1 st April 2014 TASK A. Alt om olivenolie. - Opgaven -

Transkript

1 1 st April 2014 TASK A Alt om olivenolie - Opgaven - 1

2 Precautions 1. Wear a laboratory coat, safety glasses and sturdy footwear during the entire duration of your stay in the laboratory. 2. Disposable gloves must be worn when working with chemicals. 3. It is not permitted to eat or drink in the laboratory. 4. The lab assistant s directions are to be followed at all times Instructions for the completion of tasks 1. You may complete the tasks in any order, individually or as a group. Due to time limitations, it is advisable to split the work load. 2. All results must be entered into the answer sheet. Only one signed answer sheet version can be handed up and assessed. 3. All used papers with data and graphs including rough work have to be handed in at the end of the experiment. 4. If you are requested to have one of your results recorded before continuing with the next stage of your work, points will only then be allocated if the results are in fact recorded by the lab assistant at the correct time 2

3 Dette har I læst, så spring til første opgave. THE NAMING OF THE CITY OF ATHENS A Dispute Between Two Gods Part of the representation of the western pediment of the Parthenon The dispute between Athena and Poseidon... for Olive oil and Salt Water 3

4 A myth 1582 BC The Goddess Athena had a fight with the God Poseidon as to who would be the patron deity of the city of Kekropia and give their name to it. Kekropas, who was the king of the city and had named it after himself, proposed that the two Gods compete as to who would offer the city the most valuable of gifts. The competition took place on the Acropolis hill. The remaining ten Gods were the judges and Kekropas the witness. First came Poseidon who struck the rock with his trident and immediately water sprang from it. A lake was formed which became known as the "Erehtheida Sea". The people were happy, but when they tasted the water, they found that it was salty. To make them happy, Poseidon struck the rock again and a magnificent white horse appeared. Then it was Athena s turn. The Goddess of wisdom struck the rock with her spear and an olive tree appeared which grew and spread its branches, which were full of olives. All agreed that Athena s gift was the most valuable one, and for this reason, the city was named after her The city was called Athena. «Apollodoros, Library C» Apollodoros the Athenian (108 BC- 110 BC) was an ancient Greek historian and scholar So the olive tree became sacred for the Athenians. 4

5 Olive-tree was considered the fountain of health and life. Its fruit was blessed, becoming a symbol of knowledge, prosperity, health, strength and beauty. Olive branches became wreaths to crown the winners of the famous Olympic Games, and the invaluable olive extract, olive oil, was the prize given to the winners of the Panathenean Games which were held in honour of the Goddess Athena. The use of olive oil in Ancient Greece dates back to 3000 BC. Information about its use, both in the diet as well in the preparation of perfumes and body lotions, is found in the oldest recorded form of the Greek Language Linear B. After the 6 th century BC, it was increasingly used for lighting purposes. Homer called olive oil the golden liquid while Ippokratis called it the great healer. There are over 60 pharmaceutical uses included in his Code. However, Ippokratis (450 BC), was the first to also knowledge the healing properties of salt. He used salt to cure infections, congestion and various other ailments. As salt inhibits the growth of microorganisms, it has been used as a food preservative and was considered the refrigerator of antiquity. The Greeks would offer salt to the Gods during sacrifices. It was a symbol of purity, refinement, grace and gaiety. The phrase, salt of Attica, was known to denote the refined and witty Spirit of Attica. 5

6 In addition, in AD 1500, Parakelsos wrote that as humans we need salt and without it everything would decompose. Throughout the years, olive oil and sea water have never naturally mixed, so as to keep their secrets of superiority well hidden... Science however has managed to discover and reveal these... 6

7 Opgave A1 Biologi Fordampning Opgave A1 Biology Transpiration/fordampning. Oliventræer er som næsten alle andre træer afhængige af vandstrømmen fra rødder gennem si- og vedkar til bladene. Det er gennem denne vandstrøm, at transporten af næringssalte optaget fra jorden finder sted. Vandstrømmen drives af fordampningen fra bladene, som trækker vandet op gennem de fine vedkar. At det kan lade sig gøre skyldes dels den molekylære binding mellem de enkelte vandmolekyler, dels at vedkarrene er så tynde, at vandet hænger fast på karrenes inderside. Vandet fordamper fra bladene gennem spalteåbninger, stomata, på bladenes underside. Jo mere blæsende og varmt det er, jo større er vandfordampningen jo mere vand passerer gennem træet pr tidsenhed. For træer, der vokser omkring Middelhavet er det et problem at der her er varmt, solrigt og tørt det meste af året. Træerne har derfor udviklet en del forskellige tilpasninger til det tørre varme klima. Forskellige faktorer kan påvirke fordampningen. Bladene kan have en voksagtigt cellelag, en såkaldt kuticula, som er ugennemtrængelig for vand. De kan have deres spalteåbninger gemt i folder, eller dækket af hår eller som i tilfældet med oliventræer have udviklet såkaldet trichomerer, der fungerer som beskyttende hårlag over spalteåbningerne og dermed nedsætter fordampningen fra de åbne spalteåbninger. Dem skal I senere skrabe af og undersøge i mikroskop. Omgivelserne udøver som skrevet en virkning på fordampningen. Hvis luften er fugtig, nedsættes fordampningen. Er luften tør, hvilket typisk sker når det bliver varmere, øges fordampningen. Men vigtigst er vindforholdene. Vind henover bladene fjerner hele tiden vanddamp, så der kan fordampe mere fra spalteåbningerne. Jordbundens vandindhold er også af stor betydning. At trække vand op fra en tør jord er næste umuligt. Så det er store udfordringer, oliventræer er udsat for, når de skal klare sig. 7

8 Overblik over Opgave 1. Du skal undersøge vandoptagelsen i et skud fra et oliventræ under to forskellige betingelser. Et ved de forhold, der er i laboratoriet (Room Conditions (RC)), og en ved belysning (Light Conditions (LC)). I begge tilfælde er forsøgsopstillingen, forberedelserne og dataopsamlingerne de samme, kun lyset varieres. Det vand, som fordamper fra bladene, svarer til det vand, der optages af planten, så det er egentlig lige meget hvilken størrelse man måler. Princippet i potometeret fremgår figur 1.1. Opgave 1 Undersøgelse af olivenskuds fordampningsrate (=vandoptagelsesraten) Opgave A 1.1 Samling af potometeret OG undersøgelse af vandoptagelsen ved dagslys (rumforhold (RC)). Opgave A 1.2 Beregning af det samlede bladareal (i m 2 ) ved rumforhold (RC). Opgave A 1.3 Beregning af vandoptagelse med lys (belysning, LC) Opgave A 1.4 Beregning af det samlede bladareal (i m 2 ) ved belysning (LC) Opgave A 1.5 Tegning af graf. Beregning af fordampningsraten. Opgave A 1.6 Fremstilling af vådpræparat af olivenblad. Materialer og udstyr 1 ml glaspipette Pipettebold (deles med kemi, i stinkskab) Vægt 2 stk. siliconeslange (2-4 mm, 35 cm) Tube med vaseline Stativ med 3 holdere og 3 plasticstrips Forlængerledning Lyskilde (1 energisparepære i fatning) Stort glaskar til vand 100 ml bægerglas Ur (fælles med fysik) Mikroskop og mikroskopiudstyr Objektglas og dækglas Beskæringssaks Lineal, pen, blyant med viskelæder og grafpapir Lamineret millimeterpapir (som dækker både 1 og 2 mm2) Handsker Lommeregner (fælles med fysik og kemi) Køkkenrulle 8

9 Fremgangsmåde Et potometer (eller transpirometer) er en forsøgsopstilling til måling af vandoptagelsen fra et planteskud, se figur 1. Man antager, at der ikke mistes vand undervejs, så det vand, der optages af skuddet er lig med det vand, der fordamper fra bladene. Fordampningen sker gennem bladenes spalteåbninger på bladenes underside. Den følgende formel beskriver vandoptagelsen fra et planteskud, fx en kvist fra et oliven træ: W = (V t -V 0 )/S Hvor W = vandoptagelse (ml/m 2 bladoverflade), V t er vandvolumen til tiden t og V 0 er volumen til tiden 0. S er det samlede bladareal af skuddet. Plante skud Lufttæt forsegling Gradueret pipette (1 ml) Vandfyldt silikoneslange Potometer 9

10 Opgave A 1.1 Samling af potometeret I det følgende beskrives hvordan potometeret til denne opgave samles (se figur 1). 1. Fyld glaskarret to trediedel med vand fra hanen. 2. Sæt den spidse ende af glaspipetten ind i den ene ende af siliconecslangen. 3. Sæt pipettebolden på den anden ende af pipetten. 4. Sænk den frie ende af siloconeslangen ned i karret. Sug ved hjælp af pipettebolden vand op i glaspipetten, så der er vand til et sted mellem 0,2 og 0,1 ml mærket. Vær opmærksom på at den anden ende af slangen hele tiden er under vand, så der ikke kommer luftbobler ind. Det er helt afgørende for forsøget, at der ikke er nogen luftbobler nogen steder i potometeret. NB 1: Ingen luftbobler i systemet. NB 2: I step 7 skal I være opmærksomme på, at der ikke er vand højere end 0 mærket på pipetten. Hvis det sker, fjernes alt vand fra pipetten og der startes fra 4 igen. 5. Udvælg et olivenskud med omkring 30 blade. Skuddets tykkelse skal svare til diameteren på silikoneslangen. 6. Placer olivenskuddet i karret med vand. Skær under vandet - med beskæringssaksen 1-2 cm af stænglen, så I undgår at en del af ledningsvævet i skuddet er fyldt med luft. Lav gerne snittet lidt skråt, så er det lettere at få det ind i silikoneslangen. 7. Placer skuddet i silikoneslangen, uden at tage det op af vandet. Sikr dig, at der ikke er nogle luftbobler omkring skuddets endeflade. Hvis der er luftbobler, følg følgende trin: Fjern pipette-silikoneslange-skud fra karret med vand. Fjern skuddet Gentag fra trin Fjern pipettebolden. 9. Sæt pipette-silikoneslange-skud systemet op: Anvend den øverste holder i stativet til at placere pipetten lodret (præcist lodret). Sæt pipetten så du kan aflæse skalaen. Med den anden holder understøttes skuddet og den forbindende silikoneslange. Vær opmærksom på at vandstanden i pipetten og slangen står lige højt. 10. Aftør omhyggeligt pipetten, slange og holdere for vand med køkkenrulle, så der ikke er noget vand tilbage på bladene og skuddet. 11. Tjek at der ikke er nogen utætheder hvor slangen er forbundet til pipetten og skuddet. Anvend vaseline til at tætne evt utætheder, specielt i overgangen mellem slange og skud. Tør vand af igen. Hold øje med opstillingen i mindst 5 minutter for at sikre, at der ikke er nogen læk, og at vandstanden i pipetten er konstant. 12. Aflæs dit startvolumen (V0) på pipetten. Tjek at du har fulgt ovenstående, at pipetten sidder lodret, at vandstanden er den samme i pipette og slange (figur 1), ellers bliver der trukket point, når du tilkalder en laboratorieassistent (næste trin). NB: Tilkald en laboratorieasistent og tjek sammen med denne dit potometer før du går videre med eksperimentet. 10

11 Måling af vandoptagelsen ved rumbetingelser (RC). Vandoptagelsen er lig vandtabet ved fordampning. Aflæs vandstanden i pipetten hvert 5. minut over 30 minutter. Noter resultaterne fortløbende i tabellen i svararkets boks A 1.1, kolonne B (RC kontrol). NB: Hvis vandstanden i pipetten er mellem to streger, så lad den tredje decimal være 5. Når målingerne er overstået: 1. Fjern pipette-slange-skud-systemet fra stativet, anbring det karret med vand og fjern skuddet. 2. Gem skuddet til næste spørgsmål. 3. Rens pipette og slange for vand og vaseline. Opgave A 1.2 Beregning af det samlede bladareal (i m 2 ) 1. Pil alle bladene af skuddet fjern stænglen fra hvert blad og tør hvert blad omhyggeligt af for at fjerne vand og evt. vaseline (hvis der er nogen). 4. Vej bladene på vægten og noter den samlede vægt af bladene i svararkets boks A 1.2a. 5. Udvælg fem (5) af de største blade skær et stykke på 2 cm2 fra hvert blad, og vej alle 5 bladudsnit på vægten. Noter vægten af de 10 cm2 i svararkets boks 1.2b. 6. Beregn vægten i gram af 1 m2 blad. Noter svaret med det korrekte antal betydende cifre i svararkets boks 1.2c 7. Beregn det samlede bladareal (S) på skuddet udfra dine data under punkt to og tre. Noter svaret i svararkets boks A 1.2d. Angiv beregninger med først symboler og så tal letlæseligt i beregeningsboksen. 8. Beregn vandtabet (fordampningen) pr m2 blad for hver af de seks observationer i tabellen i svararkets boks A 1.1. Noter svarene i tabellens kolonne C. Opgave A 1.3 Måling af vandoptagelsen under lysbetingelser (LC) 1. Gentag trin 2-12 i opgave A 1.1 (Anvend et nyt skud) 2. Placer lyskilden 5 cm over olivenskuddet. 3. Sæt ledningen i kontakten og tænd lyskilden. 4. Vent i 15 minutter før målingerne starter. 5. Mål som i forrige forsøg vandstanden ved start (V0) og derefter hvert 5. minut gennem 30 minutter. Noter resultaerne i svararkets boks A 1.3, kolonne B. 6. Sluk for lyskilden. Opgave A 1.4 Beregning af det samlede bladareal (i m 2 ) (LC) Anvend grenen som anvendtes til lysforsøget, og gentag trin 1-6 i opgave A 1.2. Noter resultaterne i tabellen i svararkets boks A 1.3, kolonne C. Inden du går videre skal du bede din laboratorieguide godkende dine foreløbige resultater. 11

12 Opgave A 1.5 Fremstil en graf beregning af fordampningsraten. Anvend resultaterne i de to tabeller ( A 1.1 og A 1.3) til at fremstille to grafer på det udleverede millimeterpapir, som viser vandtabet som funktion af tiden). Indtegn den bedst mulige linie for hver af de to datasæt (Tabellen i A 1.1 (RC), og tabellen i A 1.3 (LC)). Begge garfer på samme millimeterpapir. Husk enheder og aksebetegnelser, samt markering af hvilken graf der er hvilken. Beregn fordampningsraten i det dataområde for a. Dagslys (RC) b. Lysforsøg (LC) Fordampningsraten er: Totale vandtab i ml/m 2 bladoverflade pr time. Besvar spørgsmålene i Bio 1 i svararket. Opgave A 1.6 Fremstilling af et vådpræparat. Af olivenblades fordampninsbeskyttende hår, trichomerer. 1. Udvælg dig et blad. 2. Anvend en skalpel til at skrabe filten på olivenbladets underside af. 3. Overfør filten til en dråbe vand på et objektglas, og dæk med dækglas. Iagttag. 4. Noter observationerne i de respektive felter i svararkets. Bed laboratorieassistenten tjekke det præparat, du har lavet, så sørg for at have et godt et. 5. Besvar spørgsmålene i Bio 2 i svararket. Besvar derpå spørgsmålene i Bio 3 og Bio 4. 12

13 Opgave A2 Kemi Bestemmelse af peroxidværdien (PV) i olivenolie Atmosfærisk dioxygens oxidation af fedtstoffer er en vigtig faktor i udviklingen af harskhed og dannelsen af ilde lugt i spiselige olier. For industrier som bruger disse stoffer som råmaterialer er det derfor af største betydning at kontrollere oxidationen. Oxidation af fedtstoffer fører i første omgang til dannelsen af hydro-peroxider (ROOH) gennem en fri-radikal-mekanisme som vist nedenfor: R 1 H H H C C C R 2 -H H H H R 1 C C C R 1 H H H R 2 +O 2 C C C R 2 +R'H R 1 H H H C C C R 2 +R' H R O O O OH RH R ROO ROOH Denne kædereaktion kan stoppe hvis der bliver dannet relativt ureaktive produkter eller relativt stabile radikaler. Hydro-peroxider (primære oxidationsprodukter) er ustabile og brydes ned, hvorved der dannes flygtige og sædvanligvis ildelugtende forbindelser (sekundære oxidationsprodukter) såsom carbonhydrider, aldehyder, ketoner og syrer, som alle kan overføre uønskede smage og lugte til fedtstoffer, selv når de er tilstede i ganske ringe mængder (ppm). Faktorer som forøger hastigheden af oxidationen af fedtstoffer er følgende: stærkt lys, fugtighed, høj temperatur, tilstedeværelsen af oxidations-fremmende stoffer/katalysatorer såsom ioner af overgangsmetaller (fx Cr, Co, Zn, Cu, Fe), såvel som den samtidige tilstedeværelse af diverse bakterier og enzymer (lipooxygenaser). 13

14 Oxidation af fedtstoffer sker i to trin: a) første trin involverer dannelsen af hydro-peroxider, som foregår med meget lav hastighed, b) andet trin involverer dannelsen af sekundære produkter, som er i stand til at katalysere og forøge hastigheden af hele oxidationsprocessen. Fedtstoffet kan harskes på grund af oxidation. Harskningen hænger sammen med dannelsen af sekundære produkter kommende fra nedbrydningen af hydro-peroxider. Denne proces påvirker fedtstoffet som helhed og kan gøre det uspiseligt. Dette skal undgås, idet et harsk fedtstof ikke kan behandles på nogen måde. Oxidationshastigheden kan sænkes ved at fedtstoffet opbevares i en lukket beholder og holdes væk fra lys og høje temperaturer, eller ved at bruge antioxidanter, eller ved at fjerne oxidations-fremmende stoffer såsom spor af metaller i løbet af raffineringsprocessen. Til angivelse af graden af fedtstof-oxidation bruges først og fremmest bestemmelse af peroxidværdien (PV) for fedtstoffet. Peroxidværdien fortæller om fedtstoffets primære oxidationsprodukter (hydro-peroxider). I det følgende eksperiment bestemmes peroxidværdien af to olivenolie-prøver (A og B). Peroxidværdien (PV) defineres som stofmængden i mmol af peroxid pr. kg fedtstof. Bestemmelsen af peroxidværdien er baseret på oxidationen af iodid-ioner (I - ) af hydroperoxiderne i sur væske ved stuetemperatur. Den udviklede diiod (I 2 ) titreres med natriumthiosulfat-opløsning med kendt koncentration (Na 2 S 2 O 3 (aq)). Følgende reaktioner finder sted under processen: 14

15 ROOH + 2I - + 2H + ROH + H 2 O +Ι 2 2Na 2 S 2 O 3 + I 2 Na 2 S 4 O 6 + 2NaI APPARATUR Elektronisk vægt (±0.1 g) 2 koniske kolber med propper (250 ml) 2 måleglas (25 eller 50 og 100 ml) Bægerglas (400 ml) til affald Stativ og klemme Burette (50 ml) 2 pipetter (5 og 10 ml) Pipettebold Tragt 2 sprøjteflasker Stopur Mørk kasse til henstilling af prøver MATERIALER Olivenolie (prøve A og B) CHCl 3 (l) CH 3 COOH(aq) (iseddike) Mættet opløsning af ΚΙ(aq) Stivelsesopløsning 1.0% 0.01 M Na 2 S 2 O 3 (aq) Destilleret vand Acetone til at skylle glasvarer Eksperimentel fremgangsmåde Eksperiment 1a. Trin 1.1 til 1.6 skal foregå i stinkskab. 1.1 Afvej ca. 5 g olivenolie prøve A i en 250 ml konisk kolbe og noter massen. Noter jeres måling på svararket (Skema 1). 1.2 Tilsæt 10,0 ml chloroform (CHCl 3 ) til den samme flaske, sæt prop i og omryst, indtil prøven er blandet med chloroformen. 15

16 Che 1. Besvar spørgsmålet på svararket. 1.3 Tilsæt 15 ml iseddike (koncentreret eddikesyre) til den samme kolbe og omryst på samme måde. 1.4 Tilsæt mindst 1 ml mættet kaliumiodid-opløsning (KI(aq)), sæt straks prop i kolben og omryst kraftigt i 1 minut. 1.5 Anbring den koniske kolbe i mørke i 5 minutter mens reaktionen forløber. Che 2. Besvar spørgsmålet på svararket. 1.6 Tag proppen af og tilsæt 75 ml destilleret vand og ca dråber stivelsesopløsning (1 % w/w) til den koniske kolbe. Den følgende titrering skal foregå på laboratoriebordet uden for stinkskabet. 1.7 Titrer opløsningen i den koniske kolbe med natriumthiosulfat-opløsningen indtil farven forsvinder fra opløsningen. Che 3. Besvar spørgsmålet på svararket. 1.8 Gentag ovenstående forsøg to gange mere. Che 4. Udfyld Skema 1 på svararket. Eksperiment 1b. Gentag ovenstående procedure for olivenolie-prøve B. Che 5. Udfyld Skema 2 på svararket. Udfyld resten af svararket (Che 6 og Che 7) 16

17 Opgave A 3.1 Bestemmelse af olivenolies viskositetskoefficient. De gamle grækere smurte sig ind i olivenolie! De gjorde det, fordi de troede, at olivenolie var en kilde til fysisk styrke og fordi olien nedsatte friktionen mellem kroppene, når de havde brydekamp i arenaen. I dag kalder vi det denne egenskab for en væske for viskositet. I denne del af opgaven skal olivenolies viskositetskoefficient bestemmes. Teoretisk baggrund for forsøgets udformning. Bevægelse af små kugler I en væskefyldt vertical cylinder. En lille plastik kugle, der bevæger sig langs symmetri-akslen af en vertikal cylinder fyldt med en væske (figur 1). Her gælder Newton s 2 nd lov, og vi kan skrive: hvor m er kuglens masse og a er accelerationen. ma= Fg Fb Fv (1) Følgende kræfter virker på kuglen: a) Tyngdekraften F g (på tegningen kaldet F W ): F = mg = ρ Vg g s (2) Hvor ρ er kuglens densitet og V er kuglens s volumen. Antag, at g = 9,81 ms 2. Hvis radius af kuglen betegnes r, så er kuglens volumen: 4 V = π r 3 b) Opdriften F b. I følge Archimedes princip, så er retningen på denne kraft vertikal op og dens størrelse er: 3 F b = ρ gv (3) L hvor ρ er væskens densitet. L 17 Figure 1

18 c) Gnidningskraften F v. Denne kraft er bestemt ved bevægelsen af kuglen i væsken og dens retning er den modsatte af kuglens bevægelses retning. Hvis kuglens hastighed er relativ lille (som i vores tilfælde), så vil størrelsen af gnidningskraften F være proportional med kuglens hastighedυ og er givet ved Stokes s lov for en kugle med radius r : v F v = 6πrηυ (4) (Note: Vi antager, at afstanden mellem kuglen og cylindervæggen er stor I forhold til kuglens radius. Derfor tager vi ikke hensyn til effekten af cylindervæggen I forhold til kuglens bevægelse gennem olien) Koefficientenη kaldes viskositetskoefficienten af en væske og afhænger af væsken og dens temperatur. Dens enhed er i SI-enheder1Pa s. I dette forsøg vil vi bestemme viskositetskoefficienten af olivenolie ved at studere bevægelsen af flere plastik kugler gennem aksen af en cylinder fyldt med olivenolie. Kuglen opnår sluthastighed efter et kort øjeblik. Størrelsen af sluthastigheden er givet ved følgende sammenhæng: 2 gr ρs ρl 2 ( ) υ = (5) 9 η Bevis denne sammenhæng I svararket. I ligning(5) ρ, r, ρ ogυ kan bestemmes eksperimentelt eller beregnes. L s Værdien af g er: g=9,81m/s 2. Nu er den eneste ubekendte viskositetskoefficientenη. I eksperiment A3.1 anvendes ligning (5) til eksperimentiel bestemmelse af viskositetskoefficienten for olivenolie. 18

19 Udstyr og materialer. Plastik kugler, der er identiske (~20) Skydelære [x1] Vægt med en præcision på 0,1 g [x1] Måleglas 250 ml [x1] Ur [x1] Sprøjte 20 ml [x1] Pendul [x1] Korkprop med hul, hvor der sidder et plastrør. [x1] Olivenolie (ca. ) Tusch [x1] Køkkenrulle [1 rulle] Lommeregner 30 cm lineal Fremgangsmåde [Alle målinger og beregninger skal vises i del A3.1 i svararket] A3.1a Mål radius r af plastikkuglerne. Beregn massen af en plastikkugle. Beregn densiteten ρ s af en plastikkugle. Bestem densiteten af olivenolie ved at bruge sprøjten og vægten ( ρ ) Angiv de beregnede værdier med det korrekte antal betydende cifre. ol A3.1b Brug tuschen til at afmærke to horisontale streger på måleglasset 10 cm fra hinanden. Den øverste streg skal være ca. 6-7 cm under væsken (se figur 1). Brug pendulet til at kontrollere, at måleglasset står helt vertikalt (lige). Sæt korkproppen med røret på måleglasset. Slip nu forsigtigt en kugle gennem plastrøret, så den bevæger sig langs måleglassets vertikale symmetriakse. Mål tiden det tager kuglen at bevæge sig L ( L = 10 cm ) mellem de to horisontale streger på måleglasset. Gentag dette for 5 kugler. Skriv målingerne i tabel B I 19

20 svararket. Beregn gennemsnittet i tid ( ) og beregn derefter værdien af sluthastigheden af kuglerne I olivenolie. Brug ligning (5) og beregn værdien af viskositetskoefficienten for olivenolie.. Opgave A3.2 Bestemmelse af brydningsindekset for olivenolie Fra Ptolemæus lov til Snells lov Lysets brydning gennem olivenoliens dybgrønne farve har siden antikken været fascinerende. Claudius Ptolemæus udledte allerede i det andet århundrede før vores tidsregning i det antikke Grækenland en lov for lysets brydning gennem væsker. Ptolemæus lov adskiller sig fra Snells lov, som er den der bruges til at beskrive brydning i dag. I skal i denne opgave studerer lysets brydning I olivenolie beskrevet ved begge love og sammenligne de to. Teori og eksperimentel fremgangsmetode Figur 1 viser en tynd lysstråle, som først kommer fra luft og dernæst rammer overfladen af et gennemsigtigt materiale. Noget af den indkomne lysstråle vil reflekteres af overfladen, og resten vil brydes ind i det gennemsigtige materiale. Indfaldsvinklen α er vinklen mellem den indfaldne stråle og linjen vinkelret på overfladen i det punkt lysstrålen rammer Figure 1 20

21 overfladen O og brydningsvinklen β er vinklen mellem den brudte stråle og igen linjen vinkelret på overfaden. Der gælder ifølge Snells lov: sinα n, (1) sin β = hvor n er brydningsindekset af det gennemsigtige materiale. Brydningsindekset er defineret ved: c n =, (2) υ hvor c er lysets hastighed I luft og v er lysets hastighed i det gennemsigtige materiale. I task A3.2 skal I ved brug af Snells lov bestemme brydningsindekset for olivenolie. I skal bruge måleopstilllingen, som skematisk er vist i figur 2. Placer en nål i punktet A og i punktet O, som er midtpunktet på det halvrunde prisme. Kig I niveau ind i prismet fra den lige side og placer en nål i punktet B på den anden side af prismet, således at det ser ud som om, at de tre punkter A, O og B ligger på lige linje. I kan nu ved hjælp af vinkelpapiret bestemme indfaldsvinklen α mellem linjen AO og den vinkelrette linje med grænsefladen og brydningsvinklen β mellem linjen BO og den vinkelrette linje med grænsefladen. For forskellige placeringer af nål A, kan I måle forskellige indfaldsvinkler og brydningsvinkler, og I kan ved hjælp af Snells lov (ligning 1) bestemme brydningsindekset ved at bestemme hældningen til den rette linje y = nx, hvor y = sinα and x = sin β. 21

22 Udstyr og Materialer Halvrund beholder [x1] Vinkelpapir (inddelt I intervaller á 2 grader) Olivenolie (~100 ml) i en plastic beholder Flamingoplade 2,5 cm x 24 cm x 24 cm [x1] Nåle 3,5 cm [x3] Køkkenrulle Millemeterpapir [x2] Lommeregner Fremgangsmåde [Alle målinger og resultater skal skrives i del A3.2 i svararket] A3.2a Fyld den halvrunde beholder med olivenolie. Anvend den tidligere beskrevet procedure til at bestemme indfaldsvinkel og brydningsvinkel. Bestem brydningsvinklen for fem forskellige indfaldsvinkler: 30, 40, 50, 60, og 70 grader. A3.2b Udfyld den 2. og 4. kolonne af tabel C1 i del A3.2 i svararket. Afbild sin α som funktion af sin β. Bestem udfra grafen brydningsindekset for n oil olivenolie ( ). Skriv resultatet i del A3.2 i svararket. A3.2c Snells lov: Sammenligning af måledata med den bestemte værdi af brydningsindekset. Hvordan stemmer målingerne overens med Snells lov? En kvantitativ måde at undersøge om jeres målinger er i overensstemmelse med Snells lov er at bestemme gennemsnittet af de ralative afvigelser mellem de enkelte målinger og den bestemte værdi af brydningsindekset vha. hældningen. I detaljer: 22

23 Lad n oil være brydningsindekset I har bestemt under punkt A3.2b. Lad α være en af indfaldsvinklerne i tabel C1 og β den tilhørende j brydningsvinkel. Brydningsindekset er for den måling ifølge Snells lov givet ved j n j sinα j = sin β j Den relative afviglese A j mellem denne værdi og n oil er: A j n n = j oil n oil Hvor de lodrette streger betyder, at tallet skal være positivt. Gennemsnittet A Snell af de relative afvigelse A j bestemmes ved at lægge de relative afvigelser sammen for alle målingerne og dividere med antallet af målinger beskrevet ved følgende formel: A Snell 1 N = N j= 1 A j (3) Bestem gennemsnittet af de relative afvigelser resultater I tabel C1. Angiv resultatet i procent. Angiv resultatet i delpart A3.2 på svararket. A Snell for de eksperimentelle A3.2d Et tilbageblik I historien: Claudius Ptolemæus lov. Længe før Snell, foreslog Claudius Ptolemæus (i det antikke Grækenland) følgende lov for bestemmelse af brydningsindekset: α = n = constant β (4) I skal nu bruge jeres målinger til at bestemme brydningsindekset for olivenolive ( n oil ) ved brug af Ptolemæus lov. Afbild α som funktion af β. Tegn den bedste rette linje gennem (0,0) og bestem brydningsindekset for olivenolie ( n oil ) i overensstemmelse med Ptolemæus lov 23

24 En sammenligning mellem Snells og Ptolemæus lov: Hvilken lov fitter jeres måleresultater bedst? Benyt metoden besksrevet i A3.2c til at bestemme de gennemsnitlige afvigelser ved A Ptol. brug af Ptolemæus lov. Brug de samme eksperimentelle data i tabel C1. Bestem igen brydningsindektset i hvert enkelt ekpsperiment ved brug af Ptolemæus lov. Den relative afvigelse mellem hvert eksperiment og den grafiske bestemmelse af brydningsindekset bestemmes som: 24