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.

10 frågor/svar hittade

Värme [19208]

Fråga:
Rör sig atomerna i olika ämnen lika snabbt vid sin egen kokpunkt?
/Peter S, Mariaskolan, Limhamn

Svar:
Låt oss börja med vad Wikipedia säger om kokpunkt:

Kokpunkten för ett ämne är den temperatur då vätskan kokar. Fysikaliskt sett säger man att kokpunkten är den temperatur då en vätskas ångtryck är lika stor som omgivningens tryck. En vätska kan genom avdunstning övergå till gasform även vid temperaturer under kokpunkten. Avdunstning kan emellertid endast ske vid vätskans yta. För att gasbubblor skall bildas krävs oftast någon sorts ojämnhet i behållaren. I en väldigt slät behållare kan vätskan bli överhettad, för att sedan plötsligt bilda många stora bubblor som kan göra att vätskan kokar över.

Kokpunkten beror på omgivande lufttryck. Därför anges kokpunkten vanligen vid lufttrycket vid havsytan. På högre höjder, där lufttrycket är lägre, är även kokpunkten lägre. För att bestämma kokpunkten vid olika temperaturer kan man använda sig av Clausius–Clapeyrons ekvation.

På atomnivå är kokpunkten det tillstånd när vätskemolekyler har tillräckligt med värmeenergi för att övervinna olika bindningar mellan molekylerna. Därför är kokpunkten även ett mått på dessa bindningars styrka.

Kokpunkten beror alltså inte direkt av hastigheten utan på bindningen mellan atomer/molekyler. He har mycket lite bindning och mycket låg kokpunkt. Vatten har stor bindning (speciellt beroende på att vattenmolekylen är polär) och mycket hög kokpunkt.

Det kostar alltså en viss bindningsenergi DH för att lösgöra en molekyl från vätskefasen. Denna energi tas från vätskan. Vätskan kyls alltså av avdunstningen. Molekylernas medelenergi är 3kT/2, så avdunstningen (och därmed kokpunkten) bestäms av DH. Man får alltså en temperaturberoende jämvikt mellan molekyler som lämnar vätskan och molekyler som kondenserar.

Det är viktigt att skilja på kokning och avdunstning. Avdunstning sker vid alla temperaturer. De molekyler som har högst hastighet kan lämna vätskan från vätskeytan. Om molekylerna inte förs bort kommer man att få ett jämviktstillstånd (molekyler avdunstar och kondenserar tillbaka till vätskan) med ett visst partialtryck (ångtryck) hos den avdunstade gasen. När detta partialtryck med ökande temperatur blir lika med det omgivande atmosfärstrycket är det möjligt att det bildas bubblor. Detta kallas kokning. Bubblorna har lägre densitet än vätskan så de stiger till ytan. Det kostar energi att bilda bubblor (ytspänningsenergi) vilket under vissa förhållanden kan göra att bubblor inte bildas -- vattnet blir överhettat, se fråga 2458 .

Se vidare Boiling_point och Evaporation .
/Peter E

Nyckelord: kokpunkts/fryspunkts förändring [10];

*

Värme [16786]

Fråga:
Varför fryser saltvatten vid lägre temperatur än sötvatten?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Saltvatten fryser vid lägre temperatur än sötvatten. Finns det något enkelt samband mellan salthalt och frys-/smältpunkt? (Originalfråga: När fryser Döda Havet?)
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
Thomas! Det finns en formel (länk 1, Hyperphysics) som är en approximation, men den fungerar säkert inte för stora värden på salthalten.

Att förstå varför smältpunkten sjunker med ökande salthalt är emellertid inte så svårt, se länk 2 (som även innehåller en mycket illustrativ animering):


Om man har rent vatten vid 0oC i jämvikt med is av samma temperatur, så kommer lika många vattenmolekyler att fastna på isbiten som lossnar från isbiten. Om man häller i ett salt (det behöver inte vara joner, det går bra även med t.ex. socker) så kommer det att bli en lägre koncentration av vattenmolekyler i den flytande fasen. Detta förskjuter jämvikten så att fler vattenmolekyler lossnar och går i lösning. Detta kostar energi (smältvärmet), så temperaturen sänks. När temperaturen sjunkit lite inställer sig ett nytt jämviktsläge. Vi har alltså fått en lösning som har lägre smältpunkt (fryspunkt) än rent vatten.

Animationen ovan kräver att Macromedia flash plugin är installerat. Om animationen ändå inte startar - försök att ladda om webbsidan.

Förslag till uppgifter med animationen:

  1. Vid 0oC och utan salt är det jämvikt mellan is och vatten.
  2. Klicka på 'add solute' för att tillsätta salt. Isen smälter och temperaturen sjunker (även om detta inte visas).
  3. Ändra temperaturen till -5oC. En del is kommer tillbaka.
  4. Ändra temperaturen till -20. Allt fryser.
  5. Klicka på 'remove solute'. Även vattnet som ersätter saltet fryser.
Observera att animationen är kvalitativ och schematisk. Övertolka inte temperaturer och koncentrationer.

Det finns gränser hur lång ner man kan komma i temperatur, men -18oC bör vara nära den lägsta möjliga (se fråga 12407 om fahrenhetskalan).

Se vidare Freezing-point_depression och den utmärkta (men inte helt lättbegipliga) sajten Water Structure and Science .
/Peter E

Nyckelord: vatten/is [31]; kokpunkts/fryspunkts förändring [10];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/meltpt.html
2 http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/solutions/faq/why-salt-melts-ice.shtml

*

Kraft-Rörelse [16511]

Fråga:
Exploderar spayburkar vid hög temperatur?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
På sprayburkar står att de inte ska utsättas för hög värme (+50grader) och enligt fysikboken är det pga explosionsrisken (högt tryck). Programmet Mythbusters testade flera olika sorters burkar och fick ingen att explodera. Vad gäller egentligen?
/Marianne L, Frostaskolan, Hörby

Svar:
Marianne! Vid tillräckligt högt tryck går säkert burken sönder. Detta är ingen myt. Låt oss titta på vad som händer med trycket.

Om det bara finns gas i burken (dvs burken är nästan tom) kan man tillämpa allmänna gaslagen (gaslagen, allmänna ):

pV = nRT

(p tryck i Pa, V volym i m3, n antal mol gas, R gaskonstanten 8.314 J/(mol*K), T absoluta temperaturen i K)

Trycket ökar alltså med absoluta temperaturen för konstant volym. Om vi utgår från 20 grader som normaltemperatur så ökar trycket vid 50 grader med faktorn (50+273)/(20+273) = 1.10, alltså med 10%. Vi måste gå till över 300 grader för att trycket skall fördubblas. Så om burken innehåller en ideal gas (allt i burken är i gasform) är det ingen fara, eftersom burken bör tåla ganska höga temperaturer.

Men en sprayburk innehåller emellertid inte bara gas utan även vätska. I en genomskinlig behållare (t.ex. en cigarrettändare, se fråga 16119 nedan) kan man se detta. Om man skakar en spayflaska försiktigt, kan man känna att en vätska "skvalpar omkring" inne i burken. Problemet är då inte lösbart med antagandet om en ideal gas, utan man måste ta hänsyn till vätskans Ångtryck .

Ångtrycket är relaterat till vätskans kokpunkt - kokpunkten vid 1 atmosfärs tryck är den temperatur vid vilken vätskans ångtryck är 1 atm. Bilden nedan från Wikimedia Commons visar ångtrycket för några vätskor som funktion av temperaturen. De olika ämnena i figuren uppför sig ganska lika, med skillnaden att kokpunkten är mycket olika. Om vi tar neo-Pentan (mörkgrön kurva) som exempel ser vi för det första att kokpunkten vi trycket 1 atm är 10 grader. För några olika temperaturer kan vi läsa av följande från kurvan:

10oC - 1 atm
20oC - 1.4 atm
50oC - 3.5 atm
80oC - 8 atm

Vi ser alltså att trycket ökar mycket med förhöjd temperatur.

Vad kan vi dra för slutsatser? För det första att Mythbusters test visade att tillverkarnas rekommenderade högsta temperatur var konservativt säker. Det framgår inte hur högt upp i temperatur man gick vid testen. För det andra kan man dra slutsatsen att om burken bara innehåller gas, så tål den ganska höga temperaturer. Om burken emellertid även innehåller vätska ökar trycket mycket snabbt med temperaturen, så burken kommer till slut att explodera.



/Peter E

Se även fråga 16119

Nyckelord: gaslagen, allmänna [21]; kokpunkts/fryspunkts förändring [10];

*

Värme [16119]

Fråga:
Förstår inte den här frågan hoppas ni kan hjälpa mig!

Alla har säkert använt sig av en cigarettändare någon gång och vet att det är gasen i tändaren som brinner. Men tittar man närmare på en genomskinlig tändare kan man se att det inte är en gas i tändaren utan en vätska. Varför är det så?
/esma *

Svar:
Hej Lisa igen! Har du bytt namn? Intressant fråga som faktiskt är ny!

Det beror på att en vätskas kokpunkt är högre vid högre tryck. Gasen i tändaren har alltså en kokpunkt vid atmosfärstryck under normaltemperatur (säg 20oC). Men inne i tändaren kan det ett vara ett övertryck på flera atmosfärer, så vätskan är under kokpunkten. Trycket i tändaren är, eftersom man har gas och vätska i jämvikt, lika med gasens ångtryck vid den aktuella temperaturen. De flesta gaständare använder butan som gas, se Butane . Se vidare Cigarette_lighter . Länk 1 har en kul video av vad som sker när en tändare tänds.
/Peter E

Nyckelord: kokpunkts/fryspunkts förändring [10];

1 http://video.google.com/videoplay?docid=-8592838324889380249

*

Värme [14198]

Fråga:
Varför kokar vattnet då vattenångans tryck är lika stort som lufttrycket?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Varför är luften ovanför en vattenyta full av vattenånga? Varför kokar vattnet då vattenångans tryck är lika stort som lufttrycket? Kan man med den allmänna tillståndslagen för gaser (pV/T) förklara varför kokpunkten kan sänkas om trycket minskar?
/Cissi K, Värmdö, Stockholm

Svar:
Luften ovanför en vattenyta innehåller en del vattenmolekyler som slitit sig från ytan. Vid en viss temperatur är det jämvikt mellan ångan och vattnet - lika många vattenmolekyler kondenseras till vattnet som frigörs till luften. Om temperaturen är högre kan luften innehålla mer vattenånga.

Vid kokpunkten är det s.k. partialtrycket hos ångan lika med lufttrycket, se bilden nedan från Hyperphysics. Då kan "luften" bestå till 100% av vattenånga - syret och kvävet har trängts bort. Vid kokpunkten kan det också bildas bubblor av vattenånga (normalt på botten av kastrullen som är nära värmekällan och därför varmare). Om vattentemperaturen understiger kokpunkten så kan inga bubblor bildas eftersom de trycks ihop av det större lufttrycket.

Kokpunktens förändring med tryckets kan inte förklaras med allmänna gaslagen eftersom kondenserande vattenånga är långt ifrån en ideal gas. Förändringen av kokpunkten med trycket är i själva verket en ganska komplicerad olinjär funktion. För mer om ämnet se nedanstående länkar.



/Peter E

Nyckelord: kokande vatten [15]; gaslagen, allmänna [21]; kokpunkts/fryspunkts förändring [10];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/vappre.html
2 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/vappre.html#c4

*

Värme [14174]

Fråga:
Hejsan! Jag undrar vad det är för vätska i kylklampar som gör att dom håller sig kalla länge... Och finns det nån annan vätska/vätskeblandning som har högre värmekapacitivitet som skulle hålla sig kallt ännu längre?
/Mikael H, Tullängsskolan, Örebro

Svar:
Såvitt jag vet innehåller kylklampar vatten eftersom vatten är ganska unikt för att det har mycket högt smältvärme (333 kJ/kg) och det är dessutom billigt och ofarligt. Jag känner inte till någon bättre vätska. Se även Ice_pack .

Addendum:

För att sänka temperaturen hos de nedkylda kylklamparna har man i stället för rent vatten en saltlösning. Eftersom saltlösningen sänker fryspunkten, så kommer de smältande klamparna att vara kallare än 0oC, vilket är fördelaktigt för kyleffekten. Man förlorar dock lite kylkapacitet eftersom smältvärmet blir mindre.

Tack Olof Pettersson för påpekandet!
/Peter E

Nyckelord: *vardagsfysik [60]; kokpunkts/fryspunkts förändring [10]; kylning [6];

*

Värme [14060]

Fråga:
Hej! Min fråga är en följdfråga till svaret på nr 543: "Då sjunker temperaturen tills man når saltblandningens fryspunkt som alltså är lägre än 0 grader." Vilken är saltblandningens fryspunkt om den är lägre än 0 grader?
/Sara L, Lärarhögskolan, Stockholm

Svar:
Vi har två effekter när det gäller en blandning av is, vatten och salt.

För det första sänks vattnets fryspunkt om man blandar i salt. Detta beror enkelt uttryckt på att saltjonerna hindrar vätebindningarna som håller ihop vattenmolekylerna till is.

För det andra sänks temperaturen: salt sänker fryspunkten -> mer is smälter -> detta kostar energi (smältvärme) -> temperaturen på blandningen sänks. Det går att maximalt komma ner till c:a -18oC på detta sätt.

Se länk 1 för en förklaring varför man saltar vägar för att få bort is. Observera alltså att man faktiskt sänker temperaturen när man spider ut salt, men man får ändå isen att övergå i vatten som är mindre slirigt.
/Peter E

Nyckelord: vatten/is [31]; kokpunkts/fryspunkts förändring [10];

1 http://science.howstuffworks.com/question58.htm

*

Blandat [14013]

Fråga:
Jag tog ut en flaska vodka som legat i frysen, jag såg att det hade bildats en samling skivor av fryst vätska i vätskan, och jag undrar, består dessa flak, av vatten eller alkohol, eller en blandning av båda och varför?
/egon b, gbg

Svar:
Vatten blandat med alkohol fryser vanligtvis inte till en stor isklump utan till en is-sörja. Det beror på att alkohol+vatten har lägre fryspunkt än rent vatten. Vattenmolekyler kommer därför att frysas till is från slumpmässiga små isbitar. Dessa isbitar växer genom att ta upp mer vattenmolekyler och lämnar kvar en allt starkare blandning alkohol+vatten. Blandningen får därmed lägre fryspunkt, så det fordras ganska låga temperaturer för att frysa allt. Den påhittige läsaren kan säker räkna ut vad man kan använda den här effekten till !

Ämnet (Blandat) var ovanligt passande denna gång!
/Peter E

Nyckelord: kokpunkts/fryspunkts förändring [10]; *vardagsfysik [60];

*

Värme [8721]

Fråga:
Vid vilken temperatur är kokpunkten för vatten om man befinner sej på Mount Everests topp?
/Filip J, Östra skolan, Luleå

Svar:
Först får vi ta reda på hur högt Mount Everest är. Detta hittar i Wikipedia: Mount_Everest - 8848 m.

Sedan behöver vi atmosfärstrycket på höjden 8848 m. Detta kan vi beräkna med kalkylatorn under länk 1. Om vi fyller i atmosfärens standardtryck 101.3 kPa och höjden 8848 m får vi ett tryck på 37 kPa.

Slutligen använder vi kalkylatorn under länk 2 (bilden nedan) för att beräkna kokpunkten. Vi fyller i standardtrycket 101.3 kPa, standardkokpunkten 100oC och trycket 37 kPa. Kalkylatorn räknar då ut kokpunkten 75oC.

I Saturated Vapor Pressure for Water finns tabeller för vattnets ångtryck både vid normala temperaturer och vid höga temperaturer. Dessa tabeller kan användas för att uppskatta kokpunkten vid olika tryck.



/Peter E

Nyckelord: kokande vatten [15]; kokpunkts/fryspunkts förändring [10]; *verktyg [8];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Kinetic/barfor.html
2 http://www.trimen.pl/witek/calculators/wrzenie.html

*

Värme [543]

Fråga:
Varför blir det en fryspunktsnedsänkning när man t.ex sätter koksalt till vatten men en kokpunktshöjning?
/

Svar:
Det är som du säger att nästan alltid så sjunker fryspunkten när ett salt löses i vatten samtidigt som kokpunkten höjes. Den enklaste förklaringen vi kan ge är följande: Antag vi har en blandning av vatten och is i jämvikt. Temperaturen är alltså 0 grader. Vi tillsätter nu salt i vattnet. Det blir nu en skillnad i koncentrationen av salt i vattnet och i isfasen. En allmän strävan hos naturen är att utjämna koncentrationsskillnader. För att åstadkomma detta smälts is. Då sjunker temperaturen tills man når saltblandningens fryspunkt som alltså är lägre än 0 grader. Vi kan göra motsvarande resonemang då vi har en vatten och ånga i jämvikt vid 100 grader. Om vi tillsätter salt till vattnet så börjar ångan att kondensera och då frigöres värme vilket medför att temperaturen stiger. Vi får alltså en kokpunktshöjning.
/Gunnar O

Nyckelord: vatten/is [31]; kokpunkts/fryspunkts förändring [10];

*

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 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


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
.