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.

6 frågor/svar hittade

Värme [20680]

Fråga:
Varför ökar vattennivån när man kokar vatten med lock eller vattenkokare?
/nora d, Vasaskolan, Göteborg

Svar:
Fasta kroppar och vätskor expanderar vanligen när de värms upp.

Volymsexpansionskoefficienten för vatten är ganska liten, så effekten är bara ett par procent, se fråga 15502 .

Se fråga 13116 för en fysikalisk förklaring till termisk expansion.
/Peter E

Nyckelord: utvidgning [6];

*

Kraft-Rörelse [15619]

Fråga:
Att öppna glasburkar med metallock
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag upplever att glasburkar med metallock går lättare att öppna om man spolar varmt vatten på. Vad är det som händer? Varför blir det så? Har det med att göra att metallocket sväller av värmen fortare än vad glaset gör och på så sätt lossnar det? Eller har det nåt med vakuum att göra att det upplöses när varmt vatten spolas på?
/Malin D, Lärarhögskolan, Stockholm

Svar:
Malin! Du har bra idéer om orsaken. Framför allt två effekter kan spela in. Den första effekten om man värmer burken snabbt och den andra om man värmer den länge.

Termisk expansion (att material utvidgar sig när temperaturen blir högre): Metaller utvidgar sig mer än glas, se tabell i artikeln Coefficient_of_thermal_expansion . Lägg märke till att den öppna delen av locket expanderar som om den vore gjord av metallen. Utvidgningskoefficienten för hål är alltså lika med den för omgivningen, se länk 1 (stycket "Thermal expansion : expanding holes") för bevis. Dessutom leder metall värme bra, medan glas leder värme dåligt. Locket blir alltså varmare än glaset, vilket förhöjer effekten att locket expanderar relativt burken. Det blir då lättare att lossa locket dels för att kontakten med burken blir mindre, och dels för att eventuella tryckskillnader kan utjämnas (se nedan).

Att ett hål expanderar som omgivningen används i mekanisk industri för något som kallas krympförband (Shrink-fitting ).

Undertryck: Locket sätts på vid en förhöjd temperatur. För en ideal gas gäller den ideala gaslagen (se fråga 15294 eller Gas_laws ) att

pV = nRT

Vid konstant volym V och konstant mängd gas (n) är tryckändringen Dp proportionellt mot temperaturändringen DT. Vi får

Dp/p = DT/T

Om omgivningstemperaturen är 20oC = 293 K och temperaturen när locket sattes på 100oC får vi

Dp = p*80/293 = 1.013*105*80/293 = 28000 N/m2 (pascal, Pa)

Om locket har en radie på 3 cm är ytan 32*p, dvs c:a 30 cm2. Totala kraften på locket blir då

0.0030*28000 = 84 N. Detta motsvarar kraften som krävs för att lyfta c:a 8 kg, alltså en ganska stor kraft.

Om man värmer upp burken genom att hålla den länge under varmvattenskranen reduceras tryckskillnaden och därmed kraften. Observera alltså att tricket att hålla burken under varmvattenkranen hjälper för båda förklaringarna ovan!

Mikroskopisk förståelse av gaslagen:
Man kan förstå varför en viss mängd luft ger lägre tryck vid lägre temperatur. Temperatur är ett mått på molekylernas medelhastighet - om vi har låg temperatur så rör sig molekylerna långsamt. De kommer därför att kollidera med väggarna mindre ofta och mindre våldsamt än om temperaturen är hög. Det är just molekylernas kollektiva effekt på väggarna som makroskopiskt (i vår värld, till skillnad från molekylernas mikroskopiska värld) uppfattas som tryck.
/Peter E

Nyckelord: utvidgning [6]; gaslagen, allmänna [21]; *vardagsfysik [60];

1 http://physics.bu.edu/~duffy/py105/Temperature.html

*

Kraft-Rörelse [15515]

Fråga:
Varför kyls ett spänt gummiband när spänningen upphör?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej Om jag håller en tom ballong mot min läpp t.ex., känner jag en viss temperatur. Töjer jag sedan i ballongen och håller den mot läppen känner jag en högre temperatur. Låter jag sedan ballongen återgå till sin ursprungliga form känner jag direkt den ursprungliga temperaturen. Vad har skett?
/Ragnar J, Lärcentrum, Tanumshede

Svar:
Det går bra med ett gummiband också!

Gummi har ovanliga egenskaper och uppför sig så, se Natural_rubber#Elasticity . Uttänjning av gummi utvecklar värme och kontraktion kräver värme. Teoretiskt är det analogt med adiabatisk (utan värmeutbyte med omgivningen) expansion/kontraktion av en ideal gas - bara tvärt om (gasen värms vid kompression och kyls vid expansion).

För "vanliga" elastiska material (t.ex. metaller) lagras elasticitetsenergin elektrostatiskt. Det betyder att, bortsett för lite friktionsförluster, deformationsprocessen inte ändrar strukturen på materialet. Arbetet som går åt för att deformera materialet lagras som potentiell energi eftersom avståndet mellan atomerna ändras från det normala. Temperaturen ändras inte i processen (fortfarande bortsett från friktion).

Gummi har en annan stuktur. Det består av polymerer i form av långa trådar. Trådarna är i viloläget lösa och svänger som gitarrsträngar. När man spänner ett gummiband kan trådarna inte svänga längre. Trådarna avger sin kinetiska energi i form av värme. Gummibandet blir varmt. När spänningen tas bort sker det omvända: värme omvandlas till ordnade svängningar hos trådarna. Gummit kyls alltså ner. Elasticitetsenergin i gummi lagras alltså termiskt såväl som elektrostatiskt.

Experiment:
Häng upp en liten vikt i ett gummiband. Värm gummibandet med en hårtork och observera vad som händer. Till skillnad från de flesta material så blir gummibandet kortare med ökande temperatur. En del av värmeenergin får polymertrådarna i gummit att svänga mer, vilket medför att gummit kontraherar.

Nedanstående video demonstrerar på ett indirekt sätt denna negativa expansionskoefficient för gummiband:

Se även Elasticity_(physics) .
/Peter E

Nyckelord: elasticitet [4]; *vardagsfysik [60]; utvidgning [6];

*

Kraft-Rörelse [15502]

Fråga:
Min pappa ska bygga ett eget expansionskärl till vårt värmesystem hemma och undrar hur stort det behöver vara.. så han ville att jag skulle räkna ut hur mycket vattnet varierar i volym när det varierar mellan 20 grader celcius till ca 90 grader celcius. Vad använder man sig för formel för att räkna ut hur vattnets volym förändras vid temperaturförändring i flytande form?

jag tittade i min formelsamling och hittade volymutvidgningskoefficienten för vatten: 0,18 10^3*K^-1 men vad betyder det? ska man räkna i kubikdecimeter eller kubikmeter? hur ser formeln ut och hur räknar man?
/Marie-Louise J, Vux, Skellefteå

Svar:
Nej, volymutvidgningskoefficienten för vatten är ungefär 0.20*10-3 (Thermal_expansion#Thermal_expansion_coefficients_for_various_materials ), så du måste ha tappat ett minustecken i exponenten ovan. Volymutvidgningskoefficienten b definieras av

DV = b VDT

där DV är volymsökningen, V volymen från början och DT temperaturskillnaden.

För ditt fall blir ändringen i volym

DV = 0.20*10-3 V (90-20) = 0.014 V

Så om volymen vid 20 grader är 1 m3 blir volymsökningen 0.014 m3 eller 14 dm3. Annorlunda uttryckt: 1000 liter expanderar till 1014 liter.

Anmärkning: volymutvidgningskoefficienten för vatten varierar mycket med temperaturen (se länk 1) så man måste egentligen räkna med flera temperaturintervall. Ovanstående är en betydlig underskattning av expansionen, säkert med en faktor två, se fråga 9080 .
/Peter E

Nyckelord: utvidgning [6];

1 https://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html

*

Värme [13116]

Fråga:
Hej. Vad beror längd/värmeutvidgning på och varför utvidgas vissa ämnen mer än andra?
/Elisabet Å, Skarpängsskolan, Täby

Svar:
Hej Elisabet! Enkelt uttryckt beror längdutvidgning på att när temperaturen ökas så rör sig atomerna mer (svänger fram och tillbaka) och kräver därmed mer plats. Bilden visar längdutvidgningskoefficienten för fasta grundämnen från WebElements . Man ser att vissa grunämnen, t.ex. gallium och natrium, har mycket stor längdutvidgning. Varför det är så tror jag inte man vet exakt.

Hur mycket plats en atom kräver är relaterat till densitet, vilket också är ganska svårt att förklara i detalj, se fråga 12220 nedan.



/Peter E

Se även fråga 12220

Nyckelord: utvidgning [6];

*

Värme [9080]

Fråga:
Vad är volymutvidgningskoefficienten för vatten i intervallet 20 grader C till 100 grader C? Jag har nämige från två olika källor fått värdena 0,18 * 10^-3 K^-1 och 0,21 * 10^-3 K^-1. Vilket är riktigt eller är det något annat? Egentligen borde väll volymutvidgningskoefficienten vara lite olika beroende av temperaturen.
/Petter L, Ekenäs Gymnasium, Ekenäs, Finland

Svar:
Vattnets volymsutvidgning är starkt temperaturberoende. I intervallet 0 - +4 oC är den negativ, det vill säga att vattnet krymper med ökande temperatur. Över 4 grader är den positiv. Vid 20 grader är den 0.207, vid 50 grader är den 0.457 och vid 100 grader är den 0.752. Alla siffror ska multipliceras med 10-3.

Fundera: Varför blir det tidigare is på en grund sjö jämfört med en djup?

Om inte vatten haft denna underliga egenskap, hade sjöarna bottenfrusit mycket snabbare. Det hade inte varit kul för fisken.
/KS

Nyckelord: utvidgning [6];

*

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
.