras med ett kraftvärmeverk, med mat som bränsle. Den kemiska energin i maten omvandlas till värme och, om vi arbetar, mekanisk energi. När kroppen förbränner maten omvandlar den energirika ämnen (bland annat kolhydrater som socker) till enklare ämnen, koldioxid och vatten. Samtidigt frigörs energi. Syre som vi andas in behövs när kroppen skapar koldioxid och vatten. 5
I experimentet ser vi tecken på att förbränningen sker. Koldioxid- och vattenhalt ökar i kammaren. Koldioxiden kommer från utandningsluften. Vattenångan kommer både från utandningsluften och från avdunstning från huden. Temperaturen stiger när kroppen avger energi. Vattenångan har avdunstat med hjälp av energi från kroppen. Det vi ser är nästan precis detsamma som sker i fotosyntesen i växterna fast tvärtom. Växterna tar upp energi från solljuset och använder energin för att binda samman koldioxid från luften med vatten från marken. På så sätt bygger växterna upp socker och andra kolhydrater. Växterna avger syre, som blir över vid tillverkningen. Att koldioxidhalten ökar i naturen är ett stort problem. Koldioxiden ökar växthuseffekten och förändrar klimatet, så att stora delar av jorden kan bli obeboeliga. Koldioxiden kommer från förbränning. Bostäder behöver värmas. Bilar drivas och industrier hållas igång. Överallt förbränner vi kol, olja och gas. Koldioxiden kommer ut i luften. Men den koldioxid vi andas ut, liksom den som kommer från förbränning av biobränsle (ved, flis etc.) kommer ursprungligen från luften. Växterna band den i kolhydrater. Vi äter kolhydraterna eller eldar med veden. Koldioxiden återgår till luften. Tillämpningar I lådan har eleven lite mer än 1 m 3 luft. Man kan enkelt räkna ut att i ett normalt klassrum har varje elev ca 5 m 3 luft. Om ventilationen är dålig sker alltså samma luftförändring i klassrummet under 25 minuter som i lådan på 5 minuter. Denna utrustning behöver du Låda Kroppens effekt (Zenit ab läromedel). Mätinstrument för temperatur, fuktighet, koldioxid och syre. T.ex. Verniers prober, kopplade via LabPro mätvärdesinsamlare till dator (Zenit ab läromedel). Experimentbeskrivning för Kroppens effekt (Zenit ab läromedel). Man kan också tillverka en låda själv, av 5 cm cellplast. Litteratur Arbete - Människa Teknik. Arbetarskyddsnämnden 1997. ISBN 91-7522-414-3. Människans värmebalans behandlas i samband med temperaturförhållanden och värmereglering i lokaler. Areskoug, Mats. Experiment i miljöfysik. Kroppens effekt. 2001. Zenit läromedel, Smögen. Utförlig experimenthandledning och lärarservice med teoretisk bakgrund, kommentarer till utförande och analys, samt exempel på resultat. Högskolenivåoch gymnasienivå. Areskoug, Mats, Miljöfysik. Energi och klimat. 1999. ISBN 91-44-01114-8. Kolets kretslopp och koldioxidhaltens ökning behandlas i kapitlen Materia, energi, liv och Växthuseffekten. Grundläggande högskolenivå (eller fördjupning på gymnasiet). Hollins, Martin, Medical Physics. 1992. ISBN 0-17-448188-8. Behandlar kroppens energiomsättning översiktligt. Gymnasienivå. 6
Lenskjaer, T., Aagren-Nielsen, J, Krop & Energi. 1989. ISBN 87-00-43254-7. Gymnasiebok om kropp och energi. Många bra experiment och exempel, även för yngre barn. På danska. Miljödidaktiska texter 4/2002. Britta Carlsson: "Jag vill vara kol." (även på nätet: http://www.lut.mah.se/publikationer/utbrapp402.pdf, bläddra ned till sid.10). Om rollspel kring fotosyntes och förbränning. Weblänkar http://www.lut.mah.se/publikationer/utbrapp402.pdf (bläddra ned till sid.10) Miljödidaktiska texter 4/2002. Britta Carlsson: "Jag vill vara kol." För lärare om dramatisering av fotosyntesen. http://www.smy.fi/koulut/carbon/ Finnish Forest Association. Bra information om kolets kretslopp. Grundskola och gymnasium. På engelska. 7