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.

16 frågor/svar hittade

Universum-Solen-Planeterna [20564]

Fråga:
Varför är det kallare på utsidan av solen?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Varför är det kallare på utsidan av solen (vid kromosfären)?
/ellinor u, björnekullaskolan, åstorp

Svar:
Låt oss först se hur solen är uppbyggd.

I solens centrum är temperaturen c:a 15 miljoner K. Det är här solen producerar sin energi genom kärnreaktioner, se fråga 12547 . Energin transporteras sedan med strålning (inre delarna) och konvektion. (yttre delarna). Transporten med strålning är emellertid en mycket långsam process eftersom fotonerna hela tiden kolliderar med joner och försvinner i en slumpmässig riktning - nästan lika sannolikt inåt som utåt.

Man väntar sig att temperaturen i solen skall minska när man går längre ut från energikällan i centrum. Detta är helt analogt med att en järnstång med ena ändan i en eld är varmare nära elden. Det är värmeledningsförmågan som bestämmer hur varm den andra ändan är. Hög värmeledningsförmåga medför att även den icke uppvärmda ändan blir varm.

Fotosfären är solytan vi ser när vi observerar solen i synligt ljus. Innanför fotosfären är solen inte transparent (ogenomskinlig, hög opacitet) för ljus.

Kromosfären - är så tunn att den är transparent. En utsänd foton har alltså en hygglig chans att ta sig ut. Detta gör att kylningen blir mer effektiv, så temperaturen blir lägre än vid fotosfären. Kromosfären är det kallaste lagret hos solen. Lägsta temperaturen, c:a 4100 K, är c:a 500 km ovanför fotosfären. Kromosfären är det tunna rödaktiga lagret utanför månskivan i bilden nedan av en solförmörkelse.

Koronan är mycket tunn, endast synlig vid totala solförmörkelser. Temperaturen är ett par miljoner K.

Koronans höga temperatur är fortfarande något av ett mysterium. Den kan inte värmas upp direkt genom strålning eftersom det skulle strida mot temodynamikens andra huvudsats att värme kan inte spontant transporteras från en kallare till en varmare kropp, se fråga 15733 ). Det måste vara något annat som värmer koronan, t.ex. ljudvågor eller magnetfält, se Corona#Coronal_heating_problem . Denna "accelerator" skulle alltså, analogt med en värmepump, värma upp koronan och orsaka solvinden som vi på jorden kan observera som norrsken, se fråga 19745 .

Mellan kromosfären och koronan finns ett tunt övergångsskikt där temperaturen ökar med höjden.

Se vidare länk 1, 2 och Sun#Structure .



/Peter E

Nyckelord: solen [1]; solens energiproduktion [9]; solförmörkelse [3]; termodynamik [16];

1 http://www.astronomy.ohio-state.edu/~ryden/ast162_1/notes3.html
2 https://www.nasa.gov/mission_pages/iris/multimedia/layerzoo.html

*

Värme [20282]

Fråga:
Hej, hur mycket energi går det åt för att komprimera luft, till exempel, hur mycket energi går det åt för att komprimera 2 kubikmeter luft vid havs ytan till e tredjedel av volymen?
/Edvin L, Häggvall, Fagerfjäll

Svar:
Det beror på hur man komprimerar. Om man komprimerar med värmeutbyte (isotermiskt, konstant temperatur) får man ett värde, om man komprimerar snabbt utan värmeutbyte (adiabatiskt) så får man ett annat. Dessa processer finns beskrivna i fråga 18939 .
/Peter E

Nyckelord: termodynamik [16];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html

*

Energi [20240]

Fråga:
Hej! Energiprincipen gäller inte för universum som helhet. Termodynamikens andra huvudsats (entropin som växer) är heller inget kosmologin bekymrar sig om. Gäller nollte och tredje huvudsatsen? Vilka är kosmologernas "axiom", dvs deras huvudsatser?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Se Termodynamikens_huvudsatser .

Nollte är knappast relevant för universum. Separata universa kan knappast stå i termodynamisk jämvikt.

Tredje blir ganska konstig tillämpad på universum. Temperaturen går ju mot noll, vilket ger ett minimum av entropin trots att den ökar enligt andra. Har kanske med expansionen att göra?

Big bang med inflation och accelererande expansion är något som det råder stor enighet om.
/Peter E

Nyckelord: termodynamik [16];

*

Värme [19554]

Fråga:
Om termodynamikens andra huvudsats
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej. Dök upp en "rolig samling elevsvar" på nätet med bl a en fysikfråga och ett kul svar. Vill dock gärna veta det riktiga svaret för att kunna gå vidare i livet. Frågan löd ungefär: världens hav innehåller värme. En ingenjör designade en oceanångare som skulle utvinna värme vid T2=10 grader C och avge värme ut i atmosfären vid T1=20 grader C. Ingenjören fick sparken. Varför?
/Ingela O

Svar:
Ja, det kan man fråga sig! Som det är formulerat är det inget annat än en värmepump. Med en värmepump kan man genom att utföra arbete överföra mer värme än tillfört arbete från en kall reservoar till en varm, se fråga 18487 och 18257 .

Värmefaktorn (COP, Coefficient Of Performance) för en värmepump ges för en ideal process (Carnot) av

COP(värmepump) = TH/(TH-TC)

Om man sedan vill använda värmen från den varma reservoaren för en motor (värmemotor) som kan driva oceanångaren så är verkningsgraden

h = (TH-TC)/TH

(se fråga 15817 )

Om vi nu seriekopplar värmepumpen och motorn får vi den totala verkningsgraden

COP*h = 1.

Detta betyder att vi får ut precis den effekt vi puttar in. Observera att vi hela tiden talar om ideala processer utan förluster. I verkligheten vore ovanstående framdrivningsmetod vara mycket olönsam.

Se fråga 15733 för mer om termodynamikens huvudsatser och evighetsmaskiner. Länk 1 innehåller en ganska enkel framställning om termodynamikens andra huvudsats:

So the second law, in words, is just the statement that these two things are impossible. that is:

1. It is impossible for heat to move spontaneously from a cold body to a hot body with no other result.

2. It is impossible to convert heat quantitatively into work with no other result.

The latter statement is sometimes phrased: "It is impossible to make a perpetual motion machine of the second kind." (A perpetual motion machine of the second kind is a machine that converts heat into work without doing anything else. Imagine an ocean liner that scoops up liquid water out of the ocean, pulls the heat out of the water and uses it to power the ship, and dumps the left-over ice cubes out the back of the ship.)

Note that a perpetual motion machine of the second kind would not violate the first law. Energy would be conserved because any heat extracted would be converted into work.

The second law is why automobiles have radiators. Someone might ask why we throw away all that energy that dissipates from the radiator. Why not capture the energy and use it do decrease our gas mileage? The answer is that if you don't dissipate the heat the engine burns up, as you would quickly find out if you bypassed the radiator with a hose or if you drained the coolant from the radiator.


/Peter E

Nyckelord: värmepump/kylskåp [6]; termodynamik [16]; evighetsmaskin [12];

1 http://www.chem.arizona.edu/~salzmanr/480a/480ants/2ndlaw1/2ndlaw1.html

*

Värme [18939]

Fråga:
Hej, Hur mycket ökar temp i ett bildäck om man fyller i mera luft så att trycket ökar från 1 Bar till 2 Bar? Eller är det bara n (ref till Gaslagen) som ökar? MVH/Ingvar
/Engde I, Vidareutbildning, Sollentuna

Svar:
Det beror på hur man fyller däcket. Om man fyller långsamt så att det sker värmeutbyte med omgivningen så är temperaturen konstant (isoterm process):

Isoterm process är en termodynamisk process som förlöper vid konstant temperatur.

I gaslagen

pV = nRT

är allt utom p och n konstant.

För en snabb process utan värmeöverföring med omgivningen (adiabatisk) ändrar sig tre av variablerna: p, V och T. Gaslagen räcker inte till för att lösa problemet, utan man måste även använda sambandet som gäller för adiabatiska processer (se Adiabatic_process , länk 1 och nedanstående figur).

Adiabatisk process är en termodynamisk process där ingen värme tillförs eller bortförs från en fluid. För en adiabatisk process gäller sambandet

pV g = konstant

där g är 7/5=1.4 för luft.

Med hjälp av gaslagen

pV = nRT

kan man härleda övriga varianter av adiabat ekvationen (Adiabatic_process#Ideal_gas_(reversible_process) ):

TV (g-1) = konstant

och

p (1-g) T g = konstant

Tillämpar vi den senare vid begynnelsetemperaturen 293 K (20oC) får vi

1 -0.4 2931.4 = 2 -0.4 T 1.4

2 0.4 2931.4 = T 1.4

1.32*2842 = T 1.4

T = (1.32*2842)1/1.4 = 357 K

vilket är 357-273 = 84oC.

Vid en adiabatisk kompression ökar alltså temperaturen och vid expansion minskar temperaturen. Termodynamiskt kan man förstå detta som att vid expansion utför gasen ett arbete på kolven. Energin tas från värmeinnehållet i gasen, varför gasen kyls.

Mikroskopiskt (på molekylnivå) kan man se det så att gasmolekylerna förlorar energi (hastighet) när de kolliderar med den bortflyende kolven medan de vinner energi när de kolliderar med en kolv som rör sig mot dem.



/Peter E

Nyckelord: gaslagen, allmänna [21]; termodynamik [16];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/adiab.html

*

Värme [18487]

Fråga:
Frysa vatten med värmepump för uppvärmning
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej. Jag fick en liten fundering. Vi har en elslinga i köksgolvet hemma. Den ger värme av direktverkande el. Nu undrar jag om jag skulle skulle "vinna energi" om jag istället för att använda energin i elslingan, satte in 2 st 10-litershinkar med vatten i frysen. Energin som ligger lagrat i vattnet borde transporteras ut i rummet och jag kan kasta ut isen på gräsmattan. Håller detta resonemang? Tack. /Peter
/Peter N, Skoghall

Svar:
Kul fråga Peter! Det du föreslår är att använda kylskåpet som en värmepump med vatten direkt från kranen som värmereservoir.

En värmepump är en teknisk anordning som överför värme från en kall till en varm plats (Värmepump ).

Enligt termodynamikens andra huvudsats, se fråga 15733 , kan värme bara gå från varmt till kallt. Man kan emellertid komma ifrån detta om man på ett fiffigt sätt utför ett arbete. Detta är vad ett kylskåp gör: med hjälp av energi från en elektrisk motor "pumpas" värme från en kall reservoir (kyl/frys utrymmet) till en varm reservoir (luften bakom kylskåpet). En värmepump är konstruerad precis som ett kylskåp, enda skillnaden är att det är den varma reservoiren som är den intressanta.

Ditt förslag är alltså att använda hinkar med vatten som din kalla reservoir. I normala fall använder en värmepump t.ex. uteluften eller marken i trädgården som kall reservoir.

Vi kan för att definiera storheter rita en schematisk figur på processen, se nedan. Vi har en kall reservoir (blå), en varm reservoir (röd) och en motor som utför arbete. Q är värmemängder och W är den till motorn tillförda (elektriska) energin.

Den optimala processen är vad som kallas Carnot-processen, så vi antar vi har en förlusfri sådan.

Värmefaktorn (COP, Coefficient Of Performance) för en värmepump definieras som

COP(värmepump) = (det vi vill ha)/kostnaden = QH/W

På analogt sätt kan vi definiera kylfaktorn för en kylmaskin

COP(kylmaskin) = (det vi vill ha)/kostnaden = QC/W

Men totala energin bevaras så

QH = QC + W

dvs

COP(värmepump) = QH/(QH-QC)

För Carnot-processen gäller (Coefficient_of_performance ) att entropin dQ/T är konstant varav följer

QC/TC = QH/TH

dvs

COP(värmepump) = TH/(TH-TC)

Låt oss för enkelhets skull anta vi utgår från nollgradigt vatten och att den varma reservoiren är 50o. Vi får då värmefaktorn

COP(värmepump) = (50+273)/(50) = 6.46

Smältvärmet för vatten är (fråga 14203 ) 333 kJ/kg. Låt oss räkna på 1 kg (=1 liter) vatten:

QC = 333 kJ

COP = 6.46 = QH/(QH-333)

6.46 QH -333*6.46 = QH

QH = 394 kJ

W = QH - QC = 61 kJ

Så med en insats på 61 kJ (elmotorn) får vi ut 394 kJ! Det låter som trolleri, men är faktiskt sant.

Låt oss kontrollera den totala entropin i varma och kalla reservoirerna

S = QH/TH + (-QC)/TC

S = 394/(50+273) - 333/273 = 0.00

vilket är som det skall vara för en Carnot-process.

Nu kan vi räkna ut om din idé är realistisk. Låt oss anta du behöver 5 kW 50 gradigt vatten för uppvämning. 1 kg vatten räcker då

394[kJ]/5[kJ/s] = 78.8 s

Du behöver alltså ställa in en tiolitershink med vatten ungefär var tionde minut! Och det är med en ideal process, en verklig process skulle ha betydligt mindre COP, i bästa fall 30-50% av den ideala.



/Peter E

Nyckelord: värmepump/kylskåp [6]; termodynamik [16]; verkningsgrad [20];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17997]

Fråga:
Om man fokuserar en stor del av solens energi på en mycket liten kropp, kommer denna kropp att kunna bli varmare än solens yttemperatur?

Om jag förstår saken rätt kan den inte bli varmare än solens yta eftersom termodynamikens andra lag säger att värme spontant inte kan gå från en kallare kropp till en varmare.

Är detta en korrekt tolkning termodynamikens andra lag?
/Lars L, Chalmers, Veberöd

Svar:
Lars! Det enkla svaret är att du har rätt. Termodynamikens andra huvudsats förbjuder högre temperatur hos kroppen än solen. Detta är ett klassiskt problem som är mycket svårt att reda ut ordentligt. Man måste resonera om rymdvinklar och sånt, och jag kan inte förklara det på ett lättfattligt sätt.
/Peter E

Nyckelord: termodynamik [16];

*

Värme [16650]

Fråga:
Om värmeinnehåll
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, jag håller på med ett skolarbete som har temat "värmeenergi", och har två frågor om det inte är för mycket begärt:

1. Vilken värmekapacitivitet/Cp har is?

2. Fungerar detta?:

En liter flytande vattens värmeenergi, 0 grader celsius:

Värmeenergi i J=1kg*273ΔT*is värmekapacitivitet

Jag räknade inte med energin som krävs för att isen ska smälta, eftersom den inte bidrar till värmeenergin(?).

Om denna "formel" inte fungerar, hur räknar man då ut ett föremåls värmeenergi?
/Axel K, MariaMontessoriskolan, Lund

Svar:
Axel!

1 Den specifika värmekapaciteten för is är 2.1 kJ/kg.K. Det frigörs alltså 2.1 kJ när man sänker temperaturen en grad hos 1 kg is.

2 Nej, det är inte meningsfullt. Även om det i princip enligt termodynamikens första huvudsats (energins bevarande) finns energi att hämta ur is om man kyler ner det till absoluta nollpunkten så saknar det mening pga termodynamikens andra huvudsats: värme går från en varmare kropp till en kallare. När det gäller möjligheten att ge energi är alltså temperaturen viktig: ju högre temperatur desto högre energipotential.

En kropps värmeenenergi är alltså inget som är direkt givet, utan det beror på processen med vilken man extraherar energin. Att få energi genom att kyla is låter inte särskilt lovande. Tänk t.ex. på att det faktiskt kostar energi att frysa köttbullarna som blev över trots att du tar ut värmeenergi från dem. (Värmeenergin går till uppvärmning av huset.)

Låt oss ta ett exempel. Det extrema energiinnehållet är om man har en bit materia med massan 1 kg. Om man har tillgång till 1 kg antimateria (som i Dan Browns bok Änglar och demoner) skulle man kunna frigöra

2*mc2 = 2*c2 = 2*(3*108)2 = 18 1016 J

Detta motsvarar den energi som ett kärnkraftverk med effekten 1000 MW utvecklar under 6 år. Enda problemet är att det kostar mångdubbelt denna energi att producera ett kg antimateria .

Se vidare Thermodynamics och Termodynamik .
/Peter E

Nyckelord: termodynamik [16]; antimateria [16];

*

Kraft-Rörelse [15733]

Fråga:
Häromdagen började jag fundera på det här med en "evighetsmaskin" Fick idén av en fysiklektion vi hade. Eftersom det inte går att rita upp så bra här ska jag försöka att förklara.

Tänk dig en pinne som sticker up en liten bit från marken som kan rotera. (pinnen sitter då fast i någon sorts bas för stabilitet)

På denna pinnen sticker det ut en magnet laddad S (d.v.s. inte laddad nord) En stavmagnet kan ju ha nord och sydpoler.

Runt den här magneten placeras 4st magneter laddade N. Varje magnet är placerade med 90 graders vinkel från varandra. D.v.s. 4st N magneter runt S magneten.

Som ni vet attraheras Nord av Syd och vice versa. Så idén är att ha hyfsat starka magneter så att om jag skulle ha 1st Nord magnet och jag har S magneten ett kvarts varv bort så ska den attraheras till N magneten.

Men hur är detta en evighetsmaskin? Jo ja hade tänkt att på den här roterande pinnen med magneten i mitten också fästa ett ämne som neutraliserar magnetfält.

Detta ämne sitter fast på samma pinne som magneten och roterar då med den.

Detta ämne skulle vara cirkel format och ha tillräcklig stor bredd för att påverkan av N magneten utanför ämnet inte ska påverka S magneten så att den fortsätter mot nästa magnet.

Har här försökt att illustrera hur jag tänkt. Den ska självklart vara helt cirkelformad och inte oval som bilden. Det som jag försöker visa är att detta ämne som blockerar magnetfältet mellan S och N (se höger sida av bilden) finns en bit framför S.Det är en öppning för att när pinnen snurrar så vill jag att den ska attraheras av nästa magnet och sen nästa D.v.s. hålla uppe farten. Om jag inte hade detta ämne så skulle den stanna vid första magnet.

N ----- / \ ! / \ ! N ! O------S ! N ! / / \ / / !---------------/ N

Så min fråga är. Varför funkar inte detta?

Eftersom jag vet att det strider mot energilagarna. Frågade min fysiklärare och han trodde att det kunde ha något med virvel strömmar mellan det blockerande ämnet och N magneterna.

Hoppas ni förstod hur jag menade.
/Robert L, porthälla

Svar:
En evighetsmaskin av första ordningen bryter mot termodynamikens första huvudsats:

Lagen om energins bevarande: energi i ett slutet system inte kan skapas eller förintas.

En evighetsmaskin av andra ordningen bryter mot termodynamikens andra huvudsats som kan formuleras på olika sätt:

Alla processer som kan förekomma i ett isolerat system leder till att entropin ökar eller möjligtvis förblir konstant.

Ingen process är möjlig vars enda resultat är att värme tas från en reservoar och helt omvandlas till arbete. (Lord Kelvin)

Ingen process är möjlig vars enda resultat är att värme överförs från en kallare till en varmare kropp. (Clausius)

Första och andra huvudsatsen har uttryckts elegant och generellt: Nothing disappears, and Everything spreads (Ingenting försvinner, och allting sprids).

Entropi (makroskopisk definition) är en till värme kopplad termodynamisk tillståndsstorhet och är ett mått på hur mycket av värmeenergin som i en värmemotor ovillkorligen måste avges vid nedre temperaturen och således aldrig kan omvandlas till arbete, se Entropi . Entropiändringen dS ges av överförda värmen dQ och absoluta temperaturen T:

dS = dQ/T

Se vidare Laws_of_thermodynamics och Termodynamik .

Jag förstår inte exakt hur din maskin är uppbyggd, men den måste vara en första ordningens evighetsmaskin. Detta eftersom det måste finnas friktion i den roterande pinnen.

Eftersom energins bevarande är så central inom fysiken har man vad gäller patent (åtminstone i USA) på evighetsmaskiner ett starkare krav än normalt: man måste kunna visa upp en fungerande prototyp. Hittills har ingen lyckats.

Observera att termodynamikens lagar är, liksom alla fysikaliska lagar, ingenting man kan härleda från "axiom" som i matemaiken. Alla fysikaliska lagar baseras på experiment och observationer. Energiprincipen (första huvudsatsen) uppfylls i alla experiment man utfört, och får anses mycket etablerad. Man har faktiskt vid några tillfällen föreslagit att man måste överge energiprincipen, t.ex. när man observerade ett kontinuerligt spektrum av elektroner vid beta-sönderfall. I detta fallet löstes problemet när man upptäckte att ytterligare en partikel var involverad vid beta-sönderfallet: neutrinen.

Jag kan som sagt inte exakt säga vad som är svagheten i din konstruktion, men jag har ett par kommentarer:

  • Som din lärare säger, det kommer att induceras virvelströmmar i din magnetfältssköld. Förutom att även de ger energiförluster (uppvärmning) så inducerar de även magnetfält som motverkar rörelsen. Du kan alltså med t.ex. mymetall bli av med magnetfältet bakom mymetallen, men du har alltid en växelverkan mellan mymetallen och magneten.
  • Du säger att du använder magneter laddade N. Vi har aldrig observerat monopoler, så det är tveksamt att de existerar. Detta är emellertid egentligen inget skäl till att din konstruktion inte skulle fungera - nuvarande teorier tillåter monopoler, så de kan knappast orsaka brott mot energiprincipen.
Se vidare Perpetual_motion varifrån nedanstående exempel på konstruktioner av evighetsmaskiner kommer. Se även Donald Simaneks "The Museum of Unworkable Devices" under länk 1.


/Peter E

Nyckelord: evighetsmaskin [12]; termodynamik [16]; entropi [7];

1 http://www.lhup.edu/~dsimanek/museum/unwork.htm

*

Ljud-Ljus-Vågor [15556]

Fråga:
Hejsan Undrar hur det kommer sig att man på vissa glas/fönster kan se igenom det från ena hållet men inte från andra? Marcus
/marcus e, alléskolan, hallsberg

Svar:
Marcus! Som framgår av länk 1 och One-way_mirror så fungerar det inte så. Glasytan har ett tunnt skikt av aluminium så att hälften av det infallande ljuset reflekteras och hälften transmitteras. Detta gäller oavsett i vilken riktning ljuset går.

Effekten man har t.ex. i en identifikationsparad är att det ena rummet är väl upplyst och det andra är mörkt. Sett från det ljusa rummet dominerar reflexerna från fönstret så det fungerar som en spegel. Sett från det mörka rummet finns mycket lite reflexer, så man ser in i det ljusa rummet.

Addendum 16/1/08:

Marcus var inte riktigt nöjd med svaret, här är ett sammandrag av hans synpunkter:

Du verkar inte tro att det finns sådana fönster? Vi har ett sådant på vår skola. De är INTE symmetriska vad det gäller ljusgenomsläpplighet.
Marcus hade dessutom vänligheten att skicka mig en bit av foliet som sitter på fönstret.

Foliet ser uppenbarligen olika ut från olika håll: ena sidan är blank som en spegel medan den andra är mörkt matt. Detta förstärker uppenbarligen den avsedda effekten. Om man emellertid tittar genom foliet på t.ex. en lampa, så ser man tydligt att transmissionen är samma från båda hållen. Det måste vara så - om man kunde konstruera en perfekt "diod" för ljus skulle våra atomfysiker bli extatiska. I Wikipedia-artikeln Mirror#Two-way_versus_one-way_mirrors_and_windows står det:

A true one-way mirror that actually allows light to be transmitted in one direction only without requiring external energy is not possible as it violates the second law of thermodynamics.
(Second_law_of_thermodynamics )

Med en envägsspegel skulle man alltså utan att tillföra energi få värme att gå från en kallare till en varmare kropp i strid med termodynamikens andra huvudsats.

Det vi har är alltså ett halvgenomskinligt folie som är blankt på ena sidan och matt på den andra. Den blanka sidan ger maximalt störande reflexer (monteras alltså mot det man vill observera), medan reflexerna minimeras på den andra sidan för att inte störa observationen. Den matta sidan är antingen absorberande eller diffust spridande.

Jag vet inte hur man tillverkar foliet. I mikroskop ser man bara mörkare områden bland de genomskinliga (folien belystes i transmission). Jag gissar man förångar en metall som får fastna på en plastfolie. Den fria ytan skulle sedan kanske göras matt genom t.ex. oxidation. Men detta är bara en gissning.
/Peter E

Nyckelord: spegel [10]; genomskinlighet [17]; ljusreflektion [16]; #ljus [63]; termodynamik [16];

1 http://science.howstuffworks.com/question421.htm

*

Värme [15358]

Fråga:
Om jag har en behållare, tex en ackumulatortank, med vatten så skiktar sig vattnet efter värme. Rör jag om vattnet så kommer allt vatten att anta samma temperatur, låt säga 40°. Vad händer sen? Kommer vattnet att åter skikta sig så att toppen blir varmare än 40° och botten kallare? Om det är så kan man då ta ytvattnet på en sjö en strålande sommardag och låta det skikta sig i en tank för att få högre respektive lägre temperatur på vattnet. Finns det formler för hur fort respektive hur mycket vattnet själv indela sig i värmeskikt?
/Göran L

Svar:
Nej, det strider mot termodynamikens andra huvudsats: värme flödar från varmt till kallt. Om man går från ett mer oordnat system (vattnet blandat) till ett mer ordnat (vattnet skiktat) måste det till en extern energikälla, t.ex. solen. Solen kan naturligtvis värma ytskiktet i din tank, men då tillför vi energi utifrån. Naturen strävar alltså att oordningen ökar isolerade system. Anledningen till detta är att det finns många fler oordnade system än det finns ordnade, och om alla har samma sannolikhet kommer det att gå mot ökad oordning.

Ett bra exempel på system som går mot ökad ordning är liv - atomerna i celler, träd, möss och människor är ju ganska välordnade. Detta är inte i strid med andra huvudsatsen eftersom allt liv kräver externt tillförd energi - solenergi för växter och kemisk energi (mat) för djur.

Se vidare Thermodynamics och Termodynamik .
/Peter E

Nyckelord: termodynamik [16];

*

Värme [12815]

Fråga:
Vad skulle hända med en vätska som t.ex vatten om den nådde den absoluta nollpunkten?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Vad skulle hända med en vätska som t.ex vatten om den nådde den absoluta nollpunkten?
/Tobias P, Klarebergsskolan, H-Kärra

Svar:
Tobias! Enligt termodynamiken blir alla system av "rena" ämnen mer och mer ordnade ju lägre deras temperatur blir - det har att göra med att värme helt enkelt är en form av rörelseenergi. När man kyler t.ex. en vätska så att den kommer oändligt nära den absoluta nollpunkten (termodynamikens s.k. tredje lag säger att man aldrig kan nå till absolut noll!) kommer molekylerna som att ordna sig så att de formar en i det närmaste perfekt kristallstruktur.

Om man kunde zooma in på molekylerna skulle den enda rörelse man kunde iaktta vara en lätt "vibration" - all annan form av rörelse (som "translation", vilket innebär att atomerna flyttar runt eller byter plats med varandra, och "rotation" runt någon axel) har upphört eftersom det inte finns tillräckligt med energi tillgänglig.

Att vibrationen inte upphör ens vid nollpunkten har sin grund i ett kvantmekaniskt samband (populärt kallat Heisenbergs "osäkerhetsrelation"), som säger att man inte kan samtidigt exakt bestämma både läge och hastighet för en partikel. Detta innebär att vattenmolekylen har kvar en viss (mycket liten) "nollpunktsenergi".

Läs mer: Forskning kring hur olika material och atomer beter sig vid låga temperaturer är ett brett och mycket spännande forskningsfält, som omfattar allt från Bose-Einstein-kondensat till supraledning - slå upp dessa ord, och även kryoteknik, i t.ex. Nationalencyklopedin . Se också About Temperature och Temperature .

Fundera på: Hur tror du att man bär sig åt för att kyla ner något till temperaturer nära den absoluta nollpunkten? Räcker det med att åka ut i rymden, kanske, eller måste man ta till "trick" i laboratoriet?
/Margareta H/lpe

Nyckelord: absoluta nollpunkten [9]; termodynamik [16];

*

Energi [12575]

Fråga:
Om elekticitet är ett kretslopp, varför talar man då om energiförbrukning?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Om elekticitet är ett kretslopp som ni säger, som en kedja och inte förbrukas, varför talar man då om energiförbrukning? Varför kan man inte köra ett kraftverk en gång för alla så man får mycket ström och sedan bara återanvända det hela tiden? Är det bara för att tjäna pengar?

Samma sak med batterier. Varför tar de "slut" om strömmen är ett kretslopp? Strömmen går ju från ena polen genom kretsen med lampan eller bandspelaren och sen tillbaka genom batteriets andra pol. Varför kan man inte bara vända på batteriet sen och använda det på nytt när ena polen blir tom på ström och den andra full? Men då skulle väl inte de som tillverkar batterierna tjäna pengar på det...
/Johan A

Svar:
En bra konspirationsteori, Johan, men den är inte korrekt .

Det som transporterar effekten (energi/tidsenhet) är elektrisk ström, se fråga 17955 . Om en användare tar ut effekt (t.ex. i ett värmeelement eller en elektrisk motor) så måste man tillföra effekt i kraftverket för att spänningen skall vidmakthållas.

Föreställ dig el-ledningen som ett vattenledningsrör. Elverket är pumpen som behövs för att driva vattnet. Abonnenterna tar ut energi med små skovelhjul som drivs av vattnet. Men det kostar energi att driva skovelhjulen, och denna tas från vattnet som bromsas in. Så pumpen (elverket) måste hela tiden pumpa in energi för att hålla igång vattnet. En liten del av energin går åt för förluster - friktion för vattenledningen, elektriskt motstånd för el-ledningen.

Om el-ledningen varit supraledande (inget motstånd) och ingen tar ut någon effekt, så är din teori korrekt. Men vad skall man med el-ledningen då till?

Vad gäller batteriet så kan strömmen bara gå åt ena hållet av fysikaliska skäl (undantaget förstås när du laddar batteriet från en yttre energikälla). I ett batteri lagrar man alltså kemisk energi, som man kan ta ut i form av elektrisk energi.

Observera att energiförbrukning är en ofysikalisk beteckning. Vad vi har att göra med hela tiden är omvandling mellan olika former av energi, t.ex. solens värme får vatten att avdunsta och samlas som moln, det regnar och vattenmagasinen fylls, vattenmagasinets potentiella energi blir till rörelseenergi, elektrisk energi som till sist blir till värmeenergi. Ett ständigt kretslopp alltså.

Simplicio: Jamen, det var ju det jag sa. Det är ett kretslopp och elbolagen är bara ute för att lura pengar av oss...

Salviati: Ja, det kan så tyckas, men jag har utelämnat en komplikation: Termodynamik . Termodynamikens andra huvudsats säger att: Det finns ingen process vars enda resultat är att värme från en enda värmekälla helt omvandlas till mekaniskt arbete. För att kunna utnyttja en värmekälla måste vi ha möjlighet till kylning. I alla kraftverk som baseras på värme (kärnkraftverk, oljeeldade kraftverk) måste vattnet kylas efter turbinen för att skapa undertrycket som driver turbinen. Vi har alltså hela tiden förluster i kretsloppsprocessen.

Fotnot: Salviati är Galilei själv och Simplicio är en fiktiv anhängare av Aristoteles i Galileis bok Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, 1632 .
/Peter E

Nyckelord: energikällor [24]; termodynamik [16];

*

Energi [12205]

Fråga:
Går det att bygga en berg och dalbana som skulle ha en vagn på sig som aldrig slutade åka utan att tillföra någon energi, t ex el.
/erik o, kärralundskolan, göteborg

Svar:
Erik! Det vore väl kul! Nej, tyvärr går det inte. Det skulle alltid vara lite friktion, som gör att rörelseenergi förloras som värme.

Den fysikaliska lagen som förbjuder det roliga är termodynamikens första huvudsats: Energi kan varken förintas eller nyskapas; den kan bara omvandlas mellan olika energiformer. Varför inte värmen helt kan omvandlas tillbaka till rörelseenergi är mer komplicerat - det får du lära dig när du börjar läsa fysik på universitetet.
/Peter E

Nyckelord: termodynamik [16];

*

Energi [11566]

Fråga:
Alega skolmaterial påstår sig ha en evighetsmaskin, där en stor magnet står på en pidestal. Från golvet upp till pedistalens top går en diagonal planka med två hål i (ett högst upp och ett längst ner). Magneten drar en kula uppför plankan tills den ramlar ner i hålet och rullar ner till det undre där den igen börjar röra sig uppåt pga den magnetiska kraften. Enligt termodynamikens första (och andra) huvudsats är evighetsmaskiner omöjliga. Kan man bevisa (med beräkningar) att denna maskin inte fungerar mha dessa huvudsatser? (Man inser ju att magneten inte fungerar i en evighet samt att det blir mekaniskt slitage på materialet.)
/Kalle A, St: Jacobi, Stockholm

Svar:
Den funkar naturligtvis inte. Man skulle kunna fuska med att använda en elektromagnet och variera strömmen på ett visst sätt. Då ser det ut som om kulan rör sig i "evighet", Men då får man ju hela tiden tillföra energi.
/KS

Nyckelord: termodynamik [16]; evighetsmaskin [12];

*

Värme [8019]

Fråga:
Hej alla fysiker!

I termodynamikens andra huvudsats står det att entropin hela tiden ökar, om man inte gör något.

Kan ni ge ett bra exempel på ett "vardagsfenomen" som bevisar riktigheten i andra huvudsatsen?

Exemplet skall helst kunna demonstreras rent praktiskt.
/Erik M, Komvux Uddevalla, Uddevalla

Svar:
Entropin kan i många sammanhang beskrivas som "oordning". Termodynamikens andra huvudsats blir då att oordnigen ökar med tiden (i ett slutet system). Vi kan alltså på det viset urskilja tidens riktning. Ett bra sätt att illustrera detta, är att köra en film baklänges. Jag påminner mig en sekvens där Helan och Halvan kör med en bil rakt genom en lada så att träflisorna ryker. Kör man den baklänges, ser man en bil backa mot hålet i ladan, försvinna in genom det samtidigt som träflisorna lyfter sig och hamnar på plats. Ladan är hel igen. Vi inser omedelbart med våra erfarenheter att filmen körs baklänges eftersom sannolikheten att allt hamnar på rätt plants för att regenerera ladan är praktiskt taget noll.
/KS

Nyckelord: termodynamik [16]; entropi [7]; tid [9];

*

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
.