ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZÆØÅ 123456789,. - _ abcdefghijklmnopqrstuvwxyzæøå KOSMOS Grundbog A Af Erik Both; Henning Henriksen; ANina Troelsgaard Jensen Dette er en pdf-fil med Kosmos Grundbog A Filen er stillet til rådighed for elever med læsevanskeligheder. Filen må ikke videredistribueres www.syntetisktale.dk
KOSMOS GRUNDBOG A ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN NINA TROELSGAARD JENSEN
Indhold Start på fysik 6 Tid 8 Længde 14 Temperatur 18 Masse 22 Cafe Kosmos: Satellitterne hjælper os til at finde vej 24 Stofegenskaber 28 Tilstandsformer 30 Faste stoffer 33 Væsker 37 Luftarter 40 Cafe Kosmos: Isen fortæller historie 42 Tryk og opdrift 46 Tyngdekraft 48 Tryk 51 Tryk i luft og væsker 53 Opdrift 58 Cafe Kosmos: Trykket i din krop 60 Elektricitet 64 Elektrisk ladning 66 Elektrisk strøm og batterier 69 Spænding og resistans 74 Elektriske kredsløb 79 Cafe Kosmos: Lyn og torden 82
Start på kemi 86 Hvad er kemi? 88 Egenskaber for kemiske stoffer specielt glas 92 Udstyr til kemi 96 Sikkerhed i fysik/kemi-lokalet 99 Cafe Kosmos: Det skøre glas kan være brudsikkert 102 Stoffer i hverdagen 106 Vand er forudsætningen for liv 108 Opløselighed 110 Krystaller 114 Adskillelse af stoffer 119 Cafe Kosmos: Verdens mest solgte læskedrik 122 Grundstoffer og kemiske forbindelser 126 Atomer 128 Grundstoffer 132 Kemiske forbindelser og molekyler 136 Kromatografi 140 Cafe Kosmos: Diamanter og fodboldmolekylet 142 Ild 146 Stoffer brænder 148 Ild og flammer 154 Tænde ild 158 Ildebrand 161 Cafe Kosmos: Pigen i brintbilen 166 Stikord 170 Litteratur 172 Fotoliste 173 Det periodiske system 174
Forord Fra kaos til KOSMOS Naturvidenskabelig forskning drejer sig om at forstå verden. Ved at undersøge naturen får forskerne viden om verdens opbygning, og om hvordan verden fungerer. Denne viden gør det muligt for os at forudsige, hvad der vil ske i bestemte situationer, tænk bare på vejrudsigter. Ved at lave eksperimenter undersøger forskerne, om deres teorier kan forklare de fænomener, man kan observere i naturen. Navnet KOSMOS er valgt, fordi bogen beskæftiger sig med mange af de enkeltdele, der tilsammen kan beskrive verden. Ordet kosmos er et gammelt græsk ord, der netop betyder verden. Dengang blev ordet kosmos også brugt som modsætningen til kaos. Det er et mål for bogen at bekæmpe kaos ved at bringe orden i de naturvidenskabelige begreber. Fra kaos til kosmos. Naturvidenskab dækker over både fysik, kemi, astronomi, biologi og dele af geografi. I skolefaget fysik/kemi skal vi beskæftige os med de tre første emner. I fysik lærer vi bl.a. om naturens kræfter og energi. I kemi lærer vi om kemiske stoffer, deres opbygning, egenskaber og reaktioner. I astronomi lærer vi om Universet, Solen, Månen, planeter og stjerner. I den første bog i fysik- og kemisystemet KOSMOS er der både traditionelle og mere moderne emner. Tryk, elektricitet, krystaller og ild er nogle af de naturvidenskabelige emner, der behandles. Samlet dækker kapitlerne de krav, der stilles til undervisningen i fysik/kemi. Fysik- og kemisystemet KOSMOS har en hjemmeside www.kosmos.gyldendal.dk. 4
SMÅ DYR OG PLANTER FORORD Sådan bruges bogen Appetitvækker Hvert kapitel indledes med en appetitvækker, hvor I kan læse en kort tekst om emnet. I appetitvækkeren findes også en række spørgsmål, der besvares i kapitlet. Grundbogens tekst I kan læse hvert kapitel som en sammenhængende tekst. På den måde kommer I gennem emnet på en overskuelig måde. I kan også vælge at bruge bogen som opslagsbog, efterhånden som I laver øvelser og eksperimenter. Nyttige oplysninger og sidehistorier Mange steder i bogen er der oversigter med forklaringer over de faglige ord, der bruges. Der er også små historier om fx opfindelser, videnskabsmænd eller moderne forskning. Eksperimenter og andre aktiviteter I kopimappen findes mange forskellige øvelser til hvert kapitel. I grundbogen findes også vejledninger til eksperimenter, som klassen kan lave sammen. Under mange af tekstafsnittene ses en lille trekant ved siden af et nummer. Det er en henvisning til en øvelse, der passer til netop dette sted i teksten. Cafe Kosmos Cafe Kosmos er artikler om forskellige emner inden for fysik, kemi og astronomi. Her kan I læse om helt ny forskning, historiske bedrifter og praktiske anvendelser af naturvidenskaben. Det ved du nu Til sidst i hvert kapitel findes en side med en oversigt over, hvad I nu ved efter at have læst kapitlet. Prøv dig selv Når I skal finde ud af, hvor meget I har lært, kan I bruge siden Prøv dig selv. Ved at svare på spørgsmålene og arbejde med udfordringerne bliver det tydeligt, hvor meget I har lært. God fornøjelse med KOSMOS. Erik Both Henning Henriksen Nina Troelsgaard Jensen 5
Start på fysik TID LÆNGDE TEMPERATUR MASSE CAFE KOSMOS: SATELLITTERNE HJÆLPER OS TIL AT FINDE VEJ Med verdens bedste kikkerter kan man se langt ud i Universet. Astronomer kan ved at se på farven af lyset fra stjernerne sige noget om deres afstande fra os, om deres masse og om hvor lang tid der er gået, siden stjernerne udsendte lyset. Også stjernernes temperatur afsløres af farverne. Billedet er et kig ud i Universet, som det så ud for mange milliarder år siden. Kapitlet handler om de samme grundlæggende begreber, som billedet afslører, om tid, om længde, om temperatur og om masse. Disse begreber er grundlaget for al fysik og kemi. Ved at kende dem, får du et sprog til beskrivelse af naturen. Hvor har du haft brug for at måle tid, længde, temperatur og masse? Hvad er din reaktionstid? Hvad er det hurtigste i verden? Hvad er den laveste temperatur i verden? Hvor er de varmeste og koldeste steder på Jorden? 7
START PÅ FYSIK Tid Tiden begyndte for omkring 14 milliarder år siden. Ved en voldsom begivenhed, nærmest en eksplosion, blev hele Universet skabt. Eksplosionen kaldes big bang. Siden big bang har Universet udvidet sig. Og det vil fortsætte sin udvidelse i mange milliarder år. Ingen ved, hvad der var før big bang. Fysikere og astronomer siger, at der intet var. Det er ikke til at forstå. Tiden eksisterede ikke før big bang. Der var ingen stoffer. Der var bare ikke noget! Du er kun et punktum 14 milliarder år er meget lang tid. Man kan danne sig et indtryk af så lang en tid ved at se på denne bog. Lad første bogstav på denne side svare til tidspunktet for big bang. Sidste punktum i bogen på side 176 svarer til nutiden. Det betyder, at hver side svarer til 80 millioner år, og hver linje til to millioner år. Vores Jord har kun eksisteret i de sidste 50 sider af Tidens Bog. Dinosaurernes periode er de sidste tre sider i bogen. De uddøde efter et par linjer på sidste side. Vores menneskerace 8
START PÅ FYSIK blev først skabt i bogens sidste punktum. Vi fylder ikke meget i Tidens Bog. Sekunder, minutter og timer Tid måles i sekunder. Når det er mere praktisk, kan man også bruge minutter eller timer. Der går 60 minutter på 1 time, og der går 60 sekunder på 1 minut. Jorden drejer én omgang rundt på 24 timer. Der er altså sammenhæng mellem Jordens rotation og størrelsen af et sekund. Man kalder udtryk som sekund, minut og time for enheder. Når et tidsrum skal angives, bør man altid benytte den mest fornuftige enhed. En fodboldkamp varer 90 minutter. Det vil ikke være fornuftigt at skrive, at en fodboldkamp varer 5400 sekunder, selv om det ikke er forkert Når man angiver en fysisk eller kemisk størrelse, fx en tid eller en længde, skal der altid være både et tal og en enhed. Det giver ingen mening at skrive, at en fodboldkamp varer 90, eller at en løbetur er 5 lang. Der skal altid være en enhed efter tallet. Kopiark 1.1 Tidsmålere I oldtiden målte man tiden med solure. Man fandt tidspunktet ved at se på skyggen af en pind. Pindens skygge viser, hvad klokken er. Et solur er ikke et særlig præcist ur. Et timeglas består af to glasbeholdere, hvor det ene er fyldt med fint sand. Vender man timeglasset, løber sandet gennem et lille hul ned i den nederste beholder. Når den øverste beholder er tom, er der gået et bestemt tidsrum, fx en time. Ved at afpasse mængden af sand, kan et timeglas blive meget præcist. Mekaniske ure, der bliver trukket af lodder, har været kendt i mere end 700 år, men de var ikke særlig præcise, før ure med penduler blev opfundet midt i 1600-tallet. Den tid, et pendul bruger til sin bevægelse fra en yderstilling og tilbage igen, er altid den samme. Denne tid kaldes svingningstiden. Hver gang pendulet er i en yderstilling, får viserne et lille skub af mekanikken inde i uret. Pendulure kan kun bruges, når de står fast og ikke rystes. Armbåndsure må derfor virke på en anden måde. I dag indeholder de fleste armbåndsure en lille krystal af et materiale, der hedder kvarts. Krystallen kan bringes til at svinge, så den Tidsenheder Tid kan bl.a. angives i år, døgn, timer, minutter og sekunder. 1 år er 365 døgn (i skudårene, hvert 4. år, dog 366 døgn) 1 år er 12 måneder 1 måned er 28, 29, 30 eller 31 døgn 1 uge er 7 døgn 1 døgn er 24 timer 1 time er 60 minutter 1 minut er 60 sekunder Forkortelser for tid I stedet for at skrive 5400 sekunder kan man også skrive 5400 s. I tabellen er vist forkortelser for tidsenhederne. Bemærk, at der ikke benyttes et punktum i slutningen som ved andre forkortelser. Enhed Forkortelse sekund s minut min time t eller h* *kommer fra engelsk hour, der betyder time. Alle danskere ved, hvad der menes, når der står 60 km på en færdselstavle. Men i fysikken skal man være mere præcis. Enheden km/t skal med. Ellers kan der nemt opstå misforståelser. 9
START PÅ FYSIK I uret til højre går der et sekund, hver gang pendulet har svinget en tur frem og tilbage. Nyttige oplysninger En fysisk størrelse består af et tal og en enhed. Enheden for tid er sekund, der forkortes s. Andre tidsenheder er minut, time og døgn, der benyttes, når det er fornuftigt. Et døgn er den tid, Jorden bruger for at dreje én omgang. Reaktionstid er den tid, der går, fra noget ses eller høres, og til kroppen reagerer. ændrer sin tykkelse en ganske lille smule. Ved at tælle de hurtige svingninger, kan uret laves, så tiden måles meget præcist. Et godt kvartsur går mindre end 0,1 sekund forkert i døgnet. De mest præcise ure er styret af et radiosignal, der udsendes fra meget nøjagtige atomure. I Europa udsendes disse signaler fra et atomur i Tyskland. Radiostyrede ure i Danmark viser derfor alle præcis samme tid. I dag er mange armbåndsog vækkeure også radiostyrede. Kopiark 1.2 og 1.3 Jorden drejer Et døgn er den tid, Jorden bruger for at dreje én omgang. Solen står ikke op samtidigt i alle lande. Når vi har dag i Danmark, er det nat i Australien. Når Solen står højest på himlen, skal klokken være 12. Derfor er Jorden inddelt i 24 tidszoner. I Danmark 10
START PÅ FYSIK Samtidig med at Jorden drejer om sin akse, tager den en hel tur rundt om Solen. Den tur varer et år. Rundturen foregår næsten i en cirkelbane. Kan du forklare, hvilken af situationerne på billedet, der viser Jordens position, når det er sommer i Danmark? 10 9 4 +2 0 +6 120 +7 +9 Jorden er inddelt i 24 tidszoner. Grænsen mellem tidszonerne går ikke overalt fra nord til syd. Landegrænser og andre forhold er årsag til skæve tidszoner. +10 120 5 2 +11 +9 +6 4 +1 +10 +11 +7 +3 +3 1 +8 +4 +3 +5 +7 +11 5 + +5:30 4 + +1 180 kl. 23 0 kl. 2 kl. 4 12 2 kl. 8 +7 30 kl. 12 kl. 13 kl. 14 90 kl. 17 120 kl. 18 kl. 19 +8:30 0 +9 180 kl. 22 kl. 23 er klokken således den samme som i de fleste europæiske lande. Vi ligger i samme tidszone som fx Tyskland, Sverige og Italien. I England er tiden en time forskudt. Er klokken 8 i Danmark, er den kun 7 i England. Kopiark 1.4 Reaktionstid Når en bilist ser en forhindring et stykke fremme på vejen, går der næsten 0,2 sekunder, inden bilisten begynder at bremse. Den tid kaldes reaktionstiden. Det tager tid for hjernen at forstå og derpå behandle, det man ser. Det tager også tid for nerverne at sende besked ned i benet, så foden kan begynde at trykke på bremsepedalen. Derfor begynder opbremsningen ikke straks. Er bilisten træt, beruset eller påvirket af stoffer, bliver reaktionstiden meget længere. Kopiark 1.5 og 1.6 11
START PÅ FYSIK En tyvstart som på billedet betyder, at løbet skal startes igen. Er løberen også for hurtig i næste start, får han ikke lov til at deltage i løbet. Tyvstart Ved løbekonkurrencer må man ikke tyvstarte. Der er derfor ved store stævner anbragt en plade i startblokkene, så man kan måle, hvornår løberen sætter af. Når starteren har kommanderet På jeres pladser og senere Færdige, er løberen parat til start. Når løberen sætter af, trykker foden på pladen. For de bedste løbere går der kun ca. 0,12 sekund, fra de hører startpistolen, til de begynder at løbe. Men hvis målingen af fodens tryk på startblokken viser en reaktionstid på under 0,10 sekund, kaldes det en tyvstart. Starteren får så et signal i sit øre, der fortæller, at en løber er tyvstartet. Han skyder igen med startpistolen for at få løberne til at stoppe. I gamle dage skød starteren med en rigtig pistol. Da lyden bevæger sig godt 300 meter hvert sekund, varede det lidt tid, inden løberne hørte lyden. Og løberen længst væk fra starteren hørte lyden senere end de andre. I dag er der i startblokkene en højttaler, så alle løbere hører lyden samtidig. 12
START PÅ FYSIK EKSPERIMENT Hvad er din reaktionstid? Reaktionstiden, som du har fundet med reaktionstidsmåleren, kan bestemmes mere præcist med et elektronisk stopur, en såkaldt impulstæller. Impulstælleren indstilles, så den starter, når en tilsluttet mikrofon hører en kraftig lyd. Når forsøgspersonen hører lyden, skal han trykke på en knap, så impulstælleren stopper. På impulstællerens display kan forsøgspersonen aflæse sin reaktionstid. Små fugle har en meget kortere reaktionstid end giraffer. Det skyldes, at signalerne fra hjernen ud til musklerne skal løbe en kortere vej i små dyr end i store. I skal benytte jeres målinger til at afprøve følgende påstand: Høje elever har en længere reaktionstid end lave elever. Mål alle elevers højde og reaktionstider og skriv dem ned på kopiarket. I koordinatsystemet på kopiarket afsættes et punkt for hver elev i klassen. Højden ud ad førsteaksen. Reaktionstiden ud ad andenaksen. Stemmer påstanden for klassen? 13
START PÅ FYSIK Længde Lene Vestergaard Hau, dansk fysiker (1959-). Lene Vestergaard Hau, der arbejder i USA, sendte i 2001 en lysstråle ind i en beholder, hvor temperaturen var meget lav. Kun få milliardtedele af en grad fra den laveste temperatur, der kan nås. I beholderen var der fordampet natrium. Lyset, der blev sendt ind i beholderen, gik i stå og kunne senere startes igen. Ved disse meget lave temperaturer sker der underlige ting med det, der ellers er det hurtigste i verden. Et jagerfly flyver så hurtigt, at det kan gennembryde lydmuren, dvs. det flyver hurtigere, end lyden bevæger sig gennem luften. Et superhurtigt fly kan flyve tre gange så hurtigt som lyden, dvs. med en fart på ca. 1 kilometer pr. sekund. Det er dog ingenting i forhold til en lysstråle. Lyset bevæger sig nemlig med en fart, der er 300.000 gange større end flyets. Lys, der udsendes fra Solen, når ned til Jorden på ca. 8 minutter. I rummet mellem Solen og Jorden er der ingen luft, og i dette lufttomme rum er lysets fart ca. 300.000.000 meter pr. sekund, eller mere nøjagtigt 299.792.458 meter pr. sekund. Hvis man måler lysets fart gennem luft, får man en lidt mindre værdi. Lysets fart er størst i et lufttomt rum. Fysikerne over hele verden blev i 1983 enige om, at længden 1 meter skulle fastlægges ud fra lysets fart gennem lufttomt rum. Nu kunne man alle steder på Jorden ved hjælp af en lufttom beholder bestemme, netop hvor lang en meter er. Da lyset bevæger sig 299.792.458 meter på 1 sekund, vil lyset bevæge sig præcist 1 meter på 1/299.792.458 sekund. Dette er definitionen på en meter. Afstanden til Månen I 1969 landede rumskibet Apollo-11 på Månens overflade. Her anbragte astronauterne en kasse, der stadig står der. Kassen er bare en stor refleksbrik som dem, der kan sættes på tøjet. Når lys fra billygter rammer en refleksbrik, kastes lyset tilbage i samme retning, som det kom fra. På den måde kan en bilist straks se en cyklist foran sig. Siden 1969 har fysikere på Jorden mange gange sendt en lysstråle (en laserstråle) op mod kassen på Månen. Hvis lysstrålen rammer plet, bliver den kastet tilbage mod Jorden. Ved Refleksbrikken på Månen. I kassen, der er 46 cm på hver led, er der 100 terninger af kvarts. Terningerne er slebet så præcist, at en lysstråle fra Jorden sendes tilbage i nøjagtig samme retning, som den kom fra. 14
START PÅ FYSIK at måle hvor lang tid der går, fra lysstrålen sendes af sted fra Jorden, til den kommer tilbage, kan man finde afstanden fra Jorden til Månen. Afstanden til Månen er på denne måde blevet målt til ca. 385.000 km. Da lysets fart er 300.000 kilometer pr. sekund, varer lysstrålens rejse op til Månen og tilbage igen ca. 2,5 sekund. Fordi lysets fart og dermed også længden 1 m er så nøjagtigt bestemt, kan man måle afstanden til Månens overflade med en nøjagtighed på 3 cm. Det er en helt fantastisk nøjagtighed, og man kan ved disse målinger se, at Månen langsomt bevæger sig længere væk fra Jorden. Det varer dog lang tid, inden Månen forsvinder. Afstanden bliver bare ca. 10 cm større hvert år. Metersystemet Ordet meter stammer fra græsk, hvor metron betyder at måle. Forkortelsen m benyttes for meter. En længde skal, lige som andre fysiske størrelser, altid angives med både et tal og en enhed. Fx kan længden af en fodboldbane være tæt på 100 m. Når man skal måle store afstande, bruger man ofte enheden kilometer, der forkortes km. Fx kan en landingsbane i en lufthavn være 3 km lang. Længden 1 km er det samme som 1000 m. Skal man måle længder, der er kortere end 1 m, bruger man tit enheden centimeter, der skrives som cm. Fx er denne bog ca. 26,5 cm høj. Længden 1 m er det samme som 100 cm. Endnu mindre ting måles ofte i millimeter, mm. Fx er en tændstik ca. 2 mm tyk. Der går 10 mm på 1 cm. Kopiark 1.7 Store og små tal I arbejdet med fysiske og kemiske målinger er der ofte brug for meget store eller meget små tal. For at lette arbejdet kan nogle af nullerne erstattes med ord. Ord som kilometer, megahit, deciliter, millimeter, mikroskop og nanoteknologi har alle en forstavelse, der har noget med antallet af nuller at gøre. Ordene kilo, mega, deci, milli, mikro og nano er eksempler på såkaldte præfikser. Ordet kilo betyder således 1000 eller 3 nuller. I tabellen er angivet betydningen af nogle af disse præfikser. Altså er 1 nanometer eller 1 nm en milliardtedel af en meter. Bredden af en rund ting, der ikke kan måles med en lineal eller en målestok, kan findes ved at bruge en skydelære. Tier-potenser Fra matematikken er begrebet tier-potenser kendt. 10 gange 10 kaldes 10 2, og 10 10 10 kaldes 10 3 eller 1000. Størrelsen 10 3 læses ti i tredje. Med denne skrivemåde kan man nemmere angive den tid, der er gået siden big bang. Den er 43 10 15 sekunder, altså 43 efterfulgt af 15 nuller. På tilsvarende måde skrives fx 1/1000 som 10 3, der læses ti i minus tredje. I tabellen er vist en række meget brugte præfikser. Præfiks Størrelse Tier-potens Forkortelse mega 1 000 000 10 6 M kilo 1000 10 3 k hekto 100 10 2 h deci 1 10 10 1 d centi 1 100 10 2 c milli 1 1000 10 3 m mikro 1 1.000.000 10 6 µ (my) nano 1 1.000.000.000 10 9 n 15
START PÅ FYSIK Længdemål i det gamle Danmark I gamle dage målte man længder ud fra sin egen krop. En tomme var længden af det yderste led på tommelfingeren. Ved hjælp af tommelfingeren kunne man fx måle bredden af et bræt til 4 tommer. En fod var længden af foden fra hæl til tå, mens en alen var længden fra armhulen til spidsen af fingrene. Disse mål varierer dog fra menneske til menneske, og det betød, at der var en masse snyderi, når folk handlede. Ole Rømers målestokke Ole Rømer, dansk fysiker (1644-1720). Allerede for 400 år siden forsøgte den danske konge Christian 4. at få indført, at der alle steder i Danmark blev brugt samme længdeenhed, men det var svært at få folk til at holde op med at bruge deres gamle længdeenheder. Først i 1683 fik fysikeren Ole Rømer udarbejdet et længdesystem, som blev indført i hele landet, således at 1 alen havde den samme længde overalt i Danmark. Nyttige oplysninger Enheden for længde er meter, der forkortes m. Lysets fart, ca. 300.000.000 m/s, er det hurtigste i verden. Afstanden fra Nordpolen til Ækvator er 10.000 km. Meterenheden bliver skabt Andre lande havde også forskellige måleenheder til længdemåling. I 1791 besluttede man i Frankrig at finde en længdeenhed, som kunne bruges internationalt. Længdeenheden skulle kaldes meter, og længden 1 meter skulle bestemmes ud fra Jordens størrelse. Man udregnede afstanden fra Nordpolen til Ækvator og besluttede, at denne længde skulle være ti millioner meter, dvs. 10 000 kilometer. Længden 1 meter blev derfor en ti-millionte-del af afstanden fra Nordpolen til Ækvator. Længden 1 meter blev angivet på en stang lavet af en blanding af metallerne platin og iridium. De påvirkes stort set ikke af andre stoffer og ændres derfor ikke selv efter mange år. Tværsnittet af stangen udformedes, så det lignede en blanding af et X og et H. Herved blev stangen meget stiv, så den ikke kunne bøjes. Når man brugte stangen, skulle den være i en blanding af is og vand ved temperaturen 0 ºC. Så var man sikker på, at den havde samme længde, hver gang man skulle sammenligne den med andre målestokke. På stangen blev ridset to meget tynde streger, og afstanden mellem dem var netop 1 meter. Denne målestok fik navnet normalmeteren. Den første globalisering blev skabt af fysikere I Frankrig lavede man kopier af normalmeteren, og kopier blev sendt til mange lande, bl.a. Danmark. I disse lande blev kopien landets normalmeter, og ud fra den lavede man nye meterstokke, der blev sendt rundt i landet. Den danske normalmeter bruges ikke mere, fordi man nu bestemmer en meter på en anden måde. Normalmeteren opbevares i et pengeskab på Danmarks Tekniske Universitet. Metersystemet gavnede den internationale handel. Købmænd i forskellige lande kunne nu bedre handle sammen, 16
START PÅ FYSIK EKSPERIMENT Længdemåling I skal bruge forskellige redskaber til at måle længder. I kan fx bruge lineal, målebånd, tommestok, mikrometerskrue, skydelære eller opmålingshjul. Vælg det bedste måleredskab og mål fx: Højden af fysik/kemi-lokalet Længden af en lillefinger Radius af et cykelhjul Tykkelsen af et stykke papir Afstanden fra fysik/kemi-lokalet til skolens kontor Skriv jeres mål ind på kopiarket og afgør, hvilket måleredskab der er bedst til at måle de forskellige ting. fordi de vidste, at hvis de købte et antal meter af noget i et fremmed land, så fik de netop den længde, som de havde bestilt. Dette var verdens første globalisering. I Danmark var vi ikke så hurtige. Først i 1907 tilsluttede vi os det internationale metersystem, som et af de sidste europæiske lande. I Frankrig brugte man udtrykket, at den nye længdeenhed, meteren, skulle være for alle mennesker til alle tider. Det har vist sig at være rigtigt, for længdeenheden 1 meter er blevet den vigtigste og mest brugte længdeenhed i verden. Fart I byer må biler ikke køre hurtigere end 50 kilometer i timen. En hurtig elev i 7. klasse kan løbe 60 meter på 10 sekunder. I begge situationer indgår begrebet fart. Fart er et mål for, hvor langt man kommer frem på en time eller på et sekund. Løber man 60 meter på 10 sekunder er farten 6 m/s, fordi man kommer 6 meter frem hvert sekund. Går man, er farten mellem 1 og 2 m/s. En time er 3600 sekunder, fordi der i hvert af de 60 minutter er 60 sekunder. Går man med en fart på 1 m/s kommer man 3600 meter frem på en time. Denne fart kan også skrives som 3,6 kilometer i timen. Skal man ændre en fart, der er angivet i m/s, skal man gange med 3,6 for at få farten i km/t. På den danske normalmeter er der et par centimeter fra enderne ridset nogle tynde streger, der kun kan ses med en lup. Den særlige facon gør, at stangen er svær at bøje. 3,6 m/s km/t : 3,6 17
START PÅ FYSIK Temperatur Hos optikere og isenkræmmere kan man købe et specielt termometer. I en høj, lukket glasbeholder svømmer nogle glaskugler fyldt med en farvet væske. Under hver glaskugle er fastgjort en plade. På pladen er vist et tal. Hver gang temperaturen stiger 1 grad, synker en kugle ned fra toppen til bunden af glasset. Tallet på den nederste af de kugler, der svømmer i toppen, viser temperaturen i rummet, hvor termometret står. Der er altså 22 grader celsius i det rum, hvor termometret til venstre står. Dette termometer blev opfundet i Italien midt i 1600-tallet. På det tidspunkt ønskede lægerne at kunne måle en syg patients temperatur, men der fandtes dengang ikke brugbare termometre. På naturforskeren Galileis forslag blev en meget lille udgave af dette termometer fremstillet til brug for lægerne. Væsken i beholderen udvider sig lidt, når den bliver varmet op. Og det er nok til, at en af kuglerne ikke længere kan svømme i toppen, men synker til bunds. Det første rigtige termometer var hermed opfundet. Når temperaturen stiger, udvider væsken i termometret sig. Det får en af glaskuglerne i toppen til at synke ned. Temperaturskalaer Sammenhængen mellem kelvin-, celsius- og fahrenheitskalaerne. 0 273 373 K 273 0 100 C 460 32 212 F Temperaturmåling Temperatur er et mål for, hvor varmt eller koldt noget er. Når vejret er flot en sommerdag, er temperaturen høj. Skal man have det rart indenfor en vinterdag, skal husets varmeanlæg sørge for en passende høj temperatur. Temperatur er derfor noget, der interesserer alle. Kopiark 1.8 Celsiusskalaen Temperatur kan måles i enheden grader celsius, der skrives ºC. Skalaen er lavet sådan, at en blanding af vand og isklumper har temperaturen 0 ºC, og kogende vand har temperaturen 100 ºC. Mellem disse to punkter er skalaen inddelt i 100 lige store dele, der hver svarer til 1 ºC. Denne temperaturskala er opkaldt efter den svenske astronom og fysiker Anders Celsius. Celsiusskalaen fungerer selvfølgelig også, når temperaturen er højere end 100 ºC, og når den er lavere end 0 ºC. Ved frostgrader sættes et minus foran temperaturen. I en almindelig fryser skal temperaturen helst være 18 ºC. 18
START PÅ FYSIK Kelvinskalaen Der er ingen øvre grænse for, hvor varme ting kan blive. Der er imidlertid en nedre grænse for temperaturen. Den lavest mulige temperatur er 273 ºC. Det betyder, at intet i verden kan blive koldere end 273 ºC. Denne lavest mulige temperatur kaldes det absolutte nulpunkt. Der findes en anden temperaturskala, der begynder ved det absolutte nulpunkt, og hvor temperaturen af smeltende is er 273 ºC. Denne skala, der kaldes kelvinskalaen, er opkaldt efter den engelske fysiker, lord Kelvin. Temperaturer i kelvinskalaen kaldes kelvin og forkortes K. Man kan finde en temperatur i kelvinskalaen ved at lægge 273 til temperaturen i celsiusskalaen. I kelvinskalaen koger vand således ved temperaturen 373 K. Fahrenheitskalaen Temperatur måles også i andre enheder end celsiusgrader. I nogle lande bl.a. USA og England måles temperaturer normalt med fahrenheitskalaen. I denne skala fryser vand til is ved 32 ºF, og det koger ved 212 ºF. Skalaen har fået disse underlige værdier, fordi menneskets kropstemperatur blev sat til 100 ºF, og den temperatur, der i 1700-tallet var den lavest kendte, blev sat til 0 ºF. Termometre Føler man på en ting, har man en fornemmelse af dens temperatur. Men sanserne kan snyde. Skal man måle en temperatur, må derfor benyttes et termometer. Termometre kan se meget forskellige ud. De tre vigtigste typer er væsketermometre, digitaltermometre og strålingstermometre. Et væsketermometer består af et glasrør, der har en beholder i den ene ende. I beholderen er der en farvet væske. Når beholderen bliver varmet op, udvider væsken sig og stiger højere op i glasrøret. Tidligere var væsken normalt kviksølv, som er et metal, der er flydende ved stuetemperatur. I moderne væsketermometre bruges fx farvet sprit eller en blanding af metallerne gallium, indium og tin. Denne blanding af metaller er flydende. Bag røret med væske er en skala, som passer til beholde- Ekstreme temperaturer Højeste temperatur i Danmark. Målt i Holstebro, 10. august 1975 36,4 ºC Laveste temperatur i Danmark. Målt i Thy, 8. januar 1982 31,2 ºC Højeste temperatur på Jorden. Målt i Libyen, 1922 58 ºC Laveste temperatur på Jorden. Målt i Antarktis, 1987 89,2 ºC Solens overfladetemperatur 5800 ºC Solens temperatur i centrum 15-16 millioner ºC Jordens temperatur i centrum Ca. 5000 ºC Diamants smeltepunkt 3550 ºC Laveste temperatur. Det absolutte nulpunkt 273 ºC 19
START PÅ FYSIK Termometre Når man bruger et termometer, er det vigtigt at aflæse det rigtigt. Et almindeligt væsketermometer indeholder farvet sprit i et glasrør. Når spritten bliver varmere, stiger den op i glasrøret. Temperaturen aflæses ved at holde øjet vinkelret ud for spritsøjlens overflade. Aflæses højden skævt, er det let at læse op til en grad forkert. Nyttige oplysninger Enheden for temperatur er grad celsius, der forkortes ºC. Kelvin, der forkortes K, er en anden temperaturenhed. Der gælder, at en temperatur i kelvin er lig temperaturen i grader celsius plus 273. Det absolutte nulpunkt, 273 ºC eller 0 K, er den laveste temperatur, der kan nås. rens størrelse. Når termometret bruges, aflæses på skalaen, hvor højt overfladen af væsken er nået op i røret. Digitaltermometre virker uden væske. I et digitaltermometer findes et materiale, der har forskellige egenskaber ved forskellige temperaturer. Elektronikken i termometret kan så oversætte dette til en temperatur, der vises i et display. Tidligere blev syge menneskers temperatur målt med et kviksølvtermometer, der blev stukket ind i endetarmen. Senere har man også benyttet termometre, der blev stukket ind i munden under tungen. Når man angiver en syg persons temperatur, skal det nævnes, hvordan temperaturen er målt. Temperaturen er nemlig en halv grad lavere under tungen end i endetarmen. I dag anvendes tit en metode, der benytter varmestråling. Alle genstande udstråler varme. Bliver temperaturen højere, udstråles mere varme. Et sådant stråletermometer kan stikkes ind i øret og måler temperaturen inderst i øret. Menneskets normale temperatur er ca. 37 C. 20