Naturvetenskap – Gymnasieskola
Modul: Väder och klimat
Del 1: Artikel: Elevfrågor med kommentarer
Kommentarer till elevfrågorna
Ann-Marie Pendrill och Nina Reistad, Lunds universitet
I denna artikel går vi kort igenom vanliga problem knutna till elevfrågorna och föreslår
fördjupade undersökningar för att utmana elevers tolkningar.
Solinstrålning mot Jorden
Varför har vi årstider?
Filmen "A private universe" från 1987 är klassisk. Nyexaminerade Harvards-studenter
har svårt att förklara.. (Artikeln "A Private Universe online resources", av Matthew H
Schneps and Philip M Sadler sammanfattar filmen och www-resurser med forskning
knuten till detta projekt. http://www.scienceinschool.org/2010/issue17/privateuniverse )
Ett vanligt spontantsvar på frågan "Varför är det kallare på vintern?" är att "Vi är längre
från solen". Ofta räcker det att påminna om att Australien har sommar när vi har vinter,
för att göra det tydligt att detta svar inte räcker.
Man kan också gå in lite djupare, t.ex. med en serie frågor:
•
Hur stor skillnad är det mellan längsta och kortaste avståndet mellan solen och
jorden?
•
Hur beror instrålningen på avståndet?
•
Hur stor temperaturskillnad svarar det mot?
Med ett antal värmeljus och ett papper med fettfläck kan man undersöka hur
instrålningen beror på avståndet. Man kan också använda telefonens för
belysningsmätning)
Jorden är dessutom närmare solen under vinterhalvåret – det kan man konstatera genom
att räkna antalet dagar mellan höstdagjämning och vårdagjämning, respektive
vårdagjämning och höstdagjämning och tillämpa Keplers 3:e lag om att planeten sveper
lika yta på lika tid (och rör sig snabbare i banan när den är närmare).
Solhöjd och latitud
Frågan: Varför kan det vara varmare i Alexandria, där solen är uppe ca 14 timmar per
dygn i juni, än i Kiruna där solen inte alls går ned under veckorna kring midsommar?
Väder och klimat, Del 1,
Artikel: Elevfrågor med kommentarer
Fyll i månad och år (formatmall Sidhuvud)
https://larportalen.skolverket.se
1 (4)
Här måste man förstå vinkelns betydelse. Man kan undersöka
detta med telefonens ljussensor, och luta telefonen i olika
riktningar, t.ex. med Physics Toolbox Sensor Suite
(www.vieyrasoftware.net)
Jordaxelns lutning kan man mäta genom att mäta solhöjd vid
middagstid, omkring sommarsolståndet eller vintersolståndet.
Lufttryck
•
Varför är det svårt att öppna frysen när den nyss har blivit stängd?
•
Hur mycket väger luften över 1 kvadratdecimeter om lufttrycket är 1013hPa?
(Tänk en luftpelare som går rakt upp genom atmosfären). Hur hög vattenpelare
svarar detta mot?
Den allmänna gaslagen, pV=nRT, kombinerar tre variabler: Tryck, temperatur och
volym. Om en av dem hålls konstant kan vi veta hur de två andra ändras tillsammans
(om vi inte samtidgit ändrar antalet mol, n)
Varför är det svårt att öppna frysen när den nyss har blivit stängd?
När frysen öppnas värms luften upp något och expanderar. När dörren stängs kyls den
ned och trycket sjunker. Att säga att luften "krymper" är inte riktigt sant – frysens volym
ändras inte, utan det är trycket som ändras.
Det normala lufttrycket vid havsytan är ca 1013 hPa, som svarar mot 760 mm Hgpelare, eller ca 11m vattenpelare. Luften över en kvadratmeter trycker alltså ned med en
tyngd som motsvarar 11 ton! Då är det kanske inte konstigt att ett litet undertryck inne i
frysen svarar mot ganska stor kraft!
Att fundera över: Hur kan träd bli högre än 11 m?
Man kan använda telefonens barometer för att undersöka hur lufttrycket ändras när man
går upp eller ned, t.ex. i skolans trappor, eller en lång backe. Hur ändras luftens densitet
när trycket ändras? Om man antar att temperaturen är konstant (det är den inte!) kan
man utnyttja gaslagen för att härleda "barometerformeln", dvs hur trycket varierar med
höjden.
Varför stiger varm luft uppåt?
Blir varm luft "lättare"? Molekylerna finns ju kvar, men när luften värms upp rör sig
molekylerna snabbare, trycket ökar något och kan trycka undan molekyler i den
Väder och klimat, Del 1,
Artikel: Elevfrågor med kommentarer
Fyll i månad och år (formatmall Sidhuvud)
https://larportalen.skolverket.se
2 (4)
omgivande luften och expandera. En varmluftsballong har möjlighet att expandera (så
att densiteten blir lägre).
Om luften stiger uppåt utan att ta upp eller avge energi är det en s.k."adiabatisk
expansion". Detta begrepp används för att förstå olika luftströmmar.
Fasomvandlingar
•
Ibland "svettas" den iskalla drickan du tar ut ur kylen - varför? Blir drickan
varmare eller kallare av att "svettas"?
•
Varför kan man bli nedkyld av att vara våt efter ett bad, medan en torr bastu
känns inte känns lika varm som en våtbastu vid samma temperatur?
Den relativa luftfuktigheten ökar när luften kyls ned. Om den kyls ned tillräckligt
mycket kondenserar vattenångan i luften och blir till vattendroppar på burken eller
flaskan. Kondensation innebär att "latent värme" frigörs, och leder till att drickan värms
upp.
För att vattnet ska avdunsta, så att du blir torr efter badet tas energi från din kropp:
Avdunstning kräver energi, mycket energi. I en fuktig bastu kondenseras istället
vattenångan på din kropp och energin frigörs.
Månen
•
Varför kan vi bara se en del av månen belyst när det är
nymåne (eller när månen är i nedan som på bilden)?
•
Tänk att du är på månen och väntar på soluppgången?
Vilken skillnad finns mellan soluppgångar på Jorden
och månen.
Varför kan vi bara se en del av månen belyst när det är
nymåne?
Det vanligaste spontansvaret är "Jorden skuggar solens strålar" – men tittar man på
bilder från halvmåne är det tydligt att det inte stämmer. (När Jorden skuggar Solens
strålar kallas det månförmörkelse.) Bilder i läroböcker visar ofta Jorden, solen och
månen i samma plan, men så är det inte alltid. Mån- och solförmörkelser är betydligt
mer sällsynta än nymåne!
Tänk att du är på månen och väntar på soluppgången? Vilken skillnad finns
mellan soluppgångar på Jorden och månen.
På månen finns ingen atmosfär som sprider ljuset, ingen skymning, ingen gryning, ingen
blå himmel och ingen vind. Titta på bilder och filmklipp från första månlandningen och
notera hur mörk himlen är, trots att marken på månen är belyst.
Väder och klimat, Del 1,
Artikel: Elevfrågor med kommentarer
Fyll i månad och år (formatmall Sidhuvud)
https://larportalen.skolverket.se
3 (4)
•
https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/apollo11.html
Att titta på skillnaden i hur mycket ljus som träffar månens olika delar och hur det
påverkar temperaturen kan vara en inledning till diskussioner om lokalklimat på Jorden,
som diskuteras i del 3 av modulen.
Växthuseffekten
•
Hur kan vi veta att koldioxid är en växthusgas?
•
Hur kan vi veta hur varm solen är?
Koldioxid (liksom vattenånga, metan och flera andra fleratomiga molekyler) absorberar
infraröd strålning och emitterar den sedan i alla riktningar, även tillbaka till Jorden,
vilket leder till uppvärmning.
"Det är på grund dess molekylstruktur – "inte för att kapitalism är ond och inte för att
straffa rika människor. Det är bara otur." påpekar Scott Denning, (Monfort Professor of
Atmospheric Science at Colorado State University,
http://biocycle.atmos.colostate.edu/presentations/climate-change/ ) i en presentation "Not
a warmist" (se http://biocycle.atmos.colostate.edu/presentations/climate-change/ ) där
kan konstaterar att en dubblerad koldioxidhalt leder till 4W extra energi per
kvadratmeter – vilket leder till uppvärmning. Han tar också upp en vanlig
missuppfattning: Att många tror att "Scientists expect a warmer future because it’s been
warming up recently”. Det är inte heller pga mätserier som visar korrelation mellan
jordens temperatur koldioxidhalten i atmosfären som forskare drar slutsatsen att
koldioxid är en växthusgas.
Hur vet vi hur varm solen är?
Ljuset från solen förstås. Wiens förskjutningslag relaterar våglängden vid maximal
emission till temperaturen. Solens maximum indikerar ca 6000K. Enligt Wiens
förskjutningslag har jorden värmestrålning ett maximum vid ca 10 µm.
Väder och klimat, Del 1,
Artikel: Elevfrågor med kommentarer
Fyll i månad och år (formatmall Sidhuvud)
https://larportalen.skolverket.se
4 (4)
