Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

7 frågor/svar hittade

Värme [19712]

Fråga:
Vilka bindningar är kvar trots att vatten byter aggregationstillstånd?
/Julia L

Svar:
Aggregationstillstånd är de olika former ett ämne kan befinna sig i beroende på temperatur och tryck. De tre i vardagslivet vanligaste formerna är gasform, flytande form och fast form.

Vid högre temperaturer bildas istället plasma, och vid låga formar vissa ämnen Bose–Einstein-kondensat. Vid extremt högt tryck uppstår tillståndet degenererad materia.

Aggregationstillstånd kallas ibland faser, men fas har en mer specifik betydelse. Diamant och grafit är två olika faser av grundämnet kol, men de är i samma aggregationstillstånd, nämligen fast, vid rumstemperatur.

Fast form

Partiklarna (joner, atomer eller molekyler) är packade tätt tillsammans. Krafterna mellan partiklarna är så starka att partiklarna inte kan röra sig fritt, utan endast vibrera. Detta betyder att solid materia har en stabil, avgränsad form och en bestämd volym. Solid materia kan bara ändra form genom att man brukar våld mot den, till exempel bryter eller klipper den.

Solid materia kan transformeras till flytande tillstånd (vätska) genom att man smälter den. Den kan också förvandlas till gas genom sublimering.

Flytande form

Krafterna mellan molekylerna är viktiga, men molekylerna har tillräckligt med energi för att röra sig i relation till varandra och strukturen är rörlig. Det betyder att formen inte är bestämd, utan avgörs av den behållare vätskan befinner sig i. Hos en ideal vätska är volymen bestämd, så länge temperaturen är konstant. I praktiken är dock vätskor i någon mån kompressibla, dock långt ifrån på samma sätt som gaser.

Gas

Molekylerna har så mycket rörelseenergi att krafterna mellan dem är små (eller noll, hos en ideal gas) och molekylerna befinner sig långt från varandra. En gas har ingen bestämd form eller volym, men fyller upp hela den behållare de befinner sig i.

En vätska kan transformeras till gas, om man vid konstant tryck värmer upp den till sin kokpunkt

(Ovanstående är från Aggregationstillstånd )

För att illustrera de olika aggegationstillstånden av ett ämne använder man sig av ett fasdiagram, se fråga 17563 och 12840 .

När det gäller vattnets egenskaper är de så kallade vätebindningarna helt avgörande, se fråga 17391 .

Generellt är bindningarna mellan atomer/molekyler i ett fast ämne mycket starka och de har fixerade vinklar i förhållande till varandra. Vid ökande temperatur vibrerar molekylerna mer och mer tills de förlorar vinkelberoendet och kan röra sig förbi varandra, vi har en vätska. Vi ännu högre temperatur blir vibrationerna så våldsamma att molekylerna blir helt fria och vi har en gas, se nedanstående figur.

Se även State_of_matter .



/Peter E

Nyckelord: vatten/is [31]; fasdiagram [7];

*

Värme [19681]

Fråga:
Vad händer om man ökar trycket i en kolv med vatten och vattenånga?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
En behållare, som är försedd med tätslutande kolv, innehåller enbart vatten och vattenånga. Vad händer om kolven trycks sakta inåt? Temperaturen hålls konstant.
/Anna K, HIS, Skövde

Svar:
Anna! Se fasdiagrammet för vatten nedan (från Water Structure and Science ). Vid tillräckligt högt tryck och temperatur mellan trippelpunkten (273 K) och kritiska punkten (647 K) kondenseras vattenånga till vatten. Här är några exempel (nedre svarta linjen, värden från Vapour_pressure_of_water#Tables_of_water_vapor_pressures ):

300 K (27oC) 3.6 kPa
331 K (58oC) 18 kPa
373 K (100oC) 101.3 kPa (kokpunkt vid atmosfärstryck)

Vad som händer vid gränslinjen mellan gas och vätska är att vid ökande tryck och konstant temperatur kondenseras vattenångan till vatten. Därvid sjunker trycket tillbaka till det ursprungliga som motsvarar ångtrycket vid den givna temperaturen. Om man ökar trycket igen kondenseras mer ånga tills endast vatten återstår.

Se vidare Phase_diagram .



/Peter E

Nyckelord: fasdiagram [7]; kokande vatten [15];

1 http://www.efunda.com/materials/water/steamtable_sat.cfm

*

Värme [19331]

Fråga:
Jag vet att om man sätter naturgas under tryck blir gasen flytande och man kan transportera den i tank så länge man håller trycket.

Kan man göra likadant med vatten som är varmare än 100 grader då det ju blir ånga. Om man håller ångan under högt tryck blir den då flytande vatten med en högre temperatur så att man kan transportera den i en tank så länge man håller trycket. Vilken temperatur måste vattnet ha för att man praktiskt skall kunna transportera det i en tank eller ett rör?
/Lars L, tekn. läroverk, stockholm

Svar:
Med tillräckligt högt tryck kan man få vattenånga att kondensera upp till den kritiska punkten (647 K,22.064 MPa), se nedanstående figur och länk 1.

Se vidare Critical_point_(thermodynamics) .



/Peter E

Nyckelord: fasdiagram [7];

1 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/Phase_diagram_of_water.svg/1000px-Phase_diagram_of_water.svg.png

*

Blandat [17563]

Fråga:
När vatten fryser till is utvidgas det ju. Hur stor är kraften?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
När vatten fryser till is utvidgas det ju. Hur stor är den kraften? Mätt i Newton.
/Ellen L, Finnvedens Gymnasium, Värnamo

Svar:
Ellen! För att ge kraften i Newton måste man definiera på vilken yta kraften verkar. Vi börjar med att se vilka tryck i amtmosfärer, där 1 atm = 1.013 105 Pa (N/m2), som krävs för en fasövergång.

Vi behöver även ett så kallat fasdiagram som är en plot med temperatur på x-axeln och tryck på y-axeln där man markerar ämnets aggregationstillstånd (gas, vätska eller fast form) i diagrammet. I fråga 12715 finns ett fasdiagram för vatten. För att vi skall kunna se detaljerna bättre finns en variant nedan där vi zoomat in det intressanta området. Diagrammet är från Water Structure and Science . Det blå området är is (av flera olika typer) och det grönaktiga vatten.

Låt oss som ett exempel utgå från is med temperaturen -10oC och atmosfärstryck. Om vi ökar trycket långsamt och håller temperaturen konstant, så kommer isen att smälta vid trycket 113 Mpa (c:a 1100 atmosfärer) och sedan återgå till is vid 443 MPa (c:a 4400 atmosfärer).

Låt oss anta att vårt prov har en yta på 1 cm2 = 0.0001 m2. Trycket 113 MPa [MN/m2] motsvarar då kraften 0.0001*113*106 = 11300 N. Detta är en kraft på 11300/g = ungefär 1000 kg. Vi behöver alltså åstadkomma en kraft motsvarande ett ton för att smälta isen.

Om isens temperatur är högre erfordras naturligvis mycket mindre kraft, för temperaturen -1oC fordras en kraft motsvarande 100 kg.

Den klassiska förklaringen till varför is är halkigt är alltså inte korrekt: trycket från skridskoskenan är knappast tillräckligt för att smälta lite is och ge ett halkigt ytskikt av vattenmolekyler. Se länk 1 och 2 för alternativa förklaringar.

Observera att isen har olika struktur i olika områden. Stukturen i Ih är den normala som tar c:a 10% mer plats än vatten. I området V har isen en annan struktur och betydligt högre densitet. Observera att axeln med densitet till höger avser flytande vatten.



/Peter E

Nyckelord: fasdiagram [7]; vatten/is [31];

1 http://www.nytimes.com/2006/02/21/science/21ice.html?_r=1
2 http://fragelada.fysik.org/bilder/slippery_ice.jpg

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [16308]

Fråga:
Densiteten för en "ideal" gas borde kunna bli högre än densiteten för en vätska, bara det är tillräckligt högt tryck. Om vi antar att gasen inte löser sig i vattnet, och inte kondenseras till vätska av det höga trycket, skulle vi då kunna få gasbubblor som stannar kvar på havsbottnen?

Vilken gas kan få högst densitet vid sammanpressning, en lätt gas som helium (som borde kunna tryckas ihop mycket utan att kondensera) eller en tyngre gas som xenon (som har hög densitet från början)?
/Michael d, Rodengymnasiet, Norrtälje

Svar:
Det är två problem med ditt resonemang. För det första är en gas vid högt tryck ingen ideal gas - molekylerna är så tätt ihop att de påverkar varandra.

Det andra problemet är att det ovanför den kritiska temperaturen (se fasdiagrammet nedan från Wikimedia Commons) inte är någon skillnad på gas och vätska, och under den kritiska temperaturen får man en fasövergång gas till vätska när man ökar trycket vid konstant temperatur.

I Wikipedia-artikeln om fasdiagram Phase_diagram sägs att

In the diagram, the phase boundary between liquid and gas does not continue indefinitely. Instead, it terminates at a point on the phase diagram called the critical point. This reflects the fact that, at extremely high temperatures and pressures, the liquid and gaseous phases become indistinguishable, in what is known as a supercritical fluid.


/Peter E

Nyckelord: fasdiagram [7];

*

Blandat [12840]

Fråga:
När vattenånga kondenserar så bildas det vattendroppar.Om en metall går över i gasform vad sker med "metallångan". Kondenseras även den? Bildar den droppar som vattenångan, hinner den binda sig till andra metallatomer?
/Thomas W, Sanda Grundskola, Huskvarna

Svar:
Ja, även metallgasen kondenserar, och kan bilda droppar om koncentrationen av metallatomer är är hög nog och betingelserna i övrigt - tryck och temperatur - tillåter det. Droppbildning underlättas om det finns "kondensationskärnor" att tillgå, t.ex små dammpartiklar, på vilkas ytor kondensationen startar. (Det är huvudsakligen så som regn uppstår inuti moln.) Om halten av förångade metallatomer är låg, tenderar man snarare att få en tunn film av metall som kondenserar ut på kalla(re) ytor i omgivningen än (större) droppar.

Bilden nedan visar ett förenklat "fasdiagram". Med ett sådant diagram (som baseras på experimentella observationer) kan man ta reda på i vilket aggregationstillstånd (fast form, vätska eller gasform) ett ämne kommer att befinna sig i vid ett visst tryck och temperatur. Man kan se att det under vissa betingelser sker en direkt övergång mellan gas och fast form, medan det i andra fall är gynnsammast (ur energisynpunkt) att gå via en vätskefas. I den s.k. trippelpunkten kan alla tre aggregationstillstånd existera samtidigt, se Triple_point .



/Margareta H

Nyckelord: fasdiagram [7]; trippelpunkt [2];

*

Blandat [12715]

Fråga:
Hej! Jag skulle vilja ha svar på följande: I atmosfären kan ”vatten” befinna sig i flytande form som små vattendroppar ned till så låga temperaturer som –40 grader Celsius. Ju mindre droppar desto lägre temperatur kan droppen ha innan den fryser till is. Detta kallas ”krökningseffekten” inom meteorologin. Frågor:

a) Tänk nu att man har en behållare som rymmer ca en liter vatten. Behållaren har tjocka väggar–ca en meter- gjorda av ett mycket fast material. Om man nu sänker temperaturen under noll grader Celsius på denna anordning, är det då möjligt att få vattnet att inte frysa till is tack vare att väggarna inte utvidgar sig.

b) Om nu vattnet inte fryser till is får då vattnet samma temperatur som anordningen eller borde vattnet bli varmare?

c) Här kommer en fråga om ISBJÖRNAR också: 1)Vad kan anledningen vara till att isbjörnens hud är svart? Kan det vara för att få ut kroppens värme ända ut i huden?
/Lennart P, Solbergagymnasiet, Arvika

Svar:
Det du beskriver är sant, men det är inte det som är krökningseffekten. Så här definieras den: en större partikel blir lättare aktiverad som kondensationskärna än en mindre med samma kemiska sammansättning. Detta kallar vi krökningseffekten. Molnbildning är ett mycket komplext fenomen, och varför vattendropparna inte fryser vet jag inte. Men det var ju inte frågan.

För fråga a och b får vi hänvisa till fasdiagrammet från Water Structure and Science - bilden nedan. Det gröna området är flytande fas. Vid temperaturer under trippelpunkten vid -22oC (vid III) förekommer vatten bara i fast form. Observera dock att det beroende på tryck och temperatur finns många former av is med olika struktur. Svaret på de första frågorna är alltså att ner till -22oC kan man med högt tryck hindra is att bildas, men vid lägre temperatur går det inte.

Den sista frågan är väl knappast en fysikfråga. Om det är sant att isbjörnarnas hud är svart skulle det kunna bero på deras nära släktskap med brunbjörnen.



/Peter E

Nyckelord: fasdiagram [7]; vatten/is [31];

1 http://en.wikipedia.org/wiki/Water_(molecule)

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.