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.

21 frågor/svar hittade

Värme [20576]

Fråga:
Vid ett försök att bestämma specifika värmekapaciteten för koppar användes följande experiment. En kopparcylinder som väger 145 g läggs i ett stort kar med vatten med temperaturen 94,0 oC. När cylindern har legat länge i detta varma vatten lyfts den upp och läggs i en termos med 335 g vatten med temperaturen 12,0 oC. Detta vatten värms då upp till 15,4 oC. Vilket värde på koppars specifika värmekapacitet ger detta experiment? Specifika värmekapaciteten för vatten är 4,18·103 J/kg·K.
/Christofer A, Hermods, Göteborg

Svar:
Kopparcylindern har temperaturen 94.0o.

Energi för att kyla kopparcylindern från 94.0 till 15.4 grader:

CCu*m*DT = CCu*0.145*(94.0-15.4) (1)

Energi för att värma vattnet från 12.0 till 15.4 grader:

Cvatten*m*DT = 4180*0.335*(15.4-12.0) (2)

Om vi sätter (1) lika med (2) får vi:

CCu = 4180*0.335*(15.4-12.0)/(0.145*(94.0-15.4)) = 418 J/(kg*K)

Detta stämmer dåligt med det korrekta värdet 385 J/(kg*K) från Heat_capacity#Table_of_specific_heat_capacities . En svaghet är också att vi bortsett från värmen som åtgår till att värma termosen. Detta skulle emellertid göra den uppmätta värmekapaciteten ännu större och alltså mer avvikande från det etablerade värdet.
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [19531]

Fråga:
Vad vore bäst att ta med sig en kall natt, en 10-kilograms järnklump eller en varmvatten flaska på 10-kilogram om båda föremålen har samma temperatur från början?
/Jeanette s

Svar:
Du vill alltså maximera värmekapaciteten hos det enkla "värmeelementet". Den specifika värmekapaciteten för ett antal ämnen finns i Heat_capacity#Table_of_specific_heat_capacities .

Vatten har alltså den specifika värmekapaciteten 4181 J/(kg*K) och järn 450 J/(kg*K). Vatten är alltså kilo för kilo 10 gånger mer effektivt än järn.

Om i stället volymen hade varit avgörande skulle skillnaden vara betydligt mindre på grund av järnets höga densitet. Tar man hänsyn till att järn kan värmas till betydligt högre temperatur blir järn mer effektivt som värmekälla.

Vatten har, som synes i tabellen, bland den största specifika värmekapaciteten av alla ämnen.
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Elektricitet-Magnetism [19430]

Fråga:
Vad gör vissa ämnen supraledande?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, jag undrar vad som gör vissa ämnen supraledande? Måste det finnas en halvmetall med? Och varför blir ämnen bara supraledande vid låga temperaturer? Tacksam för svar!
/Johanna L

Svar:
Wikipedia (Supraledare ) definierar supraledning:

Supraledning är ett fenomen i fasta tillståndets fysik som uppträder under en viss kritisk temperatur (ofta betecknad Tc) i vissa material. Ett supraledande material karakteriseras av sin oändligt stora elektriska ledningsförmåga och av att det inte kan innehålla något magnetiskt fält i innandömet (Meissnereffekten). Fenomenet förklaras teoretiskt av att elektronerna vid tillräckligt låga temperaturer parar ihop sig till Cooper-par.

Supraledning finns vid tillräckligt låga temperaturer hos vissa metaller och även keramiska ämnen. Det finns ämnen som är supraledande vid så hög temperatur att man kan använda billigt och lättillgängligt flytande kväve som kylmedel (kokpunkt 77 K).

Supraledning är ganska komplext och det finns olika förklaringar och fenomenet är inte helt förstått, speciellt när det gäller högtemperatursupraledare. Den klassiska förklaringen är BCS-teorin (se BCS_theory ).

I en vanlig ledare (typiskt en metall) sker laddningstransporten med fria elektroner, se fråga 9549 . Elektronerna kolliderar med atomerna i gittret och i en del av dessa kollisioner förlorar elektronen energi som värmer upp ledaren. Denna uppvärmning av ledaren är oftast oönskad eftersom den innebär en energiförlust (ledningsresistans).

I vissa ledare vid låg temperatur slår sig elektronerna ihop två och två med motsatt spinn (+1/2.-1/2). Man får då vad man kallar ett Cooper-par med spinnet 0. Dessa Cooper-par leder strömmen i stället för fria elektroner. På grund av kvantmekaniken är den emellertid två avgörande skillnader:

1 Eftersom ett Cooper-par har heltaligt spinn (0) är de bosoner och behöver till skillnad från fermioner (halvtaligt spinn) inte lyda pauliprincipen, se fråga 18298 . Alla Cooper-par kan då befinna sig i det lägsta tillståndet, grundtillståndet. Detta kallas Bose-Einstein-kondensat, se fråga 1136 .

2 Energin i grundtillståndet är för liten för att Cooper-paren skall kunna växelverka med gittret. Detta betyder att kollisioner blir "förbjudna" och Cooper-paren kan röra sig obehindrat, det vill säga att resistansen är noll.

I figuren nedan visas resistiviteten (grön kurva) som funktion av temperaturen. Man ser att resistiviteten är exakt noll för temperaturer mindre än Tc. Den blå kurvan visar specifik värmekapacitet. Man ser att även denna påverkas vid fasövergången T=Tc.

Se även Superconductivity .



/Peter E

Nyckelord: supraledning [7]; pauliprincipen [10]; resistans [11]; specifik värmekapacitet [21]; Bose-Einstein-kondensat [6];

*

Värme [19315]

Fråga:
Uppvärmning av en pool
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Vi håller precis på att värma vår nyfyllda pool. Det verkar ta jättelång tid, typ 2 grader per dygn. Mamma säger att det kommer gå fortare när poolen blivit lite varmare men pappa säger att det kommer fortsätta öka med ca 2 grader per dygn. Vem har rätt?
/Wilhelm S, Ellagårdsskolan, Täby

Svar:
Wilhelm! För en gångs skull är det pappa som har rätt! Värmemängden som krävs för att värma vattnet en grad är konstant mellan 0 och 100oC, dvs när vatten är flytande (se fråga 15734 ). Om något kommer uppvärmningen gå långsammare eftersom förlusterna ökar med ökande temperaturskillnad vatten-luft.

En bassäng med vatten har mycket stor värmekapacitet, så det krävs mycket energi för att värma upp den. Låt oss anta följande:

Bassängens volym: 6x4x1.5 = 36 m3
Specifik värmekapacitet för vatten: 4.2 kJ/(kg*K)

Energi för att värma vattnet en grad:

4200*36*1000*1 = 151200000 = 1.5*108 J

Om vi vill värma vattnet 2 grader per dygn behöver vi effekten:

2*151200000/(24*60*60) = 3500 W = 3.5 kW

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [19279]

Fråga:
Hej, om man har 3 bägare med vatten i. Vattnet har massan M (exempelvis 400 ml) i varje bägare men två av bägarna innehåller även en metall utöver vattnet. Säg att en bägare innehåller aluminium och en bägare koppar. Metallerna har samma massa. Man ska ta reda på energin som behövs för att värma vattnet från 20°C till 90 °C i tre påföljande experiment.

Detta är enkelt med formeln E=cmΔT för bägaren med bara vatten. Men hur bestämmer man energin då även en metall absorberar värme? hur nyttjar man formeln då det finns olika ämnen och alltså mer än en värmekapacitet?
/Oscar H, Mikael Elias, Karlskrona

Svar:
Oscar! Du summerar bara energin som krävs för att värma vattnet och energin för att värma metallen.

E = c*m*ΔT + cm*mm*ΔT

cm, metallens specifika värmekapacitet, hittar du i Specific_heat_capacity#Table_of_specific_heat_capacities .
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [19001]

Fråga:
Specifik värmekapacitet
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Försöker förstå sambandet mellan ett ämnes specifika värmekapacitet och dess densitet. Järn och trä har ungefär samma värmekapacitivtet men järn har mycket högre densitet och ledningsförmåga. Hur hänger det ihop? Jag funderar ochså över porslin jämfört med trä. Porslin har densitet 2,3kg/dm3 och värmekapacitivitet 0,8 kJ/kg.K. Har försökt hitta förklaringsmodeller om det hör ihop med bindningar mellan atomer/molekyler (förmåga att röra sig)? närhet mellan atomer/molekyler (förmåga att leda vidare) Men olika ämnens egenskaper säger mot varandra. Tacksam för förklaring som går att använda på högstadiet.
/Eva R, Sturebyskolan, Stockholm

Svar:
Eva! Specifik värmekapacitet är ett ganska svårt ämne, så det finns inget enkelt svar på din fråga. Värme är ju slumpmässig rörelse hos molekyler, så den specifika värmekapaciteten bestäms inte av densiteten direkt utan i princip av antalet molekyler och antal frihetsgrader per molekyl. För det första så finns det inget samband mellan värmeledningsförmåga och specifik värmekapacitet. För värmeledningsförmåga se fråga 3874 .

Först några definitioner:

Gaskonstanten (i allmänna gaslagen): R = 8.3145 J/(mol*K)

Boltzmanns konstant: k = 1.38065*10-23 J/K
är en naturkonstant som relaterar temperatur för en mängd partiklar (molekyler) till energi på partikelnivå. Konstanten betecknas med kB eller bara k och motsvarar den allmänna gaskonstanten R dividerad med Avogadros tal NA.

Avogadros tal: NA = 6.02214*1023 /mol
är en fysikalisk konstant som anger antalet atomer eller molekyler i en mol av en substans.

R = k*NA (k hänför sig alltså till en molekyl och R hänför sig till en mol, dvs NA molekyler)
(R = 1.38065*10-23*6.02214*1023 = 8.3145)

För fasta ämnen och vätskor är det inte helt lätt, men låt oss börja med en gas eftersom det är lättare att förstå.

Figuren nedan (från Heat_capacity ) visar värmekapaciteten CV för en tvåatomig gas (t.ex. N2) dividerat med gaskonstanten R som funktion av den absoluta temperaturen. För det första kan vi konstatera att CV varierar med temperaturen. Detta gäller oftast även för vätskor/fasta ämnen.

Varje frihetsgrad har värmekapaciteten (1/2)R J/mol eller (1/2)k J/partikel. Låt oss betrakta en tvåatomig gas, se figuren nedan. Molekylen kan röra sig i tre riktningar x,y och z. Vi har alltså 3 frihetsgrader och värmekapaciteten vid låga temperaturer blir (3/2)R.

Vid lite högre temperaturer kommer nya frihetsgrader in för en tvåatomig gas (för en enatomig gas förblir värmekapaciteten (3/2)R). Först rotation. En tvåatomig molekyl kan rotera kring två axlar. Den tredje axeln är linjen mellan de två atomerna, och den kommer inte i fråga av kvantmekaniska skäl (symmetri). Vi har alltså ytterligare två frihetsgrader, och vid normala temperaturer är CV = (5/2)R. (Figuren är lite missvisande här eftersom detta är temperaturområdet en tvåatomig gas normalt befinner sig i.)

Vid ytterligare högre temperatur kommer även vibrationer in. Molekylen kan vibrera längs axeln som definieras av linjen mellan atomerna. Denna vibration har två frihetsgrader (potentiell energi och kinetisk energi), så CV = (7/2)R.

Vad händer då med fasta ämnen/vätskor? Alla atomer binds till sina närmaste grannar. Vi bör alltså ha tre vibrationstillstånd (x, y och z) med två frihetsgrader var (potentiell energi och kinetisk energi). CV bör alltså vara

3*2* (1/2)R = 3R

Detta kallas Dulong-Petits lag. Denna stämmer ganska väl för de flesta ämnen. Det tillkommer emellertid ett par komplikationer. För vissa ämnen, speciellt lätta ämnen med starka bindningar som C och Be, är vissa av vibrationstillstånden blockerade vid rumstemperatur eftersom excitationsenergin är för hög. Värmekapaciteten blir då lägre än 3R. Dessutom är det antalet atomer som bestämmer CV. I tabellen Heat_capacity#Table_of_specific_heat_capacities ges CV i sista kolumnen i enheten J/(mol*K*atom). Om man har ett sammansatt ämne i fast form måste man alltså multiplicera värdet med antalet atomer i en molekyl. Ta luft som exempel. Luft består till största delen av tvåatomiga molekyler. Vi måste alltså multiplicera det givna värdet 1.25 med antalet atomer i en luftmolekyl (2) för att få det korrekta värdet (5/2)R.

Eftersom vibrationstillstånden inte kan exciteras vid låg energi brukar CV för fasta ämnen gå mot noll när temperaturen går mot noll.

Se även fråga 17968 .



/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21]; gaslagen, allmänna [21];

*

Värme [18803]

Fråga:
En bassäng med 10kvm solfångare som under en solig dag mellan 11 - 16 producerar i snitt 600W/kvm. Hur mycket ökar temperaturen med solfångarens hjälp. Bassängen har måtten 10 x 4 m, 1,4 m djup. Hur räknar man ut detta.
/Danne S, Falun

Svar:
Danne! Det är bara att räkna på! Energin från solfångaren under 5 timmar blir

(10 m2)*(5*3600 s)*(0.600 kJ/(s*m2)) = 108000 kJ.

Vattnet i bassängen värms upp x grader. Specifika värmekapaciteten för vatten är 4.18 kJ/(kg*K). Energin som går åt är då

(x K)*(10*4*1.4 m3)*(1000 kg/m3)*4.18 kJ/(kg*K)) = x* kJ = 234000 kJ.

Om vi sätter detta lika med energin från solfångaren får vi

x = 108000/234000 K = 0.46 K.

Detta låter lite, men observera att bassängen innehåller mycket vatten och vattnets värmekapacitet är mycket stor. Om vi kan köra systemet fullt ut under tre månader på sommaren blir energiinnehållet

108000*90 = 9700000 kWs = (9700000 kWs)/(3600 s/h) = 2700 kWh.

En välisolerad villa kräver c:a 15000 kWh för uppvärmning. Man behöver alltså åtminstone 40 m2 solfångare snarare än 10 m2.
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21]; solenergi [14];

*

Värme [18740]

Fråga:
Hej! Jag har en inlämning rapport från fysiken.

Jag vill räkna ut hur mycket Q (VÄRMEMÄNGD) vattnet upptagit, och vikten angivit? Med hjälp av de har jag fått ihop olika värdena.

Vattens massa: 0,3 liter
Q : 4,16J(kg*K)
start temp : 23 grader Celsius= 296K

Stålens massa: 0,1kg
Q : 0,46j (Kg*k)
slut temp : 25 grader Celsius= 298K

Tack så hemskt mycket!
/Natahalie N, GKC, Gnosjö

Svar:
Natahalie!

Din beskrivning av försöket lämnar lite övrigt att önska! Jag antar du stoppar en uppvärmd stålbit i en bägare med vatten. Vattnets temperatur mäts före och efter. Du skall räkna ut hur mycket värme som upptas av vattnet (lika mycket som avges av stålbiten). Beräkna även stålbitens temperatur innan den las ner i vattenbägaren.

Med de värden du ger blir av vattnet upptagen värme

0.3*4.16*(25-23) = 2.5 J

Om stålets begynnelsetemperatur är T får vi

2.5 = 0.1*0.46*(T-25) vilket ger

T = 25 + 2.5/(0.1*0.46) = 25 + 54 = 79oC

Det är fel i dina uppgifter: specifika värmekapaciteten är given i kJ/(kg*K) men eftersom detta gäller både stål och vatten har det ingen betydelse för sluttemperaturen T. Av vattnet upptagen och av stålet avgiven värme skall emellertid vara 2.5 kJ eller 2500 J!

Sluttemperaturen är samma i vattnet som i stålet, 25 grader.
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [18574]

Fråga:
Hej! Gjorde en labb förra veckan om Energiåtgång då 0 *C ska bli till 100 *C. använde en termos med 0 *C vatten som vi värmde upp med en doppvärmare på 300W. massan på bara vattnet va 0,986 kg (986 gram) och den totala massan på termosen och vattnet var 1,598. experimenets temperatur mättets först var 15 sek i 2 min och sedan var 30 sek fram till vattnet hade kommit upp i 100 *C från de att vattnet hade kommit upp till 100 grader mätte vi i 2 min innan experimentet avslutades. vi skulle måla upp en T-E graf och gör ett diagram. utifrån grafen kunde man bestämma k- värdet som blev 0,0002. för att räkna ut den specifika värmekapacitetn tar jag väll 1/k = 1/0,0002= 5000. 5000/986= 5,07 är detta vattnets specifika värme kapacitet? Hur räknar ja ur hur mycket energi som gått åt för att värma vattnet 1*C och vad blir vattnets specifika ångbildningsvärme.

Är otroligt tacksam för ett så snabbt svar som möjligt :))
/Carro S

Svar:
Principen för experimentet beskrivs i detalj i fråga 15734 .

Ditt värde 5000/0.986 = 5070 J är inte särskilt nära det korrekta värdet på vattnets specisfika värmekapacitet, 4200 J/(kg*K). Anledningen är att du inte har räknat med värmekapaciteten för termosen. Du behöver alltså mer information för att lösa problemet. För att bestämma ångbildningsvärmet måste du även väga mängden vatten som kokar bort. Temperaturen under förångningsfasen bör vara konstant.
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [17968]

Fråga:
Hej,

jag undrar om det finns något direkt samband mellan värmekapacitet och värmekonduktivitet för olika ämnen. T.ex. vatten som har hög värmekapacitet men låg värmekonduktivitet. Vad avgör hur hög värmekonduktivitet ett ämne har?

Tack på förhand
/Victor F, Birger Sjöberggymnasiet, Vänersborg

Svar:
Victor! Nej, det finns det inte. Värmekapaciteten är relativt konstant omkring 3R (gaskonstanten) per mol för fasta ämnen (egendomligt nog dyker gaskonstanten upp även för fasta ämnen). Se Specific_heat_capacity .

Vad gäller värmekonduktivitet så är den i stort sett proportionell mot den elektriska konduktiviteten. Detta eftersom både ström och värme transporteras av elektroner, så det är dessas antal och rörlighet som är viktigt. Se Heat_conductivity#Electrical_conductivity och fråga 12826 .
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21]; värmeöverföring/transport [36];

*

Värme [17805]

Fråga:
Varför torkar inte plastglasen och andra plastsaker i diskmaskinen medan allt glas, metall och porslinsmaterial torkar hur bra som helst?
/Lars L, N/A, Lund

Svar:
Det fordras en hel del energi för att vatten skall förångas. När diskmaskinen stoppar är allt varmt och vått. Metall, glas och porslin har tillräcklig specifik värmekapacitet (förmåga att lagra värme, se fråga 15734 ) och hygglig värmeledningsförmåga för att vattnet på ytan skall förångas. Plast, däremot, har låg specifik värmekapacitet och dålig värmeledningsförmåga, så det tillgängliga värmeenergin räcker inte till för att förånga vattnet.
/Peter E

Nyckelord: *vardagsfysik [60]; specifik värmekapacitet [21];

*

Energi [17697]

Fråga:
Vart tar de stora energimängderna vägen i ett vattenfall som INTE är reglerat?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Vart tar de stora energimängderna vägen i ett vattenfall som INTE är reglerat, dvs inte har något vattenfall? Blir det värme av alltihop, och i så fall borde det väl vara väldigt varmt vid vattenfallen och massor av vattenånga. Men är det så?
/Curt J

Svar:
Ja, den potentiella energin blir värme. Låt oss räkna ut vad temperaturhöjningen blir. Vi har m kg vatten som faller 100 m. Potentiella energin (som blir rörelseenergi och sedan värme) är mgh.

Specifika värmekapaciteten C för vatten är 4180 J/kg.K, se fråga 14203 . Om vi kallar temperaturhöjningen DT får vi

mgh = mCDT

dvs

DT = gh/C = 10*100/4180 = 0.24 K.

Dimensionskontroll: [(m/s2)*m/(N*m)/(kg*K)] = [(m2/s2)/(kg*m/s2*m)/(kg*K)] = [1/1/(K)] = [K]

Detta torde vara knappt mätbart!
/Peter E

Nyckelord: vattenkraft [7]; specifik värmekapacitet [21]; potential/potentiell energi [26];

*

Värme [17491]

Fråga:
Har en varm järnkula större massa (marginellt) än en kall? (Helt enkelt om atomernas rörelseenergi på något sätt förekommer som massa)
/Bengt W, Magnus Stenbocksskolan, Helsingborg

Svar:
Bengt! Ja, all energi inklusive värmeenergi har massa. Men som du säger knappast mätbar.

Låt oss räkna på en kulstötningskula. Den väger 7.26 kg (Kulstötning ). Specifika värmekapaciteten för järn är 449 J/(kg*K) (Värmekapacitivitet ).

För att värma upp kulan från 20 grader till 100 grader krävs energin

DQ = 7.26*449*80 = 2.6 105 J

Från E = mc2 får vi massdifferensen

Dm = 2.6 105/(3 108)2 = 2.9 10-12 kg

vilket torde vara omätbart!

Se vidare Special_relativity#Equivalence_of_mass_and_energy .
/Peter E

Nyckelord: relativitetsteorin, speciella [38]; specifik värmekapacitet [21];

*

Ljud-Ljus-Vågor [16880]

Fråga:
Test av mikrovågsugn
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag har fått höra att man i framförallt USA testar mikrovågsugnar regelbundet (någon gång per år) för att se om de börjat läcka mikrovågor. Detta görs hemma genom att man kan hålla ett lysrör i närheten av mikron, lyser det så är ugnen för gammal och ska kasseras. Ligger någon som helst sanning i detta, att mikron kan bli gammal och börja läcka?
/Annika L, Lund

Svar:
Annika! Jag tror du blivit utsatt för ett skämt! Om det finns så mycket mikrovågor utanför ugnen att ett lysrör tänds, så är det mycket illa!

Mikovågorna hålls innne i ugnen genom att den är konstruerad som en faradaybur (se fråga 8879 ) - solid metallplåt inne i ugnen och ett finmaskigt metallnät på luckan. Maskorna är betydligt mindre än mikrovågornas våglängd, så dessa kan inte slippa ut. Enda möjligheten är att dörren eller nätet skadats, men det kan man lätt se. Man behöver alltså inte testa om ungen läcker mikrovågor. Om man vill mäta strålningen (t.ex. för att testa en ny konstruktion) bör man ha mycket bättre mätapparatur än ett lysrör.

Se fråga 16041 om vad som händer med mikrovågsugnar när de blir gamla. Se mer om mikrovågsugnar: mikrovågsugn , länk 1 från strålsäkerhetsmyndigheten och länk 2.

Se fråga 3969 om hur effektiv faradayburen i en mikrovågsugn är.

Hur man kontrollerar effekten hos en mikrovågsugn

När mikrovågsugnen blir gammal blir magnetronen som genererar mikrovågorna mindre effektiv, och det tar längre tid att värma maten. Så här kan du kontrollera hur effektiv din mikrovågsugn är. Du behöver bara en skål (glas eller keramik) med 1 liter kallt vatten och en hyggligt exakt termometer.

Mät temperaturen på vattnet. Säg att vattnet är 20oC. Kör ugnen 1 minut. Mät vattentemperaturen igen. Säg att vattnet nu är 30oC. Sedan får vi räkna lite för att få fram effekten. Energin som krävs för att värma vattnet DT K är:

W = m*c*DT

där m är massan och c är vattnets specifika värmekapacitet 4180 J/(kg K).

Om vi kör mikron under tiden t får vi effekten

P = W/t = m*c*DT/t

1 liter vatten väger 1 kg, så effekten blir

P = 4180*DT/t

Om vi körde mikron 1 minut och temperaturskillnaden var 10 K (eftersom vi har att göra med temperaturskillnader kan vi använda Celsius eller Kelvin) blir effekten

P = 4180*10/60 = 697 W

Om temperaturdifferensen blir liten bör man öka tiden t för att få bättre noggrannhet.

Den uppmätta effekten jämförs sedan med den nominella effekten enligt bruksanvisningen. Man kan även mäta in-effekten direkt med en wattmeter (se Watt_meter , bilden nedan). Om effekten är betydligt lägre än vad den skall vara är mikrovågsugnen skadad.

Om ovanstående är för krångligt kan man om man har en "standardportion", t.ex. ett fruset halvt franskbröd, helt enkelt se om upptiningen tar längre tid än vanligt.



/Peter E

Nyckelord: mikrovågsugn [21]; specifik värmekapacitet [21]; *vardagsfysik [60];

1 http://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/Allmanhet/Magnetfalt--tradlos-teknik/Mikrovagor/Mikrovagsugn/
2 http://www.pat-testing.info/microwave-safety.htm

*

Värme [16374]

Fråga:
Varför bränner man sig på fyllningen i en pizza men inte på brödet?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Håller på med värme i skolan. I läroboken stod ett exempel om att man bränner sig i gommen på pizza därför att fyllningen kan lagra mer inre energi än brödet, men de har samma temperatur. Min lärare har sagt att saker känns olika varma och att man bränner sig på grund av att värmeöverföringen är olika för olika ämnen. Jag undrar ifall att man bränner sig beror på värmeöverföringen/konduktiviteten hos ämnet eller om det beror på specifika värmekapaciteten? Hänger detta ihop?
/Maria H

Svar:
Hej Maria! Låt oss resonera systematiskt! Vad menas med att du bränner dig på gommen? Jo det är att gommen blir så varm (hög temperatur) att de värmekänsliga cellerna signalerar hög temperatur eller i värsta fall att man får en liten (övergående) skada. Det väsentliga är alltså att höja gommens temperatur.

För att höja gommens temperatur krävs dels att pizzan har tillräcklig specifik värmekapacitivitet och dels att värmeledningsförmågan är tillräcklig (och naturligtvis att den är tillräckligt varm). Så svaret är alltså: både och! Om värmeledningsförmågan är dålig, är det bara ett tunnt skikt som bidrar: liten temperaturhöjning eftersom temperatursänkningen hos pizzan är stor. Om specifika värmekapacitiviteten är liten, får man igen en stor sänkning av pizzans temperatur.

Metaller har mycket hög värmeledningsförmåga (eftersom det finns fria elektroner) och rimligt hög specifik värmekapacitivitet (värmemängd per kg och K). Man bränner sig alltså mycket på metaller. Du bränner dig på spiken i bastun men inte på trätrallorna. Du bränner dig inte heller på en het aluminiumfolie, eftersom massan är så liten och därmed värmekapaciteten.

Vatten har mycket hög specifik värmekapacitivitet och hygglig värmeledningsförmåga. Torra bitar som brödet har emellertid låg värmekapacitivitet och dålig värmeledningsförmåga eftersom brödet innehåller en massa luftbubblor som leder värme dåligt. Det är alltså på fyllningen (som innehåller mycket vatten) och inte på brödet du bränner dig.

/*fa*



/Peter E

Nyckelord: värmemängd [3]; värmeöverföring/transport [36]; specifik värmekapacitet [21]; *vardagsfysik [60];

*

Värme [16294]

Fråga:
Vi ska skriva ett energiprojekt om termisk energilagring, fasomvandlingar, marklagring etc. inom fysiken. Vad är den gemensamma nämnaren, sambandet, mellan dessa begrepp? Vi har en teori om att det bl.a. har med atomers förmåga att lagra energi i bindningarna.
/Michaela & Martina K, S:t Petri Skola, Malmö

Svar:
Hej Michaela & Martina! För det första skall jag inte göra ert projekt - det är tänkt som en övning för er. Sedan är frågan lite kryptiskt formulerad, så jag är inte säker på vad ni menar. Låt mig bara säga lite om ämnet, även om jag inte är expert utan bara en vanlig fysiker.

Om man vill lagra värme är det naturligtvis bra om om den specifika värmekapaciteten är hög, dvs många joule per kg och grad temeraturändring. Vatten har dessa egenskaper (se fråga 14203 nedan) och används därför ofta som lagringsmedium. Jag tror inte man i större omfattning använder fasomvandling för energilagring, det används däremot i kylskåp och värmepumpar.

Eftersom temperaturerna i lagringsmediet normalt är ganska låga och det krävs en temperatur på minst 40-50 grader för att åstadkomma uppvärmning av t.ex. ett hus, så använder man vanligtvis en värmepump, se fråga 14245 nedan.

Atomers och molekylers förmåga att lagra energi är, som ni säger, beroende av egenskaper hos de kemiska bindningarna.

Se vidare Thermal_energy_storage . Se även tipsen i projektarbete . Lycka till!
/Peter E

Se även fråga 14203 och fråga 14245

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21]; energilagringssystem [7];

*

Värme [15734]

Fråga:
Vad är specifik värmekapacitet?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej allihopa! Jag undrar om någon skulle kunna förklara vad specifik värmekapacitet är. När man på kurvan ser då man med konstant värme värmer på is som blir till vatten o sedan vattenånga ser man att själva funktionen är konstant, (först höjs temperaturern sedan går all värme åt att byta aggregations tillsånd osv), jag undrar om det finns ämnen där kurvan inte är konstant, utan exponentiell eller varierande helt enkelt.
/teresa k, norra real, stockholm

Svar:
Hej Teresa! Specifik värmekapacitet är den mängd värme man måste tillföra för att höja temperaturen hos ett kg med en grad (1K). Om ämnet byter aggregationstillstånd (går från fast till flytande eller från flytande till gas), så går all energi år för att ändra aggregationstillståndet, och temperaturen är konstant. Specifik värmekapacitet för olika ämnen finns i Wikipedia, se länkar i fråga 14203 .

Se på figuren för vatten nedan (från Wikipedia-artikeln Thermodynamic_temperature ). På den horisontella axeln är relativ tillförd värme och på den vertikala är temperaturen. Det finns två områden där kurvan är horisontell, dvs temperaturen konstant: när isen smälter och när vattnet kokar. Vidden på de konstanta områdena är ett mått på smältvärmet respektive ångbildningsvärmet. Den högra konstanta delen är 40.7 kJ/mol. Eftersom detta avser en mol, behöver vi räkna om värdet till kg (vattnet har molekylvikten 18 g/mol):

40.7 kJ/mol = 1000*40.7/18 = 2260 kJ/kg.

På samma sätt blir smältvärmet för is

6.01 kJ/mol = 1000*6.01/18 = 334 kJ/kg.

Från lutningen (egentligen 1/lutningen) hos den räta linjen mellan is och ånga kan man räkna ut den specifika värmekapaciteten för vatten:

7.5 kJ/(mol*K) = 1000*7.5/(18*100) = 4.2 kJ/(kg*K)

Det faktum att kurvan i detta område är en rät linje reflekterar det faktum att specifika värmekapaciteten för vatten är oberoende av temperaturen. Detta gäller approximativt för de flesta ämnen.

Sedan är jag inte helt klar över vad du menar att kurvan inte är konstant. I de horisontella områdena (vid smältpunkten 0oC och vid kokpunkten 100oC) ändras inte temperaturen om bara tillförseln av värmet sker på ett effektivt sätt. Då har hela provet en konstant temperatur och all tillförd värme går till att ändra aggregationstillstånd.

Den gröna kurvan mellan is och ånga representerar alltså den specifika värmekapaciteten för vatten. Det faktum att kurvan är mycket nära en rät linje betyder helt enkelt att vattens specifika värmekapacitet är konstant mellan 0oC och 100oC. Detta gäller inte allmänt - andra ämnen kan ha olika olinjära kurvor.

Man ser även på den blå kurvan till vänster (för is) att den avviker från en rät linje. Lägg också märke till att den blå kurvan har ungefär dubbelt så stor lutning som den gröna (för vatten). Detta betyder att specifika värmekapaciteten för is är ungefär hälften av den för vatten.



/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [15290]

Fråga:
Hej jag har en fråga i värmeläran som lyder: Ett badkar rymmer 350 liter. För att ta sig ett varmt bad så vill man fylla badkaret med 200 liter vatten med temp. 37 grader. Man har tillgång till 65 gradigt vatten från en varmvattensberedare samt 8 gradigt vatten från kallvattenskranen. Hur mycket vatten från vardera ska man ta?

Svara gärna hur ni har gjort hela vägen så jag förstår! Tack så jättemycket!
/sandra h, tullhagens komvux, karlstad

Svar:
Hej Sandra! Antag vi tar x liter 8 gradigt vatten. Då behöver vi (200-x) liter 65 gradigt vatten för att få 200 liter.

Energin som går åt för att höja temperaturen till 37 grader hos det kalla vattnet är

x*(37-8)*k

där k är specifik värmekapacitet för vatten. På samma sätt frigörs

(200-x)*(65-37)*k

när det vama vattnet kyls till 37 grader. Värmen som går åt att värma det kalla vattnet tas från det varma. Om vi antar att inget energiutbyte sker med omgivningen är de två uttrycken ovan lika och vi får en enkel ekvation med en obekant:

x*(37-8)*k = (200-x)*(65-37)*k

x*29 = (200-x)*28

29x = 28*200 - 28x

57x = 28*200

x = 28*200/57 = 98.2

Vi skall alltså ta 98.2 liter kallvatten och (200-98.2)=101.8 liter vamvatten.
/Peter E

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [14203]

Fråga:
Hej! Om en isbit läggs i 0,2 kg vatten som är 18 grader, i en termos med värmekapacitet 80 J/K som också är 18 grader, och isbitens massa är 0,05 kg och dess temperatur -15 grader, hur mycket av isen kommer att smälta och varför är det så? Jag får att 40 g smälter, men läroboken får 45 g.
/Annica K, Värmdö, Stockholm

Svar:
Hej Annica! Låt oss först samla lite data om vatten som är nödvändiga för att lösa sådana här problem:

Specifik värmekapacitet för is: 2.1 kJ/kg.K
Smältvärme för is: 333 kJ/kg
Specifik värmekapacitet för vatten: 4,18 kJ/kg.K
Ångbildningsvärme för vatten: 2260 kJ/kg
Avkylning 18->0 grader:
0.2 kg vatten + termosen = 0.2*18*4.18 + 0.080*18 kJ = 15.048 + 1.44 kJ = 16.488 kJ

Uppvärmning -15->0
0.050 kg is = 0.050*15*2.1 kJ = 1.575 kJ

Återstår alltså 16.488 - 1.575 kJ = 14.913 kJ för att smälta x kg is: x*333 = 14.913 kJ, vilket ger x = 14.913/333 = 0.04478 kg = 45 g.

Du har nog glömt att ta hänsyn till värmekapaciteten hos termosen, det är ungefär 10% av vattnets.

Här är data för några vanliga ämnen:
smältvärme - Enthalpy_of_fusion , specifik värmekapacitet - Specific_heat_capacity , ångbildningsvärme - Enthalpy_of_vaporization .

Jämfört med andra ämnen har vatten högt smältvärme, hög specifik värmekapacitet och mycket hög ångbildningsvärme. Detta beror dels på vattnets låga molekylvikt (innehåller många molekyler per kg) och på de vätebindningar som finns mellan närliggande molekyler pga att vattenmolekylen är en dipol. En del av energin går alltså åt för att bryta upp vätebindningar snarare än att "sätta fart" på molekylerna. Water Structure and Science uttrycker det så här:

Water has the highest specific heat of all liquids except ammonia. As water is heated, the increased movement of water causes the hydrogen bonds to bend and break. As the energy absorbed in these processes is not available to increase the kinetic energy of the water, it takes considerable heat to raise water's temperature. Also, as water is a light molecule there are more molecules per gram, than most similar molecules, to absorb this energy. Heat absorbed is given out on cooling, so allowing water to act as a heat reservoir, buffering against changes in temperature.

/Peter E

Nyckelord: vatten/is [31]; specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [8869]

Fråga:
1.Varför har vatten så hög specifik värmekapacitet? 2. Varför går det åt mer energi för att värma upp vatten än is? Finns det något samband mellan smältpunkt och c?
/John T, Rudbeckianska, Västerås

Svar:
Många av vattnets märkliga egenskaper beror på vattenmolekylens stora elektriska dipolmoment. Till exempel den höga värmekapaciteten. Det är normalt att ett ämne har olika värmekapacitet i fast och i smält form. Kolla svaren nedan! Slå gärna på vatten i Nationalencyklopedin . Där finns en bra artikel.
/KS

Se även fråga 5233 och fråga 2994

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21];

*

Värme [4888]

Fråga:
Hur kan det komma sig att det tar 20 minuter att koka en potatis i 100-gradigt vatten, men att det tar drygt en timme att baka en potatis i en 250-gradig ugn? Vänligen Linda Eriksson
/Linda E, K-World, Stockholm

Svar:
Att koka potatis är i princip ett värmeöverföringsproblem. Det gäller att så snabbt som möjligt få en hög temperatur - uppåt 100oC i hela potatisen. Då sker en strukturomvandling (fråga 13169 ) som gör potatisen mjuk.

Vatten är mycket effektivare för värmeöverföring än luft. Det beror på vattnets högre värmekapacitet, högre värmeledning och att strömningen blir intensiv vid kokning. Luft har mycket lägre värmekapacitet och värmeöverföringen luft-potatis är ineffektiv.

Se även fråga 16152 .

Tänk på: Man kan sitta en god stund i en torrbastu vid 100 grader, men man tål absolut inte kokande vatten.
/KS/lpe

Nyckelord: specifik värmekapacitet [21]; värmeöverföring/transport [36];

*

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 7178 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-20 12:13:24.


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
.