fysik (402KiB)

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.
Utvidgningskoefficient
Visar hur många millimeter en meterstav av materialet utökar i längd när den värms en grad.
Material
Utvidgning
Plast
0.13mm
Bly
0.029mm
Silver
0.020mm
Järn
0.011mm
Betong
0.011mm
Fönsterglas
0.009mm
Granit
0.006mm
Kvartsglas
0.0009mm
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.
Tabell över olika vätskors utvidgning.
Vätska
Utvidgning/grad
Eter
0.00163
Alkohol
0. 00108
Vatten
0.00021
Kvicksilver
0.00018
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 = 255.37°K
100°f = 37.8°C = 310.93°K
0°K = -273,159°C = -459.66°f
100°K = -173,159°C = -279.66°f
0°C = 32°f = 273.159°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.
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
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)
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
0
0.01c 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
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.
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 0,54
79
273
Luft
N/A
N/A
Aluminium 0,22
94
280
Järn
0,11
30
N/A
Bly
0,03
6
N/A
0,24
Luft och Vatten
Vid havsytan är lufttrycket 1 kg per kvadratcentimeter. Detta betyder att på en normal människa är
trycket 10 – 15 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
4,6
10
9
20
17
30
32
50
92
100
760 (1kg/cm2)
110
1079
120
1500
130
2026
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.
Ångmängd i Luft
40
37,5
35
32,5
30
Ånga (g/m³)
27,5
25
22,5
Vid 100% Luftfuktighet
Vid 50% Luftfuktighet
Vid 25% Luftfuktighet
20
17,5
15
12,5
10
7,5
5
2,5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Temperatur
Mängden ånga luften kan bära beror på temperaturen – Mera värme, mera ånga kan få plats.
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.
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
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.
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.