Svar:
Träkol är varmt bara så länge det glöder. När man trampar på det, släcks det omedelbart (inget syre). Kol är poröst. Det innebär att det är en dålig värmeledare och har liten värmekapacitet. Allt detta gör, att den värmemängd som överföres till huden är så liten att den inte skadas.

Vatten har hög värmekapacitet och tar upp värme då det förångas, så våta fötter minskar värmen på fotsulan.

Se vidare Kolvandring och Firewalking.
/Peter E 2000-12-15

Svar:
Det är klart att den kallare i de flesta fall fryser först. Effekten är emellertid relativt väletablerad men utan någon enskild enkel förklaring, se Mpemba_effect.

Nedanstående länkar diskuterar några möjliga förklaringar till effekten.

Eftersom det avsvalnande varma vattnet vid någon tidpunkt måste vara av samma temperatur som det kalla vattnet så är det svårt att se att det från början varma vattnet skulle frysa snabbare: två vattenmassor med samma temperatur bör rimligen uppföra sig likadant. Det måste i så fall vara någon skillnad på vattenmassorna, t.ex. gasinnehåll.

En av förklaringarna går ut på att det varma vattnet fryser delvis snabbare (mindre underkylning, se fråga [16785]) och därför uppfattas som fruset när det i själva verket bara är delvis kylt. Problemet kvarstår dock: vad är det för skillnad mellan det kalla vattnet från början och det varma vattnet när temperaturen passerar begynnelsetemperaturen av det kalla vattnet.

Men det hjälper inte att spekulera ... man borde göra ett försök att påvisa effekten! Jag gjorde ett enkelt försök med istärningsbehållarna. Det var ingen märkbar skillnad på behållaren med kallt vatten och behållaren med hett vatten. Om något så frös den varma vattnet långsammare!

Se även frågorna [18157], [3551] och [16785].

Påpekas bör dock att effekten inte är absolut bevisad, se Mpemba_effectRecent_views.

Ett antal möjliga förklaringar listas i Mpemba_effectSuggested_explanations. Jag tror, om effekten finns, att förklaringen är att det från början kalla vattnet har en större tendens till underkylning.

Försök med temperaturmätning

I länk 2 beskrivs ett experiment där man mätt temperaturen som funktion av tiden, se nedanstående figur. Experimentet är emellertid mycket bristfälligt dokumenterat (t.ex. Var placerades temperatursensorerna? Vad var omgivningens temeratur?).

I början ser plotten rimlig ut. Den röda kurvan (varmare vatten) är brantare än den blå. Detta är rimligt eftersom värmetransporten till omgivningen är proportionell mot temperaturskillnaden.

Från 10 grader är kurvorna i stort sett parallella, vilket är rimligt. Kurvorna planar emellertid ut vid +3 grader och inte som man väntar sig vid vattnets fryspunkt 0 grader. Detta är antingen ett kalibreringsfel eller så sitter temperatursensorerna på fel plats.

Om man verkligen kan tro på mätningen så är det uppenbart att förklaringen är att tiden för frysning är kortare för det från början varma vattnet. På något sätt måste värmetransporten för det varma vattnet vara effektivare än för det kalla vattnet. Vi har fullständig isbildning (kurvan böjer nedåt och isen kyls till under 0 grader) vid 2.5 timmar för det varma vattnet och 4.2 timmar för det kalla vattnet.

Detta är ju en mycket tydlig effekt om man kan lita på mätningen. Varför 0-gradigt vatten som varit varmt fryser snabbare ges emellertid ingen förklaring för.

Se emellertid länkarna

https://www.sciencenews.org/article/debate-heats-over-claims-hot-water-sometimes-freezes-faster-cold

https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/why-hot-water-freezes-faster-than-cold-physicists-solve-the-mpemba-effect-d8a2f611e853

där förklaringen föreslås vara att fler vätebindningar bildas vid den högre temperaturen. Hur detta påverkar kylhastigheten är emellertid inte uppenbart.

/KS/lpe 2001-03-21

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 2001-10-15

Svar:
Maria! Jag skall försöka.

Värme kan transporteras med strömning (konvektion, rörelser i gaser och vätskor som orsakas av att densiteten, dvs. tyngden, varierar mellan gasens eller vätskans olika delar), ledning och strålning. Låt oss titta på vad detta innebär. Vi behöver (teoretiskt) en kastrull, en värmeplatta och lite vatten.

Strömning

När vi kokar en kastrull vatten blir vattnet i botten av kastrullen först uppvärmt eftersom det är närmast värmekällan (kokplattan). Varmt vatten har lägre densitet än kallt, så på grund av tyngdkraften stiger det varma vattnet. Denna "konvektion" blandar vattnet så att även vattnet på ytan blir varmt.

Ledning

Nu häller vi bort vattnet. (Det börjar bli farligt nu, så låt oss bara göra tankeexperimentet!). Kastrullen kommer ganska snabbt att bli mycket varm eftersom den leder värme. Eftersom värme är graden av rörelse hos atomerna, är det inte så svårt att föreställa sig att atomerna från varma delar av kastrullen "knuffar" på atomer i svalare delar, och sätter fart på dem. Detta är emellertid inte särskilt effektivt, utan det är i första hand de fria elektronerna i en metall som svarar för värmeöverföringen. Det är orsaken till att metaller leder värme (och elektricitet) bra, medan t.ex. keramik är en dålig ledare både för värme och elektricitet eftersom det inte har några fria (obundna) elektroner. Se även fråga [3874].

Strålning

Om vi fortsätter att värma den tomma kastrullen (nu blir det riktigt farligt!), så kommer den till slut börja glöda. Den har då blivit så varm att den börjar skicka ut synlig s.k. temperaturstrålning (elektromagnetisk strålning). Om kroppen är tillräckligt varm är denna strålning i det synliga området (vi kallar strålningen för ljus), medan om temperaturen är lite lägre kallas den värmestrålning. Värmestrålningen kan man uppfatta med handen. Alla kroppar med en temperatur över den absoluta nollpunkten sänder ut någon typ av temperaturstrålning. Se vidare fråga [12564].

Läs gärna om värme i Nationalencyklopedin.
/Peter E 2004-10-05

Svar:
Alen! Först måste vi räkna ut hur mycket energi det krävs. Säg att vi utgår från 1 liter (=1 kg) 10-gradigt vatten.

Den specifika värmekapaciteten (den energi som fordras för att höja temperaturen hos 1 kg en grad) för vatten är 4,18 kJ/kg.K. Det kostar alltså 904180 = 376200 J att värma vår liter från 10 till 100 grader.

Ångbildningsvärmen (den energi som fordras för att bilda ånga av 1 kg 100-gradigt vatten) för vatten är 2260 kJ/kg.

Totala energiåtgången är då 376200+2260000 = 2636200 J. Om plattan har en effekt på 1000 W tar det

2636200 Ws/1000 W = 2636 s = 44 minuter

Att bara koka upp vattnet (vilket är det man normalt vill göra) tar

376200/1000 = 376 s = 6.3 minuter.
/Peter E 2007-01-14

Svar:
Hej Sarah! Värme är ett ganska diffust begrepp, det kan t.ex. vara det vi har ibland på sommaren. Värmemängd är däremot ett väldefinierat begrepp. Wikipedia definierar värmemängd som:

energiform där energin lagras i form av oordnat rörelse (jämför arbete som är ordnad rörelse).

Den absoluta temperaturen T motsvarar rörelseenergin

E = (3/2)kT

hos enatomiga molekyler i en gas. k är Boltzmanns konstant. För fasta/flytande ämnen och mer komplexa molekyler är sambandet värmemängd-temperatur mer komplicerad (se specifik värmekapacitet).

För oss människor upplevs värme som kallt eller varmt, men det som betyder mest är hur värmet kan överföras mellan luften och huden (värmeöverföring/transport).

Rumstemperatur motsvarar ungefär energin 0,025 eV hos molekylerna.

Se även absoluta nollpunkten och Värmemängd.
/Peter E 2007-05-30

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 = 100040.7/18 = 2260 kJ/kg.

På samma sätt blir smältvärmet för is

6.01 kJ/mol = 10006.01/18 = 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/(molK) = 10007.5/(18100) = 4.2 kJ/(kgK)

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 0^oC och vid kokpunkten 100^oC) 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 0^oC och 100^oC. 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 2008-05-15

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 2009-09-17

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

W = mcDT

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 = mcDT/t

1 liter vatten väger 1 kg, så effekten blir

P = 4180DT/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 = 418010/60 = 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 2010-02-05

Svar:
Vesna! Jag visste inte det fanns något som heter infraröd bastu! Det första jag gjorde var att googla det varvid det kom upp massor av annonser. Efter att ha etablerat att fenomentet existerar konsulterade jag Wikipedia (Infrared_sauna). Där finns en, såvitt jag kan förstå, kort men vederhäftig artikel - även om den signaleras som bristfälligt dokumenterad. Bilden nedan kommer från Wikimedia Commons.

Eftersom jag inte är läkare vill jag inte gå in på om värmen från ett element i en infraröd bastu kan vara skadlig. Den infrarötda strålningen värmer uppenbarligen upp hudskiktet och genom ledning även en bit in i kroppen. Om detta är bra eller dåligt kan jag alltså inte uttala mig om.

Möjligen kan jag se en liten risk i att ha ett elektriskt värmeelement öppet i den fuktiga bastun. En mer traditionell uppvärmning kan placeras mer utom räckhåll från bastun.

Det mesta i Wikipedia-artikeln ovan handlar om påstådd nytta med den infraröda bastun. Undersökningen som hävdar att bastun är bra mot reumatisk värk, styvhet mm är alldeles för bristfällig för att dra någon slutsats.

Stycket om att man man kan göra av med kalorier och därmed bli slankare är obetalbart. Där står att man i bastun svettas kanske 1/2 liter vatten och därmed tappar 1/2 kg i vikt. Varje brottare vet detta! Problemet är att man snart blir törstig och dricker 1/2 liter vatten och är tillbaka där man började!

Det är nu det blir riktigt roligt! För att förånga 1/2 kg vatten krävs 0.52260=1130 kJ ([14203]). Eftersom 1 kilokalori är 4.2 kJ ([14108]) blir detta nästan 300 kilokalorier. Detta motsvarar c:a 1/2 mils löpning. Motion genom att bara sitta stilla! Det är naturligtvis för bra för att vara sant! Energin för att förånga vattnet tas inte från fettreserven utan från värmen i bastun.

Anmärkning 21/4/16:

Här ser man styrkan i Wikipedia. Någon har observerat felet ovan och lagt till:

"However, this conclusion drew significant criticism, as it would imply that individuals living in warm climates, where liters of sweat are generated per day, would require hundreds or thousands of additional kilocalories to survive, which is known not be the case."

/Peter E 2010-04-27