Värme – energi och temperatur
1. Vad är värme?
Rörelse hos molekylerna. Ju häftigare partiklarna (atomer och molekyler) rör sig i ett
ämne, desto varmare är ämnet.
2. Hur kan värme spridas?
- ledning – kan ske i fasta ämnen, vätskor och gaser. Det är stora skillnader mellan olika
ämnes förmåga att leda värme. Metaller är bäst. Koppar, aluminium bra ledare. Gaser
leder sämre än vätskor och fasta ämnen.
Stålkastruller har koppar och aluminiumbottnar för jämnare uppvärmning.
Handtag av metall leder värme från handen och du fryser. Samma sak i bastun men då
bränner du dig.
- strålning – utsänt från varma föremål. Värmeenergi omvandlas tillstrålningsenergi. Om
strålningen syns eller inte beror på ytans temperatur. Strålningen är osynlig under
ca 600 ° C sedan syns den. När den syns är den först röd, orange, gul och slutligen vit då
strålningen är som varmast. Då strålning är under 600 ° C, är den osynlig, sk. infraröd
strålning.
När strålning träffar en yta kommer den delvis att reflekteras och delvis att tas upp,
absorberas, av ytan. Där omvandlas den till värme. Hur stor del som reflekteras/absorberas
beror på strålningen och på ytan. En ljus yta reflekterar mer än en mörk och en blank yta
mer än en matt. Bäst reflekterar en speglande yta. Ju mer ljus som reflekteras desto mindre
är det som absorberas.
- strömning – ett uppvärmt ämne, ofta luft eller vatten, sätts i rörelse och värmen följer med.
Detta kan också åstadkommas med pumpar och fläktar som i värme och ventilations –
anläggningar. När en gas värms utvidgar den sig, om den inte är instängd. Det betyder att en
viss volym gas kommer att väga mindre om den är varm än om den är kall. Den varma, lätta
gasen kommer då att ”flyta upp” genom den kallare, tyngre omgivningen. Luft som värms
upp nära jordytan stiger uppåt, medan kallare luft fylls på från sidorna. Ibland kan sådana
uppvindar bli ganska starka. De utnyttjas av både fåglar och segelflygare, som tack vare
dem kan vinna höjd utan ansträngning.
När vattnet närmast bottnen i en kastrull värms, utvidgar det sig. Det kommer alltså att ta
större plats utan att väga mer. Därför börjar det stiga uppåt.
3. Vad innebär växthuseffekten?
Ljusstrålningen in i ett växthus består till stor del av synligt ljus från solen ca 6000 ° C.
Det tränger lätt igenom vanligt glas. (det är därför glaset är genomskinligt).
Värmestrålningen ut ur växthuset kommer från uppvärmda ytor som inte är särskilt varma,
infraröd strålning. Denna stoppas till stor del av vanligt glas, vilket ökar temperaturen i
växthuset.
Jämför jordens atmosfär med glaset i växthuset. Gasen koldioxid ökar tätheten på
Atmosfären, vilket gör växthuseffekten effektivare, vilket i sin tur ökar temperaturen på
jordytan avsevärt. Men är detta bra för vårt klimat? Nej. När vi förbränner kol, olja och
naturgas ökar mängden koldioxid i atmosfären, liksom vid förbränning av produkter som
framställts av olja såsom plast och bensin. Biltrafik och flyg ökar växthuseffekten mycket.
4. Du tar vatten som är 40 grader i en kastrull och värmer det tills det börjar koka.
a) Hur många grader har temperaturen stigit med?
Den har stigit med 60º till 100º.
b) Vilken temperatur tror du att vattnet har när det fått koka 3 minuter?
Den är fortfarande 100º eftersom värmen från plattan går åt till att bilda ånga.
5. Vad händer med ett föremåls
a) vikt när man värmer det?
Vikten är densamma
b) volym när man värmer det?
Volymen ökar
6. Vad händer då du värmer olika föremål?
- en järnstång blir både lite längre och lite tjockare.
- ett lock på en burk lossnar lättare om man värmer det.
- förr satte man järnringar runt trähjul ch tunnor. Då värmde man järnringarna så att de blev
lite större och då fick man lättare på dem och när de sedan kallnade så satt de fast.
- En järnvägsräls som värms i solen strävar efter att utvidga sig. Då kan rälsen böja sig så
att det uppstår solkurvor.
- Elledningarna är längre på sommaren än på vintern. För att de ska hänga på samma höjd
året runt behövs det särskilda anordningar som håller dem lagom sträckta fast
temperaturen ändras.
- Glas och porslin som upphettas eller kyls för snabbt kan spricka. Därför behövs speciellt
glas och porslin i ugnen.
- En bimetall består av två band av olika metaller. De har pressats samman så att de sitter
ihop. När man värmer den utvidgar sig båda metallerna sig. Men den ena mer än den
andra, vilket gör att remsan böjer sig. Denna kan användas som termometer.
7. Finns det någon högsta möjliga temp?
Nej
8. Finns det någon lägsta möjliga temp?
Ja, -273 °C Den absoluta nollpunkten
9. När vatten kokar ser man att det bubblar. Vad finns i bubblorna?
Vattenånga.
10. Hur fungerar en varmluftsballong?
Genom att elda under öppningen får man förbränningsgaserna att värma luften i ballongen.
Nät luften utvidgar sig väger den luft som får plats i ballongen mindre. År 1783 lyfte den
första bemannade luftballongen i Paris. De två bröderna Montgolfier hade tillverkat den.
11. Vad innebär kallras?
Varm luft stiger och kall luft sjunker.Inomhus på vintern märks det genom att
fönsterrutornas insidor är kallare än väggarna. När luften kyls ner av fönsterglaset sjunker
luften ner mot golvet. Detta kallras kan ge ett ganska störande golvdrag, och därför
placeras elementen rakt under fönstret.
12. Hur fungerar en vätsketermometer?
Den bygger på att en vätska utvidgar sig när den värms. Glasröret med vätskan utvidgar
sig också men inte lika mycket. Vätskenivån stiger i glasröret och vi avläser det på en
graderad temperaturskala. Den uppfanns av Galileo Galilei. Förr innehöll den kvicksilver
men nu innehåller den sprit. Anders Celsius delade in skillnaden mellan vattnets kokpunkt
och fryspunkt i 100 delar. Han satte kokpunkten till 0 grader och fryspunkten till 100
grader. Carl von Linné vände på den skalan till den vi använder idag.
13. Vad innebär smältning?
Smältning = ett fast ämne blir vätska
Det går åt energi att göra denna omvandling. Det gör att temperaturen inte stiger under
smältningen: nollgradig is smälter till nollgradigt vatten.
Energin som behövs är smältningsenergi.
14. Vad innebär stelning?
Stelning = (frysning) en vätska blir fast ämne
När en vätska stelnar får man tillbaka smältningsenergin. Temperaturen sjunker inte under
smältpunkten förrän all vätska har stelnat. Nästan alla ämnen drar ihop sig när de stelnar.
Därför blir det en grop där det stenar sist. Gropen kallas stelningsgrop.
15. Varför saltar man vägarna på vintern?
Saltvatten har lägre smältpunkt än rent vatten. Om man saltar på snö som är varmare än
- 20 °C kommer det att börja smälta. Smältningsenergin tas från närmaste håll, dvs från
snön och saltet.
16. Vad innebär ångbildning?
Ångbildning = en vätska blir ånga (övergår i gasform)
Det kan ske genom avdunstning eller kokning. Den energi som behövs till ångbildningen
kallas ångbildningsenergi.
17. Vad innebär avdunstning?
Avdunstning = Ångbildning endast på ytan. Det händer då disken och tvätten torkar. Ju
större ytan är desto mer vatten avdunstar. Hög temperatur, torr luft och blåst gör att
avdunstningen år snabbare.
18. Vad innebär kokpunkten?
En vätskas temperatur kan inte bli högre än dess kokpunkt. Om man fortsätter att värma
vätskan övergår den i gasform. Under normala omständigheter kan vatten i vätskeform
inte bli varmare än 100 °C.
19. Vad innebär kondensation?
Kondensation = en gas blir vätska.
Imma är när vattenånga som finns i luften blir små droppar på ett kallt föremål. Om
kondensationen istället sker i luften bildar dropparna dimma eller moln och ibland även
regndroppar.
20. Vad innebär destillering?
Metoden destillation är när en vätska avdunstar eller kokar bort och ämnen som finns lösta i
vätska blir kvar. Om man sedan kondenserar ångan till vätska igen blir denna alltså fri från
föroreningar. Därför är regnvatten inte salt trots att det härstammar från havet.
21. Vad innebär sublimering ?
Sublimering = gas övergår till fast ämne utan att vara i flytande form emellan och tvärtom.
Så uppstår rimfrost och snö. Vattenånga i luften bildar då iskristaller direkt.
22. Det finns en sorts mycket bra vantar som heter Lovikkavantar och är stickade
av tjockt ullgarn. De håller händerna varma när det är kallt. Vad är det som
gör detta garn så bra?
Garnet innehåller mycket luft och luft hindrar värme från att ledas bort från händerna.
23. Vad får det för följder att vattnet har annorlunda egenskaper än andra ämnen?
Det krävs mycket energi att höja och sänka vattnets temperatur. Vatten kräver större
uppvärmningsenergi än andra ämnen. Varmvatten innehåller mycket energi och kallnar
inte så fort. Vädret påverkas då temperaturen inte ändras lika fort i närheten av havet som
i inlandet. Havsströmmar som Golfströmmen har betydelse för klimatet i olika delar av
världen. Vattnet gör det också lättare att transportera och lagra värme som i bilkylare,
värmeledningar, solvärmare och element. Vatten har också mycket stor smältnings- och
ångbildningsenergi. Det krävs alltså mycket energi för att smälta is och för att omvandla
vatten till ånga.
Endast vatten utvidgas då det stelnar. Is får lägre densitet än vatten. Detta gör att is flyter.
Frostsprängning uppstår då vatten utvidgas som is och spränger kärlet det förvaras i eller
bergssprickan som vattnet runnit ner i. Is behöver ju mer plats än vatten.
24. Det finns ofta is på våra sjöar på vintern. Ändå överlever fiskarna. Förklara.
Fyragradigt vatten är tyngre än både varmare och kallare vatten. Vatten som är mellan
0 ºC och +4 ºC drar ihop sig och tar mindre och mindre plats tills det har temp. +4 ºC.
Molekylerna är tätast packade då och vattnet har som högst vikt per liter. Detta vatten
finns då vid botten av sjön och fiskarna kan överleva. Endast mycket grunda sjöar
bottenfryser under vintern.
25. Är temperatur och värme samma sak?
Nej. Ett föremål med högre temperatur än omgivningen ger ifrån sig värme medan ett
föremål med lägre temperatur än omgivningen tar upp värme. Hur mycket värme ett
föremål innehåller beror på:
a) Vilket material föremålet består av
b) Mängden material i föremålet
c) Föremålets temperatur
26. Vilka olika temperaturskalor använder vi oss av?
Celsiusskalan = vattnets fryspunkt 0 °C och kokpunkt 100 °C.
Kelvinskalan = den absoluta temperaturskalan. (viktigast i fysiken) utgår från den absoluta
nollpunkten (– 273 °C) 0 K. Stegen är desamma som i Celsiusskalan.
Fahrenheitskalan = används i USA, där vattnets fryspunkt är 32 °F ( 0 °C) och
kokpunkten är 212 °F ( 100 °C)
27. Ofta kan man se personer andas på glasögonen när de vill putsa dem. Varför?
Vattenångan i den varma utandningsluften kondenserar på det kallare glaset
28. En ring upphettas. Hur kommer hålets storlek att förändras?
Även hålet blir större.
Tänk dig att Du har ett minimalt hål och värmer hela ringen. Om ringen då växte inåt mot
hålet från alla håll (hålet blev mindre) så skulle det ju bli en bula där. Och med många
små hål skulle ringen kunna bli alldeles knottrig när Du värmde den. Så sker inte.
Hål expanderar vid uppvärmning precis som om hålet innehöll det omgivande materialet
Hålet fylls fån periferin och inåt och, när det fyllts igen från alla håll, så skulle
utvidgningen in mot det nu f d hålet fortsätta så att det blev en bula där.
Termisk expansion (att material utvidgar sig när temperaturen blir högre): Metaller
utvidgar sig mer än glas. Lägg märke till att den öppna delen av ett lock expanderar som
om den vore gjord av metallen. Utvidgningskoefficienten för hål är alltså lika med den
för omgivningen. Dessutom leder metall värme bra, medan glas leder värme dåligt.
Locket blir alltså varmare än glaset, vilket förhöjer effekten att locket expanderar relativt
burken. Det blir då lättare att lossa locket.
Krympförband är benämning på förband som hopfogas med hjälp av krympning.
Om tex en detalj är något större än ett hål men kyls så att den krymper och kan föras in i
hålet så kommer den att sitta fast när den har återtagit ursprunglig temperatur.
