FESTIVALPAKKEN 2006 GYMNASIET COOL - HVORDAN?

Relaterede dokumenter
hvor p er trykket, V er rumfanget, n er antal mol, R er gaskonstanten og T er temperaturen i Kelwin. Gaskonstanten R angiver energi pr mol pr grad.

AFKØLING Forsøgskompendium

De tre tilstandsformer

digital Tema Bilmotoren Noter til læreren: Forsøg til slowmotion-film og elevfremlæggelser - samt lidt teori TEMA: BILMOTOREN

Gaslovene. SH ver Hvad er en gas? Fysiske størrelser Gasligninger... 3

vand, varme & energi

Gaslovene. SH ver Hvad er en gas? Fysiske størrelser Gasligninger... 3

Spotkurser for lærere. Evaluering og test i fysik Bilag UNIVERSITY COLLEGE

Natur/teknik Lidt om vejret Side 1. Lidt om vejret

Erik Vestergaard 1. Gaslovene. Erik Vestergaard

Opdrift i vand og luft

digital Tema Ildebrande Noter til læreren: Forsøg til slowmotion-film og elevfremlæggelser - samt lidt teori TEMA: BESKYT DIN HJERNE

digital Tema Raketter Noter til læreren: Forsøg til slowmotionfilm og elev-fremlæggelser - samt lidt teori

1. Tryk. Figur 1. og A 2. , der påvirkes af luftartens molekyler med kræfterne henholdsvis F 1. og F 2. , må der derfor gælde, at (1.1) F 1 = P.

0BOpgaver i tryk og gasser. 1BOpgave 1

Gæringsprocessen ved fremstillingen af alkohol tager udgangspunkt i glukose molekylet (C

Energikonsulenten. Opgave 1. Opvarmning, energitab og energibalance

Vejret Elev ark Opgave Luftens tryk. Luftens tryk - opgave. Opgave 1. Opgave 2

1. Varme og termisk energi

Det store energikørekort

Elementær termodynamik og kalorimetri

digital Tema Vands forvandling Noter til læreren: Forsøg til slowmotion-film og elevfremlæggelser - samt lidt teori TEMA: BESKYT DIN HJERNE

KAN MAN SE VINDEN? HVAD ER VIND? LUFTTRYK VI MÅLER LUFTTRYKKET

Uge 39 med Helsingør Kommune og Forsyning Helsingør.

FESTIVALPAKKEN 2006 MELLEMTRINNET AFSTED- JORDEN RUNDT!

Blik- og Rørarbejderforbundet - i forbund med fremtiden

Elevforsøg i 10. klasse Alkohol

Er dit reaktionsskema afstemt? Dvs. undersøg for hvert grundstof, om der er lige mange atomer af grundstoffet før reaktionen som efter reaktionen.

Ideer til halv-åbne opgaver

Køleskabe, virkemåde og gode råd. Næsten alle autocampere er udstyret med et såkaldt absorptionskøleskab, og det er vel den tekniske indretning der

Forløbet Stoffernes opbygning behandler stofs faseovergange, tilstandsformer, kogepunkt og smeltepunkt.

Udledning af den barometriske højdeformel. - Beregning af højde vha. trykmåling. af Jens Lindballe, Silkeborg Gymnasium

Formål: At undersøge nogle egenskaber ved CO 2 (carbondioxid). 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2

Vinøl Hobby. Velkommen til landets bedste specialbutik. Danmarks bedste websted for bryggere.

Fysikrapport: Rapportøvelse med kalorimetri. Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide. I gruppe med Ulrik Stig Hansen og Jonas Broager

Drivhuseffekten er det fænomen der søger for at jorden har en højere middeltemperatur, end afstanden til solen berettiger til.

ysikrapport: Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide I gruppe med Morten Hedetoft, Kasper Merrild og Theis Hansen Afleveringsdato: 28/2/08

7 QNL 2PYHQGWSURSRUWLRQDOLWHW +27I\VLN. 1 Intro I hvilket af de to glas er der mest plads til vand?: Hvorfor?:

Naturvidenskabsfestival VAND

KOSMOS. 7.1 Spaltning af sukker. Materialer MADENS KEMI KEMISKE STOFFER I MADEN DISACCHARIDER

Forord Dette skal du bruge til aktiviteten (findes i aktivitetskassen) Forberedelse Dagens forløb Indledning (læreroplæg) (ca min.

Elkedel Brugsanvisning

Drivhuseffekten er det fænomen, der sørger for at jorden har en højere middeltemperatur, end afstanden til solen berettiger til.

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. 25. August 2011 kl

E 10: Fremstilling af PEC-solceller

Dette forudsætter, at alt stof i forvejen er opvarmet til smeltepunktet eller kogepunkt.

SPEKTRUM HALSE WÜRTZ FYSIK C. Fysiks optakt til et AST-forløb om kroppen af Niels Henrik Würtz. Energiomsætninger i kroppen

opgaveskyen.dk Vandets kredsløb Navn: Klasse:

Modul 3-4: Fremstilling af mini-raketter

Byg selv en lille vindrose

Årsplan i Fysik 7.klasse. 2018/2019 Abdiaziz Farah

Forsøget blev udført af Gruppen: Anders Faurskov, Mikkel Rask og Victor Hjort

Beer Machine Q/A. minutter. Herefter er monteringen nemmere Pensel evt. lidt madolie på indersiden af holderne

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 9. juni 2011 kl

MiniCooler Plus brugermanual Side 1. brugermanual. MINICOOLER Plus giver iskoldt vand direkte fra hanen...

Gedser Fjernvarmes gode råd om opvarmning

I dag skal vi. Have det sjovt, og tale om det vi lærte sidst, på en anden måde. CO2/fotosyntese, klima vind og vejr. Hvad lærte vi sidst?

Matematik og Fysik for Daves elever

Sæt GM-tællererne til at tælle impulser i 10 sekunder. Sørg for at alle kendte radioaktive kilder er placeret langt væk fra målerøret.

Grundvandet i Hillerød. Elevhæfte klasse

Mikkel og Line får stråler

Øvelser 10. KlasseCenter Vesthimmerland

Fysik og kemi er overalt Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:

Bernoulli s lov. Med eksempler fra Hydrodynamik og aerodynamik. Indhold

KØLESKAB WASCO K85A BRUGSANVISNING

Energiform. Opgave 1: Energi og energi-former

Quahwa.dk. Dansk brugervejledning til Vibiemme Domobar Super

Polære og ikke polære væsker

Samle og betjeningsvejledning

Lav ure med sand og sol

Oversat til dansk af LP-Sales v./per Springborg, Bakkevej 12, DK-5450 Otterup. Schmelzfeuer. Havefaklen til genbrug af stearinlys

Start pä matematik. for gymnasiet og hf (2012) Karsten Juul

Dyr i bevægelse. Måling af iltforbrug hos fisk. Arbejdsark til eleverne. Naturhistorisk Museus Århus

MOBIL LAB. Termografi TERMO GRAFI. Introduktion Om termografilaboratoriet Opgaver og udfordringer Links og Efterbehandling

Forsøg med fotosyntese

Energitekniske grundfag 5 ECTS

FESTIVALPAKKEN 2006 INDSKOLINGEN VAN(D)VITTIGE EKSPERIMENTER!

MiniCooler brugermanual. Side 1. brugermanual. MINICOOLER giver iskoldt vand direkte fra hanen...

Mini SRP. Afkøling. Klasse 2.4. Navn: Jacob Pihlkjær Hjortshøj, Jonatan Geysner Hvidberg og Kevin Høst Husted

Kan du slippe fri? Håndjern i reb. Kom med

Tak for kaffe! Tak for kaffe! Side 1 af 16

Råd og vejledning om brug af fjernvarme:

Viden om el-kirurgi. El-kirurgi. Side 1. viden gør en forskel. El kirurgi eller diatermi består af et apparat og nogle kabler med elektroder.

Fysikrapport Nyttevirkning og vands specifikke fordampningsvarme

12/2014. Mod: DRINK-38/SE. Production code: CEV425

Øvelser 10. KlasseCenter Vesthimmerland Kaj Mikkelsen

ESBJERG KOMMUNE FORSØG MED IS. Book Kerstin. KEBOO. [Skriv tekst]

Wasco Askesuger Best.nr. 1506

Oversat til dansk af LP-Sales v./per Springborg, Bakkevej 12, DK-5450 Otterup. Schmelzfeuer. Wellness lys til genbrug af stearinlys

Natur og Teknik QUIZ.

Ta hånd om varmeforbruget - spar 55%

Generel procedure for Kejsbryg 20 Liter.

Strålingsbalance og drivhuseffekt - en afleveringsopgave

En skoledag om ENERGI

Instruktions Manual. Vinkøler: WKT55LI250S1

Model Brugsanvisning

Vinøl Hobby. Velkommen til landets bedste specialbutik. Danmarks bedste websted for bryggere.

DE FIRE ELEMENTER GOD TIL NATURFAG. Elevark. Et undervisningsforløb til natur/teknik 6. KLASSETRIN. Lær om grundstofferne. hydrogen, kulstof og jern

Transkript:

COOL - HVORDAN? Udviklet af Dansk Naturvidenskabsformidling i samarbejde med Danfoss Universe som et led i Dansk Naturvidenskabsfestival 2006

Indholdsfortegnelse Festivalpakken 2006........................ 4 Cool - Hvordan?............................. 5 Festivalpakkens eksperimenter 1. Ballon i kolbe med varm luft.................... 7 2. Ægget i flasken.............................. 7 3. Fyrfadslys løfter vand......................... 8 Relateret forsøg: 3 brændende lys................. 9 Relateret forsøg: Brændende lys i frit fald........... 9 4. Knus sodavandsdåser med damp................ 9 5. Ballon i kolbe med undertryk.................... 10 6. Det pneumatiske fyrtøj........................ 11 7. Engangssprøjte koger vand.................... 13 8. Afkøling med fordampning af sprit............... 13 9. Håndklædeafkøling........................... 14 10. Sky i syltetøjsglas........................... 16 11. Boyle-Mariottes lov.......................... 17 Materialeliste............................... 22 Links....................................... 23 side 3

Festivalpakken 2006 En del af Dansk Naturvidenskabsfestival 25.-29.09 2006. Hvorfor en Festivalpakke? Ved evalueringen af Dansk Naturvidenskabsfestival 2004 var der opfordringer til at udvikle færdigstrikkede aktiviteter, der gør det let for skolerne at deltage i festivalen. Dansk Naturvidenskabsformidling tog opfordringen til sig og luftede forskellige ideer ved en besøgsrunde på skoler landet over. Ideen om Festivalpakker begyndte at tage form, og kravene til pakkerne blev formuleret som en slags dogmeregler : pakkerne må max. koste 1000 kr. excl. moms og forsendelse, de skal følges af en lærervejledning relateret til trinmål, de skal trække klassen ud af klasseværelset, de skal stimulere til aktiviteter på tværs af skoler, f.eks. til udstillinger eller konkurrencer, forsøgene skal kunne laves af flere klasser sammen, forsøgene skal være hands on, aktiverende og spektakulære/fotogene, forsøgene skal kunne gennemføres unplugged af el- og vandforsyning forsøgene skal kunne gentages og forbrugsmaterialer skal være lette af få fat i. Indhold Festivalpakken består af en plastboks med en trykt lærervejledning og materialer til forsøg for grupper af elever på op til 28. Hvem står bag? Dansk Naturvidenskabsformidling har udviklet Festivalpakkerne i samarbejde med Danfoss Universe, som har leveret det faglige indhold, herunder vejledninger til forsøgene. Under udviklingen har Skolekonsulent Steen Petersen, Danfoss Universe, haft en referencegruppe af følgende naturfagslærere: Alan Proschowsky, Kingoskolen, Slangerup Erik Bruun Olesen, Odense Katedralskole Simon Hempel-Jørgensen, Sdr. Vang Skole, Kolding Palle Dons Heltoft, Hørup Centralskole Gitte Mogensen, Uvelse Skole I Dansk Naturvidenskabsformidling har studentermedarbejderne Laura Ørsted-Rasmussen og Katrine Brahl Petersen stået for redigering, indkøb og pakning. Studentermedarbejder Sigrid Svane har lavet lay-out. Der er udviklet fire forskellige Festivalpakker målrettet indskoling, mellemtrin, udskoling og gymnasiet. Udvikling og produktion af Festivalpakkerne finansieres af salgsindtægten. Festivalpakkerne evalueres ved evalueringen af Dansk Naturvidenskabsfestival 2006. Projektlederne Pernille Vils Axelsen og Hans Colind Hansen takker på vegne af Dansk Naturvidenskabsformidling alle involverede for deres engagement og gode humør. side 4

Cool - Hvordan? Vi åbner køleskabet hver dag. Ser hvad der er på hylderne, tager maden ud og lukker skabsdøren igen. Men hvordan fungerer køleskabet egentlig? De følgende forsøg gør de processer, der foregår i et almindeligt køleskab synlige. Forsøgene viser på forskellig vis, at væskers kogepunkt afhænger af det omgivne tryk, de kan fortælle os om principperne i en kompressor og om grundprincipper som fordampning og fortætning. Det koster energi at fordampe en væske. Vi oplever det en varm sommerdag, når sveden afkøler kroppen, hvor vi afkøles hurtigt og måske kommer til at fryse efter en svømmetur i havet, eller når husholdningssprit på en håndflade føles meget koldere end vand eller olie alle oplevelser, der illustrerer, at fordampning koster energi. Målgruppe Gymnasiet Indholdsfortegnelse Festivalpakken indeholder følgende forsøg: Ballon i kolbe med varm luft Ægget i flasken Fyrfadslys i vand Knus sodavandsdåser med damp Ballon i kolbe med undertryk Det pneumatiske fyrtøj Engangssprøjte koger vand Afkøling med fordampning af sprit Håndklædekøling Sky i syltetøjsglas Boyle-Mariottes lov Lærervejledning til forsøgene Alle forsøg er bygget op, så eleverne selv kan udføre dem og formidle dem til andre. Vejledningen indeholder en kort introduktion til fordampning og fortætning, en liste over de materialer, der skal bruges til forsøgene, en beskrivelse af selve forsøget, og en forklaring af processerne. Visse forsøg indledes med den teori, der er nødvendig at forstå for at udføre forsøget. Flere af forsøgene kobles til en historisk kontekst, og der er angivet links, relaterede forsøg og websites. side 5

Baggrundsinformation til forsøgene Når en væske fordamper, fjerner den varme. Man kan selv mærke, hvordan det føles koldt, hvis man slikker på håndryggen og så puster på den, for at få det til at tørre. Det er den samme kølende virkning, der bruges i et køleskab. Inde i et køleskab løber et langt snoet rør, som er fyldt op med et kølemiddel. Kølemidlet har et meget lavt kogepunkt, så selvom der er ret koldt inde i køleskabet allerede, er der alligevel varmt nok til, at kølemidlet kan fordampe. Når væsken fordamper, opsuger den varme, og derfor føles rørene i køleskabet kolde. Røret med det fordampede kølemiddel fører ud af køleskabet og ind i en kompressor. Kompressoren er en form for pumpe, som presser dampene sammen og skubber dem videre ud i et andet langt og snoet rør. Dét rør kaldes en kondensator. Når dampen kommer igennem det, fortættes den og bliver til en væske. Det er præcist det modsatte af, hvad der skete inde i skabet. Når kølemidlet fortættes fra damp til væske, afgiver det al den varme, som den opsugede for at fordampe. Derfor føles rørene udenfor skabet varme. Kølemidlet opsuger varme inde i skabet og afgiver varmen igen udenfor og så flyder det tilbage, ind i skabet og starter forfra. Det er kompressoren, der holder kredsløbet igang. Det gør den ved at skabe et højt tryk i den del af røret, som er udenfor skabet. Det er det tryk, der får dampen til at fortætte og afgive sin varme. Først når kølemidlet er blevet til væske, kan den flyde igennem det tynde rør og ind i køleskabet igen. Derinde er trykket så lavt, at kølemidlet kan fordampe. Et lille rør i midten af kølesystemet, kapilarrøret, sørger for at holde de to sektioner af kølesystemet adskilt, så der kan være trykforskel. Kapilarrøret er så tyndt, at kølemidlet kun kan komme igennem, når det er i flydende form. På den måde sikrer man sig, at kølemidlet først slipper ind i den del af kølesystemet, hvor det skal opsuge varme fra, når kølemidlet er så afkølet, at det er flydende. Læs mere på: www.danfossuniverse.com side 6

Forsøg 1: Ballon i kolbe med varm luft Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: Ballon Klassens egne materialer: Kolbe Kogende vand Skål med koldt vand Vejledning Luften i kolben varmes op ved at hælde varmt vand i kolben. Vent et øjeblik og hæld det varme vand ud igen. Sæt en ballon på åbningen, så den er foldet ned i kolben. Afkøl kolben ved at dyppe den i skålen med koldt vand. Forklaring Forsøget med ballonen viser det samme, som der sker i en temokande, når den står og syder en hel aften på stuebordet. Varm luft inde i kolben svarer til den varme luft inde i termokanden. Når den varme luft afkøles, fylder luften mindre, og ballonen suges ind i kolben. Varm luft fylder mere end kold luft. Derfor kan man opleve, at termokanden syder, når en del af kaffen er hældt ud og erstattet af kold luft. Den nye luft i termokanden varmes op, og termokanden begynder at syde, fordi varm luft fylder mere end kold luft. Det samme forsøg forklarer også, hvorfor låget til vores fryseboks eller døren til køleskabet binder, anden gang vi vil åbne den. Når varm luft fra rummet kommer ned i fryseren første gang og man åbner låget, bliver den varme luft afkølet og fylder dermed mindre. Der dannes et undertryk i fryseren, og låget suges fast. Forsøg 2: Ægget i flasken Du skal bruge: Klassen egne materialer: Kolbe Et kogt, pillet æg Termokande med kogende vand Vejledning Forsøget foregår stort set på samme måde som forsøg 1. Her bruges blot et kogt, pillet æg, og forsøget vækker både nysgerrighed og en del morskab. Vær opmærksom på, at æggets størrelse skal passe til mundingen på kolben. side 7

Luften i flasken varmes op ved at hælde kogende vand i kolben. Det kogte æg lægges på flaskens munding. Vent og se hvad der sker. Forklaring Varm luft fylder mere end kold luft. Når varm luft afkøles, fylder det altså mindre, og ægget suges ned i flasken. Vil man have ægget ud igen, kan man vende bunden i vejret og varme luften inde i kolben ved at hælde varmt vand på. Med lidt held kan man få hele ægget ud igen. Forsøg 3: Fyrfadslys løfter vand Du skal bruge: Materialer i festivalpakken Modellervoks Tændstikker Klassens egne materialer: Cylinderglas eller syltetøjsglas Skål med vand Evt. lysstumper i forskellige længder Vejledning En klump modellerklump sættes ned i en skål med en smule vand. Tre tændstikker sættes i modellervoksen Tænd tændstikkerne og sæt et glas ned over Forklaring Tændstikkerne vil meget hurtigt gå ud, fordi iltniveauet straks begynder at falde inde i glasset. Samtidigt vil vandet i skålen blive suget op i glasset. Forklaringen er, at luften i glasset først opvarmes, idet glasset placeres oven over tændstikkerne. Dernæst går ilden ud, og luften vil pga. vandet begynde at køle af. Når luft køles af, trækker det sig sammen, trykket falder, og det forårsager, at vandet suges op i glasset. Det er en udbredt myte, at vandstanden stiger i glasset, fordi lyset opbruger al ilten i glasset. Men det er ikke rigtigt! For det første vil lyset formentligt gå ud lang tid før ilten i glasset er brugt op, og samtidig vil forbrændingen også skabe CO2. Den rigtige årsag er afkølingen og sammentrækningen af luften i glasset. Kilde: www.fysikbasen.dk side 8

Relateret forsøg: 3 brændende lys Vejledning Stil 3 brændende lys i forskellige længder i den samme lukkede beholder. Hvilket lys vil først slukkes? Forklaring Det længste lys slukkes først måske mod forventning, da CO2 afgives som varm gas, der lægger sig øverst i glasset. Relateret forsøg: Brændende lys i frit fald Et andet lignende forsøg med lys i et syltetøjsglas kan fortælle mere om gasserne omkring lysets flamme. Sæt lyset på indersiden af syltetøjsglassets låg og skru låget fast på syltetøjsglasset nedefra. Som forventet vil lyset slukkes efter nogen tid, men lader man syltetøjsglasset falde fra en strakt arm (husk at gribe glasset inden det rammer jorden!), vil flammen straks slukkes. Forklaring I frit fald er alt vægtløst, og forbrændingsgasserne forbliver rundt om lysets flamme. Derfor kommer der ikke ny ilt til flammen, som vil slukkes i det frie fald. Forsøg 4: Knus sodavandsdåser med damp Du skal bruge: Klassens egne materialer: Sodavandsdåser Varmekilde (bunsenbrænder) Tang Skål med koldt vand Vejledning Kog en lille smule vand til damp i en dåse. Tag dåsen og vend den HURTIGT med bunden i vejret ned i en skål med vand. Dåsen skal helt under vand. Forklaring Damp fylder 1600 gange mere end vand. Når dampen fortættes til vand, sker denne sammentrækning af vanddamp så hurtigt, at dåsen krøller sig sammen. Vanddampen inde i dåsen køles ned og kondenserer, og dermed reduceres trykket betydeligt inde i dåsen. Derfor vil vandet fra beholderen naturligvis forsøge at strømme ind i dåsen for at udligne trykket. Men hvis forsøget gennemføres hurtigt, vil der som regel ske det, at dåsen simpelthen kollapser og krøller sammen. Der vil stadig være suget noget vand op i dåsen, men ikke nok til, at det kan nå at udligne trykket. side 9

Historisk kobling I begyndelsen af 1700-tallet opfandt Thomas Newcomen (1663-1729) en driftsikker dampmaskine: Newcomens dampmaskine. Maskinen fungerede efter samme princip som forsøget med sodavandsdåsen. Et stempel gik ned, hver gang maskinens dampcylinder blev afkølet. Stemplet kunne drive en vandpumpe og Newcomens dampmaskine fik stor udbredelse i England, hvor den pumpede vand fra kulminer. Maskinen var enkel, solid og let at bygge og blev kaldt Den atmosfæriske maskine, fordi damptrykket netop blev holdt på eller under én atmosfæres tryk hele tiden. Kilde: Fysikken og den industrielle revolution, Henry Nielsen, Forlaget HOW 1987 Forsøg 5: Ballon i kolbe med undertryk Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: 2 cykelventiler En plastiksprøjte Tre stykker plastikslange (15 cm hver) To slangesamlere (af plastik) til 2 slanger En slangesamler (af plastik) til 1 slange En ballon Klassens egne materialer: En prop med hul i Konisk kolbe (den skal passe til kolbens munding) Vejledning Først skal der laves en simpel pumpe, der kan bruges til at suge luften ud af kolben. De to cykelventiler placeres i plastikrørene, så de vender hver sin vej. Den ventil, der suges med, skal sidde med bagenden op mod plastiksprøjten. Ballonen pustes lidt op, bindes og puttes ned i kolben. Proppen sættes i kolben. Den del af pumpeapparatet, der suger, sættes ned i proppen. Der suges nu luft ud af kolben ved hjælp af plastiksprøjten, og ballonen bliver større og større. side 10

Cykelventil Pumpe Luft ud her Cykelventil Forklaring Inden vi suger luften ud af kolben, er der et lige så stort tryk i kolben, som inde i ballonen. Når luften nu suges ud af kolben, bliver der lavet undertryk i kolben. Derved vokser ballonen i størrelse, så der igen er det samme tryk uden for og inde i ballonen. Forsøg 6: Det pneumatiske fyrtøj Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: Pneumatisk fyrtøj Klassens egne materialer: Letantændeligt materiale, fx toiletpapir, bomuldsklæde eller bomuldsvat. Materialet kan med fordel forkulles let ved at antænde det og straks puste ilden ud igen Vejledning En tot vat på størrelse med en lillefingernegl føres ned i cylinderen. Vattet føres ned i bunden med en lang pind. Herefter skrues stemplet på. Med et hurtigt tryk trykkes stemplet i bund, og vattet antændes. side 11

Forklaring Forsøget demonstrerer, at en temperatur for en indespærret gasmængde stiger, når gassen komprimeres. Anbringes et letantændeligt materiale i bunden af den gennemsigtige cylinder, vil dette antændes, når stemplet trykkes i bund med en hurtig bevægelse. Dette princippet anvendes også i dieselmotorer. Kilde: Vejledning til Pneumatisk fyrtøj, S. Frederiksen. Der udføres et arbejde på gassen i cylinderen. Foregår processen tilstrækkeligt hurtigt, når der ikke at ske varmeafgivelse ved cylinderens vægge. Al det arbejde, der tilføres, bliver dermed overført til indre energi i gassen. Det gælder, at: Tilvæksten af indre energi i gassen bevirker en temperaturstigning, og denne er så høj, at antændelsestemperaturen for stoffet nås. Nøjagtigt samme princip udnyttes i diesemotoren i en bil. I modsætning til benzinmotoren skyldes antændelsen af brændstoffet en kraftig kompression (af størrelsesordenen 1:20), og ikke en gnist fra et tændrør. (dieselmotoren har ingen tændrør). I benzinmotoren er kompressionen mindre (typisk 1:10) netop for at undgå selvantændelse af benzinen. Citat; Grundlæggende Fysik, Erik Øhlensclæger, Gyldendal 1993. Stempel Lukker plastikrør Papir eller vat Flamme side 12

Forsøg 7: Engangssprøjte koger vand Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: 100 ml injektionsspøjte Klassens egne materialer: Vand Vejledning Sprøjten fyldes med ca. 10 ml lunkent vand. Hold en finger foran kanylens udløb og træk langsomt stemplet tilbage. Lykkes det ikke, kan man prøve med varmere vand eller en mindre mængde vand i sprøjten. Forklaring Vandet koger tydeligt i sprøjten på grund af det reducerede tryk. Vands kogepunkt er afhængigt af trykket. Hvis man kan få tilstrækkeligt med luft ud af beholderen, kan man få vand til at koge ved stuetemperatur. For at undgå stødkogning, kan man putte pimpsten i vandet. Lad eventuelt en tilskuer stikke fingrene ned i vandet efter kogningen. Det er jo ganske ufarligt, da vandet blot har boblet. Da kogepunktet falder jo lavere trykket er, kan man for eksempel ikke koge kartofler på Mount Everest med mindre man bruger en trykkoger, fordi vandet her ikke når 100 grader C, før det koger. Kilde og tekst: DNF fysikkufferten 2004 Forsøg 8: Afkøling med fordampning af sprit Du skal bruge: Klassens egne materialer: Husholdningssprit Vat Termometer Vejledning En lille tot vat vikles rundt om spidsen af et termometer og holdes fast med en elastik. Vattet dyppes i sprit (ethanol) og svinges rundt i luften eller pustes på. Termometeret viser et drastisk fald i temperatur. Ved en meget kraftig luftstrøm kan man endda nå frysepunktet. Kilde: Guide til fysiske eksperimenter, Werner Jensen, Gyldendal 2000. side 13

Forklaring Der skal tilføres energi, når et stof går fra væskeform til gasfase. Vender stoffet igen tilbage til væskeform, frigives den samme energimængde. Husholdningssprit på hånden føles kold, fordi sprit er en let flygtig væske. Fordampningsvarmen er den varmemængde, der kræves tilført for at fordampe en given mængde af en væske. Fordampningen er den proces, hvorved en væske eller et fast stof overgår til damp. Er temperaturen sådan, at dampens tryk svarer til trykket i væsken, dannes der dampbobler, hvilket kaldes kogning. Kilde: Fordampning, Den Store Danske Encyklopædi, bind 6. Det er meget energikrævende at fordampe vand. Der skal bruges ca. 7 gange så meget energi til at fordampe vandet som til at opvarme vandet fra 20 grader til kogepunktet. Ethanol har en lavere fordampningsvarme, hvilket blandt andet kan opleves ved at gennemføre ovennævnte forsøg med såvel vand som sprit. Forsøg 9: Håndklædekøling Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: Mørkt håndklæde Klassens egne materialer: Termometer 2 stk. 1/2 liters flasker Avis Vand Vejledning Et mørkt og vådt håndklæde lægges i solen over en flaske vand. Vandets temperatur måles før og efter fordampningen. Mål luftens temperatur med to termometre. Dyp det ene termometer i vand, tag det op og lad vandet fordampe. Sammenlign temperaturen målt med de to termometre. Vær opmærksom på, at forsøget kun fungerer, hvis luften er forholdsvis tør. Hæld vand med stuetemperatur i to halv-liters sodavandsflasker. Mål temperaturen og pak flaskerne ind i en avis. Læg pakkerne i solen og væd den ene avis med vand, der har samme temperatur, som vandet i flaskerne har. Vent ca. en halv time og mål vandets temperatur i de to flasker. Forklar forsøgsresultaterne. Kilde: www.vand.au.dk side 14

Fakta I Danmark er den gennemsnitlige indstrålede effekt fra solen ca. 100 W/m2, når man tager hensyn til breddegrad, dag/nat, skyer osv. Kilde: http://www.fipnet.gymfag.dk/vind/opgaver/d.htm Historisk kobling De gamle engelske koloni-soldater var klar over, at vand kræver store energimængder til fordampning. I Engelsk Øst Afrika kunne temperaturen sagtens være 40-50 grader i skyggen - en meget ubehagelig situation for de engelske soldater. De byggede en lille let hytte af sivrør og hyrede et par indfødte til at hælde vand på hytten. På den måde fik man en kølig hytte, hvor man kunne få sin sædvanlige middagssøvn (se billedet). Kilde: lektor Mogens Winther, Amtsgymnasiet i Sønderborg. side 15

Forsøg 10: Sky i syltetøjsglas Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: Gummihandsker Tændstikker Klassens egne materialer: Vand Stort syltetøjsglas Vejledning Hæld en lille smule vand i syltetøjsglasset. Sæt gummihandsken fast over hullet, så handsken hænger ned i glasset. Gummihandsken skal slutte helt tæt om glassets munding. Put din hånd ned i handsken og træk hurtigt udad. Der sker tilsyneladende ikke noget i glasset. Herefter afmonteres gummihandsken og en brændende tændstik eller et lille stykke brændende køkkenrullepapir kastes ned i glasset. Mængden af røg skal være ganske lille, så glasset stadigvæk er gennemsigtigt. Pust eventuelt noget af røgen ud igen. Sæt gummihandsken på igen. Put igen din hånd ned i handsken og træk handsken ud af glasset. Nu dannes der en tåge/sky, når handsken trækkes ud. Skyen forsvinder igen, når handsken slippes og suges ned i glasset. Forklaring Skyer dannes, når vanddamp i atmosfæren afkøles nok til at danne små dråber af flydende vand. I atmosfæren sker dette, når fugtig luft afkøles, og det bevæger sig opad i højere luftlag. Her er trykket lavere, og derfor udvider gassen sig, mister indre energi og afkøles. Vandets molekyler i glasset er i usynlig dampform. Når handsken trækkes udad udvides luften i glasset. Denne udvidelse kræver arbejde, hvilket betyder, at den mister lidt af sin termiske energi, hvilket igen betyder, at molekylerne såvel luftmolekyler som vandmolekyler kommer til at bevæge sig langsommere. Man kan sige, at luften bliver koldere. Når vandmolekylerne bevæger sig langsommere vil de lettere kunne støde sammen og samle sig til små vanddråber. Røgen fra tændstikken hjælper med i denne proces, når vandmolekylerne samler sig omkring røgpartiklerne. Skubbes handsken ned i glasset igen opvarmes luften, og vandmolekylerne vil gå over til usynlig dampform igen. Fakta Skyer dannes i den frie atmosfære som et resultat af kondensation af vanddamp. Tåge adskiller sig kun fra skyer ved at ligge lavt, i kontakt med jordoverfladen. Konvektive skyer dannes, når luft, der er varmere og dermed lettere end den omgivende atmosfære, stiger til vejrs. Atmosfæren er instabil, og processen kaldes fri konvektion. Mængden af vanddamp i den opstigende luft forbliver den samme, mens temperaturen aftager adiabatisk. Når luften under afkølingen når sit dugpunkt, fører kondensation af vanddamp til dannelse af dråber/iskrystaller, og skyen får her sin underkant. Toppen af skyen eller skysystemet findes, hvor konvektionen stopper. Kilde: Skyer, Den Store Danske Encyklopædi, bind 17. side 16

Forsøg 11: Boyle-Mariottes lov Teori Boyle-Mariottes lov: Trykket p gange rumfanget V i en indelukket luftmasse, ved uændret temperatur T er konstant. p. V = k Før i tiden er påvisningen sket ved hjælp af et arrangement med forskydelige kviksølvsøjler, men på grund af kviksølvdampes skadelige virkning er dette apparat udgået som undervisningsmateriale. I stedet kan der bruges en 100 ml plastiksprøjte og en badevægt, som beskrevet nedenfor. Grundlaget er luftarternes tilstandsligning, - også kaldet idealgasligningen. Den handler om sammenhængen mellem tryk, rumfang og temperatur i en indelukket luftmasse, hvor luften ligger langt fra en faseovergang, det vil sige, at den ikke er lige ved at fortætte til væske, når den presses sammen eller afkøles. Tilstandsligningen p. V = n. R. T p er trykket V er rumfanget n er antal mol R er gaskonstanten (energi pr. mol pr. grad) T er temperaturen i Kelwin R = 8,31 Pa. m 3 mol. K Når T holdes på en konstant værdi, er hele højre side af ligningen en konstant, altså p. V = k Det er dette specialtilfælde af tilstandsligningen, som hedder Boyle-Mariottes lov. Af ligningen ses, at tryk og rumfang er omvendt proportionale. Forsøget med plastiksprøjten og badevægten går ud på at påvise dette. side 17

Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: 100 ml plastiksprøjte En stump plastslange med knude på Klassens egne materialer: Badevægt (helst en badevægt, hvor udslaget ændrer sig, når man trykker på den) Vejledning Plastiksprøjten indstilles, så den indeholder et vist rumfang, fx 50 ml. Sprøjtespidsen gøres tæt, fx med en stump plastslange med knude eller en prop. Vi har nu en indelukket luftmasse på V = 50 ml med det samme tryk B som udenfor, altså forsøgstidspunktets barometerstand. Dette er udgangstilstanden, når vi nu ændrer tryk og rumfang ved henholdsvis at presse stemplet ind eller trække stemplet ud, mens sprøjten står oven på badevægten. På badevægten kan vi aflæse den kraft, vi trykker eller trækker med. Se figur 1. Ifølge tilstandsligningen skulle luften blive varmere under sammenpresningen og koldere, når der laves undertryk. Der er imidlertid kun tale om som små temperaturændringer, som hurtigt udlignes i forhold til omgivelsernes temperatur, hvorfor vi antager, at temperaturen T A i praksis er konstant, mens vi laver målingerne. Figur 1 Undersøgelse ved overtryk: Kraft F Anbring sprøjten på vægten. Pres nedad og hold presset på et bestemt antal kg på badevægten, mens en kammerat aflæser det tilhørende rumfang V på sprøjtens måleskala. Notér. Gentag med forskellige belastninger. Aflæs rumfang V på sprøjtens måleskala Aflæs m og omregn til trykændringen x kg side 18

Trykændringen kan nu udtrykkes: p = F = mg A A Trykket inde i sprøjten vil nu være: p = B + p p = B + mg A hvor B er dagens barometerstand. Undersøgelse ved undertryk Tilfældet med undertryk ved rumfangsforøgelse kræver en opstilling, hvor sprøjtens stempel hænges op i en tværstang på to stativstænger, der står i tøndefødder på badevægten. Når man trækker nedad i sprøjtecylinderen, vil trækket i stemplet kunne aflæses på badevægten. De fleste badevægte har en skrue, så man kan nulstille først. Sammenhæng mellem størrelser og måleenheder Tryk Definitionen på tryk er: Kraft pr. areal. På symbolform: p = F A Når der er tale om barometerstanden bruges symbolet B i stedet for p, 1 atm = 760 mm Hg = 1013,25 hpa = 101325 Pa = 101325 N/m2. 1 atm betyder en atmosfæres tryk, som svarer til 760 millimeter kviksølv, det vil sige, at det normale luftryk kan bære en 76 cm høj kviksølvsøjle. Hg er en forkortelse af Hydrargium, som er den internationale betegnelse for kviksølv. Pa (pascal) er en måleenhed for tryk, som svarer til newton pr. kvadratmeter (N/m2). Hektopascal (hpa) kaldes også sommetider millibar. side 19

Rumfang Symbol V Omregningseksempel: 50 ml = 0,05 l = 0,05 dm3 = 0,00005 m3 = 5*10-5 m3. Efterbehandling Boyle-Mariottes lov siger at: p. V = k Med de ovenfor valgte startbetingelser vil denne konstant være: k = 101325 N/m2 * 5*10-5 m3 = 5,06625 Nm = 5,06625 Joule Det varierende tryk inde i sprøjten kan findes ved udregning af: p = B + p p = B + mg A B er barometerstanden (starttrykket) m er antal kg aflæst på badevægten g er 9,82 N/kg og A er stemplets areal Plusset anvendes ved overtryk og minusset ved undertryk. De målte sammenhørende værdier af p og V kan nu plottes ind i et koordinatsystem (V på førsteaksen og p på andenaksen), eller man kan multiplicere dem med hinanden og se om alle produkter bliver ens. side 20

Grafisk tolkning af måleresultaterne p overtryk undertryk 101 kpa 50 ml V overtryk undertryk 50 ml ved 101 hpa er startbetingelserne. Ved overtryk vil grafen ligge op langs andenaksen. Ved undertryk vil grafen ligge hen langs førsteaksen. Hele grafen bliver en Hyperbel. Se resultatet her: Udtrykket: p. V = k kan også skrives p = k. 1 V Ved at plotte 1/V på førsteaksen og det tilhørende p på andenaksen, vil konstanten k vise sig som en ret linie. p 1 V Dette er faktisk beviset på den omvendte proportionalitet mellem trykket p og rumfanget V. Tekst og illustrationer: Povl-Otto Nissen side 21

Materialeliste Materialer i Festivalpakken: Pneumatisk fyrtøj 100 ml sprøjte Fyrfadslys Gummihandsker Balloner Isterningposer Håndklæde T-rør (2 forskellige størrelser) Kugle-cykelventil Plastslange 6/9 mm Tændstikker Modellervoks Klassens egne materialer: Kolbe Termokande Gummipropper Termometer Stort syltetøjsglas Husholdningssprit Vat Cykelpumpe Badevægt Æg Vand Kogende vand Sodavandsdåser Bunsenbrænder (varmekilde) Tang 2 stk 0,5 liter flasker Avis side 22

Links Links til internettet. Her kan der findes baggrundsviden til emnet, flere aktiviteter, hands-on forsøg, undersøgelser, eksperimenter og aktiviteter. www.formidling.dk www.danfossuniverse.com www.test-o-teket.dk www.fysikbasen.dk www.vand.au.dk www.fipnet.gymfag.dk/vind/opgaver/d.htm http://www.povlonis.dk/boyle.html www.europhysicsfun.org www.sthelens.org.uk/teachers/curriculum/science/index.htm www.exploratorium.edu/explore/handson.html www.exploratorium.edu/snacks/ www.kemishow.dk/ http://users.bigpond.net.au/mechtoys/index.html http://members.ozemail.com.au/~macinnis/scifun/miniexp.htm www.exploratorium.edu/science_explorer/ www.bellahoj.dk/klasser/astronomi/sjove_forsoeg.htm http://skol.chem.umu.se/experiment/list.html http://science-on-stage.web.cern.ch/science-on-stage/webcatalog/webcatalog.htm www.scienceonstage.net www.dr.dk/dr1/noerd Litteraturliste Guide til fysiske eksperimenter, Werner Jensen, Gyldendal 2000. Fysikken og den industrielle revolution, Henry Nielsen, Forlaget HOW 1987 Grundlæggende Fysik, Erik Øhlensclæger, Gyldendal 1993. Den Store Danske Encyklopædi side 23