Logga in Login-hjälp? Gå med?

Värmelära

Redogör för de tre sätten värme kan transporteras?

 

Ledning: Atomerna i metallstycket ovanför stearinlågan tillförs värmeenergi. Atomerna börjar vibrera allt mer. Detta gör att vibrationer även sprids till grannatomer. Värme leds alltså från atom till atom och leder värmen vidare till höger.


Strömning: Här visas en kastrull på en kokplatta. Kokplattan är varm och transporterar värmen genom ledning till kastrullens botten. Då vattnet värms, blir aktiviteten i vattenmolekylerna större. Vattenmolekylerna behöver mer plats och tätheten på vattnet sjunker lokalt. Detta gör att vattnet blir lättare och flyter uppåt. Då vattnet når vattenytan kyls det av och vattnet blir återigen tätare och sjunker mot botten. Konvektionsceller bildas.


Strålning: Med hjälp av ljus, dvs. elektromagnetiska vågor, kan värme spridas. Materialet som träffas av strålarna tar upp strålningen och materialet blir varmt. Vissa material reflekterar det mesta av strålningen, ex. en spegel. Mörka ytor tar upp mycket av strålningsenergin. Materialet blir varmt.

Detta är den enda typ av värmetransport som kan ske genom vakuum eller världsrymden. Ledning och strömning behöver båda ett medium, materia att fördas med eller genom.

Hur materialets ytan kan påverka förmågan att absorbera värmestrålning?

Skrovligheten och färgen:
Ju skrovligare ytan är, desto större förmåga har materialet att absorbera värmestrålning och synligt ljus. Svart färg är en naturlig strålningsfälla. När energin tas upp av färgen avges ingen strålning i det synliga spektret dvs, sådan strålning som vi kan se med våra fysiska ögon.


Ingen strålning i det synliga spektret lämnar ytan. Energi kommer ändå att lämna föremålet. Denna energi avges som infraröd värmestrålning. Denna strålning kan vi inte se men vi kan uppleva den som värme.

Värmeledningsförmågan hos olika material

Om materialet leder värme bra, ex järn eller koppar, kan upptagen värme effektivt transporteras vidare i materialet. Metallatomer har gemensamma elektroner som snabbt leder energi vidare till metallgrannatomer. I motsats till järn och koppar kan ex. trä inte leda värme bra. Materialet kommer istället att bli varmt på ytan - den yta som värms. Material som trä isolerar bra. Man kan gå på glödande kol, eftersom det tar förhållandevis lång tid för kolet att leda in värme i foten.

Vad händer då ett material värms? Vad är en solkurva?

Då ett material värms det tar mer plats och utvidgar sig. En bit järn som blir varmare tar alltså mer plats. Ett exempel är när rallare lägger räls till tåg. Om de bygger järnvägen på vintern och lägger räls-delarna kloss an, kommer rälsen på sommaren att värmas av solen och ta mer plats. Järn-räls-stängerna blir alltså längre, och om mellanrum ej finns mellan räls-stängerna, kommer detta extra svängrum att tas ut i sidled, vilket gör att räls-stängerna blir krokiga. Hela järnvägen blir krokig.


Termometer

En termometer består ofta av ett smalt glasrör med stängd botten. När temperaturen stiger utvidgas den vätska som finns i. Vätskan stiger i röret och indikerar en högre temperatur. Förut användes kvicksilver som vätska. Numera används alkohol som vätska. Båda dessa vätskor är flytande även vid minusgrader. Vatten kan inte användas vid minusgrader eftersom vatten vid 0 oC fryser till is. Is tar upp större plats än flytande vatten (utvidgas) och då går glaset sönder. Vatten är nästan det ända ämne som har större volym då det befinner sig i fast form jämfört med sin flytande form.


Kokpunkt, Kokning, Kondensation, Smältning, Stelning, Fryspunkt, Avdunstning


Kokpunkt

Den temperatur där ämnet övergår från flytande till gasform. Gastrycket i ex. vattnet är då detsamma som luftens gastryck. Kokpunkten hos vatten är 100 oC.

Kokning
En vätska övergår till sin gasform. Se kokpunkt ovan.

Kondensation
Kondensation innebär att en gas övergår till sin vätskeform. Ett exempel är då vattenånga stöter på en spegel i ett badrum. Spegeln tar då upp vattengasmolekylers värmeenergi, vilket gör att gasen blir vätska. Vattendroppar samlas på spegeln.

Smältning
Smältning är då den fasta fasen av ett ämne övergår till flytande form. Ett exempel är då järn värms upp (tillförs energi) och blir vätska.

Stelning
Är motsatsen till smältning. Här förlorar en vätska energi och övergår till sin fasta form. Ett exempel är då vatten fryser till is.

Fryspunkt
Här avses den temperatur då stelning inträffar. Vatten stelnar vid 0 oC.

Avdunstning
I exempelvis vatten finns det alltid vissa vattenmolekyler som har mer energi än genomsnittsmolekylen. En vattenmolekyl kan ha tagit upp såpass mycket energi att den ger sig av från vattenmagasinet. Denna avdunstning sker på vattenytan. Det vatten som finns kvar i magasinet har alltså blivit av med lite energi, och får lite lägre temperatur lokalt. Denna lägre temperatur går förmodligen ej att uppmäta med en vanlig termometer.

Partikeltänkande (fast - flytande - gasform)

Partikeltänkande innebär att man föreställer sig atomerna eller molekylerna framför sig. Då värme eller energi tillförs tänker man sig hur atomerna i ex fast järn börjar vibrera mer och mer. Övergången till flytande form innebär att atomerna börjar röra sig förbi varandra. Då ännu mer energi har tillförts börjar atomerna lämna lösningen och sticker iväg som gas.

Järnets smältpunkt är 1538 oC och dess kokpunkt är 2861 oC. Om trä värms till 300 oC börjar det istället att brinna. Detta eftersom träfibrerna börjar reagera med luftens syre och en förbränning börjar ske.

Destillering

Med hjälp av destillering skiljer man ämnen med olika kokpunkter. Om man har löst ex koksalt (NaCl) i vatten kan man med hjälp av destillering skilja dessa två ämnen åt. Vatten har kokpunkt 100 oC. Vid denna temperatur kokar vattnet bort genom att det övergår till sin gasfas. Saltet som finns kvar i bägaren har en mycket högre kokpunkt som är 1473 oC. Vattengasen fås senare att kondensera då dess energi leds bort. Nedan visas en uppställning på destillering.



Ta reda på vad vetenskapsmännen Celsius, Fahrenheit och Kelvin gjorde

Anders Celsius
1701-1744. Har tagit fram en temperaturskala för värme där 0 oC har satts till vattnets kokpunkt (också kondensationspunkt) och 100 oC har satts till vattnets smältpunkt (också fryspunkt). Hans lärjunge Mårten Strömer har senare ändrat skalan så att den överensstämmer med den vi använder idag. Anders Celsius var en astronom och fysiker som verkade i Uppsala. Hans studerade bl.a. jordens polavplattning.

Fahrenheit
1686-1736. En tysk fysiker som har skapat en temperaturskala som används av de äldre engelskspråkiga generationerna. 0 F sammanfaller med den temperatur vatten och is får, när ammoniumklorid hälls i. Isens smältpunkt är +32 F och dess kokpunkt är +212 oF. Här är formeln som beskriver sambandet mellan Fahrenheit skalan och Celsiusskalan: F = 32 + 1.8 C (C = Grader Celsius).

Kelvin
1824-1907. Brittisk fysiker. Enheten för absolut temperatur (kelvin - K) har uppkallats efter honom. Här utgår man från absoluta nollpunkten, vilken är satt till 0 K. Här sitter atomer nära varandra och låsta mot varandra utan att visa speciellt stora vibrationer. Alla temperaturer ovan 0 K innebär att atomerna vibrerar mer och mer ända tills de har så mycket energi att de rör sig förbi varandra och till slut sticker iväg från varandra. Vattnets smältpunkt motsvarar 273 K och vattnets kokpunkt motsvarar 373 K.

 

Få Gratis NGU-medlemskap Nu

 

  • NGU naturvetenskap
  • AUG 27, 2008
  • FEB 14, 2012
  • Admin
Kursen är sammanfattad av Admin

De naturvetenskapliga grundkurserna för högstadiet är skrivna av Lars Helge Swahn. Kurserna är utvecklade under 9 års tid och har använts för höstadiets åk 8 och 9. De är ämnade att ge snabbt eleven en övergripande bild om respektive arbetsområde. För LPO 94 täcker kurserna nivån G och ger även viss information för betyget VG.

Copywrite NGU, Northern Pontifical Academy 2015 (A.I.C.)