KOSMOS KOPIMAPPE C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN GYLDENDAL. Gyldendal Dette materiale må kun anvendes på Skolen i Skovbo Efterskole

Transkript

1 KOPIMAPPE C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN GYLDENDAL

2 FYSIK OG KEMI Kopimappe C 1. udgave 1. oplag Gyldendalske Boghandel, Nordisk Forlag A/S, København Forlagsredaktion: Søren Lundberg Ekstern redaktør: Svend Hessing Grafisk tilrettelæggelse: Carsten Schiøler Tegninger: Lars Petersen Fotos: Corbis/Steve Austin forside Søren Frederiksen A/S s. 22 DMI s. 38, 39 Søren Lundberg øvrige Prepress: Narayana Press, Gylling, 2010 Tryk: Scandinavian Book, Århus ISBN Kopiering fra denne bog er tilladt. INDHOLD

3 KAPITEL 1 ATOMFYSIK ATOMER OG ANDRE SMÅTING 1.1 Atomet og dets kerne Flammefarver Atomkernens partikler Isotoper 11 RADIOAKTIVITET 1.5 Stråling fra radioaktive stoffer Halveringstid af barium Halveringstid af barium-137 Måling med datalogger Magnetfelter og ioniserende stråling Svækkelse af stråling Styring med betastråling Baggrundsstråling Henfaldsskemaer 26 ENERGI FRA KERNEN 1.13 Europas kernekraftværker Affald fra kernekraftværker 28 Projekt: Kernekraft i Danmark 29 Prøv dig selv 30 Blandede opgaver 32 Tip KAPITEL 2 HIMMEL OG JORD FRA UNIVERSET TIL DIG 2.1 Byg en kikkert Afstande bestemt med vinkelmåler 35 VIND OG VEJR 2.3 Hvordan bliver vejret Havene stiger, når Jorden bliver varmere Byg en vandvarmer Energiforbrug ved opvarmning af vand Tryk og temperatur Energien i sprit Energien i vanddamp Hold kulden ude Graddagetallet Boligopvarmning 52 JORDEN UNDER DIG 2.13 Varme og kolde lag 53 Projekt: Sol-opvarmet vand 54 Prøv dig selv 55 Blandede opgaver 57 Tip KAPITEL 3 ENERGI PÅ VEJ INDUKTION 3.1 Induktionsspændingen Byg en simpel generator Byg en generator Transformerens spænding Lav en høj spændingsforskel 63 ENERGIFORSYNING 3.6 Byg en elektromotor Effektiv- og maksimalværdi af vekselspænding Hvor meget af energien bliver til lys Et genopladeligt batteri Byg en tændstikæskemotor 69 BRINTSAMFUNDET 3.11 Fremstilling af hydrogen 71 ANVENDELSER AF INDUKTION 3.12 Lav en hvirvelstrøm Cykelgeneratoren 73 Projekt: Undersøgelse af en skruemaskine 74 Prøv dig selv 75 Blandede opgaver 77 Tip KAPITEL 4 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER 4.1 Diodekredsløb Dioden som ensretter Lysdioder Den magnetiske kanon Faldtider 86 INFORMATIONER PÅ VEJ 4.6 Morsesignaler Binære tal 89 STYRING 4.8 NTC-modstand Termoelementer En brandalarm 94 ANVENDELSER AF ELEKTRONIK 4.11 Mobiltelefonen Byg en radio 96 Projekt: Undersøgelse af en cykeldynamo 97 Prøv dig selv 98 Blandede opgaver 100 Tip

4 KAPITEL 5 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE 5.1 Afprøvning af en hypotese Køl det ned Opgave med krystalformer Opgave med variable i en naturvidenskabelig undersøgelse 110 SALTE 5.5 Navngivning af ioner og salte Vi fremstiller smagsstof til slik ved neutralisation Kemisk krystaltræ Kølepose til sportsskader 117 ANALYSE OG RENSNING 5.9 Påvisning af saltet ammoniumchlorid i bolsjer Identifikation af stoffer mikroskalakemi Kemisk analyse Destillation af saltvand 123 KEMI OG ELEKTRICITET 5.13 Forkobring Hvordan man opbygger et element Et håndbatteri løgnedetektor Metallers reaktion mikroskalakemi 128 Projekt: Vikingesmykker 130 Prøv dig selv 134 Blandede opgaver 136 Tip KAPITEL 6 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI 6.1 Hårgele Stivelse Gnidning i ketchup Den stærke vandoverflade Hvor gode er mikrofiberklude 144 MATERIALER I ET HUS 6.6 Geologen på arbejde Kalkbrænding Vi murer med mørtel Aftryk i gips af en mønt Hvad er tavlekridtet lavet af 152 GØDNING 6.11 NPK-gødning til potteplanter Analyse for N, P og K i gødning Flydende gødning 156 OLIE OG PLAST 6.14 Slim Fremstilling af plastsmykker Fremstilling af lim 159 Projekt: Nanoforsøg med sæbebobler 160 Prøv dig selv 162 Blandede opgaver 164 Tip KAPITEL 7 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN 7.1 Spaltning af sukker Kartofler Protein i æg Madolie og margarine Vandindholdet i margarine 173 DRIKKEVARER 7.6 Fremstilling af læskedrik Proteiner i mælk Brusepulver Fremstilling af alkohol 178 PRODUKTION AF FØDEVARER 7.10 Farvestoffer i krydderiet paprika Farvestoffer i slik Bagning med hjortetaksalt Gæring Bagepulveret natron Kemisk vulkan 185 SUND MAD FARLIG MAD 7.16 Konservering med svovldioxid og sulfit Konservering af frugt 199 Projekt: En undersøgelse af bruset i cola og mineralvand 189 Prøv dig selv 190 Blandede opgaver 192 Tip KAPITEL 8 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU 8.1 Grundstofferne Beskyt dig mod nikkel-allergi Påvisning af jern og zink i et mikroskalaforsøg Metaller og metalioner mikroskalaforsøg 199 REN LUFT RENT VAND 8.5 Støvforurening Forurening fra tændstikker NO x -er Chlor i plast Sur regn Nitrat i vand og mad 207 FRONTLINJEKEMI I DANMARK 8.11 Aske fra cigaretter som katalysator Emulsioner Gel Hjemmefremstilling af yoghurt 211 Projekt: Fra snavset vand til drikkevand 212 Prøv dig selv 214 Blandede opgaver 216 Tip

5 FYSIK

6

7 ATOMFYSIK ATOMER OG ANDRE SMÅTING ATOMKERNENS STØRRELSE 1.1 Atomet og dets kerne I skal arbejde med atomernes småtingsverden. Lommeregner 1. Er atomkerner positivt ladet, negativt ladet eller uden ladning 2. Er elektroner positivt ladet, negativt ladet eller uden ladning 3. Består kernen i et hydrogen-atom af en proton, en neutron eller en elektron 4. Hvad hed den person, der opdagede elektronen 5. Hvad hed den person, der opdagede, at der midt i atomerne er en tung kerne Atomers størrelse angives tit i enheden nanometer, der skrives nm. Der gælder, at 1 nm = 10 9 m = 10 6 mm = 0, mm. 6. Et jern-atom har en diameter på 0,4 nm. Hvad er atomets diameter i millimeter mm 7. Hvor mange jern-atomer kan ligge i en række med længden 1 mm 8. Atomkernen i jern har en diameter, der er ca gange mindre end atomets diameter. Hvad er kernens diameter i millimeter mm Massen af atomare partikler angives tit i enheden u, der kaldes en atomar masseenhed. Der gælder, at 1 u = 1, kg. 9. Atomkernen i jern har massen 56 u. Hvad er kernens masse i kilogram kg 10. Hvor mange jern-atomer er der i 1 kg jern C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 7

8 ATOMFYSIK ATOMER OG ANDRE SMÅTING LYS SOM FINGERAFTRYK 1.2 Flammefarver (1) I skal undersøge forskellige salte og bestemme, hvilket metal saltet indeholder. Fem nummererede skåle Kaliumchlorid Natriumsulfat Calciumsulfat Lithiumchlorid Natriumchlorid Fint køkkensalt Bunsenbrænder Kanthaltråd, 0,5 mm Bidetang Optisk gitter, 300 streger pr. mm Kopiark med spektre fra Hvert grundstof udsender nogle bestemte farver, når det bliver opvarmet. På et ark, som I får af jeres lærer, kan I se de farver, som salte af calcium, kalium, lithium og natrium udsender, når de opvarmes. Når lys går gennem et optisk gitter, bliver det spredt. Gennem gitret kan I se de farver, som findes i lyset. Lys fra glødende stoffer indeholder alle farver. Lys fra opvarmede metaldampe indeholder tit kun nogle bestemte farver. Hvert grundstof har sine bestemte farver, og derfor kan man ud fra farverne se, hvilket metal der har udsendt farverne. 1. Find på det udleverede ark den kraftigste farve, som natrium udsender. Farven er 2. Lav et lille øje på enden af en kanthaltråd. Stik øjet ned i fint køkkensalt (natriumchlorid, NaCl). Hold øjet ind i toppen af flammen fra bunsenbrænderen. Se på farven, både direkte og gennem gitret. Hvilken farve ses 3. Klip øjet af kanthaltråden, når den er blevet kold, og lav et nyt øje. Hvorfor skal I klippe det gamle øje af C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 8

9 ATOMFYSIK ATOMER OG ANDRE SMÅTING LYS SOM FINGERAFTRYK 1.2 Flammefarver (2) 4. Jeres lærer giver jer fem skåle med forskellige stoffer. Stik øjet af kanthaltråden ned i stoffet fra skål nr. 1. Hold øjet ind i toppen af flammen fra bunsenbrænderen. Se på farven, både direkte og gennem gitret. Hvilken farve og hvilke spektrallinjer ser I Hvordan passer spektrallinjerne med de udleverede spektre 5. Hvilket metal mener I, der er i saltet Skriv metallets navn i tabellen. Den sidste søjle skal I ikke skrive i nu. 6. Gentag eksperimentet med stofferne i de andre skåle. Husk hver gang at lave et nyt øje på kanthaltråden, inden I stikker tråden ned i næste skål. Skål nr. Farve Metal Stoffet er Når eksperimentet er slut, kan I af jeres lærer få at vide, hvilke stoffer der er i skålene. Skriv disse stoffer ind i tabellens sidste søjle. Hvor mange gange fandt I det rigtige metal C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 9

10 ATOMFYSIK ATOMER OG ANDRE SMÅTING ISOTOPER 1.3 Atomkernens partikler Det periodiske system I skal finde oplysninger om antallet af de forskellige partikler i atomernes kerner. En atomkerne kan skrives på standardform som: Cl. Her betyder Cl, at grundstoffet er chlor. Det nederste tal, 17, viser, at der er 17 protoner i kernen. Det øverste tal, 35, viser, at der er 35 partikler i kernen. Da der er 35 kernepartikler, såkaldte nukleoner, må kernen ud over 17 protoner også indeholde 18 neutroner. Alle chlor-atomer indeholder 17 protoner i kernen. Atomkernen Cl indeholder 18 neutroner, men der findes også en anden chlor-isotop med 20 neutroner i kernen. 1. Hvor mange protoner er der i et carbon-atom 2. Hvad er navnet på grundstof nummer otte i det periodiske system, og hvor mange protoner indeholder dette stof og 3. Atomkernen i et sølv-atom kan skrives som Ag. Hvor mange nukleoner er der i sølv-atomets kerne 4. Hvor mange protoner og neutroner er der i sølv-atomets kerne og 5. Skriv formlen for et natrium-atom på standardformen. Hvor mange neutroner er der i natriums atomkerne 6. Hvilket atom indeholder flest protoner i kernen, et guld-atom eller et sølv-atom 7. Hvad er tungt vand 8. Udfyld skemaets tomme pladser. Grundstoffets navn Atomkernen på standardform Antal protoner Antal neutroner Antal nukleoner Au Jern Uran 146 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 10

11 ATOMFYSIK ATOMER OG ANDRE SMÅTING ISOTOPER 1.4 Isotoper (1) I skal ved hjælp af det periodiske system, data om isotoper og internettet finde oplysninger om isotoper af forskellige grundstoffer. Kalium Kalium-39 har 19 protoner og 20 neutroner i atomkernen. Det periodiske system Computer med netadgang Kopiark med isotopoplysninger fra En atomkerne kan skrives på standardform som: K. Her betyder K, at stoffet er kalium. Det nederste tal, 19, viser, at der er 19 protoner i kernen. Det øverste tal, 39, viser, at der er 39 partikler i kernen. Da der er 39 kernepartikler, såkaldte nukleoner, må kernen ud over 19 protoner også indeholde 20 neutroner. Alle kalium-atomer indeholder 19 protoner i kernen. Der findes også en kalium-isotop, K, der har 22 neutroner i kernen. Der findes både stabile og radioaktive isotoper. I de følgende spørgsmål arbejdes der især med stabile isotoper. 1. Hvilke internetsider har I brugt ved opgaverne Skriv adresserne, efterhånden som I benytter siderne. 2. Hvad hedder grundstof på engelsk 3. Hvad hedder det periodiske system på engelsk 4. Hvad er det engelske navn for bly kalium kviksølv jern kobber natrium 5. To grundstoffer har de engelske navne silicon og sulfur. Hvad hedder stofferne på dansk og C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 11

12 ATOMFYSIK ATOMER OG ANDRE SMÅTING ISOTOPER 1.4 Isotoper (2) 6. Hvad hedder hydrogen og oxygen på svensk og 7. Angiv atomets navn, antal protoner, antal neutroner og antal nukleoner i atomkernen Ti.,, og 8. Skriv formlen for almindeligt og tungt hydrogen på standardformen. 9. Hvor mange neutroner er der i hver af de tre jern-isotoper, der har 54, 56 og 57 nukleoner, og 10. Hvor mange stabile isotoper findes der af guld Opskriv dem på standardformen. 11. Der findes et stof, der har ni stabile isotoper. Hvad er dette stofs navn 12. Oxygen har tre stabile isotoper. Hvilken isotop er der mest af 13. Naturligt uran indeholder tre isotoper. Den ene, uran-235, dvs U, kan benyttes til fremstilling af atombomber. Hvor mange procent udgør uran-235 af naturligt uran 14. Der findes grundstoffer, der kun har én stabil isotop. Angiv fem grundstoffer, som kun har én stabil isotop. Grundstofferne skal findes i de første tre perioder i det periodiske system. 15. Hvor mange protoner er der i sølv-atomets kerne 16. Tre grundstoffer har symbolerne Nb, Hg og P. Hvad er disse grundstoffers navne og numre i det periodiske system 17. Hvilket grundstof har flest stabile isotoper 18. Blandt grundstofferne i det periodiske system med numre lavere end 82 findes der kun et, der ikke har stabile isotoper. Hvad er dette grundstofs symbol, navn og nummer C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 12

13 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET TRE SLAGS STRÅLING 1.5 Stråling fra radioaktive stoffer (1) I skal forstå, hvad der sker ved de tre forskellige slags henfald af radioaktive stoffer. Computer med netadgang eller Kopiark med isotopoplysninger fra Det periodiske system a. b. 2+ c. 1. På tegningen er vist de tre forskellige slags stråling fra radioaktive stoffer. Find den tegning, der svarer til alfa-, beta- og gammastråling. Begrund dit valg. 2. Den radioaktive uran-isotop U henfalder ved at udsende en alfapartikel. Hvad er halveringstiden for denne isotop 3. Hvilket grundstof omdannes U til efter udsendelse af en alfapartikel Opskriv henfaldsprocessen for alfastrålingen fra U. 4. Den radioaktive natrium-isotop 22 11Na henfalder ved at udsende en betapartikel. Hvad er halveringstiden for denne isotop 5. Hvilket grundstof omdannes 22 11Na til efter udsendelse af en betapartikel Opskriv henfaldsprocessen for betastrålingen fra 22 11Na. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 13

14 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET TRE SLAGS STRÅLING 1.5 Stråling fra radioaktive stoffer (2) 6. Alfapartikler er heliumkerner med to neutroner i kernen. Skriv betegnelsen for en alfapartikel på formen A Z G, hvor G er grundstofsymbolet, Z antallet af protoner i kernen og A antallet af partikler i kernen. 7. Hvilken type stråling udsender den radioaktive isotop Ra 8. I din krop findes omkring 100 g kalium. Hvor mange gram er der i din krop af den radioaktive kalium-isotop K 9. Hvad er halveringstiden af kalium-isotopen K 10. Hvorfor afbøjes gammastråling ikke af magneter 11. Indsæt nogle af de følgende ord på de tomme pladser i teksten: betastråling, elektromagnetisk, elektroner, fire, grundstof, heliumkerner, ikke, ioniserende, kort, meget, negativt, neutroner, positivt, to, tre. Radioaktive stoffer udsender en såkaldt stråling. Der findes Alfastråling bevæger sig Alfastråling består af Alfastråling er typer ioniserende stråling. langt i luft., der udsendes fra stoffets atomkerne. ladet. Efter udsendelse af alfastråling bliver det radioaktive stof til et nyt Gammastråling er en stråling, der kan bevæge sig langt i luft. består af elektroner udsendt fra atomkernen. 12. Den ene af de to atombomber, der blev kastet over Japan i 1945 indeholdt isotopen Pu. Hvad er dette grundstofs navn, og hvad er dets halveringstid C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 14

15 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET HALVERINGSTID 1.6 Halveringstid af barium-137 (1) I skal måle halveringstiden af et radioaktivt stof. Isotopgenerator Geigerrør og tæller Lille plastglas Stopur Millimeterpapir Stativ med muffe Beregning af halveringstid Tælletal i 10 sekunder Punkterne i koordinatsystemet viser en række målinger af tælletallene i 25 sekunder fra et radioaktivt stof, der henfalder Tid/s Tegn en jævn kurve, der nogenlunde følger punkterne i koordinatsystemet. Bestem halveringstiden for det radioaktive stof. Ved at bruge forskellige dele af grafen skal du foretage fire bestemmelser af halveringstiden. Vis de dele, du har brugt. Skriv de fire resultater, som dine målinger giver. Den gennemsnitlige halveringstid er C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 15

16 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET HALVERINGSTID 1.6 Halveringstid af barium-137 (2) Eksperiment 1 Måling af baggrundsstrålingen Anbring geigerrøret lodret i stativet med måle-enden nedad. Indstil tælleren til at måle i 10 sekunder. Hele klassen arbejder sammen. En elev starter tælleren. En anden elev passer stopuret og fortæller, hvad uret viser, når en måling starter. Den første elev fortæller, hvad tælletallet var og nulstiller derpå tælleren. Alle andre elever noterer starttidspunkt og tælletal. Når tælletal og tidspunkt er noteret, starter den første elev en ny tælling på 10 sekunder. Prøv at gøre det nøjagtig 15 sekunder efter den forrige måling. Den anden elev fortæller igen, hvad stopuret viser ved starten af målingen. Således fortsættes, til der er lavet 15 målinger. Skriv målingerne i tabellen. Starttidspunkt for måling/s Tælletal i 10 sekunder Beregn gennemsnittet af tælletallene. Gennemsnittet er I denne måling af den radioaktive baggrundsstråling har I indøvet teknikken i næste eksperiment, der skal udføres rigtigt i første forsøg. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 16

17 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET HALVERINGSTID 1.6 Halveringstid af barium-137 (3) Eksperiment 2 Måling af halveringstid Læreren anbringer et lille plastglas med en radioaktiv væske lige under geigerrøret. Hele klassen arbejder igen sammen. Hurtigst muligt startes målingerne, der foregår på samme måde som ved målingen af baggrundsstrålingen. Måling i 10 s og så 5 s pause. Fortsæt med målingerne i ca. otte minutter. Tælletal i 10 sekunder Tælletal i 10 sekunder Starttidspunkt/s Starttidspunkt/s Starttidspunkt/s Tælletal i 10 sekunder Tegn jeres målinger ind på millimeterpapir. Den korte side af papiret, y-aksen, skal vise tælletallene. Den lange side, x-aksen, skal vise tiden. 1 cm svarer til 15 sekunder. Tegn en jævn kurve, der nogenlunde følger punkterne i koordinatsystemet. Bestem det radioaktive stofs halveringstid fire steder på kurven. Skriv de fire resultater, som dine fire målinger giver. Er bestemmelsen af halveringstiden mest nøjagtig, når du ser på starten af grafen eller på slutningen Hvorfor er der en forskel i nøjagtigheden C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 17

18 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET HALVERINGSTID 1.7 Halveringstid af barium-137 (1) Måling med datalogger I skal bestemme halveringstiden af et radioaktivt stof ved hjælp af en datalogger. Isotopgenerator Computer med dataopsamlingsprogram USB-link Geigerrør Lille plastglas Millimeterpapir Stativ med muffe Eksperiment 1 Måling af baggrundsstrålingen Anbring geigertælleren lodret i stativet med måleenden nedad. Geigerrøret tilsluttes computeren gennem USB-linket. Computerens dataopsamlingsprogram genkender geigerrøret, og åbner et vindue. Indstil computeren til at måle 20 gange i 15 sekunder. Start en måling. Udskriv de 20 målinger af tælletallene fra baggrundsstrålingen. Beregn gennemsnittet af tælletallene. Gennemsnittet er Eksperiment 2 Måling af halveringstid Læreren anbringer et lille plastglas med en radioaktiv væske lige under geigerrøret. Start målingerne med det samme. Målingerne skal foregå på samme måde som ved målingen af baggrundsstrålingen. Fortsæt med målingerne i ca. otte minutter. Gentag beregningen, men denne gang trækkes baggrundsstrålingen fra hvert tælletal. Udskriv målingerne. Tegn en jævn kurve, der nogenlunde følger målepunkterne. Ud fra jeres graf skal I bestemme halveringstiden af det radioaktive stof ved bruge fire forskellige dele af grafen. Hvilke halveringstider giver de fire målinger C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 18

19 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET HALVERINGSTID 1.7 Halveringstid af barium-137 (2) Hvad er den gennemsnitlige halveringstid fra de fire målinger Er bestemmelsen af halveringstiden mest nøjagtig, når du ser på starten af grafen eller på slutningen Hvorfor er der en forskel i nøjagtigheden Gentag beregningen, men denne gang trækkes baggrundsstrålingen fra hvert tælletal. Udskriv målingerne. Tegn en jævn kurve, der nogenlunde følger målepunkterne. Ud fra jeres graf skal I bestemme halveringstiden af det radioaktive stof ved bruge fire forskellige dele af grafen. Hvilke halveringstider giver de fire målinger Den gennemsnitlige halveringstid fundet af alle elever er Læreren oplyser, at stoffets halveringstid er Hvor mange procent afveg din bestemmelse fra den rigtige halveringstid %. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 19

20 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET GEIGERTÆLLEREN 1.8 Magnetfelter og ioniserende stråling (1) I skal undersøge, om stråling fra radioaktive stoffer påvirkes af magnetiske felter. To spoler med jernkerne, 400 vindinger U-kerne med to ankre To sammenspændingsbeslag To stativer med muffer og klemmer Strømforsyning Ledninger Alfa-, beta- og gammakilde Geigerrør og tæller Millimeterpapir Metalplade med hul 1. Byg en opstilling med spoler, U-kerne og to ankre som på billedet. Anbring betakilden ca. 3 cm fra mellemrummet mellem de to ankre. Sæt en metalplade med hul fast med tape lige foran mellemrummet mellem ankrene. Sæt geigerrøret i samme højde som kilden og i afstanden ca. 3 cm fra ankrene, så strålingen mod geiger-røret går lige gennem hullet mellem Strømstyrke/ampere Tælletal i 20 sekunder ankrene. Forbind spolerne med strømforsyningen. 2. Mål tælletallet i fx 20 sekunder. Gentag målingen med forskellige strømstyrker gennem spolen. Benyt spring på 0,5 A mellem målingerne. Vis tælletallene som funktion af strømstyrken på et stykke millimeterpapir. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 20

21 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET GEIGERTÆLLEREN 1.8 Magnetfelter og ioniserende stråling (2) 3. Flyt geigerrøret lidt op eller ned. Prøv, om I ved at ændre strømstyrken kan få strålingen hen til geigerrøret. Hvad fandt I ud af 4. Vend strømretningen gennem spolen. Hvad sker der med tælletallet Lillefingerreglen bruges til at finde kraften på en strømførende ledning i et magnetfelt. Lillefingerreglen lyder: Hold højre hånd med håndfladen mod nordpolen og med fingrene i strømmens retning. Lillefingeren vil så vise retningen af kraften på ledningen. 5. Brug lillefingerreglen til at forklare jeres resultater. Husk, at betapartiklerne har negativ ladning. De svarer derfor til en strøm, der går i modsat retning af betapartiklernes bevægelse. 6. Gentag målingen med både alfa- og gammakilden. Hvad viser disse målinger 7. Hvad er forklaringen på resultaterne med alfa- og betakilden Et godt råd: Forklaringen er ikke den samme i de to tilfælde. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 21

22 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET GEIGERTÆLLEREN 1.9 Svækkelse af stråling (1) I skal undersøge, hvorledes de tre typer ioniserende stråling svækkes i forskellige stoffer. Alfa-, beta- og gammakilde Geigerrør og tæller Profilskinne med to ryttere Lineal Absorbersæt eller plader med forskellig tykkelse Andre genstande Skydelære Millimeterpapir Vælg en radioaktiv kilde, og byg en opstilling som vist på billedet. Pladerne hænges først op senere. Hvilken slags ioniserende stråling udsender jeres kilde Eksperiment 1 Måling af strålingens intensitet, når afstanden ændres Mål intensiteten af strålingen i forskellige afstande fra kilden. Vis jeres resultater på millimeterpapir. Sæt afstanden på x-aksen og tælletallet på y-aksen. Forklar, hvad I har fundet ud af. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 22

23 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET GEIGERTÆLLEREN 1.9 Svækkelse af stråling (2) Eksperiment 2 Måling af halveringstykkelser Hvordan mindskes strålingens intensitet med tykkelsen af det materiale, som strålingen skal passere Undersøg med flere stykker papir, hvordan alfastråling svækkes gennem papir. Undersøg med aluminiumplader, hvordan betastråling svækkes gennem aluminium. Undersøg med blyplader, hvordan gammastråling svækkes gennem bly. Vis målingerne på et stykke millimeterpapir. Sæt tykkelsen på x-aksen og tælletallet på y-aksen. Halveringstykkelsen er den tykkelse af papir, aluminium eller bly, der får intensiteten af strålingen til at blive halveret. Hvilken kilde brugte I, og hvad var halveringstykkelsen i jeres eksperiment Eksperiment 3 Undersøgelse af ioniserende stråling gennem forskellige materialer Mål intensiteten af strålingen gennem en række materialer, som I selv vælger. Pap, glas, spegepølse, agurk, mobiltelefon, porcelæn osv. Eksperimenter med spegepølse og agurk, der ligesom kroppen indeholder meget vand, kan vise, hvor meget af strålingen der trænger ind i jer. Beskriv jeres eksperiment og resultater. Afslutning Hver gruppe fremlægger deres resultater for klassen. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 23

24 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET GEIGERTÆLLEREN 1.10 Styring med betastråling I skal undersøge, om stråling fra radioaktive stoffer kan bruges til at bestemme mængden af væske i et reagensglas. Geigerrør og tæller Betakilde Vægt Reagensglas Reagensglasstativ Sprøjteflaske To stativer med muffe og klemme Intensiteten af strålingen fra en radioaktiv kilde svækkes, når strålingen går gennem et stof. I skal bruge denne svækkelse til at måle, hvornår et reagensglas er fyldt op til en bestemt højde. 1. Tegn en streg midt på et reagensglas. Fyld vand op til stregen. 2. Byg opstillingen som vist på tegningen. Reagensglasset pakkes først ind senere. Reagensglas og reagensglasstativ står på en vægt. Bevæg betakilde og geigerrør samlet op eller ned, indtil I finder den højde, hvor tælleren viser, at strålingen bliver svækket af vandet i reagensglasset. 3. I skal nu undersøge, hvor præcist I kan fylde en bestemt mængde vand i reagensglasset ved at høre på klikkene fra tælleren. Tøm reagensglasset, og pak det ind i papir. Nulstil vægten, og læg et stykke papir over displayet. Hæld vand i glasset med en sprøjteflaske, indtil tælletallet begynder at falde. Fjern papiret, og aflæs massen af vandet. 4. Gentag målingen flere gange. Alle i gruppen skal forsøge at finde stregen. Hvad er den gennemsnitlige masse i jeres påfyldninger Navn Vandets masse/gram 5. Hvor mange millimeter er væskehøjden fra stregen, når massen svarer til jeres gennemsnit 6. Hvor mange millimeter er væskehøjden fra stregen, når massen svarer til jeres største og mindste måling og 7. Hvad kan man gøre, hvis man ønsker en endnu bedre bestemmelse af højden af væsken i glasset C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 24

25 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET BAGGRUNDSSTRÅLING 1.11 Baggrundsstråling I skal undersøge, om det er muligt at måle, om nogle stoffer fra hverdagen udsender ioniserende stråling. Når man måler strålingen fra et radioaktivt stof, vil tælletallet ændre sig fra måling til måling. Tælletallet varierer. Det er derfor nødvendigt at måle længe, hvis man skal få troværdige målinger. I skal undersøge forskellige materialer for at se, om de udsender ioniserende stråling. Da mange stoffer kun udsender ganske lidt stråling, skal I først måle baggrundsstrålingen, dvs. den stråling, der er overalt. 1. Mål baggrundsstrålingen i 5 minutter. Natriumchlorid (køkkensalt) Seltin Andre ting fx et gammelt vække- eller armbåndsur, kaliumchlorid, jord Mineralvand Demineraliseret vand Geigerrør og tæller Stativ med muffe og klemme Tælletallet er 2. Baggrundsstrålingen pr. minut er tællinger. Ved jeres eksperimenter skal I trække baggrundsstrålingen fra de målte tælletal, inden I kan se, om et stof udsender ioniserende stråling. Vælg selv et eksperiment. Det kan være en sammenligning mellem demineraliseret vand og mineralvand, mellem kaliumchlorid og natriumchlorid, mellem strandsand og muldjord. I kan også undersøge om selvlysende visere i ure indeholder stoffer, der udsender ioniserende stråling. Seltin er en erstatning for almindeligt salt. Seltin kan købes bl.a. hos materialister og i helsekostforretninger. Erstatter man almindeligt køkkensalt med Seltin, får man mindre NaCl i kroppen. Det påstår forhandlerne er godt for kroppen. I Seltin er noget natriumchlorid udskiftet med kaliumchlorid, men det er et radioaktivt stof! 3. I kan udføre et eksperiment, hvor I fylder tre små plastglas med henholdsvis køkkensalt (NaCl), Seltin og kaliumchlorid (KCl). Dæk saltene med et tyndt stykke papir. Sæt geigerrøret helt ned på papiret, og mål strålingen fra de tre salte. Husk, at trække baggrundsstrålingen fra jeres resultater. 4. Kan I ud fra jeres målinger sige noget om, hvor meget KCl, der er i Seltin 5. Beskriv jeres målinger og de resultater, I har fundet. Jeres målinger kan vises i en tabel. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 25

26 ATOMFYSIK RADIOAKTIVITET BAGGRUNDSSTRÅLING 1.12 Henfaldsskemaer I skal undersøge, hvilke nye grundstoffer der opstår ved radioaktive henfald. Når en atomkerne udsender en alfapartikel, der skrives som 4 2He, mister kernen to protoner og to neutroner. Herved omdannes atomet til et nyt grundstof, hvis nummer i det periodiske system er to mindre. Når et radioaktivt atom udsender en betapartikel, bliver en neutron i kernen omdannet til en proton. Der opstår et nyt grundstof, hvis nummer i det periodiske system er én større. Antallet af protoner er steget med én, og antallet af neutroner er faldet én. Radon, Rn, er et henfaldsprodukt fra bl.a. uran, U. Radon, der er en ædelgas, har mange isotoper. Radons henfaldsprodukter, der kaldes radons døtre, er hvert år skyld i adskillige kræftdødsfald i Danmark. Det periodiske system Isotopkort Computer med netadgang Alfahenfald Atomnummer, protontal Betahenfald Np Atomnummer, protontal Am Neutrontal I diagrammet nedenfor er på y-aksen vist atomnummeret, der for radon er 86. Atomnummeret er det samme som antallet af protoner i kernen. På x-aksen er vist antallet af neutroner i kernen Rn henfalder ved udsendelse af en alfapartikel til en isotop af polonium. Efter otte henfald er radonisotopen omdannet til en bly-isotop, der ikke er radioaktiv. Rækkefølgen af henfaldene af Rn er alfa, alfa, beta, beta, alfa, beta, beta, alfa Y Sr Neutrontal Atomnummer, protontal Tegn henfaldene i diagrammet. Skriv i diagrammet, hvilket grundstof der er dannet ved henfaldet Po Rn Find halveringstiderne af de otte henfald. Skriv også halveringstiderne i diagrammet Neutrontal C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 26

27 ATOMFYSIK ENERGI FRA KERNEN KERNEKRAFTVÆRKER 1.13 Europas kernekraftværker I skal på nettet finde oplysninger om de europæiske kernekraftværker. Computer med netadgang Besvar følgende spørgsmål ved søgning på nettet, fx med Google. 1. Hvor mange kernekraftværker er der i Danmark 2. Hvilket svensk kernekraftværk ligger tættest på Danmark Hvor langt fra Danmark ligger det 3. Hvor stor en effekt har det tyske kernekraftværk i Brokdorf Hvor stor en effekt har en almindelig vindmølle 4. Hvor mange kernekraftværker er der i Frankrig 5. Hvor mange reaktorer er der i Frankrig 6. Hvor stor en del af Frankrigs el-energi produceres på kernekraftværker 7. Hvor mange kernekraftværker er der i Sverige Hvor mange reaktorer er der i Sverige 8. Hvor stor en del af Sveriges el-forbrug produceres på kernekraftværker 9. Hvor mange kernekraftværker er der i Finland Hvor mange reaktorer er der i Finland 10. Hvorfor er der ikke kernekraftværker i Norge og Island 11. Nævn mindst fem andre europæiske lande, der ikke har kernekraftværker. 12. Hvad skete der ved Tjernobyl-ulykken C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 27

28 ATOMFYSIK ENERGI FRA KERNEN KERNEKRAFTVÆRKER 1.14 Affald fra kernekraftværker I skal på nettet finde oplysninger om affald fra kernekraftværker. Computer med netadgang Besvar følgende spørgsmål ved søgning på fx hjemmesiderne Besvar et eller to af de følgende spørgsmål. Jeres svar skal senere præsenteres for hele klassen. I debatten om kernekraft indgår diskussionen om det radioaktive affald. Hvad skal man gøre ved affaldet Er de planlagte opbevaringsmetoder sikre nok Man kan benytte to metoder, når det radioaktive affald skal slutdeponeres, dvs. gemmes langt borte fra dyr og mennesker. Man kan enten opbevare alt radioaktivt materiale fra kraftværket. Eller man kan adskille de forskellige stoffer, genbruge nogle stoffer i en reaktor, og kun opbevare det resterende materiale. Hvorfor gemmes affaldet fra kernekraftværker i mere end 40 år i vandfyldte bassiner på kernekraftværkerne, inden det slutdeponeres Kan affald fra almindelige kernekraftværker benyttes til fremstilling af atombomber Begrund jeres svar. Hvordan indkapsles det radioaktive materiale, inden det deponeres i undergrunden Beskriv beholderne. I Danmark har der været planer om, at affaldet fra kernekraftværker skulle gemmes i en saltformation, en såkaldt salthorst, dybt under overfladen. Hvorfor er en saltformation 500 meter under overfladen et bedre sted til slutdeponering end i almindelig lerjord Hvor skal det radioaktive affald fra Sveriges kernekraftværker slutdeponeres Beskriv affaldsdepotet. Hvor er det planlagt, at det radioaktive affald fra Tysklands kernekraftværker skal slutdeponeres Beskriv affaldsdepotet. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 28

29 ATOMFYSIK PROJEKT Kernekraft i Danmark I skal skrive om fordele og ulemper ved at indføre kernekraft i Danmark. Kernekraftværket i Brokdorf, Tyskland. I starten af 1980-erne var der planer om at bygge kernekraftværker (atomkraftværker) i Danmark. En beslutning i Folketinget i 1985 stoppede det videre arbejde med disse planer. I de seneste år er interessen for en CO 2-fri energiproduktion blevet øget. Mængden af kul og olie i undergrunden er blevet mindre. Er atomkraft i Danmark, trods risikoen for en farlig bestråling i forbindelse med ulykker, alligevel en af mulighederne som energikilde i fremtiden Det kan være farligt at bruge atomkraft, men er det også farligt at bruge energi fra kul C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 29

30 ATOMFYSIK Prøv dig selv (1) Kan du huske Hvad er forskellen på protoner og neutroner Hvad hedder de tre former for radioaktivitet Hvad sker der, når en elektron falder ind i en bane, der er tættere på atomkernen Hvad er tungest, en neutron eller en elektron Hvad er tungt vand Hvad er et radioaktivt stofs halveringstid Forstår du Hvad er forskellen på isotoperne af et grundstof 14 Hvad betyder tallet 14 i 6 C C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 30

31 ATOMFYSIK Prøv dig selv (2) Hvad er carbon-14-metoden Hvor mange protoner er der i et aluminium-atom Udfordring Beskriv, hvad der sker i en kernereaktor. 19 Hvor mange neutroner er der i 9 F Hvad er forskellen på processerne i en atombombe og i en kernereaktor Hvorfor dannes der ikke et nyt grundstof, når der udsendes gammastråling C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 31

32 ATOMFYSIK Blandede opgaver 1. Hvorfor er ioniserende stråling farlig 2. Hvad er forskellen på to isotoper af samme grundstof 3. Hvilke nye grundstoffer fandt Marie Curie 4. Hvorfra stammer den radon, der kan strømme op gennem kældergulvet 5. I 1945 kastede amerikanerne to atombomber over Japan. Den første faldt over byen Hiroshima. Hvilken by blev ødelagt af den anden atombombe 6. Hvad er en foton 7. Hvad betyder tallet 235 i uran-isotopen U 8. Hvad opdagede danskeren Niels Bohr i Hvad består betapartikler af 10. I en atomreaktor spaltes en urankerne til to kerner af andre grundstoffer. Hvorfor opstår der energi ved denne spaltning C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 32

33 ATOMFYSIK Tip 15 Spørgsmål Svar 1 Svar 2 Svar 3 1. Hvilken partikel har den største masse En proton En elektron En proton og en elektron har samme masse 2. Med carbon-14-metoden kan man bestemme Jordens alder alderen af mumier Universets alder 3. En proton har en negativ ladning har en positiv ladning har ingen ladning 4. En positron er en positiv neutron positiv elektron positiv proton 5. Beta-radioaktive stoffer udsender heliumkerner elektroner elektromagnetisk stråling 6. Alfa-radioaktive stoffer udsender heliumkerner elektroner elektromagnetisk stråling 7. I det alfa-radioaktive stof Am er der flest protoner lige mange protoner og neutroner flest neutroner 8. Hvilken enhed benyttes til at måle ioniserende strålings virkning på kroppen Sievert Becquerel Curie 9. Hvilken type stråling kan ikke afbøjes af et magnetfelt Alfastråling Betastråling Gammastråling 10. Baggrundsstrålingen i klasseværelset stammer især fra kalium i kroppen stoffer i undergrunden og fra himmelrummet maling på væggene 11. Hvad kaldes det, når en atomkerne spaltes til to nye kerner Fusion Fossil Fission 12. Marie Curie opdagede neutronen protonen nye radioaktive stoffer 13. Enheden u angiver en masse en strålingsintensitet antal elektroner 14. Ernest Rutherford opdagede elektronen radioaktiviteten atomkernen 15. Et geigerrør tæller neutroner måler strålingsintensitet sender stråling gennem genstande C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 33

34 HIMMEL OG JORD FRA UNIVERSET TIL DIG AFSTANDEN TIL STJERNERNE 2.1 Byg en kikkert I skal bygge og undersøge en kikkert. En astronomisk kikkert består af to linser. Linsen, der er nærmest stjernen, kaldes objektivet. Linsen nærmest øjet kaldes okularet. Står der et stearinlys et stykke væk, vil objektivet danne et billede af stearinlyset på den anden side af objektivet. Billedet af stearinlyset dannes lige bag objektivets brændpunkt, og billedet står på hovedet. Holdes okularet lidt bag dette billede, ser man stearinlyset forstørret. Det er, som om stearinlyset er kommet tættere på. Kikkertbyggesæt med to linser To linseholdere Skærm eller hvidt karton Stearinlys Målebånd og lineal 1. Objektivet. Anbring den store, tynde linse fra kikkertbyggesættet i en linseholder. Sæt et tændt stearinlys på et bord nogle meter fra linsen. Sørg for, at der er så mørkt som muligt i lokalet. Brug en skærm eller et stykke hvidt karton til at finde det billede af stearinlyset, som linsen danner. Mål afstanden fra linsen til billedet. Afstanden er 2. Hvis stearinlyset flyttes længere væk, flytter billedet sig ganske lidt tættere på objektivet. Det sted, hvor billedet dannes, når lyset er langt væk, kaldes linsens brændpunkt. Afstanden fra linsen til dette billede kaldes linsens brændvidde. Hvor stor er jeres objektivs brændvidde 3. Okularet. Anbring den lille, buttede linse fra kikkertbyggesættet i en linseholder. Sæt linseholderen lidt bag objektivets brændpunkt. Fjern skærmen, og se på billedet af stearinlyset gennem den lille linse. Flyt linseholderen lidt frem og tilbage, til I ser stearinlyset bedst. Afstanden fra billedet til okularet er denne linses brændvidde. Hvor stor er okularets brændvidde 4. Kikkerten. Hvor mange gange større synes I, at kikkertens billede er i forhold til stearinlyset Hvor stor ser kikkertens forstørrelse altså ud til at være gange. 5. Kikkertens forstørrelse beregnes som objektivets brændvidde divideret med okularets brændvidde. Hvad er kikkertens teoretiske forstørrelse 6. Anbring jeres linser i de to rør fra kikkertbyggesættet. Se på denne tekst gennem kikkerten. Hvor langt fra arket kan I læse teksten C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 34

35 HIMMEL OG JORD FRA UNIVERSET TIL DIG AFSTANDEN TIL STJERNERNE 2.2 Afstande bestemt med vinkelmåler (1) I skal bruge en metode, som anvendes i astronomien, når afstanden til en stjerne skal findes. Når man fra Jorden med et halvt års mellemrum ser mod en bestemt stjerne, kan retningen være ændret ganske lidt. Ligger der fx en fjern galakse i sigteretningen til stjernen, ser det ud, som om stjernen på det halve år har flyttet sig lidt i forhold til galaksen. Ved meget præcist at måle retningen til stjernen med et halvt års mellemrum, kan man finde dens afstand fra os. Målebånd Lineal Vinkelmåler To pinde En snor Evt. computer med geometriprogram Lommeregner C Forsøg 1 Teoretisk afstandsmåling Tegn enten på en computer med et geometriprogram eller på papir en retvinklet trekant, ABC. Den rette vinkel kaldes C. I trekanten er vinkel B 72, og siden BC er 38 mm. Hvad er længden af AC Skriv resultatet i tabellen. Find også længden af AC i de tre andre trekanter i tabellen. Brug fx figuren ovenfor til alle fire opgaver. C B BC AC mm mm mm mm C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 35

36 HIMMEL OG JORD FRA UNIVERSET TIL DIG AFSTANDEN TIL STJERNERNE 2.2 Afstande bestemt med vinkelmåler (2) Forsøg 2 Praktisk afstandsmåling 1. Sæt en pind i jorden et sted, hvor der er frit udsyn til et bestemt punkt flere hundrede meter borte. Dette fjerne punkt, D, svarer til en galakse, der ligger i en helt fast retning på himlen. Pinden svarer til Solen. Pindens placering kaldes C. Nu skal I finde afstanden til en stjerne. Hent en snor hos læreren. I må ikke måle snorens længde med et målebånd. Den ene ende af snoren holdes ved C. Stik en anden pind i jorden i et punkt, A, hvis afstand fra C er snorens længde. Punkt A skal ligge på en ret linje mellem udgangspunktet, C, og det fjerne punkt, D. Stedet A svarer til den stjerne, hvis afstand I skal finde. Afstanden mellem A og C svarer til afstanden mellem Solen og stjernen. 2. Læg et målebånd fra udgangspunktet, C, i en retning, der er vinkelret på sigtelinjen mod det fjerne punkt. Find det punkt, B, der ligger 6,0 m fra udgangspunktet. Punkt B svarer til Jorden på et bestemt tidspunkt af året. Hvordan fandt i en retning, der var præcis vinkelret på CD C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 36

37 HIMMEL OG JORD FRA UNIVERSET TIL DIG AFSTANDEN TIL STJERNERNE 2.2 Afstande bestemt med vinkelmåler (3) 3. Stil dig i punkt B. Da punkt D (den fjerne galakse) ligger meget langt væk, er retningen til D den samme, når du står i C og i B, men retningen til A ændrer sig. Find vinklen mellem BD og BA. Det er ikke nemt, så I må være opfindsomme, når I skal finde en præcis størrelse af vinklen. Hver elev i gruppen måler vinklen mellem retningen til stjernen og til galaksen. Nogle tegnetrekanter, et stykke karton og en vinkelmåler kan være gode hjælpemidler. Beskriv den metode, I brugte til at måle vinklen. Hvad er vinklen mellem BD og BA 4. Gentag målingen, men denne gang fra et punkt, E, der ligger 6,0 m på den anden side af C. Stedet E svarer til Jordens position et halvt år senere end ved den første måling. Hvad er vinklen mellem ED og EA 5. Konstruér de to situationer på et stykke papir eller i et geometriprogram. Benyt fx afstande, der er 100 gange mindre end i jeres måling. Husk, at BCA er 90. Find afstanden AC i de to situationer. Afstanden er og 6. Mål længden af den snor, læreren gav jer. Længden er 7. Hvad kunne I gøre, hvis afstanden skulle have været fundet mere nøjagtigt (altså uden at måle den direkte med et målebånd) C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 37

38 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.3 Hvordan bliver vejret (1) I skal undersøge, hvor godt man kan stole på vejrudsigten. Millimeterpapir Computer med netadgang og printer Danmarks Meteorologiske Institut, DMI, laver vejrudsigter, der går fem til seks dage frem. Vejrudsigterne for de første par dage plejer at være meget gode, men er de også til at stole på i den sidste del af perioden Det skal du undersøge. 1. På DMI s hjemmeside, skal du finde vejrudsigten for din region. Udsigten kan se ud som på figuren nedenfor. Kopier vejrudsigten, skriv den ud på en printer, og sæt den fast oven på figuren nedenfor. 2. Aflæs dagens højeste og nattens laveste temperatur for de seks døgn i vejrudsigten. Skriv resultaterne i tabellen, og vis dem som punkter i koordinatsystemet. Vis også døgnets gennemsnitlige vindhastighed og nedbøren i tabellen. 3. De følgende fem døgn skal du på DMI s hjemmeside slå op på Borgervejr. Her findes oplysninger om temperatur, vind og nedbør i din region det sidste døgn. Se et eksempel øverst på næste side. Find døgnets højeste og laveste temperatur, den gennemsnitlige vindhastighed og den samlede nedbør. Vis højeste og laveste temperatur i dit koordinatsystem med en anden farve end forudsigelserne. Vind og nedbør skrives i tabellen. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 38

39 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.3 Hvordan bliver vejret (2) Borgervejr 4. De følgende fem døgn skal du selv holde øje med vejret. Passer de symboler, der var i vejrudsigten om solskin, skydække og regn Vis dine svar i tabellen med vejrmålinger. 5. Hvor god var vejrudsigten for de fem-seks dage Var udsigten bedst for de første dage Hvilke afvigelser var der mellem vejrudsigt og vejr C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 39

40 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.3 Hvordan bliver vejret (3) Vejrudsigt Dato og ugedag Maks. temp./ C Min. temp./ C Vindhast./(m/s) Nedbør/mm Vejrsymbol Vejrmåling Dato og ugedag Maks. temp./ C Min. temp./ C Vindhast./(m/s) Nedbør/mm Vejrsymbol Temperatur/ C Dato C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 40

41 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.4 Havene stiger, når Jorden bliver varmere I skal undersøge, hvor meget vands rumfang øges, når temperaturen stiger. Vand udvider sig, når temperaturen stiger. (Dette gælder dog ikke, når vandets temperatur er under 4 C.) Derfor vil en global temperaturstigning få verdenshavene til at stige. I tidligere perioder har havoverfladen omkring Danmark både været mere end 100 meter højere og 100 meter lavere end nu. Kan det skyldes temperaturændringer 250 ml konisk kolbe Prop med hul Kort glasrør Termometer Vægt Gryde eller vandfad Evt. elkedel Viskestykke 1. Fyld varmt vand i en gryde. Vej en kolbe med prop og glasrør. Skriv alle jeres målinger i tabellen. Fyld koldt vand i kolben, helt op til randen. Lad kolben stå et minut. Mål temperaturen i det kolde vand. Sæt derefter proppen med glasrør på kolben. Det overskydende vand løber ud gennem glasrøret. Tør kolben med et viskestykke, så der ikke er vand på ydersiden. Vej kolben, og sæt den ned i det varme vand i gryden. 2. Vent 10 minutter. Mens I venter, kan I besvare spørgsmål 6. Tag kolben op af gryden. Tør den med viskestykket, og vej den straks efter. Tag proppen af, og mål temperaturen af vandet i kolben. 3. Hvad er massen af det vand, der er løbet ud af kolben, mens den blev varmet op 4. Hvor stor en brøkdel af vandet i kolben er løbet ud Masse af kolbe med prop og glasrør/g Masse af kolbe med prop, glasrør og vand inden opvarmning/g Masse af vand inden opvarmning/g Temperatur før, efter og temperaturstigning/ C Masse af kolbe med prop, glasrør og vand efter opvarmning/g Masse af vand efter opvarmning/g Masse af vand løbet ud af kolben/g 5. Hvor stor en brøkdel af vandet er løbet ud for hver grads opvarmning 6. Vand udvider sig mere ved en temperaturstigning på 1 C, når det er varmt, end når det er koldt. Da temperaturen dybt nede i havene er 4 C, udvider vandet i havene sig mindre end i jeres forsøg. Det udvider sig 0,005 %, når temperaturen stiger 1 C. I gennemsnit er havdybden på Jorden 4 km. Hvor meget vil havoverfladen stige, når vandets temperatur stiger 1 C C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 41

42 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.5 Byg en vandvarmer (1) I skal bygge og undersøge en elkedel. De fleste har en elkedel i køkkenet. Vandet i elkedlen opvarmes af strømmen i en ledning (et varmelegeme) i bunden. Fordelen ved en elkedel er, at det kun tager få minutter, før vandet koger. Der spildes ikke energi, fordi elkedlen har en termostat, som afbryder strømmen, når vandet koger. Strømforsyning Ledninger og krokodillenæb 5 cm kanthaltråd, 0,25 mm 100 ml bægerglas Demineraliseret vand Tape Termometer Ur Lommeregner 1. Byg en elkedel, hvor en kanthaltråd er varmelegemet. Sæt et krokodillenæb i hver ende af kanthaltråden. Sæt ledninger i krokodillenæbbene. Varmelegemet anbringes i bunden af et bægerglas. Krokodillenæbbene må ikke røre hinanden. Sæt dem fast med tape på indersiden af bægerglasset. I har nu lavet jeres vandvarmer. 2. Hæld demineraliseret vand i bægerglasset. Vandet skal dække varmelegemet. Vandets overflade skal være ca. 3 cm over bunden. 3. Anbring et termometer i bægerglasset. Sæt ledningerne i en strømforsyning. Tænd for strømmen, og reguler spændingsforskellen til ca. 6 volt, så strømstyrken bliver ca. 5 ampere. Rør forsigtigt rundt med termometret, og aflæs temperaturen hvert halve minut, indtil vandet koger. Skriv temperaturerne i skemaet. Vis temperaturerne i koordinatsystemet. Tid/minut 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Temperatur/ C 5,0 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 42

43 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.5 Byg en vandvarmer (2) 100 Temperatur/ C Tid/minut 5. Opvarmes vandet jævnt, dvs. nogenlunde lige meget hvert halve minut Skriv jeres resultater og konklusioner her: 6. På en elkedel kan der fx stå 230 V, 2000 W. Hvad betyder disse tal Hvad skal der stå på jeres vandvarmer Gem jeres vandvarmer, der kan bruges i forsøg 2.6, Energiforbrug ved opvarmning af vand. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 43

44 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.6 Energiforbrug ved opvarmning af vand I skal undersøge, hvor meget energi der bruges, når man opvarmer vand. Da energi måles i joule, skal I finde, hvor mange joule der skal tilføres 1 gram vand for at opvarme det 1 C. Den energi kaldes med en tidligere betegnelse for vands varmefylde. I dag bruges navnet vands specifikke varmekapacitet. Husk, at den afsatte elektriske energi kan udregnes som spændingsforskellen i volt ganget med strømstyrken i ampere ganget med tiden i sekunder. Vandvarmer (fra forsøg 2.5) Termometer Vægt eller 100 ml måleglas Ur Strømforsyning Ledninger og krokodillenæb Lommeregner 1. Fyld ca. 50 g vand i jeres vandvarmer. Skriv det præcise tal for vandets masse, m, i tabellen. Mål vandets starttemperatur. 2. Tænd for strømmen, og reguler hurtigt spændingsforskellen, så strømstyrken bliver ca. 5 ampere. Mål spændingsforskellen U og strømstyrken I. 3. Opvarm i 2-3 minutter. Skriv opvarmningstiden t (i sekunder). 4. Rør til sidst forsigtigt rundt med termometret, så vandet har samme temperatur overalt. Mål sluttemperaturen, og udregn temperaturstigningen T. Masse af vand/g Starttemperatur/ C Strømstyrke/A Spændingsforskel/ V Sluttemperatur/ C Temperaturstigning/ C Opvarmningstid/s 5. Udregn den energi, U I t, der blev tilført for at opvarme alt vandet. Den tilførte energi er 6. Hvor meget energi er brugt til at opvarme 1 gram vand til sluttemperaturen 7. Hvor meget energi er brugt til at opvarme det ene gram vand 1 C Denne størrelse er vandets specifikke varmekapacitet (varmefylde). 8. I har sikkert ikke fundet den helt præcise værdi, 4,2 J/(g C), for vands specifikke varmekapacitet. Overvej, hvilke usikkerheder der har været i jeres forsøg. Hvordan kan forsøget gøres mere præcist C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 44

45 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.7 Tryk og temperatur I skal undersøge, hvordan rumfanget af luft ændrer sig, når temperaturen ændres. Ingen temperatur kan blive lavere end 273 C, der kaldes det absolutte nulpunkt. Man kan bruge en temperaturskala, der begynder ved det absolutte nulpunkt. I den skala angives temperaturer i kelvin. Det betyder, at 0 C, svarer til 273 kelvin, der også kan skrives 273 K. For luft findes der en sammenhæng mellem tryk, rumfang og temperatur. Når trykket er konstant, vil rumfanget divideret med temperaturen være konstant. Her skal temperaturen måles i kelvin. Sodavandsflaske, 1,5 L 500 ml måleglas 250 ml bægerglas Stativ med muffe og klemme Vandfad Fryser Termometer Tragt Lommeregner 1. Anbring en tom sodavandsflaske med skruelåg i en fryser. Skruelåget skal sidde løst på flasken, så den ikke er lukket tæt. Mål temperaturen i fryseren. Temperaturen er 2. Fyld vand i et vandfad. Fyld et måleglas med vand, og anbring det lodret i karret. Måleglasset skal hænge i et stativ med åbningen lige under vandoverfladen. 3. Skru hurtigt låget fast på flasken, mens den stadig ligger i fryseren. Tag flasken ud. Trykket i flasken vil nu stige, fordi temperaturen af luften vokser. Hold flasken nede i vandfadet og vent et minut, så luften i flasken får samme temperatur som vandet. 4. Anbring en tragt under vandet. Tragtens spidse ende skal stikke op i måleglasset. Skru meget forsigtigt låget ganske lidt op, mens flasken holdes under tragten. Hvad er rumfanget af den luft, der slipper ud fra flasken Hvad er vandets temperatur 5. Er forholdet mellem den kolde og den varme lufts rumfang det samme som forholdet mellem den lave og den høje temperatur (angivet i kelvin) C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 45

46 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.8 Energien i sprit I skal undersøge, hvor meget energi der udvikles, når sprit forbrænder. Et stofs brændværdi er den energi, der frigøres, når 1 gram af stoffet forbrænder. I skal finde en omtrentlig værdi af sprits brændværdi. 250 ml bægerglas Stativ med muffe og klo Termometer Vægt Lommeregner Spritbrænder med sprit F 1. Fyld præcis 200 g vand i et bægerglas. Mål vandets temperatur. Starttemperaturen er 2. Vej en spritbrænder. Spritbrænderens masse er 3. Anbring bægerglasset i et stativ. Tænd spritbrænderen, og stil den lige under bægerglassets bund. Stop opvarmningen, når vandets temperatur er omkring 50 C. Mål massen af spritbrænderen og temperaturen af vandet. Massen af spritbrænderen er Sluttemperaturen af vandet er 4. Massen af den brugte sprit er Temperaturstigningen af vandet er 5. Vandet har fået tilført en energi, der er 4,2 ganget med vandets masse (i gram) ganget med temperaturstigningen (i C). Beregn den energi, der er tilført vandet. Energien er 6. Beregn brændværdien af sprit, dvs. den energi der frigøres ved forbrænding af 1 gram sprit. Brændværdien er 7. Hvad kan I gøre, hvis målingen skal give en mere præcis værdi af brændværdien 8. Elektrisk energi koster ca. 2 kr. pr. kilowatt-time. En kilowatt-time er det samme som joule. Hvor mange gram sprit skal brændes for at levere joule 9. Sprit koster omkring 25 kr./l. Hvad koster den portion sprit, der kan levere energien 1 kilowatt-time C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 46

47 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.9 Energien i vanddamp (1) I skal undersøge, hvor meget energi der er i vanddamp. 250 ml konisk kolbe 250 ml bægerglas Stativ med muffe og klemme Prop med hul U-formet glasrør Bunsenbrænder Termometer Vægt Lommeregner Det kræver energi at fordampe vand, men energien kommer igen, når dampen fortættes til væske. I dette forsøg skal I finde ud af, hvor meget energi der skal bruges for at fordampe vand. Da energi måles i joule, skal I finde, hvor mange joule der skal tilføres 1 gram vand, for at det fordamper. Denne energimængde kaldes vands fordampningsvarme. Størrelsen kaldes også fortætningsvarmen. 1. Fyld vand i en kolbe, så højden er ca. 1 cm. Sæt en prop med et glasrør i kolben. Spænd kolben fast i et stativ. Anbring en bunsenbrænder under kolben. 2. Vej et bægerglas. Fyld derefter ca. 225 ml vand i bægerglasset, og vej det igen. Hvad er massen af bægerglasset og af bægerglasset med vand Masse af bægerglas Masse af bægerglas med vand Vandets masse, m(vand) 3. Mål temperaturen af vandet i bægerglasset. Starttemperaturen kaldes T(start). Starttemperaturen er: 4. Varm vandet i kolben op med bunsenbrænderen. Vent til vandet koger, og der kommer damp ud gennem glasrøret. Flyt stativet lidt, så enden af glasrøret stikker dybt ned i vandet i bægerglasset. 5. Sluk bunsenbrænderen, når temperaturen af vandet i bægerglasset er steget ca. 25 C. Flyt hurtigt bægerglasset. Pas på, at dampen fra glasrøret ikke rammer hænderne. Mål straks vandets temperatur, der kaldes T(slut). Sluttemperaturen er: 6. Vej igen bægerglasset, og find massen af den fortættede damp. Massen kaldes m(damp). Dampens masse er: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 47

48 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR HØJTRYK OG LAVTRYK 2.9 Energien i vanddamp (2) Den energi, der frigives, når dampen fortættes til væske, vil opvarme vandet i bægerglasset. Da der kræves 4,2 joule for at opvarme 1 gram vand 1 C, kan man beregne den energi, der kommer fra fortætningen af dampen. Symbolet x er vandets fordampningsvarme. 7. Den følgende ligning gælder for energibevarelsen: x m(damp) + m(damp) (100 C T(slut)) 4,2 = m(vand) (T(slut) T(start)) 4,2 Her er første led på venstre side den energi, der frigøres, når dampen fortættes. Andet led er den energi, der frigøres, når den fortættede damp afkøles. Forklar, hvad leddet på højre side betyder. 8. Når ligningen løses, findes: x = [m(vand) (T(slut) T(start)) 4,2 m(damp) (100 C T(slut)) 4,2]/m(damp) Indsæt de målte masser og temperaturer i ligningen. Find x. 9. I har sikkert ikke fundet den helt præcise værdi af vandets fordampningsvarme. Overvej, hvilke usikkerheder der har været i jeres forsøg. Hvordan kan forsøget gøres mere præcist 10. Den præcise værdi af vands fordampningsvarme er 2260 J/g. Hvor mange procent var I fra den præcise værdi 11. Sammenlign tallet med vands varmefylde. Hvor mange joule skal der tilføres 1 g vand for at opvarme det fra 0 til 100 C Hvilken betydning har vands fordampningsvarme i vores hverdag C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 48

49 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR EN DYNE AF SKYER 2.10 Hold kulden ude (1) I skal undersøge, hvordan man længst muligt kan holde luften i et reagensglas varmt. I skal også gennem undersøgelserne opdage, at varmetransport kan ske på flere forskellige måder. Varme genstande bliver koldere på tre måder: Når de stråler energi ud til omgivelserne, når kold luft strømmer forbi, og når energien ledes bort til omgivelserne. De tre måder kaldes varmestråling, konvektion og varmeledning. Skal man holde en ting varm, skal man undgå alle disse tre måder, varme kan transporteres væk på. 250 ml bægerglas Stort reagensglas Lille reagensglas Prop med hul til termometer Isterninger Termometer Dråbeflaske med paraffinolie Ur Modellervoks Alu-folie 1. Læg fire isterninger i et bægerglas, og hæld ca. 150 ml vand i. 2. Hæld en dråbe paraffinolie i hullet på en prop. Sæt et termometer gennem hullet. 3. Sæt proppen i et reagensglas, så termometret er ca. 1 cm over bunden. 4. Forsøg 1. Vent et par minutter, så vandet i bægerglasset er blevet afkølet til næsten 0 C. Sæt reagensglasset ned i det kolde vand. Aflæs temperaturen hvert halve minut i fem minutter. Skriv temperaturerne i tabellen. 5. Forsøg 2. Tag reagensglasset med termometret op. Fjern proppen, så luften i glasset hurtigt igen får stuetemperatur. Gentag punkt 3 og 4, men nu skal reagensglasset hænge inde i et endnu større reagensglas, se tegningen. Sæt modellervoks i toppen af det store reagensglas, så det lille hænger midt i det store. Put en ekstra isterning i bægerglasset, hvis de første isterninger er smeltet. 6. Forsøg 3. Gentag punkt 5, men denne gang skal I vikle et lag alu-folie om det lille reagensglas. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 49

50 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR EN DYNE AF SKYER 2.10 Hold kulden ude (2) Tid/minut Temperatur/ C Temperatur/ C Temperatur/ C Forsøg 1 Forsøg 2 Forsøg 3 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Vis i et koordinatsystem, hvordan temperaturen ændres i de tre forsøg. Brug hver sin farve til de tre forsøg. Temperatur/ C Tid/minut Hvad er jeres konklusion efter eksperimenterne C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 50

51 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR EN DYNE AF SKYER 2.11 Graddagetallet Dag i måneden Middeltemperatur/ C 5,9 5,8 3,4 2,9 0,1 1,1 2,6 2,5 2,1 1,5 0,3 0,4 1,9 1,9 0,6 0,4 0,9 1,3 1,9 2,4 2,5 3,9 4,3 4,4 4,1 5,1 5,0 4,8 3,2 2,1 0,0 Graddagetal I skal undersøge betydningen af graddagetallet. Computer med netadgang Lommeregner Danmarks Meteorologiske Institut, DMI, skriver på sin hjemmeside om graddagetal: En lokalitets graddagetal for et døgn udregnes på følgende måde: Graddagetal = 17 C minus døgnmiddeltemperaturen. Hvis døgnmiddeltemperaturen er større end eller lig med 17 C, er graddagetallet Beregn graddagetallet, der også kaldes antallet af graddage, for hver af tre forårsdage, hvor middeltemperaturen har været 13, 14 og 19 C. 2. Antallet af graddage for en måned er summen af samtlige døgns graddagetal i måneden. Forklar, hvorfor antallet af graddage i en måned kan sige noget om forbruget af brændsel til boligopvarmning. 3. I tabellen er vist døgnets middeltemperatur for december et bestemt år. Hvad er månedens middeltemperatur Udfyld skemaet med hver dags graddagetal. Hvad er månedens samlede graddagetal Er det en varm, en kold eller en normal december Brug fx DMI s hjemmeside til svaret. Hvad er månedens samlede graddagetal 4. Har den seneste vinter har været varmere eller koldere end gennemsnittet Brug fx DMI s hjemmeside til at finde svaret. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 51

52 HIMMEL OG JORD VIND OG VEJR EN DYNE AF SKYER 2.12 Boligopvarmning I skal regne på energiforbruget til opvarmning af boliger. Lommeregner Det meste af den energi, der bruges til at opvarme boliger om vinteren, vil forsvinde ud til omgivelserne gennem boligens vægge, loft og gulv. Derfor isolerer man boligen med mineraluld og benytter termoruder. I denne regneøvelse skal du undersøge, hvordan udgiften til opvarmningen afhænger af boligens form. A B 1. Tegning A viser en bolig, der har form som en terning. Det koster kr. pr. år at opvarme boligen. Antag, at der strømmer samme energi ud gennem alle seks yderflader i boligen. Hvad koster den energi, som strømmer ud gennem en af yderfladerne 2. Tegning B viser to boliger, der er sat sammen af to terninger ved siden af hinanden. Hvor mange yderflader har hver bolig, og hvad koster det årligt at opvarme hver bolig 3. Tegning C viser fem terningeformede rækkehuse. Hvor mange kvadratiske yderflader har rækkehusene i alt, og hvad koster opvarmningen årligt for hver af de fem boliger C 4. Tegning D viser en etageejendom med 28 terningeformede lejligheder. Nogle lejligheder er billige, andre dyre og nogle er meget dyre at opvarme. Skriv numrene på de billige og de meget dyre lejligheder. Hvad koster det at opvarme en billig lejlighed Hvad koster det at opvarme en dyr lejlighed Hvad koster det at opvarme en meget dyr lejlighed D C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 52

53 HIMMEL OG JORD JORDEN UNDER DIG JORDEN SVØMMER 2.13 Varme og kolde lag I skal undersøge, hvor lang tid der går, før koldt og varmt vand bliver blandet. Denne blanding svarer til forholdene, når varm og kold luft møder hinanden og danner en varm- eller koldfront. Meteorologer taler om varmfronter, når varm luft bevæger sig mod et koldt område. Koldfronter opstår, når kold luft bevæger sig mod et varmt område. Ved begge typer vil den kolde luft ligge under den varme, fordi varm luft er lettere end kold. De to områder blander sig kun langsomt. Når varmt og koldt vand mødes, fx ved havstrømme, opstår tilsvarende fænomener. Her ligger det varme vand øverst. 250 ml konisk kolbe 250 ml bægerglas To store reagensglas Reagensglasstativ Trefod Bunsenbrænder Termometer Isterninger Rød frugtfarve 1. Hæld ca. 150 ml koldt vand i et bægerglas, og læg et par isterninger ned i vandet. Hæld ca. 150 ml vand i en kolbe, og opvarm vandet til ca. 80 C. Kom lidt frugtfarve i det varme vand. 2. Fyld et reagensglas halvt med det farvede, varme vand. Sæt reagensglasset ned i et reagensglasstativ. Hold reagensglasstativet på skrå, og hæld derefter forsigtigt det kolde vand oven på det varme vand, så reagensglasset næsten fyldes. 3. Mål straks temperaturen i midten af det varme vand og i midten af det kolde vand. I må ikke røre rundt i vandet med termometret. Temperaturerne er 4. Vent to minutter. Mål igen temperaturerne de samme steder. Temperaturerne er 5. Beskriv, hvordan den røde farve fordeler sig i reagensglasset. 6. Gentag forsøget, men denne gang med det kolde vand i bunden af reagensglasset. Mål straks temperaturen i midten af det varme vand og i midten af det kolde vand. I må ikke røre rundt i vandet med termometret. Temperaturerne er 7. Vent to minutter. Mål igen temperaturerne de samme steder. Temperaturerne er 8. Beskriv, hvordan den røde farve fordeler sig i reagensglasset. Forklar årsagen til det, I så og målte. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 53

54 HIMMEL OG JORD PROJEKT Sol-opvarmet vand I skal med Solens lys opvarme en plastpose med vand til den højest mulige temperatur. Strålingen fra Solen er en vedvarende energikilde. Skal miljøet ikke ødelægges, og skal Jordens resurser bevares til kommende generationer, skal vi alle i højere grad bruge strålingen fra Solen som energikilde. I gennemsnit gennem et år modtager vi i Danmark fra Solen en effekt på ca. 120 watt på hver kvadratmeter. På en solskinsdag om sommeren kan en plade, der vender mod Solen, modtage helt op til 1000 watt pr. kvadratmeter. Lille plastpose med lukning Flamingoplader Sorte tusser Metalplade Andre materialer I skal på en dag med solskin på en halv time få vand i en lille plastpose varmet op til den højest mulige temperatur. I skal vise opfindsomhed for at løse opgaven. I må bruge genstande, som I har med hjemmefra. I må også bruge ting fra fysik/kemi-samlingen. En sort flade, der vender mod Solen, vil absorbere meget af energien fra Solen. Hvis fladen anbringes i en kasse, der er isoleret, vil en stor del af energien fra strålingen ikke slippe ud til omgivelserne. I skal først diskutere forskellige metoder og beslutte, hvad I vil gøre. I skal så lave de nødvendige forberedelser. En dag, hvor Solen skinner, skal I sol-opvarme vandet. Til sidst skal hver gruppe fortælle klassen, hvilken metode der blev brugt, og hvilken temperatur der blev nået. Beskriv jeres opstilling. Hvilken temperatur nåede I Hvad var godt ved jeres solfanger Hvad kunne være lavet bedre i jeres solfanger C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 54

55 HIMMEL OG JORD Prøv dig selv (1) Kan du huske Hvad er Big Bang Hvad er kontinentalforskydning Hvad er sommerfugleeffekten Hvad er en astronomisk enhed Hvor længe er lyset fra Solen om at komme ned til Jorden Hvad er en supernova Forstår du Hvorfor stiger temperaturen, når man bevæger sig ned i dybe miner Hvordan virker en seismograf Hvorfor blæser der tit en kølig vind ind fra havet om aftenen Hvad er forskellen på vejr og klima C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 55

56 HIMMEL OG JORD Prøv dig selv (2) Udfordring Forklar, hvorfor astronomerne ikke kan se et sort hul. Hvorfor kan man sidde i en sauna ved 80 C uden at blive forbrændt Hvordan kan astronomer se, at Universet udvider sig Hvorfor er forholdet mellem en ternings overfladeareal og dens rumfang større for små end for store terninger Hvordan virker et atomart mikroskop C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 56

57 HIMMEL OG JORD Blandede opgaver 1. Er der radioaktive stoffer i Jordens indre 2. Hvor hurtigt bevæger Danmark sig væk fra USA pga. kontinentalforskydningen 3. Hvad er temperaturen i Jordens centrum 4. Hvorfor er der om vinteren normalt koldest i nætter, hvor det er stjerneklart 5. Hvad er en gejser 6. Hvad koster det, at tage et brusebad (Gode råd: 1 L vand koster omkring 5 øre. Energien 1 kwh, der er det samme som 3,6 millioner joule, koster omkring 2 kr. Der bruges 4200 joule for at opvarme 1 L vand 1 C.) 7. Hvor hurtigt skal en raket bevæge sig ved opsendelsen for ikke at falde ned på Jorden igen 8. Hvad er et højtryk 9. Hvad er en varmfront 10. Hvad er en linses brændvidde 11. Hvorfor køler en isterning ved 0 C mere i et glas sodavand, end samme mængde vand ved 0 C C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 57

58 HIMMEL OG JORD Tip 15 Spørgsmål Svar 1 Svar 2 Svar 3 1. Et lysår er en afstand et tidsrum en enhed for bestråling 2. De radioaktive stoffer i Jorden er især dannet i vulkaner ved Big Bang ved supernovaeksplosioner 3. En sievert er en enhed for radioaktiv bestråling proces i en kernereaktor enhed for styrken af et jordskælv 4. En seismograf måler afstanden til stjernerne styrken af et jordskælv atomerne på en metaloverflade 5. Hvor gammelt er Universet 13,7 tusind år 13,7 millioner år 13,7 milliarder år 6. Når lunkent vand opvarmes øges rumfanget sker der ikke noget med rumfanget mindskes rumfanget 7. Danskeren Tycho Brahe opdagede at atomet har elektronskaller at midten af Jorden ikke er flydende en supernova 8. Hvornår blev Jorden skabt I år 0 For 4,5 millioner år siden For 4,5 milliarder år siden 9. Jordskælv skyldes meteoritnedfald kontinentalpladers bevægelse CO2 -udledningen 10. Guldet i alle smykker er skabt ved Big Bang i supernovaeksplosioner ved meteoritnedslag 11. Vands varmefylde er den energi, der kræves for at fordampe 1 g vand fortætte 1 g vand opvarme 1 g vand 1 C 12. Hvor hurtigt bevæger bemandede rumskibe sig Ca. 100 m/s Ca. 10 km/s Ca km/s 13. En dobbeltstjerne er to stjerner, der kredser om hinanden en stjerne, der er dobbelt så stor som Solen to stjerner, der ses i samme retning 14. Kikkerten blev opfundet i En tur med rumskib til en stjerne varer ca. 5 år ca. 50 år over 100 år C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 58

59 ENERGI PÅ VEJ INDUKTION INDUKTIONEN OPDAGES 3.1 Induktionsspændingen I skal frembringe en elektrisk strøm ved induktion og undersøge, hvad induktionsspændingen afhænger af. Spoler med 200, 400 og 1600 vindinger To stangmagneter Ledninger Multimeter eller voltmeter Den engelske fysiker Faraday opdagede i 1831, at man kan frembringe en elektrisk strøm ved at bevæge en magnet ind eller ud af en spole. Størrelsen og retningen af den frembragte strøm afhænger af flere ting. Strømstyrken afhænger af den spændingsforskel, der opstår i spolen. Denne spændingsforskel, som I skal måle, kaldes induktionsspændingen. 1. Indstil multimetret til at måle jævnspænding (DC). Brug måleområdet 2 V. Det betyder, at multimetret maksimalt kan måle spændingsforskelle op til 2 volt. Forbind en af spolerne med multimetret. Den ene ledning skal sættes i COM og den anden i V. 2. Stik magneten ind i, og træk den derefter ud af spolen. Flyt magneten hurtigt, og flyt den langsomt. Gentag forsøget med magnetens anden ende. Udfør forsøgene flere gange, og læg mærke til, hvad multimetret viser. Notér resultaterne. De præcise tal er ikke så vigtige. Derimod er det vigtigt at lægge mærke til, hvordan spændingsforskellen forandrer sig fra et forsøg til et andet. 3. Udfør også forsøget med to magneter. Hold magneterne tæt sammen med ens poler i samme ende. 4. Gentag forsøget med de to andre spoler. 5. Hvad er konklusionen af jeres forsøg Resultaterne af forsøgene med forskellige spoler, hastigheder, retninger og magneter skal sammenfattes til en konklusion om induktionsspændingens størrelse. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 59

60 ENERGI PÅ VEJ INDUKTION TRANSFORMEREN 3.2 Byg en simpel generator I skal bygge en generator, der kan få en pære til at lyse så kraftigt som muligt. Spoler med 200, 400 og 1600 vindinger U-kerne Rund magnet på drejeleje Elastik Ledninger Motor, 12 volt DC Strømforsyning To 1,5 volt pærer med fatning Stativ med muffer, stænger og klemmer I vindmøller skabes den elektriske energi af de roterende vinger. Den roterende bevægelse udnyttes i en generator, hvor et magnetfelt i en spole hele tiden ændres. I spolen dannes en elektrisk strøm. 1. Byg en opstilling som vist på billedet. I opstillingen kan motoren opfattes som en vindmølle. Ved hjælp af elastikken får denne vindmølle magneten til at dreje. Magneten skal dreje tæt på jernkernen. Den roterende magnet og spolen med jernkerne er en generator. 2. Prøv med forskellige vindhastigheder. En ændring af spændingsforskellen (maks. 12 volt) på motoren svarer til, at vindmøllen drejer rundt ved forskellige vindhastigheder. 3. Prøv med forskellige spoler i generatoren. Kan I få en pære til at lyse Kan I også få to pærer til at lyse Husk, at flere pærer kan tilsluttes enten i serie eller parallelt. 4. På grundlag af jeres forsøg, skal I finde ud af, hvordan den bedste generator opbygges. Skriv jeres konklusioner: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 60

61 ENERGI PÅ VEJ INDUKTION TRANSFORMEREN 3.3 Byg en generator I skal bygge en generator med to spoler og undersøge, hvor kraftig en strøm den kan afgive. Spoler med 200, 400 og 1600 vindinger, to af hver type U-kerne Rund magnet på drejeleje Elastik Ledninger Motor, 12 volt DC Strømforsyning To 1,5 volt pærer med fatning Multimeter eller amperemeter Stativ med muffer, stænger og klemmer I en generator med én spole udnyttes kun den magnetpol, der passerer jernkernen, mens magnetpolen i den anden ende af magneten er uvirksom. Ved at benytte en spole mere, kan generatoren gøres mere effektiv. 1. Byg en opstilling som vist på tegningen, og undersøg, hvornår den virker bedst. I opstillingen kan motoren opfattes som en vindmølle. Ved hjælp af elastikken får denne vindmølle magneten til at dreje. Vælg den samme hastighed for vindmøllen i alle forsøg. Når I kun skal have én pære til at lyse, kan I nøjes med tre ledninger mellem spolerne og pæren. Prøv forskellige muligheder. 2. Undersøg, om generatoren kan få to pærer til at lyse. Prøv både med serie- og parallelforbindelse af de to pærer. 3. Prøv i stedet for en pære at tilslutte et amperemeter (AC) til generatoren. Prøv med forskellige spoler. 4. Hvordan opbygges den bedste generator 5. Teoretisk har den bedste generator spoler med mange vindinger. Undersøg ved forsøg, om det er rigtigt, at spolen med flest vindinger også giver den største strømstyrke. Skriv jeres konklusioner: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 61

62 ENERGI PÅ VEJ INDUKTION TRANSFORMEREN 3.4 Transformerens spænding I skal bygge forskellige transformere og måle spændingsforskellen på sekundærsiden, når spændingsforskellen på primærsiden hver gang er den samme. Spoler med 200, 400 og 1600 vindinger U-kerne med anker Ledninger Strømforsyning Multimeter eller voltmeter En transformer består af to spoler, der sidder på en lukket jernkerne. En vekselspænding i primærspolen vil skabe et magnetfelt i jernkernen. Det vekslende magnetfelt vil inducere en vekselspænding i sekundærspolen. 1. Byg en opstilling som vist på billedet. Strømforsyningen skal i alle målinger levere en vekselstrøm med en spændingsforskel på 2 volt (AC). 2. Foretag målinger med samtlige kombinationer af de tre typer spoler, når de sættes på primærsiden og på sekundærsiden af transformeren. Mål spændingsforskellen (AC) på transformerens sekundærside ved hver kombination. Angiv spændingsforskellen med kun et ciffer efter kommaet. 3. Se på resultaterne, og prøv, om I kan formulere en generel regel, der viser sammenhængen mellem antal vindinger og spændingen på primærog sekundærsiden. Skriv denne sammenhæng med symboler, hvor antal vindinger i primærspolen kaldes n p, og antal vindinger i sekundærspolen kaldes n s. Spændingsforskellene på primær- og sekundærsiden kaldes U p og U s. Skriv jeres konklusioner: Vindinger Primærspole Vindinger Sekundærspole Spændingsforskel/V 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Spændingsforskel/V C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 62

63 ENERGI PÅ VEJ INDUKTION TRANSFORMEREN 3.5 Lav en høj spændingsforskel I skal bygge flere transformere og lave en så høj spændingsforskel som mulig. Med en transformer kan man på sekundærsiden opnå en spændingsforskel, der er højere end på primærsiden. Sætter man flere transformere efter hinanden, er det muligt at frembringe en endnu højere spændingsforskel. Fire spoler med 200, 400, 600 og 800 vindinger To U-kerner med ankre Ledninger Strømforsyning Multimeter eller voltmeter 1. I skal bygge en transformer med primærspole og sekundærspole. Transformeren skal bygges, så spændingsforskellen på sekundærspolen bliver større end spændingsforskellen på primærspolen. 2. Indstil strømforsyningen, så spændingsforskellen over primærspolen bliver 2,0 volt (AC). 3. I har fire spoler til jeres rådighed. Byg alle mulige former for transformere med kun to spoler. Hvilken spændingsforskel er der på sekundærspolen Skriv vindingstallene på de to spoler i transformeren og den målte spænding ind på hver sin tegning af transformeren. Primær Sekundær Primær Sekundær Primær Sekundær 2,0 volt volt 2,0 volt volt 2,0 volt volt vindinger vindinger vindinger vindinger vindinger vindinger Primær Sekundær Primær Sekundær Primær Sekundær 2,0 volt volt 2,0 volt volt 2,0 volt volt vindinger vindinger vindinger vindinger vindinger vindinger 4. Prøv at sætte de fire spoler sammen til to transformere. Hvad er den højeste spænding I kan opnå på sekundærspolen af den anden transformer, når spændingsforskellen på den første primærspole stadig er 2,0 V 5. Beskriv jeres opstilling C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 63

64 ENERGI PÅ VEJ ENERGIFORSYNING JÆVN- OG VEKSELSPÆNDING 3.6 Byg en elektromotor I skal bygge og undersøge en elektromotor. Elektromotorer udnytter Ørsteds opdagelse af, at den elektriske strøm har en magnetisk virkning, og Faradays opdagelse af induktionen. Profilskinne med tre ryttere Spoleholder med kommutator To slæbefjedre med isolerende bøsning To magnetholdere Ledninger Spole med 400 vindinger Anker To stangmagneter Strømforsyning Multimeter 1. Byg en motor som vist på billedet. Jernkernen fastholdes med tape, så den bliver midt i spolen under rotationen. Slæbefjedrene justeres, så de presser let mod kommutatoren, der sørger for, at strømmen skifter retning i spolen, når den er drejet en halv omgang. De to magneter placeres tæt på jernkernen. Hvis spolen ikke drejer, når strømmen tilsluttes, så giv den straks et lille skub. 2. Prøv at regulere spændingsforskellen, mens motoren kører. Hvor lille en spændingsforskel kan motoren køre med 3. Anbring et amperemeter i kredsløbet. Prøv også kortvarigt med en spændingsforskel op til ca. 10 volt. Hvad er strømstyrken gennem motoren ved lille og ved stor hastighed 4. Overvej, om motoren kan køre med kun en magnet. Prøv at fjerne den ene magnet, mens motoren kører. Stopper motoren 5. Prøv nøje at følge strømmens vej fra plus til minus. Så kan I sikkert forklare, hvad det er, der får spolen til at dreje rundt. Undersøg specielt kommutatorens opbygning. Forklar, hvorfor motoren kører rundt. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 64

65 ENERGI PÅ VEJ ENERGIFORSYNING JÆVN- OG VEKSELSPÆNDING 3.7 Effektiv- og maksimalværdi af vekselspænding I skal undersøge en vekselspændings effektivværdi. Computer med dataopsamlingsprogram Spændingssensor USB-link Ledninger To pærer, 6 V, 0,1 A, med fatning Strømforsyning To voltmetre En vekselstrøms effektive spændingsforskel er spændingsforskellen af den jævnstrøm, der i et kredsløb afsætter samme effekt som vekselstrømmen. Effektivværdien er lavere end den maksimale værdi. 1. Byg opstillingen, der er vist på tegningen. Start dataopsamlingsprogrammet, og forbind spændingsføleren med computeren gennem et USB-link. Sæt spændingsføleren og et multimeter over pæren. Tænd strømforsyningen. Pæren tilsluttes en spændingsforskel på 5,0 volt. 2. Hvad er maksimalværdien af spændingsforskellen over pæren, målt på skærmen Er maksimalværdien 2, dvs. 1,4, gange større end det, voltmetret viser 3. En anden pære tilsluttes nu jævnstrømmen fra strømforsyningen. Skru op for jævnspændingen til de to pærer lyser lige kraftigt. Hvad er jævnspændingsforskellen, når de to pærer lyser lige kraftigt 4. Beskriv jeres resultater. Ordene maksimumværdi og effektivværdi skal benyttes. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 65

66 ENERGI PÅ VEJ ENERGIFORSYNING ENERGIKVALITET OG VIRKNINGSGRAD 3.8 Hvor meget af energien bliver til lys (1) I skal undersøge virkningsgraden af en pære og forstå, hvorfor glødepærer skal udskiftes med andre lyskilder. En tændt pære bliver som bekendt meget varm, for en del af den tilførte energi bliver ikke til lys. Den brøkdel af den tilførte energi, der bliver til lys, kaldes virkningsgraden. Virkningsgraden kan også angives i procent. For at spare energi kan man ikke længere købe de gamle glødepærer, som har en lille virkningsgrad. Disse pærer skal efterhånden erstattes af andre typer, der bruger mindre energi, dvs. har en større virkningsgrad. Pære, 6 V, 1 A, med ledninger loddet på fatningen 100 ml bægerglas Vægt Termometer Ur med sekundviser Strømforsyning Multimeter eller amperemeter Lommeregner Demineraliseret vand 1. Anbring en pære med ledninger i et bægerglas. Pæren skal være helt nede ved bunden. Sæt eventuelt ledningerne fast med tape på glassets inderside. 2. Vej bægerglasset med pære og ledninger. Fyld demineraliseret vand i bægerglasset, så vandet netop dækker pæren. Vej bægerglasset igen. Beregn massen af vandet. Massen betegnes med m. 3. Mål vandets temperatur ved forsøgets start og slut. Vandets temperaturstigning betegnes med T. 4. Tænd for pæren. Spændingsforskellen skal være 6 volt. Spændingsforskellen betegnes med U. Mål strømstyrken gennem pæren. Strømstyrken betegnes med I. Mål også den tid, pæren er tændt. Tiden betegnes med t. 5. Stop forsøget, når temperaturen er steget ca. 5 C. Husk at røre rundt med termometret, inden I aflæser temperaturen. 6. Beregn, hvor meget energi pæren har fået tilført fra strømforsyningen. Energien, der betegnes med E ind, beregnes som E ind = U I t. Når de tre størrelser indsættes med enhederne volt, ampere og sekunder, bliver resultatet en energi med enheden joule. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 66

67 ENERGI PÅ VEJ ENERGIFORSYNING ENERGIKVALITET OG VIRKNINGSGRAD 3.8 Hvor meget af energien bliver til lys (2) 7. Hvor meget elektrisk energi er tilført pæren 8. Beregn den energi, der er tilført vandet som varme. Energien, der kaldes E vand, beregnes som E vand = 4,2 m T. Når de to størrelser indsættes i enhederne gram og grader celsius, bliver resultatet en energi med enheden joule. 9. Hvor meget energi er tilført vandet 10. Hvor meget af energien fra strømforsyningen er blevet til lys 11. Hvor mange procent af den tilførte energi til pæren er blevet til lys Skriv jeres beregninger og konklusioner her: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 67

68 ENERGI PÅ VEJ ENERGIFORSYNING ENERGIKVALITET OG VIRKNINGSGRAD 3.9 Et genopladeligt batteri I skal bygge et genopladeligt batteri og bestemme dets virkningsgrad. Genopladelige batterier bruges fx i mobiltelefoner og i bærbare computere. Der findes mange forskellige typer genopladelige batterier. Nogle skal kunne yde en meget stabil spændingsforskel i lang tid, mens andre skal kunne give en høj strømstyrke i kort tid. Strømforsyning To multimetre Pærer, 6 V og 1,5 V, med fatninger Ledninger, krokodillenæb 100 ml eller 250 ml bægerglas To blyplader Legetøjsmotor, 2-6 V DC Ur med sekundviser Fortyndet svovlsyre, H 2SO 4, 1 M Xi 1. Byg et batteri. Sæt to blyplader ned i et bægerglas. Pladerne må ikke røre hinanden. Sæt et rødt og et sort krokodillenæb på hver sin plade. Det røde svarer til plus (+), det sorte til minus ( ). Fyld fortyndet svovlsyre i bægerglasset til ca. 2 cm fra kanten. 2. Oplad batteriet. Batteriet oplades med 6 volt, DC. Opladestrømmen må ikke blive for stærk. Sæt derfor en pære (6 volt) ind i kredsløbet. Husk, at forbinde plus til til den samme plade hver gang batteriet skal oplades. 3. Benyt batteriet. Brug det opladede batteri til at få en lille motor til køre eller en pære til at lyse. Prøv med forskellige opladningstider (1 minut, 2 minutter, osv.). Hvor længe kan en motor køre eller en pære lyse Er der en sammenhæng mellem opladningstiden, og den tid batteriet kan bruges 4. Hvor effektivt er batteriet Hvor meget energi kan batteriet levere i forhold til den energi, det får ved opladningen Husk, at energien kan findes som strømstyrken ganget med spændingsforskellen ganget med tiden. Energien findes i joule, når I benytter ampere, volt og sekunder. Skriv jeres resultater og konklusioner her: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 68

69 ENERGI PÅ VEJ ENERGIFORSYNING ENERGIKVALITET OG VIRKNINGSGRAD 3.10 Byg en tændstikæskemotor (1) I skal bygge og undersøge en meget simpel elektromotor. S IK KER HEDS TÆ NDS TIK K ER Tom tændstikæske Stor clips Fire knappenåle Tape 1,25 meter tynd ledning To stangmagneter To elementer, 1,5 V Bidetang Afisoleringstang To træklodser To stativer med muffer, stænger og klemmer 1. Ret en stor clips ud. Clipsen skal være motorens aksel. Lav to huller midt i enderne af en tændstikæske. Stik clipsen gennem de to huller. Der skal stikke mindst 2 cm clips ud af de to ender af æsken. S IK KER HEDS TÆ NDS TIK K ER 2. Brug en bidetang til at klippe en ledning i tre stykker. Det længste stykke skal være ca. 95 cm, de to korte hver ca. 15 cm. Fjern isoleringen på de yderste 2 cm på alle ledninger. Brug en afisoleringstang. Rul enderne af ledningerne mellem fingrene, så trådene bliver glatte. 3. Rul lidt tape to gange rundt om den ene ende af clipsen. Denne ende er motorens forside. Den ene ende af den lange ledning sættes fast på akslen på motorens forside. Det afisolerede stykke ledning må ikke røre clipsen, men skal være i kontakt med tapen. S IK K ER HEDS TÆ NDS TIK K ER 4. Rul den lange ledning fem gange rundt om æsken. Det afisolerede stykke i den anden ende af ledningen sættes også fat på akslen, men på den modsatte side af det første stykke. Ledningerne holdes fast med et smalt stykke tape, så de afisolerede ledninger er fri. Er ledningen blevet for lang, må I klippe lidt af den. I har nu lavet tændstikmotorens rotor. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 69

70 ENERGI PÅ VEJ ENERGIFORSYNING ENERGIKVALITET OG VIRKNINGSGRAD 3.10 Byg en tændstikæskemotor (2) 5. Rotoren skal kunne dreje. Lav et leje med fire nåle, der stikkes i to træklodser. Se på tegningen, hvordan det gøres. Sørg for, at rotoren kan dreje frit. 6. De to korte ledninger skal sende strøm gennem rotoren. Gør ledningerne fast til træklodserne med tape. De to ender skal presse ind mod enderne af de ledninger, der sidder fast på rotoren. 7. Byg en strømforsyning af to elementer. De to andre ender af de korte ledninger skal i kontakt med elementernes poler. 8. Anbring en stangmagnet på hver side af rotoren. Magneterne spændes op i stativ, så de ikke ryger ind i hinanden. 9. Sæt strøm på motoren. Giv den straks et lille puf for at få den til at starte. 10. Forklar, hvorfor motoren kan rotere. Kan I få den til at rotere den anden vej Hvordan kan I få motoren til at rotere hurtigere C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 70

71 ENERGI PÅ VEJ BRINTSAMFUNDET ALTERNATIVER TIL BRINTSAMFUNDET 3.11 Fremstilling af hydrogen I skal fremstille hydrogen ved hjælp af elektrolyse og beregne prisen for den el-energi, der er brugt til fremstillingen. Vand kan spaltes i hydrogen og oxygen ved hjælp af elektrisk strøm. Metoden kaldes elektrolyse. Det fremstillede hydrogen kan presses sammen og oplagres i en beholder, fx i en bil. Ved at lade hydrogen reagere med oxygen (hydrogenet brændes, men ved lav temperatur) kan der frigives energi, som kan bruges til at drive bilen. En sådan brintbil forurener ikke, da der ved processen kun dannes vand. Den elektriske energi, der skal bruges for at danne hydrogen, kan fx komme fra en vindmølle. Elektrolysekar Strømforsyning Ledninger To multimetre 100 ml bægerglas Måleglas Reagensglas Ur med sekundviser Fortyndet svovlsyre, H 2SO 4, 1 M Xi 1. Fyld et elektrolysekar ca. halvt op med vand. Fyld et reagensglas med vand helt til randen. Sæt en finger for glassets åbning, vend glasset om, og sæt det ned over den ene elektrode. 2. Hæld lidt fortyndet svovlsyre (ca. 10 ml) i karret. 3. Forbind karret med strømforsyningen. Minus skal tilsluttes der, hvor reagensglasset sidder. Spændingsforskellen skal være ca. 10 volt. Notér den præcise spændingsforskel og strømstyrke. Hvor lang tid varer det at fylde reagensglasset med hydrogen 4. Mål rumfanget af hydrogen i reagensglasset. I må ikke sætte fingrene ned i syren, så find en smart måde til bestemmelse af rumfanget. 5. Hvor meget energi er brugt ved fremstillingen af denne mængde hydrogen Energien findes som spændingsforskellen ganget med strømstyrken ganget med tiden. Benyttes enhederne volt, ampere og sekunder fås energien i enheden joule. 6. Hvor meget energi skal bruges for at fremstille 1 liter hydrogen 7. Benzinen i en fyldt tank i en bil har en masse på ca. 50 kg. En tilsvarende mængde hydrogen fylder ca liter. Hvad vil det koste at fremstille denne mængde, når kj el koster ca. 2 kr. Skriv jeres udregninger og resultater her: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 71

72 ENERGI PÅ VEJ ANVENDELSER AF INDUKTION INDUKTIONSKOMFURET 3.12 Lav en hvirvelstrøm I skal få et umagnetisk metal til at blive påvirket af en magnet. Hvirvelstrømme i et metal opstår på grund af induktion. Når metal befinder sig i et magnetfelt, og dette magnetfelt ændres, vil ladninger i metallet bevæge sig på en måde, som modvirker magnetfeltet. Metallet skaber på denne måde selv et magnetfelt. Magnetfeltet udefra og feltet fra metallet danner kræfter, der kan skabe en bevægelse. Skål med vand Alu-folie Stangmagnet Rund magnet Neodym-magnet 1. Hold en stangmagnet tæt på et stykke alu-folie. Bliver aluminium tiltrukket af magneten på samme måde, som jern gør 2. Fyld en skål med vand. Fold et stykke alu-folie et par gange, så det bliver et kvadrat med en side på ca. 7 cm. Læg forsigtigt foliet ned på vandet, så det flyder. 3. Hold en stangmagnet lodret. Bevæg den nederste pol i en cirkelbevægelse lige over det flydende folie. Kan I få foliet til at rotere Beskriv bevægelsen. 4. Prøv samme forsøg med andre magneter. Sæt fx en rundmagnet i en boremaskine. Kan den få alu-foliet til at bevæge sig Prøv også med alu-folie, der ikke er foldet sammen. Beskriv og forklar resultatet af jeres forsøg. Forklar, hvordan hvirvelstrømme kan bruges til at lave et speedometer i en bil. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 72

73 ENERGI PÅ VEJ ANVENDELSER AF INDUKTION CYKELLYGTEN 3.13 Cykelgeneratoren I skal afprøve forskellige generatorer med et cykelhjul for at få en ide om, hvor meget energi der skal bruges for at få en eller flere pærer til at lyse. En generator har mange anvendelser, fx kan den levere strøm til en cykellygte. En lille generator kaldes også en dynamo. Måske kender I en cykeldynamo, som tidligere blev brugt meget. Den var tung at trække, men kunne give meget lys. I dag bruges mest lygter, der blinker. De kræver kun lidt energi og ikke så meget pedalkraft. To spoler med 400 vindinger U-kerne Rund magnet på drejeleje Ledninger Motor, 12 volt DC Strømforsyning Pærer, 1,5 og 6 volt, med fatning Multimeter eller voltmeter Cykeldynamo Diodelygte til cykel Cykelhjul Stativer med muffer, stænger og klemmer 1. Fastspænd et cykelhjul mellem to stativer, så hjulet kan trække en generator med to spoler på 400 vindinger. Se opstillingen på tegningen. I stedet for at benytte et fastspændt cykelhjul, kan I med lidt opfindsomhed prøve med en cykel, der er vendt på hovedet. 2. Drej hjulet rundt med en passende jævn bevægelse, og mål generatorens spændingsforskel med et voltmeter (vekselspænding, AC). Tilslut en pære til generatoren. Pæren skal mindst kunne tåle generatorens afgivne spændingsforskel. 3. Hvor længe kan hjulet køre rundt, hvis I stopper med at dreje hjulet Prøv flere gange. Prøv evt. også med flere pærer i serie eller parallelt. 4. Prøv de samme forsøg med en cykeldynamo. 5. Prøv de samme forsøg med en cykel, hvor hjulet får en diodelygte til at blinke. Skriv jeres konklusioner: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 73

74 ENERGI PÅ VEJ PROJEKT Undersøgelse af en skruemaskine Elektrisk skruemaskine (boremaskine) Strømforsyning Ledninger og krokodillenæb Multimetre Træklods Skruer Bor og bit 1. I en elektrisk skruemaskine er der mindst syv forskellige elektriske komponenter. Disse komponenter har specielle funktioner. Nævn de vigtigste elektriske komponenter i skruemaskinen. 2. På skruemaskinen er angivet, hvilken spændingsforskel batteriet giver. Mål med et voltmeter, om angivelsen passer. 3. Fjern batteriet, og tilslut i stedet ledninger mellem batteriet og skruemaskinen. Det er vigtigt at forbinde ledningerne rigtigt, dvs. plus til plus og minus til minus. Ellers kan maskinen tage skade. Mål spændingsforskellen på batteriet, når motoren kører hurtigt og langsomt. 4. Prøv også at måle strømstyrken, mens motoren kører. Husk at forbinde amperemetret rigtigt, dvs. strømmen skal løbe både gennem amperemetret og maskinen. De skal altså sidde i serie. 5. Drej en skrue ned i en træklods. Bor også et hul i træklodsen. Mål samtidig spændingsforskellen og strømstyrken. Prøv at køre både langsomt og hurtigt. Beregn den effekt, som batteriet yder. Husk, at effekten (i watt) er strømstyrken (i ampere) ganget med spændingsforskellen (i volt). 6. Tilslut ledninger fra opladeren til batteriet. Husk plus til plus og minus til minus. Mål både ladestrømmen og spændingsforskellen over opladeren. Skriv resultater, kommentarer og konklusioner på et A4-ark. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 74

75 ENERGI PÅ VEJ Prøv dig selv (1) Kan du huske Hvad er forskellen på jævnstrøm og vekselstrøm Hvad er den maksimale værdi af vekselspændingen i stikkontakterne Hvad er frekvensen af vekselspændingen i stikkontakterne Hvorfor bruges der transformere i el-forsyningen Hvad er induktion Hvad er en solcelle Forstår du Hvad er en virkningsgrad Hvorfor bruger vaskemaskiner trefaset spænding C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 75

76 ENERGI PÅ VEJ Prøv dig selv (2) Hvordan virker en metaldetektor Hvordan kan man finde ud af, hvilken vej en induceret strøm bevæger sig, når en magnet skubbes ind i en spole Udfordring Hvornår fik man el-forsyning i Danmark Find svaret fx på internettet. Hvor ligger de største elektricitetsværker i Danmark Find svaret fx på internettet. Ved vekselstrøm går strømmen frem og tilbage. Hvorfor får man alligevel energi fra elektricitetsværkerne Forklar, hvor det ikke er en god ide at have luftformig hydrogen i tanken på et køretøj. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 76

77 ENERGI PÅ VEJ Blandede opgaver 1. Er hydrogen en energikilde eller en energibærer 2. Hvad kaldes de to spoler på en transformer 3. Hvordan virker et induktionskomfur 4. Ændrer en transformer spændingsforskellen, strømstyrken eller begge størrelser 5. Hvad angiver en virkningsgrad 6. Hvorfor kan vindmøller ikke levere al elektricitet til Danmark 7. Hvad er geotermisk energi 8. Hvorfor ser det på gamle film undertiden ud, som om hjulene på en bil drejer den gale vej rundt 9. Hvorfor er der fem ben på stikket til en vaskemaskine, men kun to på stikket til en kaffemaskine 10. Hvilket stof kommer ud af udstødningsrøret på en brintbil 11. Hvordan virker en minesøger 12. Hvad er fordelen ved trefasespænding C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 77

78 ENERGI PÅ VEJ Tip 15 Spørgsmål Svar 1 Svar 2 Svar 3 1. Induktionen blev opdaget af H.C. Ørsted Michael Faraday Niels Bohr 2. I en mikrobølgeovn opvarmes vandet af varmestråler lys et svingende magnetfelt 3. En minesøger anvender magnetiske felter ultralyd UV-stråling 4. Virkningsgraden af en gammeldags glødepære er omkring 98 % 20 % 2 % 5. I stikkontakter er spændingsforskellen 110 volt 230 volt 400 volt 6. En hvirvelstrøm dannes i forbindelse med ændringer i magnetfelter tornadoer kraftige lavtryk 7. En solcelle frembringer elektricitet opvarmer vand med sollys bruges i solarier 8. En brændselscelle gemmer energi skaber energi ud fra hydrogen og oxygen sidder i bilers udstødningsrør 9. Et induktionskomfur opvarmer maden med varme kogeplader hvirvelstrømme i gryderne keramiske plader 10. I de danske højspændingsledninger er den største spændingsforskel 1000 volt volt volt 11. Geotermisk energi stammer fra gejsere radioaktive stoffer i Jordens indre varm udeluft 12. Frekvensen af vekselstrømmen fra en vindmølle er 230 volt er 50 Hz afhænger af vindstyrken 13. En høj energikvalitet betyder, at energien kan anvendes til mange formål energien stammer fra atomkraftværker energien ikke skaber en CO2-udledning 14. Nyttevirkning er en anden betegnelse for energikvalitet effektivværdi virkningsgrad 15. I et lysstofrør tændes og slukkes lyset 50 gange hvert sekund 100 gange hvert sekund 230 gange hvert sekund C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 78

79 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER DIODEN 4.1 Diodekredsløb (1) I skal undersøge, hvordan en diode virker. En diode har en meget lille resistans (elektrisk modstand), når strømmen løber den ene vej gennem den. I den anden strømretning er resistansen meget stor. Der kan derfor kun løbe strøm gennem en diode i den ene retning. I diagrammer vises en diode med et symbol som vist nederst i spalten til højre. Pilen angiver den retning, strømmen kan gå gennem dioden. To multimetre Ledninger Krokodillenæb To dioder, fx 1N4148 Strømforsyning, DC Resistor, 1000 ohm Ohms lov viser sammenhængen mellem resistansen, R, spændingsforskellen, U, og strømstyrken, I. Ohms lov kan skrives på forskellige måder, fx som R = U I 1. Ved det ene ben er der rundt om dioden en streg. Undersøg, hvordan dioden skal monteres, hvis den skal lede en elektrisk strøm. Skal det ben, der sidder tættest ved stregen, have en positiv eller negativ spænding 2. Byg et kredsløb med en strømforsyning, to multimetre, en resistor og en diode. Kredsløbet skal kunne måle diodens resistans ved forskellige positive og negative spændingsforskelle. Vis de målte værdier i tabellen. Udregn diodens resistans ved at bruge Ohms lov Ω A Spændingsforskel/ volt Strømstyrke/ milliampere Resistans/ ohm V C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 79

80 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER DIODEN 4.1 Diodekredsløb (2) 3. Dioden begynder først at være elektrisk ledende ved en lav, positiv spændingsforskel. Hvilken værdi har denne spændingsforskel 4. Hvorfor øges spændingsforskellen over resistoren, men næsten ikke over dioden, når I skruer op for spændingen a. b. + + c. d Se på de fire kredsløb ovenfor. I hvilket eller hvilke af de fire kredsløb vil der løbe en støm Begrund dit svar. 6. Byg de fire kredsløb. Undersøg, om jeres svar i punkt 5 var rigtige. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 80

81 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER ENSRETNING 4.2 Dioden som ensretter (1) I skal undersøge, hvordan vekselstrøm kan omdannes til en jævnstrøm. I stikkontakterne er der vekselstrøm. Her svinger spændingsforskellen hele tiden. Hvert sekund er der 50 toppe og 50 dale. Mange apparater, fx mobiltelefoner og ipods, skal bruge jævnstrøm. Opladeren skal derfor ændre vekselspændingen til en spændingsforskel, der hele tiden har samme fortegn. Denne ændring kaldes en ensretning. Den foretages ved hjælp af et kredsløb med dioder. Fire dioder, fx 1N4148 eller brokoblet ensretter og en diode, fx 1N4148 Strømforsyning, AC Oscilloskop eller computer med dataopsamlingsprogram, spændingssensor og USB-link Pære, 6 V, med fatning Ledninger Krokodillenæb a. b. A B A B 1. Byg kredsløb a med en strømforsyning, en diode og en pære. Indstil strømforsyningen til at levere 6 volt, men sæt ikke ledningerne i strømforsyningen endnu. Indstil et oscilloskop til at måle den spændingsforskel, som strømforsyningen leverer. I stedet for et oscilloskop kan I bruge en computer med et dataopsamlingsprogram. På tegningen er vist, hvorledes spændingen fra strømforsyningen varierer. Mål nu spændingsforskellen og sæt tal på x-aksen. Skriv på tegningen, hvad spændingen er ved toppene. Hvorfor er denne spændingsforskel ikke 6 volt C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 81

82 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER ENSRETNING 4.2 Dioden som ensretter (2) Spændingsforskel/volt Tid/s 2. Undersøg spændingsforskellen over pæren, dvs. mellem A og B. Tegn med rødt i koordinatsystemet, hvordan spændingen over pæren varierer. Forklar det, I ser. 3. Hvad er den mindste spændingsforskel fra strømforsyningen, der netop kan få pæren til at lyse 4. Byg kredsløb b på figuren. Indstil igen strømforsyningen på 6 volt. Undersøg spændingsforskellen over pæren, dvs. mellem A og B. Tegn med blåt i koordinatsystemet, hvordan spændingen over pæren varierer. Forklar det, I ser. 5. Hvad er den mindste spændingsforskel fra strømforsyningen, der netop kan få pæren til at lyse Hvorfor er spændingsforskellen ikke den samme som i spørgsmål 3 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 82

83 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER ENSRETNING 4.3 Lysdioder (1) I skal undersøge, hvordan en lysdiode virker. I en lysdiode kan strømmen, som i en almindelig diode, kun løbe i den ene retning, lede-retningen. Når der løber en strøm, vil lysdioden lyse med en bestemt farve. Lysdioden begynder først at lyse, når spændingen over den er blevet tilstrækkelig høj. Først da begynder der at gå en strøm gennem lysdioden. Der gælder altså ikke, som ved almindelige resistorer, at strømstyrken vokser i takt med spændingsforskellen. Strømforsyning To multimetre Fire lysdioder, grønne Lysdioder med andre farver Resistor, 330 ohm Ledninger Krokodillenæb 1. Byg det kredsløb, der er vist på tegningen. Bemærk, at det længste ben på lysdioden er den positive ende. Man kan sige: Strømmen går bort, hvor benet er kort. Mål strømstyrken gennem lysdioden ved forskellige spændingsforskelle. Skriv resultaterne i tabellen under Diode 1. Tegn i et koordinatsystem strømstyrken som funktion af spændingsforskellen. Denne graf kaldes diodens karakteristik. Ved hvilken spændingsforskel begynder den grønne lysdiode at lyse Diode 1 Farve: grøn Diode 2 Farve: Strømstyrke/ ma Lyser dioden Spændingsforskel/V Spændingsforskel/V Strømstyrke/ ma Lyser dioden 0,50 0,50 0,50 0,50 1,00 1,00 1,50 1,50 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 83

84 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER ENSRETNING 4.3 Lysdioder (2) 40 Strømstyrke/mA Spændingsforskel/V 2. Tegn i koordinatsystemet en graf, der viser sammenhængen mellem strømstyrke og spændingsforskel for en resistor med en resistans på 200 ohm. 3. Hvilken farve har lyset fra lysdioden 4. Mål på en lysdiode, der lyser med en anden farve. Skriv resultaterne i tabellen under Diode 2. Ved hvilken spændingsforskel begynder denne lysdiode at lyse Hvilken farve har lyset 5. Se på tegningen af kredsløbet med fire lysdioder. Hvilke dioder, tror du, vil lyse 6. Byg kredsløbet. Undersøg om jeres svar var rigtigt. 7. Hvilke dioder vil lyse, når batteriet vendes Hvad kan kredsløbet bruges til C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 84

85 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER FORSTÆRKEREN 4.4 Den magnetiske kanon I skal undersøge, hvordan en bevægelse kan forstærkes ved brug af en magnet og et magnetisk materiale. Stangmagnet Neodym-magnet To Kosmos grundbøger Aluminiumgardinstang, 30 cm Stålkugler i forskellige størrelser Målebånd Stativ med muffe og klo 1. Lav et skråplan af to grundbøger. Læg et stykke af en gardinstang på skråplanet. Anbring en stangmagnet for enden af renden. Spænd stangmagneten fast, så den ikke kan flytte sig. 2. Læg en stålkugle i toppen af renden og lad den trille ned mod magneten. Bliver kuglen stødt tilbage, eller sidder den fast på magneten 3. Gentag eksperimentet med stålkugler i forskellige størrelser. Bliver kuglerne stødt tilbage i renden, eller sidder de fast på magneten 4. Gentag eksperimentet, men nu med to stålkugler, der triller i renden lige efter hinanden. Prøv med forskellige størrelser og forskellig rækkefølge af kuglerne. Hvad sker der i de forskellige tilfælde Pas på, at I ikke rammer nogen med kanonkuglen. 5. Brug en neodym-magnet i stedet for stangmagneten. Hvad sker der så 6. Hvordan kan I få jeres kanon til at skyde længst Hvor langt er jeres længste skud C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 85

86 ELEKTRONIK OG STYRING ELEKTRONISKE KOMPONENTER FOTOCELLEN 4.5 Faldtider I skal undersøge, hvor hurtigt ting falder. I en fotocelleenhed sidder en lyskilde og en fotocelle over for hinanden. Når lysstrålen afbrydes, kan et signal fra enheden få et ur til at starte. En anden fotocelleenhed kan stoppe tidsmålingen. To fotocelleenheder Tæller To stativer med muffe Målebånd eller målestok Lineal, træklods eller andet, der kan tåle at falde 1. Anbring to fotocelleenheder lige over hinanden. Slut dem til en tæller. Indstil tælleren, så den starter, når den øverste lysstråle afbrydes, og stopper, når den nederste stråle afbrydes. Mål afstanden mellem de to enheder. 2. Hold fx en lineal med enden lige over lysstrålen på den øverste enhed. Giv slip. Mål den tid, der går, mens linealen falder mellem de to enheder. Skriv resultatet i tabellen. 3. Gentag punkt 2 med andre afstande mellem fotocellerne. Start hver gang samme sted med linealen. Prøv at gøre den største afstand længere end 1 meter. Afstand/m Faldtid/s Afstand/m 1,0 0, ,1 0,2 0,3 0,4 Tid/s 4. Tegn i koordinatsystemet en graf, der viser afstanden som funktion af faldtiden. Forklar, hvordan I ved hjælp af grafen kan se, at linealen falder hurtigere og hurtigere. 5. Hvor langt er linealen faldet efter 0,32 s Hvordan fandt I svaret C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 86

87 ELEKTRONIK OG STYRING INFORMATIONER PÅ VEJ DIGITALE SIGNALER 4.6 Morsesignaler (1) I skal undersøge hastigheden i dataoverførsel, når I bruger morsealfabetet. Morsealfabetet med prikker og streger blev udviklet omkring 1840 til Computer med netadgang brug sammen med den netop opfundne telegraf. I lidt over 100 år var telegrafi med morsealfabetet den hurtigste måde at kommunikere på over store afstande. For at klare sin eksamen skulle en telegrafist med morsealfabetet kunne sende ordet Paris ( ) 20 gange på et minut. Et enkelt binært tal (0 eller 1) fylder en bit. Otte binære tal fylder otte bit, der kaldes en byte. I en computer fylder hvert bogstav i en tekst netop 1 byte. Når man angiver hastigheden af en overførsel af data, bruger man normalt enheden megabit pr. sekund (Mb/s). Det er tusind binære tal pr. sekund. Ur Lommeregner 1. Når I skal sende et morsesignal enten med lyd, lys eller elektrisk strøm, skal modtageren kunne mærke, om der er tale om prikker eller streger. Modtageren skal også kunne mærke, hvornår et nyt bogstav eller ord begynder. I tabellen er vist en måde, der kan klare dette. Der er tre tomme pladser mellem de enkelte tegn, fem tomme pladser mellem de enkelte bogstaver og syv tomme pladser mellem ordene. Hvor mange bits skal bruges for at skrive da I med morsetegn En prik To prikker Tre prikker En streg To streger To bogstaver (da) To ord (da I) x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 2. Skriv ordet Paris med morsealfabetet. Hvor mange bits skal I bruge for at skrive Paris Hvor mange bits pr. sekund skulle en telegrafist kunne klare 3. Vælg et navn på fem bogstaver. Skriv det med morsetegn. Tæl, hvor mange bits der er i jeres morsenavn. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 87

88 ELEKTRONIK OG STYRING INFORMATIONER PÅ VEJ DIGITALE SIGNALER 4.6 Morsesignaler (2) 4. I skal nu arbejde sammen med en anden gruppe. I skal sende et signal (navnet) til den anden gruppe, og de skal sende deres navn til jer. I skal finde på en måde, så bogstaverne fra forrige punkt sendes som et morsesignal fra den ene ende af lokalet til den anden. Det andet hold skal kunne læse de bogstaver, I sender. Hvilken sendemetode brugte I Hvor lang tid brugte I på at sende signalet Hvor mange bits pr. sekund sendte I Kunne det andet hold læse jeres meddelelse Morsealfabetet A B C D E F G H I J K M N O 5. Brug internettet til at finde ud af, hvordan alfabetet ser ud i en binær kode. Hvordan skriver man bogstavet I med binære tal P Q R S T U 6. Undersøg, hvor hurtig din internetforbindelse er. Brug fx Hvor mange gange er internetforbindelsen hurtigere end en telegrafist V W X Y Z Æ Ø Å C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 88

89 ELEKTRONIK OG STYRING INFORMATIONER PÅ VEJ DIGITALE SIGNALER 4.7 Binære tal I skal få et indtryk af, hvordan en computer regner. I skal undersøge udregninger med binære tal. I regner normalt i et titals-system med cifrene 0, 1, 2,, 9. Men computere, cd-afspillere og andet elektronisk udstyr arbejder med binære tal. Her findes kun to cifre, 0 og 1. Disse binære tal bruges ikke bare, når man regner, men anvendes overalt i moderne elektronisk udstyr, hvor data, fx lys, lyd, tal og tekst, skal overføres og behandles. 1. Indsæt de manglende binære tal i tabellen. Titals-system Binært system 2. Læg mærke til de binære tal, der svarer til 1, 2, 4 og 8. Hvad er mønstret i disse binære tal Hvad er de binære tal, der svarer til 16 og Hvad er de binære tal, der svarer til 63, 64 og Addition med binære tal. Her gælder, at = 0, = 1, = 10, dvs. 0 og 1 i mente. To regneeksempler viser sammenhængen mellem de to talsystemer. I det andet eksempel er de røde tal menter: Udregn 16+5 og 21+3 med binære tal. Kontroller, om du har fået det rigtige resultat C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 89

90 ELEKTRONIK OG STYRING STYRING TEMPERATURREGULERING 4.8 NTC-modstande (1) I skal undersøge, hvad der sker med resistansen i forskellige typer resistorer, når temperaturen ændres. I almindelige resistorer er resistansen kun lidt påvirket af ændringer i temperaturen. Men i NTC-modstande og i PTC-modstande (Positiv Temperatur Coefficient) ændres resistansen kraftigt, når temperaturen ændrer sig. Det kan bruges til at måle temperaturer med. 1. Hvad betyder forkortelsen NTC NTC-modstand, 150 ohm Resistor, 100 ohm Ledninger Krokodillenæb Multimeter Bægerglas, 250 ml Termometer Elkedel Isterninger 2. Læg et par isterninger i et bægerglas med lidt vand. Anbring en almindelig resistor og en NTC-modstand i vandet. Brug et multimeter til at måle de to resistanser. Mål vandets temperatur. Skriv resultaterne i tabellen. Almindelig resistor NTC-modstand Temperatur/ C Resistans/ohm Temperatur/ C Resistans/ohm 3. Tøm bægerglasset. Fyld derpå lidt kogende vand fra en elkedel i bægerglasset, så komponenterne netop er dækket. Gentag målingerne af temperatur og resistans. 4. Hæld lidt koldt vand i det varme vand og gentag målingerne. Fortsæt med at afkøle vandet og måle temperaturer og resistanser. Mål ved ca. seks temperaturer i alt. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 90

91 ELEKTRONIK OG STYRING STYRING TEMPERATURREGULERING 4.8 NTC-modstande (2) Resistans/ohm Temperatur/ C 5. Vis jeres målinger i koordinatsystemet. Brug to forskellige farver. 6. Hvordan vil I bruge NTC-modstanden til at måle temperatur 7. Fyld bægerglasset med lunkent vand. Bestem vandets temperatur med NTC-modstanden. Hvilken temperatur bestemte I Brug et termometer til at måle vandets temperatur. Vi beregnede Vi målte C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 91

92 ELEKTRONIK OG STYRING STYRING TEMPERATURREGULERING 4.9 Termoelementer (1) I skal undersøge, hvordan man kan måle temperaturer med ledninger af to forskellige metaller, dvs. med et termoelement. Når to metaller kommer i kontakt med hinanden, opstår en lille spændingsforskel mellem de to metaller. Spændingsforskellen afhænger af temperaturen. Denne effekt, der kaldes Seebeck-effekten, bruges til temperaturmåling med termoelementer. Kobber V Konstantan 1. Byg et termoelement med en konstantantråd og to kobbertråde. Sno enden af den ene kobbertråd sammen med enden af konstantantråden. Klem hårdt på de snoede ender med en fladtang. Lav en tilsvarende kontakt i den anden ende af konstantantråden. I har nu et termoelement med to kontaktpunkter. Forbind de to frie ender af kobbertrådene til det laveste jævnspændingsområde på et voltmeter. Kobber Kobbertråd, uisoleret, 30 cm Konstantantråd, 30 cm Bide- og fladtang Voltmeter To bægerglas, 250 ml Isterninger Bunsenbrænder Trefod Keramisk net Termometer Pære, 2,5 V, med fatning Lysdiode med fatning Fyrfadslys Strømforsyning Ledninger To krokodillenæb Computer med netadgang 2. Fyld lidt vand og to isterninger i et bægerglas. Hæld lidt vand i et andet bægerglas og varm op, til vandet koger. Sæt det ene kontaktpunkt ned i det kogende vand og det andet i isvandet. Mål spændingsforskellen. Mål de to temperaturer med et termometer. Skriv resultaterne i tabellen. Temperatur i isvand/ C Temperatur i vand/ C 3. Sluk bunsenbrænderen. Fyld lidt koldt vand i bægerglasset med det varme vand. Mål igen spændingsforskel og temperatur. Fortsæt afkølingen og målingerne. Skriv resultaterne i tabellen og tegn en graf, der viser sammenhængen mellem temperaturforskel og spændingsforskel. Temperaturforskel/ C Spændingsforskel/millivolt C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 92

93 ELEKTRONIK OG STYRING STYRING TEMPERATURREGULERING 4.9 Termoelementer (2) Spændingsforskel/millivolt Temperaturforskel/ C 4. Hvilken spændingsforskel vil termoelementet give ved en temperaturforskel på 1 C 5. Anbring det ene kontaktpunkt et varmt sted på kroppen fx i armhulen. Det andet kontaktpunkt skal være i luften. Hvilken spændingsforskel måler I Hvad er temperaturen i armhulen og 6. Mål temperaturen på glasset af en tændt pære. Mål også temperaturen på en lysdiode. Hvilke temperaturer måler I med termoelementet 7. Jeres termoelement kan kun bruges til måling af temperaturer op til 400 C. Hvilken spændingsforskel svarer til 400 C 8. Mål temperaturen 1 cm over flammen på et fyrfadslys. Hvilken spændingsforskel viser jeres termoelement Hvilken temperatur har I målt 9. Brug nettet til at finde ud af, hvad Peltier-effekten er. Hvad kan denne effekt bruges til C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 93

94 ELEKTRONIK OG STYRING STYRING TEMPERATURREGULERING I skal lave en model af en brandalarm, der også kan slukke ild En brandalarm En bimetalstrimmel er lavet af to forskellige metaller, der er limet sammen. Metallerne udvider sig forskelligt, når temperaturen stiger. Det bevirker, at bimetalstrimlen bøjer sig, når den opvarmes. Denne effekt skal bruges til at styre en brandalarm og en ildslukker. På tegningen får fyrfadslyset bimetallet til at bøje sig nedad. Der dannes derfor en elektrisk forbindelse i kredsløbet. Pæren vil lyse og propellen på motoren vil blæse luft på fyrfadslyset, så det slukker. Fyrfadslys Bimetal med hak Plade og søm Motor med propel Pære, 6 V, i fatning Strømforsyning Ledninger Krokodillenæb Stativ med muffe og klemme Byg en opstiling som vist på tegningen. Indstil afstandene og spændingsforskellen, så pæren lyser, og propellen får fyrfadslyset til at slukke, når temperaturen i bimetallet er høj nok. Beskriv jeres opstilling. Lav en skitse af opstillingen. Hvor længe varer det, fra fyrfadslyset blev tændt, til det blev slukket af jeres brandslukker Prøv om I kan få pæren til at blinke. Det kan gøres ved at lade propellen blæse, men uden at den slukker lyset. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 94

95 ELEKTRONIK OG STYRING ANVENDELSER AF ELEKTRONIK KAMERAET 4.11 Mobiltelefonen I skal undersøge jeres mobiltelefoner. Moderne mobiltelefoner sender og modtager elektromagnetiske bølger med frekvenser omkring 2100 megahertz. Når man taler i mobiltelefon udsender den en effekt på omkring 2 watt. Der er lavet mange undersøgelser for at finde ud af, om denne stråling kan skade hjernen. Din hjerne svarer til 1300 g vand. Mobiltelefon Computer med netadgang Gryde med låg Kagedåse Alu-folie 1. Brug internettet til at finde ud af, hvad Faradays bur er. Forklar, hvad burets virkning er. 2. Læg en mobiltelefon ned i en gryde eller kagedåse. Læg låget på. Ring til telefonen. Hvilket materiale er gyden lavet af Kan I komme i kontakt med telefonen i gryden 3. Pak mobiltelefonen ind i alu-folie og gentag 2. Kan I nu komme i kontakt med telefonen 4. Gentag punkt 2 og 3, men nu med åbninger i det bur telefonen befinder sig i. Beskriv jeres undersøgelser og resultater. 5. En mobiltelefon udsender energi med effekten 2 watt, dvs. 2 joule pr. sekund. Hvor længe vil en mobiltelefon være om at opvarme 1300 gram vand 1 C, hvis hele effekten blev brugt til at opvarme vandet Der kræves 4,2 J for at opvarme 1 g vand 1 C. Vis dine udregninger. 6. Tag batteriet ud af mobiltelefonen. På batteriet står nogle tal med enhederne mah, V og Wh. Enheden h betyder hour. Enheden m betyder milli. Hvad er betydningen af de tre enheder Hvilke tal står på jeres batteri 7. Omsæt enheden Wh til enheden J. Husk, at enheden watt betyder joule pr. sekund. Hvor meget energi er gemt i batteriet, når det er helt opladet joule 8. Antag, at batteriet leverer en effekt på 3 W. Hvor mange timer kan du tale i mobiltelefonen, inden batteriet skal oplades igen C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 95

96 ELEKTRONIK OG STYRING ANVENDELSER AF ELEKTRONIK RADAR 4.12 Byg en radio I skal bygge en simpel AM-radio. I FM-radioer modtages et signal, hvis frekvens varierer en lille smule. FM betyder frekvensmodulation. I gamle dage fandtes kun AM-radioer. AM betyder amplitudemodulation. Amplituden er det største udsving i en svingning. AM-signalet har en konstant frekvens, men en amplitude der varierer lidt. Antenne Jordforbindelse Spole Diode Højttaler Plastflaske, 1 L, eller paprør Germaniumdiode, fx AA m ledning, 0,5 mm 20 m alm. ledning Piezoelektrisk højttaler Blyant Krokodillenæb Klemrække med seks forbindelser Bidetang, skruetrækker, kniv, syl, lighter 1. Skær bunden af en plastflaske. Prik to huller i hver ende af cylinderen, se tegningen. Stik enden af en lang, stiv ledning gennem hullerne. Sørg for, at der stikker 10 cm ledning ud fra cylinderen. 2. Rul ledningen rundt om cylinderen. Lav hver femte omgang en lille løkke på ledningen. Lav dem ved at bruge en blyant, se tegningen. Stik til sidst ledningen gennem hullerne i cylinderens anden ende. Sørg for, at der stikker 10 cm ledning ud fra cylinderen. 3. Fjern isoleringen på toppen af løkkerne. Brug fx en kniv eller en lighter. 4. Den ene ende af ledningen jordforbindes, dvs. sættes i god elektrisk kontakt med et vandrør eller et radiatorrør. 5. Byg kredsløbet, der er vist på tegningen. En lang ledning virker som antenne. Enden af antennen sættes i forbindelse med de afisolerede løkker. Brug en piezoelektrisk højttaler. Ellers virker radioen ikke. 6. Beskriv, hvordan jeres radio lyder. Hvor mange stationer kan I høre C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 96

97 ELEKTRONIK OG STYRING PROJEKT Undersøgelse af en cykeldynamo I skal undersøge en cykeldynamo, der bruges som motor. Cykeldynamo Strømforsyning Fotocelle Tæller Ledninger Forskellige andre materialer En gammeldags dynamo til en cykeldynamolygte laver en vekselspænding, når hjulet trækker dynamoen rundt. Vekselspændingen får en pære til at lyse. Men dynamoen kan også virke som en motor. Når man sætter en vekselspænding på omkring otte volt til dynamoen, vil den køre som motor, når den hjælpes i gang med et kraftigt drej. I skal undersøge en motor bygget af en cykeldynamo. I skal bl.a. svare på følgende spørgsmål: Hvilken frekvens har strømforsyningen Hvad er den laveste spændingsforskel, der kan få motoren til at køre Hvor mange omdrejninger foretager motoren hvert sekund Afhænger omdrejningstallet af spændingsforskellen fra strømforsyningen Hvor mange spoler er der inde i dynamoen 1, 2 eller 3 Kan motoren køre, når strømforsyningen leverer jævnstrøm Hvorfor vibrerer motoren, når strømforsyningen leverer vekselstrøm Er motoren sværere at bremse, hvis den får en højere spænding fra strømforsyningen C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 97

98 ELEKTRONIK OG STYRING Prøv dig selv (1) Kan du huske Hvordan virker en fotocelle Hvad er et analogt signal Hvordan virker en HPFI-afbryder Hvad er en integreret kreds Forstår du Hvorfor kan en vindmølle ikke udnytte al energi i vinden Hvordan kan de små fordybninger på en cd laves om til et elektrisk signal Hvad vil det sige at ensrette en vekselstrøm C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 98

99 ELEKTRONIK OG STYRING Prøv dig selv (2) Hvorfor kan en transistor bruges til forstærkning Udfordring Den elektriske strøm kan kun passere i den ene retning gennem en diode. Tegn og beskriv en dims, der kan benyttes i en vandledning, så vandet kan strømme frit i den ene retning, men ikke i den anden. Find arealet af en cd. Hvad er arealet af en enkelt information på cd en, hvis der er lagret 700 millioner informationer Skriv 26 som et binært tal. Hvad kan man bruge hologrammer til Brug internettet til at svare på spørgsmålet. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 99

100 ELEKTRONIK OG STYRING Blandede opgaver 1. Hvad er en lysdiode 2. Hvad betyder enheden Mb/s 3. Hvad er forskellen på plasmaskærme og LCD-skærme 4. Hvad er en pixel 5. Hvad er optisk kommunikation 6. Hvad er et stealth-fly 7. Hvad er en bit 8. Hvilket andet navn benyttes for integrerede kredse 9. Hvorfor er det smart at bruge binære tal i elektroniske kredsløb 10. Hvad laver gearkassen i en vindmølle 11. Hvordan gemmes informationer på en harddisk 12. Hvorfor er tv-billeder mere tydelige i dag end før år 2000 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 100

101 LYD OG LYS Tip 15 Spørgsmål Svar 1 Svar 2 Svar 3 1. En fotocelle er et rum hos fotografer måler en belysning sidder i fjernsynsskærme 2. Kommunikationssatellitter bevæger sig i en bane over Nord- og Sydpolen i en bane over Ækvator ikke i forhold til Jorden 3. På en dvd gemmes informationerne i magnetiske materialer som forskellige farver som små toppe og dale 4. Radarsignaler bevæger sig med farten 330 m/s km/time km/s 5. En ccd måler lys aflæser cd er bruges i fjernsynsskærme 6. En transistor er en lille transformer en elektronisk komponent en komponent, der indeholder mange chips 7. En diode forstærker en spændingsforskel tillader kun strøm at passere i én bestemt retning vender strømretningen i en jævnstrøm 8. En mikrofon registrerer analoge signaler digitale signaler både analoge og digitale signaler 9. Gennem et lyslederkabel sendes digitale lyssignaler analoge lyssignaler elektriske impulser 10. En PTC-modstand har en resistans, der vokser, når temperaturen stiger er lavet af plastic er en del af en transistor 11. En fejlstrøm er en vekselstrøm, der løber i forkert retning har forkert frekvens ikke løber tilbage til elværket i ledningerne 12. En højttaler udsender digitale lydsignaler analoge lydsignaler både analoge og digitale lydsignaler 13. En cd læses med en laser og en fotocelle en laser og et kamera en radarsender og -modtager 14. Hvad laver flydende krystaller i LCD-skærme Lyser med forskellige farver Stopper eller lader lys passere Måler om der er lys 15. Hvor stor en del af energien i vinden kan en vindmølle i gennemsnit udnytte Ca. 5 % Ca. 25 % 100 % C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 101

102

103 KEMI

104

105 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE RÆKKEFØLGEN I DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE 5.1 Afprøvning af en hypotese den naturvidenskabelige metode I skal undersøge, hvad der brænder hurtigst: en træpind eller flere pinde sat sammen Seks træpinde Tændstikker Tape Stopur Hypotese Hvad brænder hurtigst En, to eller tre pinde sat sammen. Skriv jeres hypotese (antagelse): Jeg tror, at fordi Efterprøvning af hypotese 1. Tegn blyantsstreger rundt om hver træpind i afstanden 2 cm og 8 cm fra enden af pinden. Sæt de to og tre pinde sammen, og sæt tape stramt omkring de to og de tre pinde i afstanden 9 cm fra enden af pindene. 2. Hold enden af den ene træpind lidt nedad. Sæt ild til enden. Når flammen kommer til 2 cm mærket, skal pinden holdes vandret og stopuret startes. Mål tiden, til flammen når 8 cm mærket. 3. Gentag forsøget med de to pinde og de tre pinde. Skriv resultaterne af forsøget her: Blev jeres hypotese bekræftet eller afkræftet Hvad kan være årsagen til, at pindene brændte, som I så C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 105

106 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE RÆKKEFØLGEN I DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE 5.2 Køl det ned en naturvidenskabelig undersøgelse (1) I er forskere i firmaet Køl det ned. Firmaet er ved at udvikle nogle kuldeblandinger. Det er blandinger af to faste stoffer, der ved opløsning i vand bliver kolde. Jeres opgave er at finde netop det blandingsforhold mellem de to stoffer, der vil give den lavest mulige temperatur, når stofferne kommer i vand. I skal også finde det blandingsforhold, hvor blandingen afkøles med netop 10 C på et minut. Citronsyre Natriumhydrogencarbonat (natron), NaHCO 3 Termometer Reagensglas 250 ml bægerglas Plastteskeer Stopur Planlæg en række forsøg, hvor I blander to stoffer og vand. Ved hjælp af en teske måler I mængden af fast stof, og I bruger et måleglas til at afmåle vand. Termometret bruger I til at måle temperaturfaldet. Når I mener, at I har en succesfuld formel, skal I gentage forsøget for at være sikre på, at formlen virker hver gang. Der er fire uafhængige variable i forsøgene. Uafhængige variable er størrelser, hvis værdi I bestemmer ved forsøgets start. Hvad hedder de uafhængige variable: I forsøget er der en afhængig variabel. En afhængig variabel får sin værdi ved afslutningen af forsøget. Hvad hedder den afhængige variabel C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 106

107 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE RÆKKEFØLGEN I DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE 5.2 Køl det ned en naturvidenskabelig undersøgelse (2) Forsøg 1 Blandingsforhold mellem de to faste stoffer, der giver den lavest mulige temperatur Forsøg nr Mængde af citronsyre/antal skefulde Mængde af natron/antal skefulde Mængde af vand/ml Starttemperatur/ C Sluttemperatur/ C Temperaturfald/ C Forsøg 2 Blandingsforhold, hvor stofferne afkøles med 10 C på et minut Forsøg nr Mængde af citronsyre/antal skefulde Mængde af natron/antal skefulde Mængde af vand/ml Starttemperatur/ C Sluttemperatur/ C Temperaturfald/ C Hvad var jeres bedste resultater Klassens bedste blanding til at få den laveste temperatur er: Skriv opskriften på klassens bedste blanding til afkøling med 10 C på et minut: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 107

108 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE AFHÆNGIGE OG UAFHÆNGIGE VARIABLE 5.3 Opgave med krystalformer. Variable og værdier (1) I skal arbejde med formen af forskellige krystaller. Krystaller kan have mange former. De opdeles i krystalsystemer. To af de mest almindelige er det kubiske system og det hexagonale system. Krystaller, der tilhører det kubiske system, er ofte formet som en terning. Krystaller, der tilhører det hexagonale system, er ofte formet som en sekskantet søjle. Opgave 1 Tegningen viser to krystaller. Den variable er krystalsystemet. Den ene værdi står i skemaet. Skriv den anden værdi ind. Variabel (krystalsystem) kubisk Opgave 2 Se på tegningen med de fem krystaller. Den variable er størrelsen af krystallerne. Skriv deres værdier ind i tabellen. Krystalsystem Værdier (lille, mellem, stor) kubisk hexagonalt C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 108

109 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE AFHÆNGIGE OG UAFHÆNGIGE VARIABLE 5.3 Opgave med krystalformer. Variable og værdier (2) Opgave 3 Se på tegningen med de fire krystaller. Den variable er krystallernes farve (hvid, grå, sort). Skriv deres værdier ind i tabellen. Krystalsystem Værdier (farve) Opgave 4 Se på tegningen med de seks krystaller. Find de variable og deres værdier. Hvilken sammenhæng er der mellem værdierne af de variable C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 109

110 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE AFHÆNGIGE OG UAFHÆNGIGE VARIABLE 5.4 Opgave med variable i en naturvidenskabelig undersøgelse (1) I skal undersøge, hvilke variable der indgår i en tænkt undersøgelse. Opgave 1 Nogle elever vil undersøge, hvilken af to skopudsecremer der gør skoene mest blanke. To hold elever vil pudse skoene som vist på tegningen. Hvad mener du, om de to holds metoder Opgave 2 Nogle elever vil undersøge, om vand koger hurtigere i en gryde af aluminium end i en gryde af jern. Eleverne fylder lige meget vand i gryderne, der sættes på hver sit gasblus, som vist på tegningen. Forklar, om det er en god metode. Hvilke uafhængige variable indgår i forsøget Opgave 3 Nogle elever vil i et eksperiment undersøge, hvor langt en kugle kan trille på en kuglebane. Hvilken uafhængig variabel indgår i forsøget Hvilken afhængig variabel indgår i forsøget C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 110

111 KEMISKE METODER DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE AFHÆNGIGE OG UAFHÆNGIGE VARIABLE 5.4 Opgave med variable i en naturvidenskabelig undersøgelse (2) Opgave 4 I eksperimentet vil nogle elever undersøge, om en lille eller en stor kugle vil trille længst på en kuglebane. Hvilke uafhængige variable indgår der i forsøget Opgave 5 I eksperimentet vil nogle elever undersøge, hvilken af to lige store kugler, der vil trille længst på en kuglebane. Kuglerne er lavet af hver sit materiale, så den ene kugle er tungere end den anden. Hvilke uafhængige variable indgår i forsøget Opgave 6 I elevernes sidste eksperiment har de tre kugler. De to kugler er lige store. Den tredje er større. Den ene lille kugle er tung, den er lavet af jern. Den anden lille kugle er let, den er lavet af træ. Den store kugle er meget tung, den er lavet af kobber. Forklar, om eleverne kan udføre et forsøg, der viser om trillelængden på en kuglebane afhænger af kuglens størrelse Forklar, om eleverne kan udføre et forsøg, der viser, om trillelængden afhænger af kuglens masse C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 111

112 KEMISKE METODER SALTE SALTES KEMISKE FORMLER 5.5 Navngivning af ioner og salte (1) I skal arbejde med ioners og saltes formler og navne. Opgave 1 Skriv navnet på de positive ioner Opgave 2 Skriv navnet på de negative ioner Na + Cl Mg 2+ O 2 Al 3+ NO 3 SO 4 2 Opgave 3 Skriv navnene på de salte, som ionerne danner Cl O 2 NO 3 SO 4 2 Na + Mg 2+ Al 3+ Opgave 4 Skriv formlen på de salte, som ionerne danner Cl O 2 NO 3 SO 4 2 Na + Mg 2+ Al 3+ C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 112

113 KEMISKE METODER SALTE SALTES KEMISKE FORMLER 5.5 Navngivning af ioner og salte (2) Opgave 5 Indsæt ordene fra det grå felt i teksten nedenunder. Når I har indsat et ord, kan I strege det ud i det grå felt. negativt færre elektroner neutrale ioner positivt fjernes Atomer er elektrisk, fordi et atom har lige så mange som protoner. Protonerne er positivt ladet, mens elektronerne er ladet. En metal-ion dannes ved, at der nogle elektroner fra metal-atomet. Metal-ionen bliver herved ladet, fordi den har elektroner end protoner. Hvilket ord blev ikke brugt C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 113

114 KEMISKE METODER SALTE OPLØSNING AF SALTE I VAND 5.6 Vi fremstiller smagsstof til slik ved neutralisation (1) I skal fremstille smagsstoffet lakrids ved at neutralisere fortyndet saltsyre, HCl, med basen ammoniumhydroxid, NH 4OH (ammoniakvand). 100 ml helt rent bægerglas 10 ml måleglas Glasspatel Tragt Filtrerpapir Porcelænsskål Digeltang Trefod Keramisk trådnet Bunsenbrænder BTB-indikator Fortyndet ammoniakvand, NH 4OH, 2 M Trækulspulver Fortyndet saltsyre, HCl, 4 M Xi 1. Afmål 10 ml fortyndet ammoniakvand i et 10 ml måleglas, og hæld basen op i et bægerglas. Tilsæt dråber BTB-indikator. Hvilken farve har væsken 2. Skyl måleglasset med vand, og fyld det op med fortyndet saltsyre. Hæld lidt saltsyre ned i bægerglasset kun nogle dråber ad gangen og rør rundt med spatlen. 3. Stop tilsætningen, når farven skifter til blivende gul. Opløsningen er nu neutral. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 114

115 KEMISKE METODER SALTE OPLØSNING AF SALTE I VAND 5.6 Vi fremstiller smagsstof til slik ved neutralisation (2) 4. Fjern indikatoren ved at tilsætte en halv spatelfuld trækulspulver, og rør rundt. Filtrér væsken over i en ren porcelænsskål. 5. Anbring porcelænsskålen på en trefod med keramisk trådnet, og inddamp opløsningen. Sluk for gassen, lige inden skålen er kogt tør. 6. Når skålen er afkølet, kan man skrabe det hvide pulver ud på et stykke papir. Hvis man har brugt helt rent udstyr og kemikalier, kan man smage på pulveret. Hvor kender I smagen fra Smagsstoffet er saltet ammoniumchlorid, NH 4Cl. Skriv reaktionsskemaet for neutralisationen ved at sætte de rigtige formler ind i skemaet. + + Ammoniakvand Saltsyre Vand Ammoniumchlorid Find på internettet oplysninger om brug af ammoniumchlorid i slik. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 115

116 KEMISKE METODER SALTE OPLØSNING AF SALTE I VAND 5.7 Kemisk krystaltræ I skal vise, hvordan salte kan danne flotte krystaller. I næste kemitime skal I medbringe fotografiapparat eller mobiltelefon med kamera for at tage fotos af de flotte krystalblomster. Evt. kan I bruge dem til en udstilling. 1. Klip et stort filtrerpapir ud i fire dele. Buk et stykke sammen, så det danner en kegle. Sæt en clips fast forneden for at holde de to kanter sammen (overlap maks. 5 mm). Keglen behøver ikke at være helt lukket i toppen. De tre andre stykker papir kan I tage med hjem til et hjemmeforsøg. 2. Læg en halv spatelfuld gult blodludsalt ned i et engangsbæger. Stort filtrerpapir, 20 cm Saks Papirclips To engangsbægre af hvidt plast To spatler Plastteske Køkkensalt, NaCl Kaliumhexacyanoferrat(II) (gult blodludsalt), K 4[Fe(CN) 6] En jern(iii)-forbindelse, fx jern(iii)nitrat, Fe(NO 3) 3 3. Læg med en anden spatel en halv spatelfuld jernnitrat oveni. 4. Hæld vand i, til der er ca. 1 cm vand i bægeret. Rør rundt med spatlen. Ved reaktionen mellem de to salte dannes et farvestof, der hedder berlinerblåt. 5. Brug en teske til at hælde farve på keglen, indtil den er blå næsten overalt. Der må godt komme noget af det faste stof med over på papiret. Læg de tre andre stykker filtrerpapir på et underlag (plast, avis eller andet). Farv de tre stykker, som I skal bruge til hjemmeforsøg. 6. Klip et engangsbæger igennem, så der dannes et lavt bæger med en højde på ca. 3 cm. 7. Fyld bægeret halvt op med vand. Hæld to teskefulde køkkensalt i bægeret. Rør rundt, til så meget som muligt af saltet er opløst. 8. Sæt den farvede kegle ned i saltvandet. Keglen skal stå lodret i glasset uden at røre siderne. Stil opstillingen et sted, hvor man ikke kommer til at skubbe til den. Nu skal keglen stå til næste dag. Så kommer der et flot krystaltræ, og i løbet af nogle dage vil det vokse sig større og større. Husk at tage fotografiapparat med. Hvordan voksede dit krystaltræ derhjemme Tag evt. et foto af det, og vis fotoet til dine kammerater i klassen. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 116

117 KEMISKE METODER SALTE OPLØSNING AF SALTE I VAND 5.8 Kølepose til sportsskader I skal fremstille en kølepose. En kølepose bruges til behandling af sportsskader. Afkøling af det skadede sted mindsker smerten og hindrer skaden i at brede sig. Køleposen består af en pose med en mindre pose indeni. I den lille pose er der vand. I den udvendige pose er der saltet ammoniumnitrat, NH 4NO 3. Når køleposen skal i funktion, trykker man på den yderste pose, til den inderste brister. Herefter opløses ammoniumnitrat i vandet. Det er en proces, der forbruger varme, så opløsningen i posen vil blive meget kold. 100 ml måleglas Frysepose, der kan lukkes Ammoniumnitrat, NH 4NO 3 Termometer Evt. alu-folie og loddekolbe Kølepose 1. Afmål 50 ml koldt vand i et måleglas. Mål temperaturen af vandet. 2. Afvej 50 g ammoniumnitrat. Hæld det ned i en frysepose. 3. Hæld vandet ned i posen. Luk posen, og ælt den, så saltet blandes godt med vandet. 4. Mål temperaturen, når I mener, den er lavest. Kan I selv konstruere en kølepose, der altid er klar til brug Diskuter, hvordan det bedst kan gøres, og gå så i gang. TIP: Man kan lukke en plastpose ved at smelte åbningen sammen. Det gøres ved at lægge et stykke alu-folie på hver side af posen. Tryk og træk langsomt en varm loddekolbe hen over posen. Varmen vil få plasten til at smelte sammen. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 117

118 KEMISKE METODER ANALYSE OG RENSNING IONBYTTET VAND (DEMINERALISERET VAND) 5.9 Påvisning af saltet ammoniumchlorid i bolsjer mikroskalakemi I skal undersøge bolsjer for indhold af stoffet ammoniumchlorid, NH 4Cl. Sådanne bolsjer kaldes ofte for salmiakbolsjer, og mange sorte bolsjer indeholder saltet ammoniumchlorid. Saltet ammoniumchlorid er opbygget af to ioner: ammonium-ioner, NH 4 +, og chlorid-ioner, Cl. Ammonium-ioner kan påvises ved at dryppe et par dråber base på stoffet. Der udvikles gassen ammoniak, NH 3. Det bobler, og man kan lugte ammoniakken. Flere slags bolsjer Morter og pistil Spatel Brøndplade (eller urglas) 100 ml bægerglas Miniplastpipette Fortyndet natriumhydroxid-opløsning, NaOH C De bolsjer, I vil undersøge, skal have et nummer. Skriv det ind i skemaet. 1. Smag og lugt til bolsjerne. Tror I, at bolsjerne indeholder ammoniumchlorid Skriv jeres vurdering ind i skemaet. 2. Knus et bolsje til et fint pulver i en morter. Hæld lidt af pulveret ned i en brønd i brøndpladen. Gør det samme med de andre typer bolsjer. 3. Hæld lidt natriumhydroxid-opløsning i bunden af et bægerglas. Tag lidt af opløsningen op i en pipette, og dryp et par dråber ned på det første pulver i brøndpladen. Bruser det Lugter det af ammoniak Gør det samme med de andre bolsjepulvere. Skriv resultaterne ind i skemaet. Få vareklarationen fra jeres lærer. Skriv oplysningerne ind i skemaet. Bolsjenummer Smags- og lugttest Indeholder bolsjet ammoniumchlorid ja/nej Kemisk test Indeholder bolsjet ammoniumchlorid ja/nej Varedeklaration Indeholder bolsjet ammoniumchlorid ja/nej C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 118

119 KEMISKE METODER ANALYSE OG RENSNING IONBYTTET VAND (DEMINERALISERET VAND) 5.10 Identifikation af stoffer mikroskalakemi (1) Ved hjælp af et rutediagram skal I identificere nogle ukendte stoffer. Identificere betyder at bestemme. I laboratoriet har fire flasker tabt etiketterne. Etiketterne viser, at stofferne er: calciumsulfat (gips), CaSO 4 calciumcarbonat (kalksten), CaCO 3 Brøndplade (eller urglas) Mikropipetter BTB-indikator Eddikesyre, fortyndet Calciumsulfat (gips), CaSO 4 Calciumcarbonat (kalksten), CaCO 3 Natriumchlorid (køkkensalt), NaCl Natriumcarbonat (soda), Na 2CO 3 Xi natriumcarbonat (soda), Na 2CO 3 natriumchlorid (køkkensalt), NaCl Flaskerne indeholder alle et hvidt pulver. I skal finde ud af, hvilket stof der er i hver flaske, så jeres lærer kan sætte etiketterne rigtigt på igen. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 119

120 KEMISKE METODER ANALYSE OG RENSNING IONBYTTET VAND (DEMINERALISERET VAND) 5.10 Identifikation af stoffer mikroskalakemi (2) Flaskerne har nu fået numre fra 1 til 4. Hæld en kvart spatelfuld af hvert stof i hver sin brønd i en brøndplade. Følg herefter rutediagrammet. CaSO 4 Na 2 CO 3 CaCO 3 NaCl Tilsæt vand Nej Opløseligt Ja CaSO 4 CaCO 3 Na 2 CO 3 NaCl Tilsæt eddikesyre Tilsæt BTB-indikator Dannes der gas Farve Ja Nej Blå Farveløs CaCO 3 CaSO 4 Na 2 CO 3 NaCl Hvilket stof er i hvilken flaske I flaske 1 er der I flaske 2 er der I flaske 3 er der I flaske 4 er der C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 120

121 KEMISKE METODER ANALYSE OG RENSNING IONBYTTET VAND (DEMINERALISERET VAND) 5.11 Kemisk analyse (1) I skal ved en kemisk analyse finde ud af, hvilke stoffer jeres nabohold har kommet i nogle reagensglas med vand. Vandfast tus Fem reagensglas Reagensglasstativ Glasspatel Indikatorpapir Dråbeflaske med sølvnitratopløsning, AgNO 3 Dråbeflaske med nitronopløsning Demineraliseret vand Natriumchlorid, NaCl Forsøg 1 Fremstilling af prøver til naboholdet Skriv numrene 1 til 5 på fem reagensglas. Tilsæt derefter ét og kun ét af de nedenstående stoffer til hvert glas. Et af glassene må godt kun indeholde demineraliseret vand. Hæld demineraliseret vand oven på de faste stoffer, så der er lige meget opløsning i hvert glas. Skriv en facitliste, dvs. hvilket stof der er i hvilket glas. Vælg jeres helt egen rækkefølge. Nu skal I bytte glas med et andet hold. Natriumnitrat, NaNO 3 Fortyndet saltsyre, HCl Xi Fortyndet salpetersyre, HNO 3 C Fortyndet natriumhydroxid, NaOH C Væsker (brug kun få ml) Saltsyre, HCl Salpetersyre, HNO 3 Natriumhydroxid, NaOH Demineraliseret vand Faste stoffer (brug 2-3 spatelfulde) Natriumchlorid, NaCl Natriumnitrat, NaNO 3 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 121

122 KEMISKE METODER ANALYSE OG RENSNING IONBYTTET VAND (DEMINERALISERET VAND) 5.11 Kemisk analyse (2) Forsøg 2 Den kemiske anlayse For at finde ud af hvilket stof der er i et glas, kan I bruge tre analysemetoder: ph-måling Ved at afsætte en dråbe på et stykke indikatorpapir kan I afgøre, om væsken er sur, neutral eller basisk. Chlorid-prøve Ved at tilsætte nogle dråber sølvnitrat-opløsning, AgNO 3, dannes der et hvidt bundfald, hvis væsken indeholder Cl -ioner. Nitrat-prøve Ved at tilsætte nogle dråber nitron-opløsning dannes der et hvidt bundfald, hvis væsken indeholder NO 3 -ioner. Lav ikke undersøgelsen i glassene med numre. Hæld lidt af væsken fra det glas, I vil undersøge over i et andet reagensglas. Det glas bruger I til analysen. Skyl dette glas grundigt mellem hver analyse. Skriv her, hvilke stoffer I mener, at naboholdet har hældt i de fem glas. Reagensglas nr Indhold Naboholdet oplyser, at glasset indeholder: I hvor mange glas lykkedes det jer at påvise det ukendte stof C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 122

123 KEMISKE METODER ANALYSE OG RENSNING IONBYTTET VAND (DEMINERALISERET VAND) 5.12 Destillation af saltvand (1) I skal undersøge, hvordan man kan fjerne saltet fra saltvand ved destillation. Hæld ca. 100 ml vand i en kolbe. Hæld ca. en teskefuld køkkensalt i. Ryst kolben lidt frem og tilbage, til saltet er opløst. Hæld noget over i et reagensglas, til reagensglasset er næsten halvt fyldt. Sæt reagensglasset i et reagensglasstativ. Stativ Klemme Muffe Bunsenbrænder 250 ml konisk kolbe Prop med hul Bøjet glasrør Plastslange Lige glasrør To reagensglas 250 ml bægerglas Keramisk trådnet Trefod Reagensglasstativ Isterninger Køkkensalt Sølvnitrat-opløsning, AgNO 3 1. Byg den viste opstilling. Vandet i bægerglasset skal være helt koldt. I kan eventuelt lægge nogle isterninger ned i bægerglasset. Få saltvandet i kolben til at koge. Når vanddampen kommer ned i det kolde reagensglas, kan man se, hvordan vanddampen fortætter til vand. Sluk for opvarmningen, når vandet er nået 3-4 cm op i reagensglasset, og før vandet når op til enden af glasrøret. 2. Sæt reagensglasset med det destillerede vand i reagensglasstativet ved siden af reagensglasset med saltvand. Tilsæt 3-4 dråber sølvnitrat-opløsning til begge glas. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 123

124 KEMISKE METODER ANALYSE OG RENSNING IONBYTTET VAND (DEMINERALISERET VAND) 5.12 Destillation af saltvand (2) 3. Tegn på tegningen af de to reagensglas, hvordan indholdet ser ud kort tid efter, at der er tilsat sølvnitrat. Tegn også, hvordan indholdet i glassene ser ud efter et længere stykke tid. Kort tid efter Efter et længere stykke tid Et bundfald er tegn på, at der er et salt i vandet. Bundfaldet er sølvchlorid, AgCl. Det er tungtopløseligt. Gør reaktionen mellem sølvnitrat og salt færdig. AgNO 3 + AgCl + NaNO 3 Hvis der er lidt bundfald i det destillerede vand, hvad tror I så, det kan skyldes C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 124

125 KEMISKE METODER KEMI OG ELEKTRICITET TEKNISK ANVENDELSE AF ELEKTROLYSE 5.13 Forkobring I skal ved elektrolyse lægge en kobberoverflade på forskellige genstande. Ved at sende en elektrisk strøm gennem en opløsning af kobbersulfat, CuSO 4, omdannes kobber-ionerne i opløsningen til fast kobber på den negative elektrode. To 100 ml bægerglas Jævnstrømsforsyning Pære med fatning, 6V, 3W Tre ledninger med bananstik To krokodillenæb Kobbertråd Sandpapir Genstande til forkobring fx Stort jernsøm Gammeldags nøgle Andre metalgenstande Sprit F Kobbersulfat-opløsning, 1. Byg den viste opstilling. 2. Den positive elektrode er en kobbertråd. Bøj kobbertråden, så den kan holde sig selv fast på kanten af glasset. Slib med sandpapir den del af tråden, der skal være nede i glasset. Hæld lidt sprit i et bægerglas, og dyp tråden nogle gange i spritten for at fjerne fedt fra tråden. 3. Slib også genstanden, der skal forkobres. Dyp også den i spritten for at affedte den. Sæt genstanden fast i krokodillenæbbet, der er i forbindelse med den negative elektrode. 4. Hæld kobbersulfat-opløsning i bægerglasset. Skru op, til pæren lyser svagt. 5. Når forkobringen er færdig, skal den forkobrede genstand dyppes flere gange i spritten, til alt vand i kobberet er væk. Læg genstanden til tørre. Hvilke ioner findes i kobbersulfat, CuSO 4 CuSO 4 N Xn Skriv formlerne for ionerne ind i cirklerne på tegningen og angiv med pile, hvilken vej ionerne vandrer ved elektrolysen. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 125

126 KEMISKE METODER KEMI OG ELEKTRICITET ELEMENTER OG BATTERIER 5.14 Hvordan man opbygger et element I skal undersøge, hvilke metaller der er bedst at bruge i et element, dvs. hvilke der giver den højeste spændingsforskel. Digitalvoltmeter eller multimeter To ledninger To krokodillenæb 100 ml bægerglas Plastske Kobbertråd Jerntråd Zinkstykke Magnesiumbånd Sølvtråd Køkkensalt 1. Hæld ca. en halv teskefuld salt i et bægerglas. Fyld glasset næsten helt op med vand. Rør rundt, til det meste af saltet er opløst. 2. Tag fire små stykker sandpapir. Slib med hvert sit stykke en kobbertråd, en jerntråd, et zinkstykke og et magnesiumbånd. 3. Byg den viste opstilling. Ledningen fra kobbertråden skal sættes i den røde (plus) bøsning på voltmetret. Jerntråden er den anden elektrode. Hvilken spændingsforskel viser voltmetret Skriv værdien ind i skemaet. 4. Udskift jerntråden med zinkstykket, og mål spændingsforskellen mellem kobber og zink. 5. Udskift zinkstykket med magnesiumbåndet, og mål spændingsforskellen mellem kobber og magnesium. Metaller Kemisk symboler Spændingsforskel /volt Hvilket metal er den positive pol Hvilket metal er den negative pol Jern og kobber Zink og kobber Magnesium og kobber Hvilken af de tre viste sammensætninger af metaller giver den højeste spændingsforskel 6. I får nu yderligere en sølvtråd. Hvilken kombination af de fire metaller giver den højeste spændingsforskel C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 126

127 KEMISKE METODER KEMI OG ELEKTRICITET ELEMENTER OG BATTERIER 5.15 Et håndbatteri løgnedetektor I skal undersøge, hvis krop der er bedst som en del af et element. I en løgnedetektor måler man, hvor stor strømmen er gennem kroppen, når man får stillet forskellige spørgsmål. Hvis man lyver, bliver man mere nervøs, og man vil svede mere. Når man sveder mere, kommer der mere vand og salt på huden, der herved bliver bedre til at lede den elektriske strøm. Hvis strømstyrken gennem kroppen bliver større, lyver man måske. Aluminiumplade Kobberplade Digitalvoltmeter eller multimeter To ledninger To krokodillenæb Sandpapir 1. Slib en aluminiumplade og en kobberplade med hvert sit stykke sandpapir. Læg pladerne på et stykke A4-papir, og forbind dem til voltmetret. Ledningen fra kobberpladen skal sættes i den røde (plus) bøsning på voltmetret. 2. Nu skal I undersøge, hvor godt jeres krop fungerer som en del af et element. Læg højre og venstre hånd på hver sin plade, og aflæs spændingsforskellen. Undersøg, om det betyder noget, hvor hårdt I trykker ned på pladerne. Elevnavn Spændingsforskel/volt Aluminiumpladen og kobberpladen fungerer som et element med en elektrisk spændingsforskel. Jo mere sved og jo mere salt der er i sveden på hænderne, jo højere spændingsforskel vil I måle. Er der en sammenhæng mellem, hvem der har tørre eller fugtige hænder og den målte spændingsforskel 3. Hvilken forskel gør det, hvis man gør hænderne våde 4. Hvilken forskel gør det, hvis man vasker hænderne med sæbe, og tørrer hænderne godt bagefter C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 127

128 KEMISKE METODER KEMI OG ELEKTRICITET REDOX-PROCESSER 5.16 Metallers reaktion mikroskalakemi (1) I skal undersøge, hvordan metaller reagerer med metal-ioner. Brøndplade Tre mikropipetter Bidetang Sandpapir Zinkstykke Magnesiumbånd Kobbertråd Zinknitrat-opløsning, Zn(NO 3) 2 Magnesiumnitrat-opløsning, Mg(NO 3) 2 Kobbernitrat-opløsning, Cu(NO 3) 2 1. Slib med hver sit stykke sandpapir et zinkstykke, et stykke magnesiumbånd og noget kobbertråd. 2. Klip tre små stykker zink ud, og læg et stykke i de tre brønde under teksten zink. Klip også tre stykker magnesium, og læg dem under teksten magnesium. Gør det samme med kobber. 3. Hæld lidt zinknitrat-opløsning i den første brønd uden tekst over. Hæld lidt magnesiumnitrat-opløsning i brønden nedenunder. Hæld kobbernitrat-opløsning i den tredje brønd. 4. Tag med en mikropipette lidt zinknitrat-opløsning, og dryp to dråber ned på hvert stof i den øverste række. 5. Tag en anden mikropipette, og dryp to dråber magnesiumnitrat-opløsning ned på hvert stof i anden række. 6. Tag en tredje mikropipette, og dryp to dråber kobbernitrat-opløsning ned på hvert stof i tredje række. Skriv på tegningen, hvad I ser i brøndene. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 128

129 KEMISKE METODER KEMI OG ELEKTRICITET REDOX-PROCESSER 5.16 Metallers reaktion mikroskalakemi (2) Hvilket metal reagerer med færrest opløsninger, dvs. hvilket metal er det mindst reaktive Opskriv metallerne i rækkefølge med det mest reaktive først. Nitrat-ionen har formlen NO 3 Hvilken formel har zink-ionen Hvilken formel har magnesium-ionen Hvilken formel har kobber-ionen Når et metal omdannes til ioner, sker det ved en redox-proces, hvor elektroner flyttes fra et stof til et andet. Her er det metallerne, der afgiver elektronerne, fx: Zn Zn e. Opskriv reaktionen, når et magnesium-atom omdannes til en magnesium-ion: Opskriv reaktionen, når en kobber-ion omdannes til et kobber-atom: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 129

130 KEMISKE METODER PROJEKT Vikingesmykker (1) I skal ved hjælp af kemi fremstille kopier af vikingesmykker. Tynde kobberplader Ulakeret kobbertråd fx 2 mm og 0,5 mm Metalsaks Nedstryger Bidetang Skruetvinge eller skruestik Boremaskine med håndsving Metalbor Smergellærred Forsølvningsvæske Filtpen, vandfast Fortyndet ammoniakvand Kobber-acetat (kobber(ii)ethanoat), Cu(CH 3 COO) 2 Fremstilling af en flettet armring I skal fremstille snoede kobbertråde: Spænd de to ender af et tykt stykke kobbertråd fast i en skruestik eller i en skruetvinge. Sæt en krog fast i enden af en boremaskine med håndsving. Sæt kobbertråden ind i krogen, og drej rundt, mens tråden hele tiden holdes meget stram. Bliv ved med at dreje, til viklingerne ligger meget tæt. Gør det samme med en tyndere kobbertråd. Den tykke, snoede kobbertråd bukkes nu i facon som en armring. Klip overskydende tråd af med en bidetang eller sav det over med en nedstryger. Den tynde, snoede tråd vikles nu omkring armringen, således at den tynde tråd lægger sig i rillen mellem de tykke kobbertråde. På denne måde får armringen en perlerække liggende mellem de tykke tråde. De løse ender af tråden limes sammen. Sæt et smalt stykke tape omkring, mens limen tørrer. Efter overfladebehandling kan man binde en tynd lædersnor om hver ende. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 130

131 KEMISKE METODER PROJEKT Vikingesmykker (2) Fremstilling af flade smykker Flade smykker klippes ud af en kobberplade. Måske vil du lave en Thors hammer eller en anden form. Du kan bore et hul i pladen til at sætte en snor eller en læderrem igennem, så du kan bære smykket om halsen eller om armen. Når du har klippet smykket ud, skal du slibe kanterne med smergellærred. Det er en bedre slags sandpapir. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 131

132 KEMISKE METODER PROJEKT Vikingesmykker (3) Fremstilling af skrift i relief For at få skriften til at stå højere end baggrunden, skal noget af pladen ætses væk. Sæt tape på alle steder, der ikke skal ætses. Dæk hele bagsiden og alle kanter. Tryk tapen godt fast. Skriv dit navn i runeskrift med en vandfast filtpen. Skriv flere gange oveni for at få et tæt lag. Læg smykket ned i et bægerglas med en lunken opløsning af jernchlorid, FeCl 3. Det vil reagere med kobberet, der ved en redox-proces omdannes til ioner, som går ud i opløsningen. Smykket skal være i opløsningen i omkring 20 minutter. Rensning af smykkets overflade Hvis smykket skal overfladebehandles, må det renses grundigt, dvs. fedt på overfladen skal fjernes. Vask smykket godt med sulfosæbe. Fremstilling af en bronzefarvet overflade Hæld lidt vand i et 250 ml bægerglas, og hæld en teskefuld kobber-acetat i. Sæt glasset på en trefod med et keramisk trådnet, og varm opløsningen lidt op. Den skal ikke koge. Læg smykket ned i opløsningen. Der kan godt være flere smykker samtidig. Efter et stykke tid kan du tage smykket op med en tang. Hvis du ikke synes, at smykket er brunt nok, kan du lægge det ned i glasset igen og vente lidt længere. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 132

133 KEMISKE METODER PROJEKT Vikingesmykker (4) Forsølvning af smykkerne Ved elektrolyse kan man lægge et lag sølv uden på kobberet. På et fladt smykke kan du nøjes med at forsølve noget af overfladen, fx rundt om dit navn skrevet med runer. Så vil runerne være røde på en sølvfarvet baggrund. Skriv runerne med en vandfast filtpen. Skriv flere gange oveni for at få et tæt lag. Af læreren får du noget elektrolysevæske, der indeholder sølv-ioner. Byg den viste opstilling. Skru op, til pæren lyser. Når du synes, at sølvlaget er tykt nok, kan du afbryde strømmen. Puds smykket med vat. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 133

134 KEMISKE METODER Prøv dig selv (1) Kan du huske Der findes afhængige variable. Hvad hedder den anden gruppe af variable Hvilke to ioner er køkkensalt opbygget af Hvad hedder processen, hvor der ved elektrolyse lægges guld på en overflade Hvilken type stoffer skal findes i vand, for at man kan sende strøm gennem vandet Hvad hedder helt rent vand Forstår du Hvad er en antagelse (hypotese) Hvorfor er der i en krystal af natriumchlorid lige så mange natrium-ioner som chlorid-ioner Hvad er syreresten af svovlsyre, H 2 SO 4 Hvorfor kan man påvise chlorid-ioner, Cl, i vand ved at tilsætte sølvnitrat C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 134

135 KEMISKE METODER Prøv dig selv (2) Udfordring Hvorfor bør man ved et eksperiment kun ændre én variabel ad gangen Hvorfor er det dyrt at fremstille drikkevand ved destillation af havvand Når man opskriver en kemisk reaktion, skal antallet af atomer af hvert grundstof efter reaktionen være det samme som før reaktionen. Hvorfor det C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 135

136 KEMISKE METODER Blandede opgaver 1. Hvad er formålet med at bruge eksperimenter i den naturvidenskabelige metode 2. Hvis farve er en variabel, hvad kan så variablens værdier være 3. Hvad er fælles for alle salte 4. Hvordan dannes en positiv ion 5. Hvilke ioner findes i køkkensalt, NaCl 6. Hvad er syreresten af svovlsyre 7. Hvordan kan man påvise chlorid-ioner, Cl 8. Når man opskriver en kemisk reaktion, hvad skal så gælde for antallet af atomer af hvert grundstof, der indgår i reaktionen 9. Hvad kommer der ud af en ionbytter 10. Hvad sker der i en ionbytter 11. Hvad får man, når man destillerer saltvand 12. Hvad skal der være i en væske, der skal bruges til elektrolyse C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 136

137 KEMISKE METODER Tip 15 Spørgsmål Svar 1 Svar 2 Svar 3 1. Variablen farve kan have værdien ternet sort lille 2. I en vandig opløsning af et salt er ionerne placeret i et gitter neutraliseret frit bevægelige 3. Variablen ph-værdi kan have en værdi på Chlorid-ionen er en positiv ion negativ ion neutral ion 5. Ionbyttet vand kaldes også for demineraliseret vand detaljeret vand destilleret vand 6. Chlorid-ioner i vand kan påvises ved at tilsætte sølvnitrat saltsyre natriumhydroxid 7. En elektrolyt er en væske med bevægelige ioner uden ioner med ioner, der sidder på faste pladser 8. Formlen for en natrium-ion er Na + Na 2+ Na I saltet natriumphosphat, Na 3PO 4 er der 2 grundstoffer 3 grundstoffer 4 grundstoffer 10. Ved destillation af havvand i en kolbe fordamper saltet sammen med vandet bundfældes saltet i kolben bliver saltet tilbage i kolben 11. I en saltkrystal er der ioner molekyler hverken ioner eller molekyler 12. Ved en elektrolyse skal man bruge elektroder isolatorer katalysatorer 13. I formlen for sølvsulfat, Ag 2SO 4 er der 3 atomer 6 atomer 7 atomer 14. Ved en redox-proces flyttes der ioner fra et stof til et andet atomer fra et stof til et andet elektroner fra et stof til et andet 15. Formlen for en sulfat-ion er SO 4 2 PO 4 3 NO 3 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 137

138 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI DU BRUGER NANOPRODUKTER 6.1 Hårgele Kan man tage bad med gele i håret Kan man tage bad i havvand med gele i håret I skal undersøge salts virkning på hårgele. 100 ml bægerglas Spatel Hårgele 6.1 Køkkensalt Side Hæld lidt hårgele i bunden af et bægerglas. Rør rundt med en spatel. Hvordan opfører geleen sig 2. Hæld lidt vand ned til geleen. Rør rundt med en spatel. Hvordan opfører geleen sig nu 3. Hæld et par spatelfulde køkkensalt ned i glasset, og rør rundt. Hvordan opfører geleen sig nu Er geleen god nok Holder frisuren, hvis man tager bad En hårgele virker ved hjælp af kræfter i nano-området. Hårgele består af lange kæder af atomer, der holdes sammen af positive og negative ladninger på forskellige steder af kæderne. Når man rører rundt i geleen og på den måde river kæder fra hinanden, vil kæderne hurtigt binde sig til hinanden igen ved hjælp af elektrisk tiltrækning. Når man tilsætter køkkensalt, tilsætter man natrium-ioner, Na +, og chlorid-ioner, Cl. Ionerne vil binde sig til kæderne, så der ikke længere er elektriske ladninger på kæderne. Når kæderne ved omrøring rives fra hinanden, vil der ikke længere kunne dannes kraftige bindinger mellem kæderne. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 138

139 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI DU BRUGER NANOPRODUKTER 6.2 Stivelse I skal undersøge hvordan stivelse kan gøre vand tyktflydende. Bliver det hårdt, eller bliver det blødt Det meste af en kartoffel er stivelse, der er lange molekyler. Afstanden mellem molekylerne ligger i nano-området. Der er kemiske bindinger mellem molekylerne. De klistrer til hinanden, og derfor kan molekylerne ikke så let glide mellem hinanden. Denne egenskab bruger man, når man rører stivelse op i vand. Så får man et tyktflydende stof, en gele. Den kan man bruge til at gøre væsker mere tyktflydende, fx en marmelade, frugtgrød eller budding. Stor flad plastskål Stor plastske 250 ml bægerglas Saks Stålkugle, ca. 1 cm Knytnævestor sten Stivelse Håndklæder 1. Hæld ca. 200 ml stivelse i et bægerglas. Hæld stivelsen over i en stor plastskål. Hæld ca. 200 ml vand i bægerglasset, og hæld lidt efter lidt vandet over i skålen, mens I rører rundt med en stor ske. Blandingen skal omrøres grundigt. 2. Sæt hånden ned i stivelsen. Hold hånden som en skål med håndfladen opad, og tag hurtigt hånden op af stivelsen. Følger stivelsen med op 3. Form stivelsen til en kugle. Klem fingrene sammen. Holder kuglen sin form 4. Tag en saks og klip i kuglen. Hvad ser I 5. Spred fingrene, og hold hånden stille. Hvad sker der med stivelsen 6. Læg kuglen tilbage i skålen, og glat overfladen ud med skeen. 7. Kan det lade sig gøre, at skrive dit navn med skeen i stivelsen 8. Løft en stålkugle højt op, og lad den falde ned på overfladen af stivelsen. Hvad sker der 9. Slå med flad hånd ned på overfladen af stivelsen. Hvad mærker du 10.Tag en sten i hånden, og slå den ned mod overfladen af stivelsen. Hvad mærker du 11. Læg derefter stenen på overfladen af stivelsen. Hvad sker der C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 139

140 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI DU BRUGER NANOPRODUKTER 6.3 Gnidning i ketchup (1) I skal undersøge konsistensen af ketchup, dvs. hvor tykt- eller tyndtflydende ketchup kan være. Tomatketchup indeholder nogle lange molekyler. Afstanden mellem dem ligger i nano-området. Der er kemiske bindinger mellem molekylerne. De klistrer til hinanden, og derfor kan molekylerne ikke så let glide mellem hinanden. Ketchup er tyktflydende. Hvis man rører kraftigt i ketchup, hives molekylerne lidt fra hinanden, og den kemiske binding mellem molekylerne bliver svagere. Det får ketchuppen til at blive mere tyndtflydende. 100 ml måleglas 250 ml bægerglas Metalske Lille håndspejl Stativ Muffe og klemme Mindst to stålkugler i samme størrelse Stopur En flaske ketchup 1. Fyld ca. 100 ml ketchup i et måleglas. Sæt måleglasset op i et stativ. Læg et spejl under måleglasset, så man i spejlet kan se bunden af måleglasset. 2. Læg en stålkugle på overfladen af ketchuppen, og start stopuret. Stop uret, når stålkuglen kan ses ramme bunden af måleglasset. Gentag forsøget med en ny stålkugle. Hvor lang tid tog det stålkuglen at falde gennem ketchuppen 3. Hæld ketchuppen over i et bægerglas, og fjern stålkuglerne. Hæld et par ml ketchup oveni. Rør kraftigt rundt i ketchuppen med en metalske i et minut. 4. Hæld ketchuppen tilbage i måleglasset, til der igen er 100 ml i glasset. 5. Læg igen en stålkugle på overfladen af ketchuppen, og mål tiden, det tager, til kuglen rammer bunden. Gentag forsøget med den anden stålkugle. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 140

141 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI DU BRUGER NANOPRODUKTER 6.3 Gnidning i ketchup (2) Hvor lang tid tog det stålkuglen at falde gennem den omrørte ketchup Hvad viser jeres resultater om, hvor tyktflydende ketchup er Hvad er ketchup-effekten Et stof, der opfører sig som ketchup, kaldes thixotropisk. Tandpasta er også thixotropisk. Forklar, hvorfor det er praktisk. En god maling er også thixotropisk. Forklar, hvorfor det er praktisk. Søg evt. på internettet efter en god forklaring på, hvad begrebet thixotropisk betyder. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 141

142 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI DU BRUGER NANOPRODUKTER 6.4 Den stærke vandoverflade (1) I skal undersøge, hvor stærk en vandoverflade er. Et vandmolekyle på overfladen af vand har kun vandmolekyler under sig og til siderne, men der er ingen over. Alle molekyler på overfladen bliver derfor trukket kraftigt ned i vandet af de underliggende molekyler. Det bevirker, at vand opfører sig, som om overfladen er en tynd, elastisk hinde. Vandhinden er så tynd, at dens tykkelse ligger i nano-området. Vandhinden skaber den såkaldte overfladespænding. Alle væsker opfører sig på denne måde, men vand har en meget stor overfladespænding. Mønter Sulfo Dråbepipette Mobiltelefon med kamera 250 ml bægerglas Filtrerpapir Stor metalclips Engangsglas af plast Vandfad Forsøg 1 Antal dråber på en 50-øre 1. Vask en 50-øre med noget sulfo. Skyl mønten grundigt, og tør den omhyggeligt med køkkenrulle. I må kun holde mønten på kanten. Læg mønten på bordet. 2. Dryp en dråbe vand fra en dråbepipette ned på mønten. Hvordan ser dråben ud Tilsæt flere dråber, og tæl, hvor mange dråber der kan ligge på mønten, før vandet løber ud over kanten. Tag et foto. Giv en forklaring på observationen. Forklaringen skal indeholde ordet vands overfladespænding. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 142

143 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI DU BRUGER NANOPRODUKTER 6.4 Den stærke vandoverflade (2) Forsøg 2 Den største mønt på vandet 1. Skyl et bægerglas med vand og sulfo, og skyl det derefter flere gange med vand for at få fjernet rester af sulfo. Fyld bægerglasset næsten helt op med vand. 2. Vask forskellige mønter i sulfo. Skyl mønterne grundigt, og tør dem omhyggeligt med noget køkkenrulle. Hold kun mønten på kanten. Tag evt. en stump af et stearinlys, og gnid det mod mønten. 3. Buk en clips, som tegningen viser. Læg et lille stykke filtrerpapir ned på clipsen. Læg en helt tør mønt oven på papiret. Start med den mindste mønt. 4. Sæt filtrerpapiret med mønten ned midt på vandoverfladen, og tag clipsen væk under vandet. Hvis ikke filtrerpapiret kort tid efter går til bunds, skubbes det lidt ned. Bliver mønten på vandoverfladen Hvad er den største mønt, I kan få til at blive på overfladen Tag et foto af den flydende mønt. Hvad er den største mønt, som nogen i klassen kan få til at blive på overfladen Forsøg 3 Antal mønter i et glas vand 1. Sæt et engangsglas ned i et vandfad. Fyld vand i engangsglasset, til vandet løber over. 2. Hold en mønt lodret tæt på vandoverfladen midt over glasset og slip den. Læg på denne måde flere og flere mønter ned i glasset. 3. Hvor mange mønter kan I lægge ned i glasset, før vandet igen løber over Giv en forklaring på, hvorfor man kan lægge så mange mønter ned i glasset, uden at vandet løber over. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 143

144 KEMISK PRODUKTION NANOTEKNOLOGI DU BRUGER NANOPRODUKTER 6.5 Hvor gode er mikrofiberklude I skal tilrettelægge en undersøgelse, der skal afgøre, hvor gode forskellige typer af klude er til at opsuge vand. Almindelige klude, fx af bomuld Mikrofiberklude 500 ml bægerglas Vægt På mange skoler bruger rengøringspersonalet mikrofiberklude i stedet for rengøringsmidler. Skolen sparer penge, fordi der bruges mindre vand og rengøringsmidler, og man belaster ikke miljøet med rengøringsmidler, der skylles ud i kloakken. Mikrofiberklude indeholder fibre (tynde tråde), der er så tynde, at man skal lægge 200 stykker ved siden af hinanden, før man har samme tykkelse som et menneskehår. Tykkelsen af en mikrofiber er omkring 0,5 mikrometer. Det er 500 nm (nanometer). Det er tyndere end de tyndeste tråde af bomuld, uld eller silke. En almindelig rengøringsklud af mikrofiber kan derfor have fibre med en samlet længde på 4000 km. Yderligere er hver fiber spaltet, så en rund fiber bliver til fx otte trekantede fibre. En almindelig rund tråd skubber snavset, men mikrofibrene fanger snavs ind i de mange små mellemrum mellem fibrene. Fibrene er også gode til at opsuge vand. Arbejdstilsynet har givet påbud om, at rengøringspersonalet skal bruge handsker, når de arbejder med mikrofiberklude. Fibrene suger så kraftigt, at de fjerner hudfedt og vand fra huden, så den udtørrer. Det kan give eksem og allergi. I skal tilrettelægge et forsøg, hvor I skal finde ud af, hvor meget vand forskellige klude kan opsamle. Til jeres rådighed har I en vægt, forskellige klude og et stort bægerglas. Bægerglasset skal I bruge, så vægten ikke bliver våd. Efter forsøget skal I kunne svare på, hvor mange gange hver type klud kan opsuge sin egen vægt i vand. Hvorfor er det ikke nok at måle, hvor mange gram en klud kan optage C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 144

145 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS KALK OG MØRTEL 6.6 Geologen på arbejde. Indeholder stenen kalk (1) I skal undersøge om forskellige sten og andre genstande indeholder kalk. Hvis man går en tur, fx langs stranden, kan man samle mange hvide eller grå sten. Nogle af dem kan være kalksten. Du kan også finde mange andre ting, fx muslingeskaller, sneglehuse, krabbeskjold og fiskeskeletter. Indeholder de kalk Kalk er et almindelig brugt navn for calciumcarbonat, CaCO 3. Stoffet indeholder calcium-ioner, Ca 2+, og carbonat-ioner, CO 3 2. Carbonat-prøven: Carbonat-ioner påvises ved tilsætning af saltsyre, HCl. Hvis der er carbonat-ioner, afgives der carbondioxid, CO 2. Man kan se, at det bruser. Geologer bruger denne test til at undersøge, om en sten indeholder kalk. Forskellige hvide eller grå sten Evt. Mørtel Æggeskaller Hønseknogler Muslingeskaller Sneglehuse Kridt Marmor Bagepulver Hjortetaksalt To reagensglas Tragt Filtrerpapir Reagensglasstativ Fortyndet saltsyre, HCl, 4 M Xi Calcium-prøven: Calcium-ioner påvises ved, at de danner et hvidt bundfald ved tilsætning af natrium-oxalat, Na 2 C 2 O 4. Si 6 Dråbeflaske med natriumoxalat-opløsning, Na 2 C 2 O 4, 0,25 M Xn Indeholder stoffet carbonat-ioner Dryp en dråbe saltsyre ned på det stof, som I vil undersøge. Hvis det bruser, indeholder stoffet carbonat-ioner, CO 3 2. Hvis det er en sten, der bruser, er stenen en kalksten. Er der carbonat-ioner i jeres stof C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 145

146 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS KALK OG MØRTEL 6.6 Geologen på arbejde. Indeholder stenen kalk (2) Indeholder stoffet calcium-ioner Nogle stoffer bruser ved tilsætning af saltsyre. De indeholder carbonat-ioner, men det er ikke sikkert, at de indeholder calcium-ioner. Hæld saltsyre i et reagensglas til en højde på ca. 3 cm. Hæld ca. en spatelfuld eller en lille klump af det stof, I vil undersøge, ned i glasset. Sæt en tragt med et filtrerpapir i et andet reagensglas, og filtrér indholdet over i dette glas. Dryp ca. 5 dråber natrium-oxalat-opløsning ned i glasset. Hvis der kommer et hvidt bundfald, er der calcium-ioner i stoffet. Skriv jeres resultater ind i skemaet. Stof Påviste I calcium-ioner Påviste I carbonat-ioner Indeholder stoffet kalk C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 146

147 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS KALK OG MØRTEL 6.7 Kalkbrænding (1) I skal foretage en kalkbrænding, dvs. fremstille brændt kalk af en kalksten (kridt). 1. Knus med en hammer et stykke kridt til et fint pulver. Hæld to tredjedele af pulveret over i en digel. Hæld resten over i en porcelænsskål. 2. Sæt diglen på en porcelænstrekant på en trefod. Opvarm kraftigt med en bunsenbrænder i ca. 10 minutter. Rør af og til rundt i pulveret med en spatel. Når I har slukket for gassen, skal diglen køle lidt af. Brug en digeltang, og hæld pulveret, brændt kalk, over i en porcelænsskål ved siden af den første skål. 3. Dryp lidt vand i begge porcelænsskåle, og rør rundt i dem med hver sin spatel. Pulveret skal blive til en tyktflydende grød, en opslæmning. Tag to stykker indikatorpapir, og dyp et stykke i hver sin skål. Hvordan er reaktionen af de to opslæmninger Sæt kryds i skemaet. Tavlekridt (ikke af gips) eller calciumcarbonatklumper Hammer Digel Digeltang To porcelænsskåle Porcelænstrekant Trefod Bunsenbrænder To spatler Indikatorpapir Evt. en vægt Meget sur Lidt sur Neutral Lidt basisk Meget basisk Kridtpulver Brændt kalk C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 147

148 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS KALK OG MØRTEL 6.7 Kalkbrænding (2) Kridt er stoffet calciumcarbonat. Hvad er den kemiske formel for calciumcarbonat Under opvarmningen har kridtet afgivet CO 2 og er blevet omdannet til brændt kalk, der er stoffet calcium-oxid. Opskriv den kemiske reaktion for kalkbrændingen. + CO 2 calciumcarbonat calcium-oxid carbondioxid (kalk) (brændt kalk) Når der sættes lidt vand til den brændte kalk (calcium-oxid), dannes basen calciumhydroxid, der kaldes læsket kalk. Opskriv den kemiske reaktion for omdannelse af brændt kalk til læsket kalk. Der skal bruges to vandmolekyler i reaktionen. + calcium-oxid vand calciumhydroxid (brændt kalk) (læsket kalk) Ekstra forsøg Massetab ved kalkbrænding I skal udføre et forsøg, der viser, hvor meget masse et stykke kridt taber ved kalkbrænding. Til jeres rådighed har I: et stykke kridt, en porcelænstrekant, en trefod, en bunsenbrænder, en digeltang og en vægt. Beskriv jeres undersøgelse. Hvor mange procent masse taber kridtet ved kalkbrændingen C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 148

149 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS KALK OG MØRTEL 6.8 Vi murer med mørtel (1) I skal undersøge, hvorfor mørtel kan bruges til at mure med. I skal bruge melkalk, der blot er et andet ord for brændt kalk. 250 ml bægerglas Teske To sten, evt. stykker af mursten Tre små, tomme tændstikæsker Plastpose Sand Calciumhydroxid (melkalk), Ca(OH) 2 Xi Forsøg 1 Fremstilling af mørtel Hæld 5 teskefulde melkalk, calciumhydroxid, Ca(OH) 2, og 10 teskefulde sand ned i et bægerglas. Bland det grundigt sammen. Tilsæt vand lidt ad gangen og rør rundt efter hver gang. Når I får en tyktflydende grød, må der ikke tilsættes mere vand. Blandingen må ikke blive tyndtflydende. Forsøg 2 Muring med mørtel Hæld noget af mørtlen ud på en sten. Hvis I bruger mursten, skal de først gøres våde. Stryg mørtlen ud over stenen. Læg en anden sten (evt. mursten) ovenpå, og tryk den ned i mørtlen. Nu må den øverste sten ikke mere røres. Den må ikke løftes eller skubbes. Lad mørtlen tørre til næste kemitime. Det tager nemlig flere dage, før mørtlen er stivnet. Forsøg 3 Afprøvning af mørtlen Hæld resten af mørtlen i tre tændstikæsker. Lad den ene stå i luften. Fyld bægerglasset med vand og læg den anden æske ned i bægerglasset. Læg den tredje ned i en plastpose, der lukkes tæt til. Prøverne skal også ligge til næste kemitime. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 149

150 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS KALK OG MØRTEL 6.8 Vi murer med mørtel (2) Forsøg 4 Næste kemitime. Kontrol af mørtlen. Opskriv den kemiske proces, der foregår, når mørtel bliver hård. + + calciumhydroxid (læsket kalk) carbondioxid vand calciumcarbonat (kalksten) Hvor mange dage er der gået, siden I murede Hænger stenene sammen Er mørtlen stivnet i de tre tændstikæsker Prøv at trykke et indikatorpapir mod mørtlen. Giv en kemisk forklaring på jeres iagttagelser. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 150

151 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS GIPSPLADER 6.9 Aftryk i gips af en mønt I skal lave aftryk i gips af genstande, fx af en mønt, og I skal undersøge, hvorfor gipspulver bliver hårdt, når der tilsættes vand. FORSØG ml måleglas Engangsbæger af plast Plastske Lille tændstikæske Mønt Madolie Pensel Gipspulver FORSØG 2 Mikroskop To objektglas Tandstikker af træ Tape Forsøg 1 Hvordan gips bruges Hæld ca. 20 ml vand i et plastbæger. Hæld lidt gipspulver i vandet, og rør rundt. Hæld mere og mere gipspulver i, så det bliver en tyktflydende grød. Hæld gipspulveret ned i en tændstikæske. Stryg med en pensel lidt olie på en mønt. Tryk den flade side af mønten lidt ned i gipsen. Tag mønten op, når gipsen er størknet. Forsøg 2 Hvorfor gips kan bruges Brug spidsen af en tandstikker til at tage så lidt gipspulver som muligt. Læg gipsen midt på et objektglas. Brug spidsen af tandstikkeren til at fange en lille dråbe vand, og læg den oven på gipsen på glasset. Læg et andet objektglas oven på det første. Tør det vand væk, der måtte løbe ud mellem glassene. Sæt et stykke tape om hver ende af glassene, så de holdes sammen. Læg glassene på mikroskopet. Hvordan ser gipskrystallerne ud Nu, en time senere, og næste dag Forklar ud fra jeres observationer, hvorfor gipsen bliver hård, når der tilsættes vand. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 151

152 KEMISK PRODUKTION MATERIALER I ET HUS GIPSPLADER 6.10 Hvad er tavlekridtet lavet af I skal undersøge tavlekridt. Det kan være af enten kridt eller gips. I skal undersøge de tre stoffer: kalksten, gips og tavlekridt. Herved kan I afgøre, om jeres skole bruger tavlekridt af kridt eller af gips. Hvidt tavlekridt Kalksten (kridt) Gips fra byggeplade af gips, CaSO 4 2 H 2O Dråbepipette med fortyndet saltsyre, HCl Xi Forsøg 1 Test for hårdhed Hårdheden af et stof måles på en skala fra Kalksten har hårdhed 3. Gips har hårdhed 2. Kalksten er hårdere end gips. Når man gnider to stoffer mod hinanden, vil det hårdeste lave ridser i det blødeste. Hvilken form for tavlekridt er mest skånsomt for tavlen Kridt eller gips Undersøg hårdheden af kalksten (kridt), gips og tavlekridt ved at trykke en negl ned i overfladen af stofferne. En negl har hårdheden 2,5. Hvad observerer I Hvad siger resultat om tavlekridtet Er det af kridt eller gips Forsøg 2 Syretest Kalksten påvises ved, at dryppe en dråbe saltsyre på stenen. Hvis det bruser, er stenen af kalk. Gips bruser ikke. Kalksten er stoffet calciumcarbonat, CaCO 3. Når det kommer i kontakt med en syre, dannes der carbondioxid, CO 2. Hvis syren er saltsyre, sker følgende reaktion: 2 HCl + CaCO 3 CaCl 2 + CO 2 + H 2O. Brug en dråbepipette til at dryppe et par dråber fortyndet saltsyre på hvert af de tre stoffer: kalksten, gips og tavlekridt. Hvad observerer I Hvad siger det om tavlekridtet Er det af kridt eller gips Hvilken samlet konklusion kan I drage ud fra jeres to forsøg C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 152

153 KEMISK PRODUKTION GØDNING NPK-GØDNING 6.11 NPK-gødning til potteplanter I er en virksomhed, der skal fremstille et produkt, der kan sælges. Produktet er en NPK-gødning, der kan bruges til potteplanter. I skal også lave en beholder med en etiket, som vil fremme salget af gødningen. Endelig skal I udregne prisen ved fremstillingen, så I ved, hvad prisen for gødningen mindst skal være. Litermål Plastske Grøn plantefarve Flaske med skruelåg, gerne 100 ml Selvklæbende etiketter Vægt Kaliumnitrat, KNO 3 Calciumdihydrogenphosphat, Ca(H 2PO 4) 2 Ammoniumsulfat, (NH 4) 2SO 4 Forsøg 1 Fabrikken fremstiller gødningen Chefingeniøren afvejer 3 g kaliumnitrat, 1 g calciumdihydrogenphosphat og 4 g ammoniumsulfat. Opløs de tre stoffer i 100 ml vand. Tilsæt lidt grøn plantefarve, og I har en flot koncentreret blomstergødning. Fyld den på en flaske. Forsøg 2 Reklameafdelingen tegner og trykker etiketten Reklamechefen skal arbejde med en computer for at fremstille en etiket. Husk firmanavn og deklaration på etiketten. Der skal også stå, hvorfor jeres produkt er værd at købe. Skriv, at gødningen ved vanding skal fortyndes i forholdet en del flydende gødning til 20 dele vand. Tryk etiketten på et ark med selvklæbende etiketter. Klæb en etiket på flasken med gødningen. Forsøg 3 Økonomiafdelingen beregner udsalgsprisen Økonomichefen skal finde ud af, hvad kaliumnitrat, calciumdihydrogenphosphat og ammoniumsulfat koster. Regn ud, hvor mange penge jeres flaske har kostet. Fastlæg, hvor meget I vil tjene pr. flaske. Husk at lægge moms på prisen. Sælg evt. jeres supergødning ved et skolearrangement. Ellers kan I tage den med til potteplanterne derhjemme. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 153

154 KEMISK PRODUKTION GØDNING NPK-GØDNING 6.12 Analyse for N, P og K i gødning (1) I skal undersøge forskellige typer af gødning. Indeholder gødningen N, P eller K Er der kun et af stofferne i gødningen, er der to, eller er de der alle tre N er det kemiske symbol for nitrogen. Det findes i ammonium-ioner, + NH 4, og i nitrat-ioner, NO 3. P er det kemiske symbol for phosphor. Det findes i phosphat-ioner, 3 PO 4, i hydrogenphosphat-ioner, HPO 4 2, og i dihydrogenphosphat-ioner, H 2PO 4. K er det kemiske symbol for kalium. Det findes som kalium-ioner, K ml bægerglas Spatel Tragt Filtrerpapir Fem reagensglas Reagensglasstativ 10 cm kanthaltråd, 0,5 mm Træklemme Bunsenbrænder Vat Indikatorpapir Dråbeflaske med nitratreagens Flaske med phosphatreagens Fortyndet salpetersyre, HNO 3, 1 M Fortyndet natriumhydroxid, NaOH, 0,1 M Forskellige gødningstyper Undersøg én gødningstype ad gangen ved hjælp af de viste analysemetoder. Hvis det er flydende gødning, skal I hælde ca. 20 ml op i et bægerglas. Hvis det er fast gødning, skal I opløse ca. en halv spatelfuld i ca. 20 ml vand. Hvis opløsningen ikke er klar, skal I filtrere den over i et reagensglas, inden I starter analysen. En analyse udføres ved, at I hælder lidt af opløsningen fra bægerglasset over i fire helt rene reagensglas. Hvert reagensglas bruges til kun en af de fire prøver. Skriv resultaterne af jeres undersøgelser ind i skemaet. Skriv ja ved de ioner, I kunne påvise. Skriv nej ved de ioner, I ikke kunne påvise. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 154

155 KEMISK PRODUKTION GØDNING NPK-GØDNING 6.12 Analyse for N, P og K i gødning (2) Påvisning af nitrat-ioner, NO 3 Hæld den opløste gødning i et reagensglas til en højde svarende til en fingerbredde. Tilsæt nogle dråber nitratreagens. Hvis der dannes et hvidt bundfald, indeholder gødningen nitrat-ioner. Påvisning af ammonium-ioner, NH 4 + Hæld den opløste gødning i et reagensglas til en højde svarende til en fingerbredde. Hæld lige så meget fortyndet natriumhydroxid, NaOH, oveni. Sæt en tot vat i åbningen af glasset til at opfange eventuelle sprøjt. Opvarm reagensglasset forsigtigt. Væsken må ikke koge. Tag vattet væk, og sæt straks et stykke indikatorpapir, der er gjort vådt med vand, hen over åbningen af glasset. Hvis papiret farves mørkegrønt eller blåt, indeholder gødningen ammonium-ioner. Måske kan I også genkende lugten af ammoniak. 3 Påvisning af phosphat-ioner, PO 4, hydrogenphosphat-ioner, HPO 4 2 og dihydrogenphosphat-ioner, H 2 PO 4 Hæld lidt phosphatreagens i et reagensglas til en højde svarende til en fingerbredde. Tilsæt nogle dråber fortyndet salpetersyre. Sæt en tot vat i åbningen af glasset til at opfange eventuelle sprøjt. Opvarm reagensglasset forsigtigt. Varm blandingen op, til den er lunken. Tilsæt nogle dråber af den opløste gødning. Hvis der dannes et gult bundfald, indeholder gødningen phosphat. Påvisning af kalium-ioner, K + Hold den ene ende af en kanthaltråd ind i gasflammen, til tråden næsten ikke farver flammen mere. Dyp derefter enden af tråden i den opløste gødning, og hold igen tråden ind i flammen. Hvis flammen farves lysviolet, indeholder gødningen kalium-ioner. Gødningens navn Nitrat-ioner, NO 3 Ammonium-ioner, NH 4 + Phosphat-ioner, PO 4 3 Kalium-ioner, K + C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 155

156 KEMISK PRODUKTION GØDNING NPK-GØDNING 6.13 Flydende gødning I skal undersøge, hvor meget gødningssalt der er opløst i flydende gødning. 1. Vej en porcelænsskål. Dens masse er g. 2. Sæt en porcelænstrekant på en trefod, og sæt en bunsenbrænder under. Porcelænsskål Vægt Trefod Porcelænstrekant Bunsenbrænder 100 ml måleglas Flydende gødning 3. Afmål 25 ml flydende gødning i et måleglas. Hæld gødningen op i porcelænsskålen. Varm porcelænsskålen, først forsigtigt, så kraftigere, indtil vandet er fordampet. Det må ikke sprøjte fra skålen med fast stof. 4. Når porcelænsskålen er blevet kold, skal I veje den med gødningen, der er inddampet. Porcelænsskål med inddampet gødning har massen: g. Hvor meget gødning er der i skålen g. Udregn, hvor mange gram gødningssalt der er opløst i en liter flydende gødning: g. Læs indholdsdeklarationen på gødningsbeholderen. Passer resultatet af jeres undersøgelse med det, fabrikanten opgiver i deklarationen Skriv navnene på nogle af de gødningsstoffer, opløsningen indeholder. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 156

157 KEMISK PRODUKTION OLIE OG PLAST FRAKTIONERET DESTILLATION 6.14 Slim I skal fremstille slim. Det engelske ord er slime. Det er en plast med nogle specielle egenskaber. Slime kan købes i legetøjsbutikker. 1. Afmål 100 ml polyvinylalkohol-opløsning i et 100 ml måleglas. Hæld opløsningen over i et termobæger. Nu kan I evt. tilsætte et par dråber frugtfarve. Afmål 10 ml borax-opløsning i et 10 ml måleglas. 10 ml måleglas 100 ml måleglas Papbæger eller termobæger af polystyren, mindst 150 ml Plastspatel eller plastske Tusser, vandopløselige Frugtfarve Forskellige typer PVA-lim 4 % polyvinylalkoholopløsning 4 % borax-opløsning, Na 2B 4O 7 10 H 2O Xn 2. Lad en i gruppen holde fast i termobægeret. Hæld lidt efter lidt borax-opløsningen op i termobægeret, mens I hele tiden rører rundt med en plastspatel. Rør rundt i 5 til 10 minutter. Opløsningen vil blive mere og mere tyktflydende uden at klæbe til siderne af bægeret. 3. Tag et par engangshandsker på. Tag opløsningen ud af bægeret, og ælt den i hænderne. 4. Kan man trække slimen ud, uden at den knækker Hvad sker der, hvis man gør det langsomt Og hvis man gør det hurtigt Er slimen elastisk, dvs. trækker den sig sammen igen 5. Skriv med en tus et navn på et hvidt stykke papir. Tryk slimen ned over navnet, og løft slimen op. Hvad ser man på slimen 6. Rul slimen sammen til en bold, og lad den falde ned på bordet. Hvad sker der 7. Læg en bold af slim på bordet, og slå på den med hånden. Hvad sker der med slimen 8. Læg bolden på bordet, og lad den ligge i op til fem minutter. Flyder den ud af sig selv C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 157

158 KEMISK PRODUKTION OLIE OG PLAST VERDENS MEST ALMINDELIGE PLASTTYPE 6.15 Fremstilling af plastsmykker I skal fremstille en plast ud fra mælk. Og støbe smykker af plasten. I dag laves det meste plast fra olie, men man kan lave en slags plast af mælk. I mælk findes stoffet kasein, der kan bruges som plast. Kaseinmolekylerne kan binde sig til hinanden, så der dannes en plast. I får vejledning til fremstilling af plasten, men I må selv bestemme, hvilken form plasten skal have. Plasten skal støbes i en form, og I må selv medbringe den form, som jeres plast skal støbes i. 250 ml bægerglas 250 ml konisk kolbe Keramisk trådnet Trefod Bunsenbrænder Ske Plasthandsker Viskestykke Stort glas Forme, fx kageforme Maling Lak Skummetmælk Eddike 1. Hæld 200 ml skummetmælk i et bægerglas, og varm mælken op. Mælken må ikke koge. 2. Når mælken er varm, skal I tilsætte 20 ml eddike. Rør godt rundt i mælken. Når mælken begynder at blive klar, og der dannes hvidgule klumper, skal I stoppe opvarmningen. De gummiagtige klumper er stoffet kasein. 3. Tag et par plasthandsker på, og filtrér opløsningen gennem et viskestykke. Hæld klumperne tilbage i bægerglasset, og skyl klumperne i rent vand. Filtrér igen klumperne gennem viskestykket. Det lægges rundt om kaseinet, så klumperne trykkes sammen til en lille bold. Tryk den sidste væske ud af kaseinet. 4. Nu skal I bruge støbeforme efter jeres eget valg. Pres det faste kasein ned i fx en kageform. Mælkeplasten skal have tid til at stivne. Stil den et varmt sted, evt. på en varm radiator. Hvis der skal være et hul i smykket, stikkes en nål gennem plasten, inden den hærder. Når plasten efter et par dage er tør, kan den males og evt. lakeres. Hvordan må I bestemme. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 158

159 KEMISK PRODUKTION OLIE OG PLAST VERDENS MEST ALMINDELIGE PLASTTYPE 6.16 Fremstilling af lim I skal fremstille en lim ud fra mælk. I skal finde en måde at undersøge kvaliteten af jeres lim. Herefter kan I afgøre, hvem der har lavet den bedste lim. Lim er ligesom plast opbygget af lange molekyler. De kan binde sig til hinanden, og herved binde to stoffer sammen. I mælk findes stoffet, kasein. Kaseinmolekylerne kan binde sig til hinanden, så de fungerer som en lim. 250 ml bægerglas 250 ml konisk kolbe 100 ml måleglas Keramisk trådnet Trefod Bunsenbrænder Spatel Tragt Filtrerpapir Saks Skummetmælk Eddike Natriumhydrogencarbonat, NaHCO 3 1. Hæld ca. 125 ml skummetmælk op i et 250 ml bægerglas. 2. Afmål 25 ml eddike i et måleglas. Hæld eddiken op i bægerglasset. 3. Sæt bægerglasset på et keramisk trådnet på en trefod. Sæt en bunsenbrænder under, og varm langsomt glasset op. Rør rundt med en spatel. Blandingen skal kun blive lunken, den må ikke koge. 4. Når væsken begynder at blive klar, mens der dannes små hvidgule klumper i væsken, stoppes opvarmningen. Rør rundt, til der ikke længere dannes klumper. 5. Lad klumperne bundfældes. Dekantér opløsningen, og filtrér resten gennem et filtrerpapir i en tragt på en kolbe. 6. Hæld kaseinklumperne ned i bægerglasset. Tilsæt 15 ml vand. Rør rundt, og tilsæt lidt efter lidt op til en halv teskefuld natriumhydrogencarbonat, indtil der ikke kommer flere bobler. Stoffet i bægeret er lim. Alle grupper skal nu finde en fælles måde at teste limen, så man kan se, hvem der har lavet den bedste lim. Fx kan I lime to stykker papir sammen. Limen skal tørre i mindst 30 minutter, så måske skal I vente til næste time med at måle limens styrke. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 159

160 KEMISK PRODUKTION PROJEKT Nanoforsøg med sæbebobler (1) Hvem kan lave det bedste sæbeboblevand I skal fremstille jeres eget sæbeboblevand og undersøge dets kvalitet i forhold til det sæbeboblevand, som andre grupper i klassen har fremstillet. I kan også måle kvaliteten af jeres sæbeboblevand i forhold til det, man kan købe. Sæbebobler sprænger, når sæbeboblevæggen bliver for tynd. Ofte bliver sæbeboblen sort på det tyndeste sted. Det er her, den sprænger. Det sorte område opstår, når sæbeboblevæggen er mindre end 150 nm (nanometer). Det er ca. 300 gange mindre end tykkelsen af et hår. I skal lave en opstilling, hvor I kan se en sådan sæbeboblevæg, der bliver tyndere end 150 nm. Forsøg 1 Fremstilling af sæbeboblevand Søg på internettet efter sæbebobler. Der dukker masser af opskrifter op. Vælg den, som I vil bruge. Bland stofferne sammen. Rør roligt rundt, så det ikke begynder at skumme. Hæld sæbebobleopløsningen i en beholder, der lukkes. Nu er det meget vigtigt, at opløsningen står i ro til næste time. Købt sæbeboblevand Sugerør Plastlåg, cm i diameter Stopur Opvaskemiddel, fx Fairy Ultra Glycerol (glycerin) Tapetklister Majssirup Sukker Puddersukker Demineraliseret vand Kobbertråd, 2 mm 250 ml bægerglas 500 ml bægerglas Mobiltelefon med kamera Forsøg 2 Måling af kvaliteten af sæbeboblevand 1. Læg et plastlåg på bordet et sted, hvor der ikke er træk. Låget skal have oversiden nedad. Fyld sæbeboblevand i låget. Dyp en finger i sæbevandet, og gør kanten på låget våd. 2. Fugt et sugerør med sæbevand på den nederste halvdel. Sæt sugerøret ned i sæbeopløsningen i låget, og pust. Så snart en boble er dannet, løftes sugerøret op i boblen, så der ikke kommer flere bobler inde i den første. Blæs boblen op, til den når ud til kanten af låget hele vejen rundt. Blæs boblen yderligere op, til den har form som en halvkugle. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 160

161 KEMISK PRODUKTION PROJEKT Nanoforsøg med sæbebobler (2) 3. Fjern sugerøret, og start måling af den tid, der går, til boblen sprænger. Tag et foto af boblen. Udfør fem målinger for hvert sæbeboblevand. Hvilken gruppe fik de mest holdbare Var deres sæbeboblevand bedre end købt sæbeboblevand Skriv den vindende opskrift op. Forsøg 3 Den sorte sæbeboblehinde i nanotykkelse Farverne i en sæbeboblevæg er afhængige af tykkelsen af væggen. En sæbeboblevæg består af to ydre lag af sæbemolekyler med vand imellem. I en lodret sæbehinde vil vandet på grund af tyngdekraftens træk sive ned mellem de to ydre lag. Derfor vil sæbeboblevæggen blive kileformet; tyndest foroven og tykkest forneden. Efterhånden som tykkelsen ændres, vil farverne flytte sig. Når tykkelsen bliver mindre end 150 nm, er der ingen farve længere. Sæbeboblevæggen er sort. 1. Bøj en kobbertråd som vist på tegningen. Ringens diameter skal være mindst 5 cm. 2. Hæld lidt vand i et stort bægerglas, og gør hele indersiden fugtig. Hæld derefter vandet ud. Hæld sæbeopløsning op i et andet bægerglas. Dyp kobberringen i sæbeopløsningen, og sæt ringen på et bord ved vinduet, helst med en mørk baggrund. Sæt det store glas ovenover. Hvad ses på sæbeoverfladen Tag et foto. Lad opstillingen stå et stykke tid. Hvad sker der med farverne Blev jeres sæbehinde sort, dvs. nåede tykkelsen af jeres sæbeboblevæg ned i nano-området Hvilken del af sæbeboblevæggen blev sort Tag et foto. Hvad er formålet med det store bægerglas Og hvorfor skal det have en fugtig inderside C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 161

162 KEMISK PRODUKTION Prøv dig selv (1) Kan du huske Hvad betyder ordet nano Hvad er armeret beton Hvilke tre grundstoffer er de vigtigste for planterne Hvor kommer asfalt fra Hvad hedder den mest almindelige plasttype Forstår du Hvorfor skal stofferne i gødning være letopløselige i vand Hvorfor kan man adskille råolien i fraktioner ved destillation På et raffinaderi cracker man carbonhydrider, dvs. omdanner lange molekyler til kortere. Hvorfor Hvorfor er termoplast særlig nyttig C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 162

163 KEMISK PRODUKTION Prøv dig selv (2) Udfordring Hvorfor har man ikke opdaget nanopartikler inden 1990 Hvorfor kan man støbe med beton under vand, men ikke bruge mørtel under vand Undersøg ved hjælp af internettet, hvorfra i verden gødningsfabrikkerne får deres råstoffer. Hvorfra får de fx phosphat Hvilke egenskaber ved tjære og asfalt gør dem velegnede til belægning af veje C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 163

164 KEMISK PRODUKTION Blandede opgaver 1. Hvad betyder forkortelsen nm 2. Forklar, hvordan nanopartiklers egenskaber afhænger af deres overflade. 3. Skriv formlen for kalk. 4. Sæt disse fire navne i en kemisk fornuftig rækkefølge: brændt kalk, kalksten, læsket kalk, mørtel. 5. Hvilket stof afgives ved kalkbrænding 6. Skriv formlen for gips. 7. Hvilke grundstoffer står betegnelsen NPK for 8. Skriv formlen for en kalium-ion, en ammonium-ion, en nitrat-ion og en phosphat-ion. 9. Hvorfor har planterne brug for gødning 10. Hvilket grundstof findes i alle organiske forbindelser 11. Hvad er carbonhydrider 12. Hvad er sammenhængen mellem begreberne monomer og polymer C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 164

165 KEMISK PRODUKTION Tip 15 Spørgsmål Svar 1 Svar 2 Svar 3 1. En nanometer er en tusindedel meter en milliontedel meter en milliardtedel meter 2. Brændt kalk fremstilles af kalksten læsket kalk mørtel 3. Formlen for kalk er CaSO 4 CaCO 3 Ca(OH) 2 4. Ved kalkbrænding afgives stoffet C O 2 CO 2 5. En almindelig type gødning kaldes PNK-gødning KNP-gødning NPK-gødning 6. En nitrat-ion har formlen NO 3 NO 2 NO 7. En ammonium-ion har formlen NH 2 + NH 3 + NH En kalium-ion har formlen Ca 2+ K + K Alle organiske forbindelser indeholder grundstoffet carbon nitrogen oxygen 10. Methan har formlen CH CH 2 CH Molekylerne i benzin er mindre end molekylerne i dieselolie større end molekylerne i dieselolie af samme størrelse som molekylerne i dieselolie 12. Carbonhydrider er opbygget af kun to grundstoffer tre grundstoffer fire grundstoffer 13. En polymer er opbygget af mange monomere dimere trimere 14. Ved cracking samles to molekyler til ét spaltes ét molekyle i to omdannes et molekyle 15. Plasten polyethylen er opbygget af polymolekyler monomolekyler ethenmolekyler C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 165

166 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN DISACCHARIDER 7.1 Spaltning af sukker I skal undersøge, hvordan sukker spaltes ved kontakt med en syre. Almindelig hvidt sukker er et disaccharid. Det kan spaltes i to monosaccharider: glucose og fructose. Spaltningen sker, når sukkeret kommer i kontakt med en syre, fx nede i vores mave. 100 ml måleglas 250 ml bægerglas Spatel Keramisk trådnet Trefod Bunsenbrænder Vægt ph-indikatorpapir Glucose-teststrimler Hvidt husholdningssukker (rørsukker) Fortyndet eddikesyre (ethansyre), 2 M Fortyndet ammoniakvand, NH 4OH, 2 M 1. Hæld 80 ml vand i et bægerglas. Opløs 0,95 g sukker i vandet. Rør rundt, til alt sukker er opløst. 2. Hæld 10 ml fortyndet eddikesyre i bægerglasset. 3. Sæt glasset på et keramisk trådnet på en trefod. Opvarm opløsningen, og lad den koge i ca. 5 minutter. Lad opløsningen stå, til den er lidt afkølet. 4. Nu skal opløsningen neutraliseres. Mål ph ved med en spatel at afsætte en dråbe af opløsningen på et lille stykke indikatorpapir. Hæld lidt fortyndet ammoniakvand op i glasset, og mål igen ph. Bliv ved, til opløsningen er neutral. Hæld opløsningen i måleglasset, og fyld op med vand til 100 ml. Hæld hele indholdet tilbage i bægerglasset. 5. Mål indholdet af glucose i opløsningen med en teststrimmel. Dyp strimlen i ca. 1 sekund. Vent to minutter og aflæs glucose-indholdet ved at sammenligne strimlens farve med skalaen: Hvis alt sukker blev spaltet, er der dannet 0,5 g glucose i jeres opløsning. Hvor mange procent af jeres sukker blev spaltet C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 166

167 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN POLYSACCHARIDER 7.2 Kartofler (1) Fremstilling af stivelse spaltning af stivelse I skal først udvinde stivelse fra kartofler, og derefter skal I undersøge, hvordan stivelsen spaltes af spyt. 500 ml bægerglas 250 ml bægerglas Kartoffelskræller Rivejern Viskestykke Bunsenbrænder Trefod Keramisk trådnet Spatel Fem reagensglas Reagensglasstativ Termometer Dråbeflaske med stivelsesreagens Kartofler Forskellige madvarer til forsøg 4 Forsøg 1 Udvinding af stivelse fra kartofler 1. Skræl to store kartofler, og findel dem med et rivejern. Læg de revne kartofler på et viskestykke, der pakkes sammen som en pose. 2. Fyld et 500 ml bægerglas halvt med vand. Dyp posen i vandet. Tag posen op, og pres den, så vandet løber ned i glasset. Dyp igen posen i vandet. Tag den op, og pres igen. Gør dette flere gange. Lad derefter glasset stå i ro, til der er dannet et bundfald. Dekantér vandet fra. Bundfaldet er stivelse. Forsøg 2 Fremstilling af en stivelses-opløsning 3. Hæld 50 ml vand i et 250 ml bægerglas, og varm vandet op til kogning. Hæld lidt efter lidt stivelsen ned i det kogende vand, mens der røres rundt. Sluk for gassen. Skyl det store bægerglas, og fyld det halvt med koldt vand. Hold bunden af det lille glas ned i det kolde vand, og rør rundt, mens opløsningen afkøles. Stop afkølingen, når temperaturen er 40 C. I har nu fremstillet en stivelses-opløsning. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 167

168 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN POLYSACCHARIDER 7.2 Kartofler (2) Fremstilling af stivelse spaltning af stivelse Forsøg 3 Spaltning af stivelse 4. Spyt ned i et reagensglas. Fyld glasset op med vand, til det er halvt fyldt. Sæt prop i glasset, og ryst det. Fordel spyt-opløsningen i fire reagensglas, så der er lige meget i hvert glas. Dryp én dråbe stivelsesreagens ned i hvert glas. 5. Hæld 10 ml af jeres stivelses-opløsning ned i det første reagensglas. Rør rundt med en spatel. Efter tre minutter hælder I 10 ml stivelses-opløsning ned i det andet glas og rører rundt. Efter yderligere tre minutter i det tredje glas, og igen efter tre minutter i det fjerde glas. Forklar udseendet af glassene: Forsøg 4 Påvisning af stivelse i madvarer Ved hjælp af stivelsesreagenset kan I undersøge, om der er stivelse i forskellige madvarer. I skal blot dryppe en dråbe af stivelsesreagenset ned på madvaren. I kan undersøge fx brød, mel, kød, pølser, leverpostej, fisk, smør, mælk, appelsiner, rosiner osv. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 168

169 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN PROTEINER 7.3 Protein i æg (1) I skal finde den temperatur, hvor æggehvide koagulerer, dvs. stivner. I skal fremstille en æggehvide-opløsning og påvise protein i æggehviden. Bunsenbrænder Trefod Keramisk trådnet Termometer To reagensglas Reagensglasstativ 250 ml bægerglas Spatel Pipette Et æg Forskellige madvarer til forsøg 4 Fortyndet natriumhydroxid, NaOH, 2 M C Forsøg 1 Æggehvide koagulerer 1. Knæk et æg. Smid blommen ud, og fordel æggehviden i to reagensglas. Stil det ene glas i et reagensglasstativ. Kobbersulfat-opløsning, CuSO 4, 0,1 M Xn N 2. Æggehviden i det andet reagensglas skal opvarmes langsomt. Det gøres i et vandbad, som vist på tegningen. Sæt reagensglasset ned i et bægerglas med vand, og start opvarmningen. 3. Hold øje med æggehviden. Når den koagulerer (stivner), skal I aflæse temperaturen. Tag reagensglasset med den koagulerede æggehvide op, og stil det i reagensglasstativet. I skal ikke slukke for bunsenbrænderen. Temperaturen er: Giv en forklaring på, hvorfor vandbadet giver en langsom opvarmning af æggehviden: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 169

170 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN PROTEINER 7.3 Protein i æg (2) Forsøg 2 Fremstilling af en protein-opløsning (æggehvide-opløsning) 4. Når vandet i bægerglasset næsten koger, skal I langsomt hælde indholdet i det andet reagensglas med den ubrugte æggehvide ned i vandet, mens I rører kraftigt rundt med en spatel. I har nu lavet en opløsning af protein. Sluk for bunsenbrænderen. Hvordan ser opløsningen ud Forsøg 3 Påvisning af protein 5. Hæld ca. 3 ml protein-opløsning fra bægerglasset i et reagensglas. Hæld fortyndet natriumhydroxid, NaOH, i reagensglasset, til rumfanget er fordoblet. Dryp 3-4 dråber kobbersulfat-opløsning oveni. Rør rundt med spatlen. Sæt reagensglasset i reagensglasstativet. Hvis der ikke sker noget, kan I sætte reagensglasset ned i den varme protein-opløsning. Hvilken farve får opløsningen i reagensglasset Denne farve er et bevis for, at der er proteiner i æggehviden. Forsøg 4 Påvisning af protein i madvarer I kan bruge metoden fra forsøg 3 til at undersøge, om forskellige madvarer indeholder protein. I kan undersøge fx brød, mel, kød, pølser, leverpostej, fisk, smør, mælk, appelsiner, rosiner osv. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 170

171 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN FEDTSTOFFER 7.4 Madolie og margarine (1) Påvisning af fedtstof I skal påvise fedtstof på to måder. Filtrerpapir Spatel To reagensglas To propper Reagensglasstativ 10 ml måleglas Varmeplade eller hårtørrer Madolie Margarine Ethanol (sprit), C 2H 5OH F Forsøg 1 Påvisning af fedt 1. Dryp en dråbe madolie på et stykke filtrerpapir. Dryp en dråbe vand ved siden af. Læg filtrerpapiret på en varmeplade, eller tør papiret med en hårtørrer. Når papiret er tørt, skal I holde papiret op mod lyset. Hvordan kan man se, hvor dråben med madolie var Forsøg 2 Olie og vand 2. Hæld 2 ml vand i et reagensglas. Hæld uden at bruge måleglas den dobbelte mængde madolie oveni. Sæt prop i glasset, og ryst det kraftigt. Sæt glasset i et reagensglasstativ, og lad det stå nogle minutter. Forklar, hvad I ser: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 171

172 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN FEDTSTOFFER 7.4 Madolie og margarine (2) Påvisning af fedtstof 66 Forsøg 3 Påvisning af fedt i margarine 3. Anbring ca. en halv teskefuld margarine i et reagensglas. Hæld 5 ml ethanol (sprit) i glasset. Sæt prop i glasset, og ryst det. Forklar, hvad der sker: 4. Tag proppen af glasset, og hæld 5 ml vand oveni. Sæt proppen i, og ryst glasset. Sæt glasset i reagensglasstativet, og lad det stå nogle minutter. Forklar, hvordan man ved denne metode kan påvise fedtstoffer: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 172

173 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN FEDTSTOFFER 7.5 Vandindholdet i margarine (1) I skal undersøge, hvor meget vand der er i forskellige typer margarine. Det meste af indholdet i margarine er vand og olie. Der findes flere lette former for margarine, der ikke feder så meget. De er dyrere end almindelig margarine, selv om forskellen bare er, at de indeholder mere vand. 4-5 reagensglas Reagensglasstativ 250 ml bægerglas Trefod Keramisk trådnet Bunsenbrænder Termometer Træpind Spatel Træklemme Selvklæbende etiketter Forskellige typer margarine Fyld de margariner, som I vil undersøge, i hver sit reagensglas. Fyld så meget i, som I kan. Det gør ikke noget, at der er luftlommer i glasset, men I skal stikke en træpind ned midt gennem margarinen, så der bliver et hul hele vejen ned til bunden af glasset. Så kan luften slippe ud under opvarmningen. Sæt glassene i et vandbad, som vist på tegningen. Opvarm vandet til ca. 90 C, og hold denne temperatur i 6-7 minutter. Vandet må ikke koge. Når margarinen i et reagensglas er skilt i to lag med olien øverst, skal I tage glasset op med en træklemme og sætte glasset i reagensglasstativet. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 173

174 MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN FEDTSTOFFER 7.5 Vandindholdet i margarine (2) Mål for hvert reagensglas de længder, der er vist på tegningen. Udregn, hvor mange procent vand der er i de forskellige margariner. Margarinens navn Vandlængde Totallængde Vandindhold %: Vandlængde 100 Totallængde Vandindhold ifølge deklarationen Efter forsøget kan I evt. få købsprisen for margarinen fra jeres lærer. I kan så udregne, hvor meget man for hvert mærke margarine betaler for 100 g fedtstof uden vand. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 174

175 MADENS KEMI DRIKKEVARER DEN PERFEKTE SPORTSDRIK 7.6 Fremstilling af læskedrik I skal fremstille læskedrikke og bedømme, hvilken der er bedst. Alle beholdere og ingredienser skal være helt rene. Her er en startopskrift: Hæld 200 ml vand i et stort plastbæger. Tilsæt tre teskefulde sukker og en halv teskefuld citronsyre. Så smager læskedrikken sødt og lidt syrligt. Hvis der skal være lidt brus i læskedrikken, kan I tilsætte en teskefuld natron. Stort plastbæger, ca. 250 ml Små engangsglas, snapsstørrelse Plastteske Sukker Citronsyre Natriumhydrogencarbonat (natron), NaHCO 3 C-vitamin-piller med brus Salt Hvis læskedrikken også skal være lidt sund, kan I tilsætte noget af en C-vitamin-pille. C-vitamin fungerer også som et konserveringsmiddel. Hvis læskedrikken skal være velegnet til at drikke, efter at man har dyrket sport, skal den være isotonisk, dvs. at mængdeforholdet mellem vand og salt i drikken skal være det samme som i kroppens celler og i blodet. Tilsæt lidt salt med spidsen af teskeen. 1. Fremstil jeres læskedrik. Skriv jeres opskrift her: 2. Når I har fremstillet og smagt læskedrikken, kan I lave en ny portion og variere mængderne, så I får den læskedrik, som smager jer bedst. Skriv den nye opskrift her: Hvordan smager de andre gruppers bedste læskedrik. Hvem har lavet den mest velsmagende læskedrik Hvad er opskriften C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 175

176 MADENS KEMI DRIKKEVARER NÆRING I MÆLK 7.7 Proteiner i mælk I skal lidt efter lidt fjerne nogle bestanddele i mælk. To 250 ml bægerglas Spatel Bomuldslærred Tragt Filtrerpapir Trefod Keramisk trådnet Bunsenbrænder Termometer Husholdningseddike Skummetmælk Forsøg 1 Store proteinmolekyler kasein 1. Hæld ca. 50 ml skummetmælk i et bægerglas. Tilsæt ca. 10 ml eddike. Rør rundt med en spatel. Der dannes langsomt en masse hvide klumper. 2. Filtrér væsken gennem et stykke stof, som vist på tegningen. Den filtrerede væske er resten af mælken og eddiken. Lad bægerglasset med væsken stå. I skal bruge indholdet i punkt 4. De hvide klumper i stoffet består af store proteinmolekyler, der hedder kasein. Resten af mælken, den tynde væske, kaldes valle. 3. Skyl det første bægerglas for rester af mælk, og fyld glasset op med rent vand. Fold stoffet sammen til en lille pose om kaseinklumperne. Dyp posen i vandet, og pres den, så vallen og eddiken løber fra. Dyp og pres et par gange. I posen har I nu begyndelsen til en ost. Forsøg 2 Små proteinmolekyler albumin 4. Sæt bægerglasset med valle og eddike på et keramisk trådnet på en trefod, og opvarm til ca. 80 C. Der dannes langsomt en masse små, hvide fnug. 5. Skyl igen det første bægerglas, og filtrér væsken ned i bægerglasset gennem et filtrerpapir i en tragt. Det små hvide klumper i stoffet består af små proteinmolekyler, der hedder albumin. Resten af vallen indeholder mælkesukker. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 176

177 MADENS KEMI DRIKKEVARER VAND MED BRUS 7.8 Brusepulver I skal undersøge, hvordan brusepulver virker. Brusepulver er ofte en blanding, der indeholder de tre faste stoffer: citronsyre, natron og sukker. Når brusepulver bruges som limonadepulver, er der også farvestoffer og aromastoffer blandet i. Så længe brusepulveret er tørt, reagerer stofferne ikke med hinanden. Når der tilsættes vand, sker der en reaktion, som danner luftarten carbondioxid, CO ml højt bægerglas Tre 100 ml bægerglas Plastteske Filtrerpapir ph-indikatorpapir Sukker Citronsyre Natriumhydrogencarbonat (natron), NaHCO 3 1. Hæld en halv teskefuld citronsyre ned i et lille bægerglas. Tilsæt lidt vand, og mål ph-værdien. Er opløsningen sur eller basisk 2. Hæld en halv teskefuld natron i et andet, lille bægerglas. Tilsæt lidt vand, og mål ph-værdien. Er opløsningen sur eller basisk 3. Skyl de to glas, og fyld tre små bægerglas halvt op med vand. Tilsæt til hvert glas en halv teskefuld af hver af de to stoffer, der står skrevet over bægerglassene på tegningen. Hvad sker der i glassene 4. Hæld en teskefuld citronsyre ned i et stort, tørt bægerglas. Hæld også en teskefuld natron i. Reagerer de to pulvere med hinanden 5. Tilsæt ca. 50 ml vand. Læg straks et stykke filtrerpapir over glasset. Lad opløsningen bruse i ca. et minut. Stik en brændende tændstik ned i glasset. Hvad sker der Giv en forklaring på det observerede: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 177

178 MADENS KEMI DRIKKEVARER VIN, ØL OG CHAMPAGNE 7.9 Fremstilling af alkohol I skal undersøge, 7,9a hvordan man Side ved 172 gæring kan fremstille alkohol. Fire reagensglas Reagensglasstativ Plastteske Fire balloner Frisk bagegær Vandfast tus Træklemme Bunsenbrænder Druesukker, glucose 1. Fyld fire reagensglas halvt med vand. Skriv numrene 1 til 4 på glassene. 2. Hæld en halv teskefuld druesukker i glas 1. Ryst det lidt, så sukkeret opløses. Sæt en ballon over åbningen af glasset. 3. Hæld en halv teskefuld smuldret gær i glas 2. Ryst det lidt, så gæren blandes med vandet. Sæt en ballon over åbningen af glasset. 4. Hæld en halv teskefuld druesukker i glas 3. Hæld også en halv teskefuld smuldret gær i glasset. Ryst det lidt, så sukkeret opløses. Sæt en ballon over åbningen af glasset. 5. Hæld en halv teskefuld smuldret gær i glas 4. Ryst det lidt, så gæren blandes med vandet. Hold reagensglasset med en træklemme, og varm vandet op, til det koger. Pas på stødkogning. Hæld en halv teskefuld druesukker i glasset. Ryst det lidt, så sukkeret opløses. Sæt en ballon over åbningen af glasset. Glas nr. Hvad ses i slutningen af timen Hvad ses i næste time Er der dannet en luftart Hvordan lugter indholdet, når forsøget stoppes Giv en forklaring på forsøgets resultater: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 178

179 MADENS KEMI PRODUKTION AF FØDEVARER TILSÆTNINGSSTOFFER 7.10 Farvestoffer i krydderiet paprika I skal ved hjælp af kromatografi undersøge forskellige typer af krydderiet paprika for at se, om farvestofferne i de forskellige produkter er ens. I skal tage paprika med hjemmefra. De røde krydderier paprika og chili er kendt af alle med interesse for mad. Krydderierne findes bl.a. i krydderiblandinger, i pølser, rød pasta, ketchup og i tomatsovs. For at varerne skal se mere indbydende ud, har nogle producenter dog tilsat ulovlige farvestoffer. Det er farvestoffer, som fx Sudan Rød. Man ved, at mange farvestoffer er kræftfremkaldende. Derfor har Fødevarestyrelsen siden 2003 gennemført en særlig undersøgelse af krydderiprodukter for indhold af ulovlige farvestoffer. 100 ml bægerglas Paprika Dråbepipette Hvidt kridt (tykt og langt) Tape Farveblyanter Ethanol (sprit), (C 2H 5OH) F 1. Fyld ca. 20 ml vand i et 100 ml bægerglas. Hæld en halv teskefuld paprika ned i glasset. Dryp med en dråbepipette 10 dråber sprit oveni. Rør godt rundt. 2. Sæt et stykke hvidt kridt lodret ned i opløsningen. Sæt tape hen over glassets åbning for at holde kridtet midt i glasset. 3. Når væsken er steget næsten op til toppen af kridtet, skal I tage kridtet op af opløsningen. 4. Brug nogle farveblyanter for at vise på tegningen af kridtet, hvordan det nu ser ud. Er alle gruppers kromatogrammer ens, eller er der kromatogrammer, der indeholder ekstra farver Søg evt. oplysninger på internettet om farvestoffet Sudan Rød. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 179

180 MADENS KEMI PRODUKTION AF FØDEVARER TILSÆTNINGSSTOFFER 7.11 Farvestoffer i slik I skal undersøge, hvordan man kan fjerne farvestoffer fra slik. Filtre med aktivt kul bruges flere steder i hjemmene, fx i støvsugere og i emhætter. I industrien bruges disse filtre også. Aktivt kul er meget fint pulveriseret kul. Det har en meget stor overflade, der kan binde andre stoffer. 1. Hæld ca. 50 ml vand i et lille bægerglas. Læg fem røde chokoladelinser ned i vandet. Rør rundt med en spatel, indtil den røde farve fra linserne er opløst i vandet. 100 ml højt bægerglas To 250 ml koniske kolber To tragte Filtrerpapir Aktivt kulfilter (fra fx en støvsuger) Spatel Røde chokoladelinser 2. Filtrér halvdelen af vandet gennem et filtrerpapir ned i en kolbe. 3. Sæt en tragt i en anden kolbe, og sæt et aktivt kulfilter fra fx en støvsuger ned i tragten. Hæld den anden halvdel af vandet gennem filtret. Hæld meget langsomt, så vandet er lang tid om at løbe gennem filtret. Sammenlign de to filtrater, dvs. væsken i de to kolber. Hvad observerer I Forklar årsagen til det, I ser. Find ud af, hvad aktivt kul er for noget. Hvilke fordele har filtre med aktivt kul i forhold til almindelige filtre 7,11a Side174 C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 180

181 MADENS KEMI PRODUKTION AF FØDEVARER BAGNING 7.12 Bagning med hjortetaksalt I skal undersøge, hvilke egenskaber bagepulveret hjortetaksalt har. Hjortetaksalt bruges i bagværk som kiks, klejner, brunkager m.m. Saltet giver en sprødhed i bagværket. Hjortetaksalt er et tilladt tilsætningsmiddel. Det betegnes med E 503. Bunsenbrænder Træklemme To reagensglas Termometer ph-indikatorpapir Ammoniumhydrogencarbonat (hjortetaksalt), NH 4HCO 3 1. Hæld to spatelfulde hjortetaksalt i et reagensglas. Hold glasset med en træklemme, og varm det op. Varm kun i bunden af glasset. Hvad ses på indersiden af glasset i den øverste del af reagensglasset Hvilket stof kan I lugte under opvarmningen Bliver der en rest af hjortetaksalt tilbage i glasset Ved opvarmning af hjortetaksalt dannes de tre luftarter ammoniak, vanddamp og carbondioxid. Gør reaktionsskemaet færdigt. NH 4HCO Er dit reaktionsskema afstemt Dvs. undersøg for hvert grundstof, om der er lige mange atomer af grundstoffet før reaktionen som efter reaktionen. 2. Fyld et nyt, koldt reagensglas med hjortetaksalt til en højde på 3 cm. Brug et termometer til at finde den temperatur, hvor saltet spaltes. C 3. Under opvarmningen skal I holde et stykke indikatorpapir, der er vædet i vand, ind over åbningen af glasset. Hvad ser I, og hvad har I hermed påvist Find ud af, hvorfor saltet kaldes hjortetaksalt C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 181

182 MADENS KEMI PRODUKTION AF FØDEVARER BAGNING 7.13 Gæring (1) I skal undersøge, hvordan gæringen afhænger af temperaturen, og I skal fremstille en dej, der hæver. Ved gæring spalter gæren sukkeret i melet til carbondioxid, CO 2, og alkoholen ethanol, C 2H 5OH. Reaktionen kan skrives: C 6H 12O 6 2 C 2H 5OH + 2 CO 2 Forsøg 1 Gæringen afhænger af temperaturen Hvert hold skal vælge en temperatur, ved hvilken gæringen skal foregå, fx 20, 30, 40, 50 eller 60 C. Læreren koger vand i en elkedel. 1. Hvert hold skal have 10 g sukker og 10 g gær, der smuldres. Sukker og gær lægges ned i en 250 ml kolbe. 2. Fyld et stort bægerglas halvt op med vand. Sæt bægerglasset på en trefod med keramisk trådnet, og opvarm vandet til den valgte temperatur. Elkedel Gærlås (gærrør) Termometer Stort bægerglas 250 ml konisk kolbe Prop med hul Trefod Keramisk trådnet Bunsenbrænder Spatel Lille cylinderglas Millimeterpapir Bagegær Sukker Hvedemel Salt 3. Når vandet har den ønskede temperatur, skal I hælde ca. 100 ml af vandet ned i kolben. Sæt gærlåsen i en prop, og sæt proppen ned i kolben. Hæld lidt koldt vand i gærlåsen. Sæt kolben ned i vandet i bægerglasset. Det gør ikke noget, at kolben ligger lidt skråt. Noter tidspunktet. 4. I skal holde vandbadet på den valgte temperatur. Efterfyld med lidt varmt vand fra elkedlen, hvis temperaturen falder for meget. 5. Efter fem minutter skal I begynde at tælle, hvor mange bobler der kommer i gærlåsen pr. minut. Indsæt værdierne i skemaet, og tegn undervejs i forsøget en graf over udviklingen. Tid/minutter Antal bobler Hvordan så graferne fra de forskellige hold ud Hvilken konklusion kommer der ud af jeres fælles forsøg C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 182

183 MADENS KEMI PRODUKTION AF FØDEVARER BAGNING 7.13 Gæring (2) Forsøg 2 Fremstilling af en dej 1. Opløs 1 g gær i 10 ml lunkent vand. Bland derefter i en skål gæren med 20 g hvedemel, 10 ml lunkent vand og 0,5 g salt. 2. Tryk, rul og pres dejen, til den er smidig, skinnende og glat. Hvis dejen klistrer til fingrene, skal der blandes lidt mere mel i. Når dejen ikke mere klistrer, er den færdig. 3. Rul dejen sammen til en tyk pølse, der netop kan glide ned i et lille cylinderglas. Pres dejen helt i bund med en spatel. Dejen skal nå op til cylinderglassets øverste rand. 4. Sæt cylinderglasset ned i et stort bægerglas fyldt med vand ved ca. 40 C. Vandet må ikke løbe ind i cylinderglasset. Forklar og lav en tegning, der viser situationen efter et stykke tid: C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 183

184 MADENS KEMI PRODUKTION AF FØDEVARER BAGNING 7.14 Bagepulveret natron I skal undersøge virkningen af bagepulveret natron. Det er et tilsætningsstof. Natron har E-nummer E 500. Forsøg 1 Natron og syre Stativ Muffe og klemme Bunsenbrænder Tre reagensglas Reagensglasstativ Ballon Teske 250 ml bægerglas Fyrfadslys Langt, bøjet glasrør Eddike Natriumhydrogencarbonat (natron), NaHCO 3 Mættet kalkvand (evt. CO 2-indikator) Hæld et par dråber eddike i et reagensglas. Hæld en teskefuld natron i en ballon, og sæt den på reagensglasset uden at spilde noget af pulveret. Udfør forsøget, som vist på tegningen. Hvad viser dette forsøg Forsøg 2 Hvilken luftart dannes Sæt et fyrfadslys ned i et bægerglas. Hæld to teskefulde natron ned omkring lyset. Tænd stearinlyset. Udfør forsøget, som vist på tegningen. Hvad viser dette forsøg Forsøg 3 Opvarmning af natron Byg denne opstilling. Der er natron i det venstre glas og mættet kalkvand i det højre. Udfør forsøget, som tegningen viser. Fjern glasset med kalkvand, inden I fjerner bunsenbrænderen. Hvad viser dette forsøg C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 184

185 MADENS KEMI PRODUKTION AF FØDEVARER BAGNING 7.15 Kemisk vulkan I skal fremstille en vulkan og lave et udbrud med kemisk lava. Vulkanmateriale: Gips eller dekorationsler Lille plastflaske Maling Lak Lavamateriale: Natriumhydrogencarbonat (natron), NaHCO 3 Eddike Rød og gul frugtfarve Sulfosæbe I skal først bygge en vulkan. Inde i vulkanen skal magmakammeret være en lille plastflaske. Åbningen i halsen af flasken skal være krateret øverst i vulkanen. Luk hullet i flasken med en prop, så I ikke taber materiale ned i flasken. I kan bygge vulkanen ved at støbe med gips eller forme den i ler. Bagefter kan I male vulkanen og evt. til sidst lakere den. Et udbrud laves således: Stil vulkanen på et stort stykke plast. Hæld to skefulde natron ned i flasken. Tilføj 10 dråber sulfo, nogle dråber rød og gul frugtfarve og omkring 50 ml vand. Hæld derefter 20 ml eddike ned i krateret. Udbruddet kan blive mere voldsomt, hvis man i stedet for koldt vand bruger lunkent vand. Forklar kemien, der frembringer "lavaen": C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 185

186 MADENS KEMI SUND MAD FARLIG MAD KONSERVERING 7.16 Konservering med svovldioxid og sulfit (1) I skal undersøge indholdet af svovldioxid i fødevarer, og I skal undersøge, hvor godt svovldioxid virker som konserveringsmiddel. Fødevarer, der er tilsat svovldioxid, SO 2, er mærket med E-nummer E 220. Tilsætningsstofferne E 221 til E 228 indeholder sulfitter, fx E 221, der er natriumsulfit, Na 2SO 3. Sulfitter er også konserverende, fordi de kan omdannes til svovldioxid. Næsten alle rosiner i Danmark indeholder store mængder sulfit. Det skal konservere rosinerne og hæmme udviklingen af svampegiften ochratoksin A i rosinerne. Sundhedsstyrelsen anbefaler maks. 50 gram sulfit om ugen til børn under tre år og begrænsede mængder til unge i voksealderen. Forbrugerbladet Tænk har skrevet, at rosiner ifølge den gængse lovgivning godt kan indeholde så meget sulfit, at et barn på 10 år overskrider grænseværdien ved at spise blot 10 g rosiner om dagen. Forskellige pakker svovlede rosiner Porcelænsskål Sulfit-teststrimler 5 % natron-opløsning, NaHCO 3 Lærerforsøg: Æble Kartoffel Svovlpulver Forbrændingsske Cylinderglas Glasplade Forsøg 1 Måling af indholdet af sulfit i rosiner Man kan købe rosiner, der er svovlede. Disse rosiner er tilsat sulfit. I skal undersøge forskellige produkter med svovlede rosiner på denne måde: Læg nogle svovlede rosiner i en porcelænsskål. Dryp nogle dråber natron-opløsning ud over rosinerne. Vent fem sekunder, og tryk derefter en teststrimmel for sulfit ned i rosinerne. Aflæs indholdet af sulfit, når teststrimlen er blevet farvet. Hvad mener I om mængden af sulfit i de forskellige produkter C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 186

187 MADENS KEMI SUND MAD FARLIG MAD KONSERVERING 7.16 Konservering med svovldioxid og sulfit (2) Opgave Hvor meget tørret frugt må du spise Tørret frugt må indeholde op til 2000 mg svovldioxid pr. kg. Man vurderer, at den daglige dosis af svovldioxid ikke må overskride 0,7 mg pr. kg legemsvægt. Beregn, hvor meget tørret frugt du højst må spise, hvis frugtens svovldioxid-indhold er 1000 mg pr. kg frugt. Forsøg 2 Konservering med svovldioxid Skræl et æble og en kartoffel. Skær to lige store stykker æble og to lige store stykker kartoffel. I stinkskabet har læreren brændt noget svovl på en forbrændingsske. Først ét cylinderglas derefter i et andet. Derefter er der lagt glasplader som låg over cylinderglassene. Fjern rosinerne fra jeres porcelænsskål, og skyl skålen. Læg det ene stykke æble og kartoffel i porcelænsskålen. Giv det andet stykke æble og kartoffel til jeres lærer, der i stinkskabet lægger æblet i det ene cylinderglas og kartoflen i det andet. Hold øje med udseendet af æblerne og kartoflerne. Hvad sker der med æblet og kartoflen i fri luft og i cylinderglasset C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 187

188 MADENS KEMI SUND MAD FARLIG MAD KONSERVERING 7.17 Konservering af frugt I skal planlægge en undersøgelse, der viser, hvordan man kan forlænge tiden, inden udskårne skiver af æbler, kartofler og bananer bliver brune. I skal skære frugten ud i flade skiver. Af jeres lærer kan I få et stykke plast, I kan udføre forsøget på. I skal pensle frugten med de viste opløsninger. Husk at skylle penslen godt, hver gang I skifter opløsning. Brug nedenstående skema til at notere jeres iagttagelser på. Hvordan ser frugten ud ved timens afslutning, og hvordan ser den ud i næste time Æble Kartoffel Banan Kniv Salt Sukker Eddike Citronsaft C-vitamin-pille Husholdningsfilm En lille pensel Æble Kartoffel Banan Ingen behandling Saltvand Sukkervand Eddike Citronsaft C-vitamin-opløsning (opløs en C-vitamin-pille i 200 ml vand) Beskyttet mod luften (indpakket i husholdningsfilm) Hvilken opløsning var bedst til at forhindre misfarvning af frugten Hvilket af stofferne er et antioxidationsmiddel med E-nummer E 300 Find svaret i Kosmos Grundbog C. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 188

189 MADENS KEMI PROJEKT En undersøgelse af bruset i cola og mineralvand Forsøg 1 Hvilket kemisk stof er gassen kulsyre Byg en opstilling, hvor I fra en flaske cola kan lede den frigivne luftart ned i mættet kalkvand. Tag foto af situationen før, under og efter forsøget. Hvad viser dette forsøg Cola, flaske og dåse Mineralvand med brus Diverse laboratorieudstyr Mobiltelefoner med kamera Forsøg 2 Hvad betyder kulsyren i mineralvand for ph-værdien i vandet Udfør et forsøg, hvor I bestemmer ph-værdien i mineralvand med brus. Rør rundt i mineralvandet, til der ikke kommer flere bobler, og mål ph-værdien igen. Forsøg 3 Hvor meget kulsyre er der i en dåse cola Udfør et forsøg, der kan give jer svaret på opgaven. TIP: dåsen skal åbnes under vand. I skal bruge et vandfad, varmt vand og et stort måleglas. Tag foto af situationen før, under og efter forsøget. Forsøg 4 Hvor meget fylder kulsyren i en liter cola I skal bruge en stor ballon. Den skal I med munden blæse kraftigt op nogle gange, så ballonen bliver blød. Sæt ballonen på en flaske cola, og hold hele tiden fast, så ballonen ikke ryger af flasken. Ryst flasken. Det gør ikke noget, at der kommer væske i ballonen. Det kan I hælde tilbage i flasken. Når ballonen er så fyldt, som den kan blive, skal I finde rumfanget af kulsyren. Til det skal I bruge et vandfad og et meget stort måleglas. Tag foto af situationen før, under og efter forsøget. Forsøg 5 Hvor mange gram kulsyre er der i en liter mineralvand 1. Find massen af en flaske med en liter mineralvand med brus. Ved aflæsningen skal I bruge alle decimaler fra vægtens visning. 2. Hæld indholdet over i en stor skål, og rør rundt med en stor spatel eller en ske. Rør rundt, til der ikke kommer flere bobler. 3. Sæt en tragt på flasken, og hæld det afgassede mineralvand tilbage i flasken. 4. Find massen af mineralvandet uden brus. Aflæs alle decimaler. Hvor meget kulsyre var der i flasken C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 189

190 MADENS KEMI Prøv dig selv (1) Kan du huske Hvad hedder sukkeret i vindruer Hvad betyder forstavelserne mono, di og poly Proteiner har også et ældre dansk navn. Hvilket Hvad er et E-nummer Hvad sker der ved en pasteurisering Hvilke stoffer dannes ved gæring Forstår du Kartofler er hvide. Hvorfor bliver pomfritter gule eller brune Hvordan virker gær i en dej C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 190

191 SYRER OG BASER Prøv dig selv (2) Hvordan virker et bagepulver Hvorfor er calcium-ioner, Ca 2+, vigtige i kosten Hvordan virker konserveringsmidler Udfordring Søg på internettet for at finde forskellen mellem en sportsdrik og en energidrik. Søg på internettet for at finde ud af, hvordan man fremstiller flødekarameller. Undersøg deklarationen på forskellige margariner. Er der farvestoffer i Er der antioxidanter i Hvor stort er energi-indholdet C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 191

192 SYRER OG BASER Blandede opgaver 1. Hvilke stoffer er kroppen opbygget af 2. Hvad er den kemiske fællesbetegnelse for sukker 3. Hvad er den kemiske formel for glucose 4. Hvilke mindre dele er proteiner opbygget af 5. Fedtstoffer er opbygget af stoffet glycerol og nogle syrer. Hvad er fællesbetegnelsen for disse syrer 6. Hvad vil det sige, at mælk er pasteuriseret 7. Hvordan opstår CO 2-indholdet i øl 8. Hvilke stoffer betegnes med E-numre 9. Hvilket vitamin fungerer som antioxidant 10. Hvad er Positivlisten 11. Hvad er sammenhængen mellem monosaccharider og disaccharider 12. Hvad sker der ved homogenisering af mælk C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 192

193 SYRER OG BASER Tip 15 Spørgsmål Svar 1 Svar 2 Svar 3 1. Formlen for ethanol er C 2H 5OH C 5H 2OH CH 5OH 2. En sportsdrik skal indeholde fedtstoffer proteiner kulhydrater 3. Almindeligt hvidt sukker er et monosaccharid disaccharid polysaccharid 4. Hvad er det moderne navn for æggehvidestoffer Proteiner Kulhydrater Fedtstoffer 5. Ved pasteurisering af mælk opvarmes mælken til ca. 75 C ca. 175 C ca. 275 C 6. Proteiner er opbygget af glucose aminosyrer fedtsyrer 7. Druesukker er det samme som glucose rørsukker cellulose 8. Mælk indeholder ca. 3-4 % fedt % fedt % fedt 9. Ved opvarmning af sukker sker der en pasteurisering karamellisering homogenisering 10. Mineralvand med brus indeholder N 2 O 2 CO Natron (natriumhydrogencarbonat) har formlen Na 2CO 3 H 2CO 3 NaHCO Hvilken ion er der mest af i skelettet Magnesiumioner, Mg 2+ Natrium-ioner, Na + Calcium-ioner, Ca Rørsukker er et disaccharid sammensat af ét molekyle glucose og ét molekyle fructose to molekyler glucose to molekyler fructose 14. Hvad indeholder mest energi Proteiner Fedtstoffer Kulhydrater 15. Madens energi kan måles i enheden MJ. Hvad betyder MJ millijoule megajoule meterjoule C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 193

194 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU DET MODERNE PERIODISKE SYSTEM 8.1 Grundstofferne (1) I skal ved brug af håndbøger eller internettet finde oplysninger om grundstofferne. I skal finde ud af, hvad nogle grundstoffer er opkaldt efter, og I skal finde de engelske navne for disse grundstoffer. På et verdenskort skal I markere de steder, der har fået et grundstof opkaldt efter sig. Opgave 1 Grundstofnavne Grundstofnavn Grundstofsymbol Opkaldt efter Engelsk navn Au Sølv Iron Solen Kviksølv Copper Cl Hydrogen Sulphur Opgave 2 Grundstofnavne og Danmark Hvilken forbindelse har grundstof nr. 72 til Danmark Hvilken forbindelse har grundstof nr. 107 til Danmark C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 194

195 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU DET MODERNE PERIODISKE SYSTEM 8.1 Grundstofferne (2) Opgave 3 Grundstoffer og verdenskortet Sæt en prik med en farvetus på de steder på verdenskortet, der har fået et grundstof opkaldt efter sig. Træk en streg fra prikken hen til en kasse, hvor du skal skrive navnet på grundstoffet. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 195

196 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU DET MODERNE PERIODISKE SYSTEM 8.2 Beskyt dig mod nikkel-allergi I skal undersøge, om I er udsat for at få nikkel-allergi. Derfor skal I undersøge, om der er nikkel i fx jeres smykker, øreringe, brillestel, bæltespænder, metalknapper, sakse, ure, mønter og mobiltelefoner. Mange mennesker får nikkel-allergi, og allergien varer resten af livet. Der er ingen helbredelse. Ved nikkel-allergi bliver huden rød, og det klør. Der dannes skæl og undertiden revner i huden. Årsagen er kontakt mellem huden og metallet nikkel. Hvis man vil undersøge, om en metalgenstand indeholder nikkel, kan man udføre en nikkeltest. Testen ødelægger ikke de genstande, man undersøger. Dråbeflaske med fortyndet ammoniakvand, NH 4OH Dråbeflaske med en spritopløsning af dimethylglyoxim, 1% Vat eller vatpinde Elevernes egne metalgenstande 1. Dryp en dråbe fortyndet ammoniakvand på den metalgenstand, der skal undersøges. 2. Dryp uden at røre en dråbe dimethyl-glyoxim oven i den første dråbe. 3. Tag en vatpind eller et stykke vat, og gnid væskerne kraftigt ind i metaloverfladen. Hvis vattet bliver mørkt, er det bare snavs, men hvis vattet bliver bare den mindste smule lyserødt, indeholder metallet nikkel. Den røde farve er en kemisk forbindelse mellem nikkel og dimethylglyoxim. I hvilke af dine genstande var der nikkel Hvad vil du gøre for at beskytte dig mod at få nikkel-allergi C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 196

197 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU DET MODERNE PERIODISKE SYSTEM 8.3 Påvisning af jern og zink i et mikroskalaforsøg (1) I skal undersøge forskellige metalgenstande for indhold af jern og zink. Med en magnet kan man påvise jern i en legering, hvis jernindholdet er stort. Hvis der kun er lidt jern i en genstand, er den følgende test god. For hver genstand, der skal undersøges, skal der bruges to stykker prøvepapir. 1. Tag et lille cirkelformet stykke filtrerpapir (prøvepapiret) op med en plastpincet endelig ikke en metalpincet. Dyp prøvepapiret ned i lidt fortyndet eddikesyre. Lad papiret dryppe af. 2. Læg prøvepapiret på den metalgenstand, der skal undersøges. Tryk prøvepapiret godt ned mod overfladen af metallet. Forskellige metalgenstande Små cirkelformede skiver af filtrerpapir fra hullemaskine To glasplader Tre glasspatler Plastpincet To dråbepipetter Kaliumhexacyanoferrat(III)-opløsning (4 % K 3Fe(CN) 6 i destilleret vand) Fortyndet eddikesyre, (ethansyre), CH 3COOH, 4 M Fortyndet salpetersyre, HNO 3, 2 M C 3. Gør det samme med det andet prøvepapir. Prøvepapirerne skal blive liggende på overfladen af metalgenstandene og tørre så længe som muligt. 4. Vask to glasplader, og tør dem af. 5. Læg en glasplade på den øverste tegning. Tag prøvepapirerne af metalgenstanden med plastpincetten, og læg dem i cirklerne på glaspladen med den side opad, der var i kontakt med metallet. 6. Læg den anden glasplade oven på den nederste tegning. 7. Dryp med en ren pipette et par dråber fortyndet salpetersyre ned på glaspladen i cirklen mærket fortyndet salpetersyre. 8. Dryp med en anden pipette nogle dråber kaliumhexacyanoferrat(iii)-opløsning ned på glaspladen i de to andre cirkler mærket kaliumhexacyanoferrat(iii). C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 197

198 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU DET MODERNE PERIODISKE SYSTEM 8.3 Påvisning af jern og zink i et mikroskalaforsøg (2) Test for zink 9. Vask tre glasspatler, og tør dem af. 10. Dyp enden af en ren spatel i salpetersyredråberne, og overfør en dråbe til prøvepapiret mærket Test for zink. Læg med en anden spatel en dråbe kaliumhexacyanoferrat(iii)-opløsning oveni. TEST FOR ZINK Hvis der kommer en orange farve, er der zink i metalgenstanden. Det kan være en fordel at bruge en lup, og ofte ser man, at farven trækker ud i kanten af papiret. TEST FOR JERN Test for jern 11. Overfør med den tredje spatel en dråbe kaliumhexacyanoferrat(iii)-opløsning til prøvepapiret mærket Test for jern. Hvis der kommer en mørkeblå farve, er der jern i metalgenstanden. Kaliumhexacyanoferrat (III) Hvilke genstande undersøgte I, og hvilket resultat kom der ud af undersøgelsen JERN ZINK Fortyndet salpetersyre C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 198

199 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU DET MODERNE PERIODISKE SYSTEM 8.4 Metaller og metalioner mikroskalaforsøg (1) I skal undersøge, hvordan metal-atomer og metal-ioner konkurrerer om elektroner. Metallernes spændingsrække Transparent Små jernstykker Små kobberstykker Tre plastpipetter Sølvnitrat-opløsning, AgNO 3 Jern(II)sulfat-opløsning, FeSO 4 Kobber(II)sulfat-opløsning, CuSO 4 Uædel Ædel Xn N Mg Zn Fe Cu Ag Au Pt Når metallerne opstilles i en række på den viste måde, kaldes rækken for spændingsrækken. Til venstre står de uædle metaller. Til højre de ædle. Sætter man et metalstykke ned i en salt-opløsning af et mere ædelt metal, vil ionen af det mere ædle metal tage elektroner fra metalstykket. Herved bliver metal-ionen af det ædle metal til et frit metal, mens atomerne i metalstykket omdannes til ioner. En sådan kemisk proces, hvor elektroner flyttes fra et stof til et andet, kaldes en redox-proces. Udfyld skemaet: (Formlen for en nitrat-ion er NO 3. Formlen for en sulfat-ion er SO 4 2.) Stof AgNO 3 FeSO 4 CuSO 4 Stoffets kemiske navn Formel for metal-ion Navn for metal-ion C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 199

200 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND KEMI FØR OG NU DET MODERNE PERIODISKE SYSTEM 8.4 Metaller og metal-ioner mikroskalaforsøg (2) Læg en transparent over skemaet. Læg et lille kobberstykke i de to felter, hvor der står Cu. Læg et lille jernstykke i det felt, hvor der står Fe. Læg oven på metallerne en dråbe af de viste opløsninger. Forsøg 1 Forsøg 2 Forsøg 3 Cu Cu Fe Tilsæt AgNO 3 Tilsæt FeSO 4 Tilsæt CuSO 4 Sker der en kemisk reaktion Ja Nej Ja Nej Ja Nej Observationer I hvilket af de tre forsøg kan metallet ikke afgive elektroner til en metal-ion Hvilke ioner blev omdannet til frit metal Hvordan passer jeres resultater med spændingsrækken C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 200

201 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND REN LUFT RENT VAND PARTIKELFORURENING I LUFTEN 8.5 Støvforurening I skal undersøge, hvor stor støvforureningen er forskellige steder. Læg så stor en sten som muligt ned i et engangsglas. Sæt et stykke tape hen over åbningen af glasset. Klæbesiden skal vende opad. Tapen sættes fast med et lille stykke tape på hver side af glasset. Hvert hold kan godt lave flere støvmålere. Tape Engangsglas Sten Millimeterpapir Lup Limstift Find ud af, hvor I vil have jeres støvmålere stående. Skal det være i skolegården, ved gaden eller ved et gadekryds Evt. kan I måle, om der er forskel på støvforureningen på forskellige ugedage. I kan også opsamle støv gennem en hel uge. Når I har indsamlet jeres støvmålere, skal I gøre følgende: Tag tapen af glasset, og klæb den fast på et stykke millimeterpapir. Hvad er det højeste antal støvpartikler pr. kvadratcentimeter Undersøg også farven, formen og størrelsen af støvpartiklerne. Når I har noteret alle oplysninger, skal I klippe tapen med millimeterpapir ud, og klistre den ind i skemaet. Udfyld skemaet: Ugedag Tapestrimmel nummer Placering Opsamlingstid Farve af støvpartikler Form Størrelse Maks. antal pr. cm 2 Hvad kan I konkludere ud fra jeres målinger C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 201

202 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND REN LUFT RENT VAND SVOVLFORURENING I LUFTEN 8.6 Forurening fra tændstikker (1) En naturvidenskabelig undersøgelse I skal undersøge forbrændingsprodukter fra tændstikker. Tændstik ph-indikatorpapir Bunsenbrænder Mineralvand med brus Lærerforsøg: Forbrændingsske Cylinderglas Svovl Forsøg 1 Forbrændingsprodukt fra en tændstik 1. Dyp en strimmel indikatorpapir i vand. Tag papiret i den ene hånd og en tændstik i den anden. 2. Hold papiret lidt over og lidt ved siden af en bunsenbrænderflamme. Hold spidsen af en tændstik ind i flammen. Når tændstikken antændes, skal den straks holdes hen under indikatorpapiret. Det gør ikke noget, hvis tændstikflammen kommer til at røre papiret. Fjern tændstikken, lige så snart den første flamme er brændt færdig, og inden flammen breder sig hen til træet på tændstikken. Sluk tændstikken, og læg den på bordet. Hvilken farve har indikatorpapiret Hvilken ph-værdi svarer det til Farven viser, at der er en syre i vandet på papiret. Hvad er det for en syre, og hvor kommer den fra Kan det være kulsyre, H 2CO 3 Vi ved nemlig, at der ved mange forbrændinger dannes CO 2, og når CO 2 opløses i vand, dannes der kulsyre. Det må I undersøge. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 202

203 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND REN LUFT RENT VAND SVOVLFORURENING I LUFTEN 8.6 Forurening fra tændstikker (2) En naturvidenskabelig undersøgelse Forsøg 2 Dannes der kulsyre, når en tændstik brænder 3. Tag lidt vand fra en flaske mineralvand med brus. Dyp et lille stykke indikatorpapir i vandet. Hvilken ph-værdi har kulsyren Forklar, hvorfor kulsyre ikke er den syre, der blev dannet ved forbrænding af svovlet på tændstikken. Forsøg 3 Kom syren fra svovlet eller fra træet i tændstikken 4. Dyp et nyt stykke indikatorpapir i vand. Tag den brugte tændstik og antænd den i bunsenbrænderen. Hold indikatorpapiret hen over flammen. Hvad sker der med indikatorpapiret Hvilken konklusion kan I drage af jeres observation Lærerens kontrolforsøg Kommer syren fra svovl, der brænder Husk beskyttelsesbriller og udsugning Et langt stykke vådt indikatorpapir sættes på indersiden af et cylinderglas i stinkskabet. En lille smule svovlpulver lægges på en forbrændingsske og antændes af en bunsenbrænder. Skeen med det brændende svovl sænkes ned i cylinderglasset. Hvad sker der med indikatorpapiret Hvad fortæller det om opbygningen af en tændstik C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 203

204 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND REN LUFT RENT VAND SUR REGN EN KEMISK SUCCESHISTORIE 8.7 NO x -er I skal vise, hvordan NO X-er dannes, og hvordan de kan give sur regn. Der er meget nitrogen i luften, men nitrogen har svært ved at reagere med andre stoffer. Kun ved meget høj temperatur kan nitrogen reagere med luftens oxygen. Nitrogenet brænder. Ved forbrændingen dannes forskellige nitrogen-oxider, fx NO 2, der er let at genkende, for denne luftart er rødbrun. Når nitrogen-oxiderne reagerer med luftens vanddamp, dannes der fx salpetersyre, HNO 3. Stjernekastere, én pr. hold Stor flaske med prop med boret hul ph-indikatorpapir Tændstikker Sprøjteflaske med vand 1. Sæt enden med metaltråden af en stjernekaster gennem hullet i en prop. Buk den yderste ende af tråden 90 grader. 2. Sæt ild i enden af stjernekasteren med en tændstik. Når stjernekasteren antændes, skal I straks sætte den ned i flasken, der hører til proppen. Sæt proppen helt fast i flasken. Hvad ses inde i flasken 3. I stinkskabet åbnes proppen netop så meget, at I med en sprøjteflaske kan sprøjte en lille smule vand ned i flasken. Luk flasken igen, og vip flasken frem og tilbage, så vandet løber op ad flaskens sider. 4. Tag proppen af flasken, og smid et lille stykke indikatorpapir ned i flasken. Vip flasken, så papiret bliver vådt. Hvilken farve får papiret Hvilken ph-værdi har vandet Hvad har I hermed påvist C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 204

205 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND REN LUFT RENT VAND SUR REGN EN KEMISK SUCCESHISTORIE 8.8 Chlor i plast I skal undersøge, om der er chlor i forskellige plastprodukter. Der findes mange typer plast, fx polyvinylchlorid, PVC. Det er plast, der har mange praktiske egenskaber, men hvis PVC brændes, fx som affald, frigiver plasten chlor. Det reagerer med vanddampen i luften og danner saltsyre, der falder som sur regn. Derfor er PVC skadeligt for miljøet, og det er blevet forbudt at bruge PVC til en række formål. 1. Tag beskyttelsesbriller på. 2. Sæt et stykke kobbertråd på ca. 5 cm fast i en træklemme. 3. Hold enden af kobbertråden ind i flammen fra en bunsenbrænder, og lad tråden gløde godt igennem. Bunsenbrænder Træklemme Uisoleret tyk kobbertråd, fx 1,0 mm Digeltang ph-indikatorpapir Forskellige plastprodukter fx Husholdningsfilm Urinpose Emballage Babylegetøj Kondisko 4. Træk enden af den varme kobbertråd hen over noget plast, så lidt plast smelter fast på kobberet. 5. Hold kobbertråden med plast ind i flammen, og observer flammens farve. Hvis flammen bliver klart grøn, indeholder plasten chlor, og I kan gå ud fra, at plasten er af typen PVC. 6. Undersøg forskellige genstande af plast for PVC, og skriv resultaterne i skemaet. Hver gang I har undersøgt en plast, skal tråden inden en ny analyse glødes, til den ikke længere lyser grønt. Plastprodukt Flammefarve PVC eller ikke PVC Hvis I har fundet en plast, der indeholder chlor, kan I afbrænde et stykke for at vise, at der dannes sur regn. 7. Dyp et 10 cm langt stykke ph-indikatorpapir i vand, og lad papiret dryppe af. Tag lidt af plasten med en digeltang. Sæt plasten ind i flammen fra bunsenbrænderen. Hold indikatorpapiret lige over den brændende plast. Hvad ser I Hvad viser forsøget C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 205

206 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND REN LUFT RENT VAND SUR REGN EN KEMISK SUCCESHISTORIE 8.9 Sur regn I skal fremstille kunstig sur regn, og I skal vise, hvordan man kan modvirke den sure regns virkning på jorden. Forsøg 1 Fremstilling af kunstig sur regn Sur regn har en ph-værdi under 5. Værdien kan nå ned til Hæld ca. 200 ml vand i et bægerglas. Dyp en spatel i vandet, og afsæt en dråbe vand på et stykke indikatorpapir. 250 ml bægerglas 250 ml konisk kolbe ph-indikatorpapir Plastpipette Tragt Filtrerpapir Kalk- eller kridtpulver Fortyndet saltsyre, HCl, 2 M Hvad er ph-værdien 2. Brug en dråbepipette til at dryppe en dråbe saltsyre ned i vandet. Rør rundt med spatlen. Afsæt en dråbe af den kunstige sure regn på indikatorpapiret. Hvad er ph-værdien Forsøg 2 Neutralisering af sur regn Hvis en landmand eller en gartner måler, at jordens ph er for lav, kan man sprede kalk ud på jorden. Kalk virker som en base. Den neutraliserer syrer i jorden, så jordens ph øges. 3. Sæt en tragt ned i en konisk kolbe. Læg et filtrerpapir i tragten, og fyld kalk i til en højde på 2 cm. 4. Hæld den kunstige sure regn gennem kalken. Hæld så langsomt, at der ikke er syre oven over kalken. 5. Afsæt en dråbe af væsken i kolben på indikatorpapiret. Hvad er ph-værdien Giv en forklaring på neutraliseringen af sur regn. Brug formlerne i den grå boks som hjælp. HCl H + + Cl CO 2 CaCO 3 Ca 2+ + CO 3 2 H 2 O C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 206

207 KEMI, MENNESKE OG SAMFUND REN LUFT RENT VAND NITRATBOMBEN 8.10 Nitrat i vand og mad I skal undersøge indholdet af nitrat i drikkevand og i grøntsager. Planterne får nitrogen ved at optage nitrat-ioner, NO 3, fra grundvandet. Derfor kan nitrat ophobes i frugt og grøntsager. Nitrat er ikke så giftigt, men nitrat kan i mave-tarmkanalen omdannes til nitrit, som er meget mere giftigt. Nitrit er også farligt, fordi det kan medvirke til dannelsen af nitros-aminer, og de er kræftfremkaldende. En person, der vejer 50 kg, må højst få 184 mg nitrat pr. dag. Man må godt overskride denne værdi en enkelt dag eller to, men ikke over en længere periode. Teststrimler nitrat, mg/l 100 ml bægerglas Kniv Kartoffel Spinat Selleri Forsøg 1 Måling af nitratindholdet i drikkevand Indholdet af nitrat i drikkevand varierer meget i Danmark. Det meste drikkevand indeholder mindre end 5 mg/l. Drikkevand må højst indeholde 50 mg/l, men vandværkerne forsøger at holde sig under den vejledende grænseværdi på 25 mg/l. Kun få procent af vandværkerne overskrider denne vejledende grænseværdi. Hæld vand fra vandhanen i et lille bægerglas. Hold i et sekund en teststrimmel for nitrat ned i vandet. Alle testzoner på strimlen skal gøres våde. Vent to minutter, og sammenlign derefter farverne på strimlen med skalaens farver. Hvor meget nitrat er der i vandet Find kommunens hjemmeside. Brug fx søgeordene: teknisk forvaltning, miljø og teknik, vandforsyning, drikkevand, nitrat. Her står ofte, hvor meget nitrat der er i jeres drikkevand. Hvordan passer det med jeres måling Forsøg 2 Måling af nitratindholdet i en kartoffel Der er nitrat i frugt og grøntsager. Den største mængde får vi fra kartofler, for det spiser vi mest af. Skær en kartoffel igennem. Læg en teststrimmel for nitrat på snitfladen, og pres i fem sekunder de to halvdele sammen om strimlen. Tag strimlen ud, og sammenlign efter to minutter farverne på strimlen med skalaen. Hvor meget nitrat er der i kartoflen Nogle grøntsager, fx spinat og selleri, kan indeholde meget nitrat. Undersøg, hvor meget nitrat der er i saften fra spinat og selleri. C FYSIK OG KEMI GYLDENDAL 207