Svar:
Nyhuggen ved innehåller mycket mer vatten än torkad ved. Det traditionella svaret är att vattnets ångbildningsvärme är stor, och att alltså mycket energi förloras till att förånga vatten. Låt oss göra en kvantitativ uppskattning.

Energiinnehållet i torr ved är enligt Energy_densityCommon_energy_densities 16 MJ/kg. Ångbildningsvärmet för vatten är 2.3 MJ/kg. Om vatteninnehållet är 30% så utvecklas 0.716=11.2 MJ. För att förånga vatteninnehållet går det åt 0.32.3=0.7 MJ. Nettoenergiinnehållet blir alltså 11.2-0.7=10.5 MJ. Förhållandet torr ved/fuktig ved blir alltså 16/10.5=1.5.

Det mesta av effektförlusten kommer sig av att vattnet inte ger något bidrag till energiutvecklingen. Totalt sett är det alltså inte ångbildningsvärmet som är den stora effekten utan det faktum att massa försvinner vid torkning. Den fuktiga vedklabben ger alltså nästan samma totala energiutveckling om man torkar den.

Men den som eldat med fuktig och torr ved vet att det är en enorm skillnad! Det måste alltså vara en annan effekt som dominerar, t.ex. hur effektivt värmen transporteras till rummet.

Det är självklart att torr ved brinner bättre (vid högre temperatur) än fuktig ved. Den utstrålade effekten per m² ges av Stefan-Boltzmanns lag (Stefan–Boltzmann_law):

P = sT⁴

där konstanten s=5.6710^-8 W/m²/K⁴ och T är den absoluta temperaturen i kelvin. Vi har alltså för strålning ett mycket häftigt beroende av temperaturen. Låt oss anta att temperaturen är 1000 K med torr ved och 750 K med fuktig. Strålningen är då 1.33⁴=3 gånger högre för torr ved. (De uppskattade temperaturerna är från länk 1 sidan 4.)

Men vi måste självklart bevara den totala energin, hur går det ihop? Om förbränningen sker långsamt vid lägre temperatur kommer en större andel av värmen försvinna ut i skorstenen. Eftersom man knappast vill ha någon konvektion (strömning) av rökgaser ut i rummet, så är det strålningen (värmestrålning och synligt ljus) som värmer upp spisen och rummet. Effektiviteten hos spisen är alltså mycket beroende på temperaturen, som i sin tur beror av fuktinnehållet i veden.

Se även Wood_fuel. Nedanstående bild är därifrån.

/Peter E 2011-10-27

Svar:
En värmepump är en teknisk anordning som överför värme från en kall till en varm plats. För att detta ska vara möjligt måste energi i någon form tillföras, enligt termodynamikens andra huvudsats. Tekniken i en värmepump är i princip densamma som i en kylanläggning. Den huvudsakliga skillnaden mellan dessa två är användningsområdet; värmepumpar används för uppvärmning, medan kylanläggningar används för kylning. (Värmepump)

En värmepump och ett kylskåp är alltså i princip samma sak. Enda skillnaden är att för kylskåpet är det den kalla delen som är av intresse och för värmepumpen är det den varma delen.

Enkelt uttryckt skapar man den kalla delen genom att låta en gas expandera eller en vätska förångas. Dessa processer kostar energi, så mediet kyls ner. Sedan kondenseras mediet i den varma delen med en kompressor (pump). Köldmediet (propan, ammoniak eller tidigare freoner) genomgår alltså i en kretsprocess och skapar en kall och en varm del. Energi tillförs systemet med en (vanligen elektrisk) motor.

Principen framgår av nedanstående figur från Heat_pump (New version of the figure with the arrow in the evaporator coil reversed to show correctly the heat transfer from outside environment to the inside fluid).

1 Kondensor (varm)

2 Strypanordning

3 Förångare (kall)

4 Kompressor

Vi har två sidor, den varma (1) och den kalla (3). För ett kylskåp är den kalla delen inne i skåpet och den varma delen utanför (kopparrör bakom skåpet). För en luftvärmepump är den kalla delen ute och den varma delen inne.

Kompressorn drivs av en elektrisk motor och rörsystemet innehåller ett gasformigt/flytande kylmedium som cirkulerar i röret.

Kompressorn (4) komprimerar gasen varvid temperaturen stiger (samma effekt som gör att en cykelpump blir varm). När gasen kondenserar frigörs ytterligare energi och temperaturen stiger ytterligare.

Strypanordningen (2) låter kylmedlet expandera, varvid temperaturen sjunker. Temperaturen sjunker ytterligare för att det går åt energi när kylmedlet övergår till gasform.

Man "pumpar" alltså värme från den kalla delen till den varma. Detta kan inte ske spontant eftersom termodynamikens andra huvudsats (Termodynamikens_huvudsatser) säger att värme går från en varmare kropp till en kallare om man inte tillför arbete. Det är den elektriska motorn som genom mekaniskt arbete driver kompressorn som får värmen att gå "åt fel håll".

När det är varmt kan man med en vanlig värmepump åstadkomma kylning genom att helt enkelt pumpa kylmedlet i andra riktningen så att 1 (inne) blir kallt och 3 (ute) blir varmt.

För att sprida värmen/kylan effektivt har man en fläkt både inne och ute.

Se även fråga [14245], Värmepump och Heat_pump.

/Peter E 2011-11-01

Svar:
Intressant fråga, så jag testade det genom ett litet experiment i vad som på engelska kallas "kitchen sink physics".

En möjlig förklaring är att vattnet faller fritt när det lämnar kranen. När hastigheten ökar måste därför strålens diameter minska för att vattnets volym skall bevaras. Vi använder formlerna för fallrörelse med konstant acceleration.

I figuren nedan syns att vattenstrålen definitivt bli tunnare allteftersom den rör sig nedåt.

Låt oss börja med några allmänna uttryck för likformig acceleration (konstant acceleration, t.ex. i tyngdkraftfältet), se AccelerationUniform_acceleration. Man brukar använda följande beteckningar för storheterna:

v sluthastighet (vid tiden t, m/s)

u begynnelsehastighet (vid tiden 0, m/s)

s sträcka (m)

a acceleration (m/s²)

t tid (s)

Acceleration definieras som (ändring i hastighet)/(tiden) dvs

a = (v-u)/t

Genom omgruppering får vi

v = u + at (1)

Medelhastigheten ges av

(u+v)/2 = s/t

vilket kan omgrupperas till

s = [(u + v)/2] t (2)

Vi använder (1) för att eliminera v från ekvation (2)

s = ut + at²/2 (3)

Slutligen använder vi (1) för att eliminera t i ekvation (2)

s = [(v+u)/2][(v-u)/a] = (v² - u²)/2a

vilket ger uttrycket

v² = u² + 2as (4)

VI kommer att använda ekvation (4) för att testa "fritt fall"-hypotesen.

Vi behöver först bestämma vattenflödet F. Vi gör detta genom att mäta tiden det tar att fylla ett enliters kärl. Det tog 90 sekunder, så flödet blir:

F = 1 [l]/90 [s] = 110^-3 [m³]/90 [s] = 1.1110^-5 m³/s

Genom att mäta diametern hos den grå adaptern (33 mm) kunde en kalibrering för mm/pixel på bilden åstadkommas (originalet är 4 gånger större än nedanstående bild). Därefter kunde alla avstånd mätas och omräknas till mm.

I tabellen nedan finns alla uppmätta och uträknade data: avstånd från startpunkten, strålens radie, hastigheten, fritt fall hastighet och differensen i hastighet.

____________________________________________________





D (mm) r (mm) v (m/s) vB (m/s) Differens (%)

 0 3.21 0.34 50 1.77 1.12 1.05 -6%

 94 1.47 1.62 1.45 -10%

____________________________________________________

Bevarande av flödet ger följande samband:

Av = p r²v = F

dvs

v = F/(p r²)

A är tvärsnittsytan, v är hastigheten och r är strålens radie.

För positionen D = 0 får vi t.ex.

v = 1.1110^-5/(p(3.2110^-3)²) = 0.34 m/s

Med hjälp av ekvation (4) ovan kan vi få ett beräknat värde på hastigheten om hypotesen fritt fall är korrekt:

v_B = sqrt(0.34² + 2g5010^-3) = sqrt(0.116 + 0.981) = 1.05 m/s

och

v_B = sqrt(1.12² + 2g4410^-3) = sqrt(1.25 + 0.86) = 1.45 m/s

Avvikelsen mellan de uppmätta värdena på hastigheterna och de som beräknats för fritt fall är -6% och -10%. Det är nog lite för stora avvikelser för att helt kunna förklaras som tillfälliga mätfel. Det tycks alltså komma in andra effekter, t.ex. ytspänning och laminär strömning, dvs att hastigheten inte är konstant över tvärsnittsytan, se Laminar_flow. Den svenska Wikipedia artikeln Laminär_strömning är ganska intetsägande, men innehåller ett kul skämt :-) (bildtexten till bilden med fiskar).

I länk 1 beskrivs ett liknande experiment. Man använder sig av Bernoullis ekvation, som emellertid ger exakt samma resultat som i ekvation (4). Länk 2 behandlar acceleration och fritt fall (v-t diagram).

____________________________________________________________________

För att undvika lokala effekter från kranen valdes nollpunkten en bit ner. Nedre punkten valdes lite ovanför 100 mm nivån eftersom bilden av strålen blir ganska otydlig.

/Peter E 2012-01-19

Svar:
Den undre pizzan är varmast. Anledningen är att bröd-delen av pizzan har dålig värmeledningsförmåga. Brödet verkar alltså som värmeisolation. Den nedre pizzan har ett lager bröd både nedåt och uppåt, medan fyllningen på den övre pizzan är fritt exponerad för omgivningen.

En del av avkylningseffekten är att vatten förångas från den varma pizzan. Eftersom detta kräver ångbildningsvärme kyls pizzan med samma effekt som gör att du fryser när du går ut ur duschen. Brödsidan innehåller mycket lite vatten medan fyllningssidan innehåller vatten. Det kan alltså hjälpa lite att täcka den övre pizzan med något vattentätt, t.ex. aluminiumfolie.

Den optimala transportmetoden är att lägga pizzorna med fyllningen mot varandra. Båda pizzorna omges då av ett värmeisolerande och torrt skikt. Nackdelen är att det blir kladdigt att separera pizzorna. Om man har pizzor med olika fyllning kan man emellertid få nya intressanta smakupplevelser. Och, framför allt, båda pizzorna är varma!

Se även fråga [16374].

/Peter E 2012-02-23

Svar:
Svante! Din teori gäller bara om resistansen hos lamporna är konstant, dvs samma när de är tända som när de är släckta. Ledningarna bör normalt ha så litet motstånd att de inte påverkar spänningen.

Om du mäter resistansen för en släckt lampa med en ohmmeter så finner du att resistansen är c:a 40 ohm. För en 40 W lampa ansluten till 230 V blir resistansen

R = U²/P = 230²/40 = 1300 ohm.

Anledningen är helt enkelt att resistansen hos glödtråden ökar med temperaturen. Ju varmare glödtråd desto högre resistans. När man tänder lampan får man under en mycket kort stund mycket hög ström. Effekten i en kall glödtråd blir

P = U²/R = 230²/40 = 1300 W

På en bråkdel av en sekund stiger temperaturen och motståndet tills ett jämviktsläge med effekten 40 W inställer sig.

Strömmen blir enligt Ohms lag

I = U/R = 230/1300 = 0.18 A.

Vad händer om man seriekopplar två lampor? Om resistansen vore densamma skulle vi få strömmen

I = U/(2R)

Men eftersom strömmen är mindre blir även uppvämningen mindre. Du får då en lägre resistans än 2R, så strömmen blir mer än hälften av värdet med en lampa. Detta är precis vad du observerade.

Lägg märke till att lampor uppför sig helt annorlunda än resistorer! Resistorer har konstant resistans eftersom man normalt inte låter strömmen bli så hög att de värms upp till höga temperaturer.
/Peter E 2012-11-26

Svar:
Ja, vattnet kan frysa. Det finns två effekter som kan kyla vattnet så det fryser: utstrålning och förångning.

Om det är molnfritt är det nästan ingen instrålning av värmestrålning (infrarött/mikrovågor) från himlen. Utstrålningen är emellertid vad som motsvarar 1^oC. Det betyder att vi har mer utstrålning än instrålning: temperaturen hos vattnet sjunker. Se vidare fråga [7130].

Om omgivande luftfuktigheten inte är för hög kommer en del av vattnet att förångas. Detta kräver en energi på 2260 kJ/kg ([14203]). Energi tas alltså från vattnet för att sänka temperaturen (2.1 kJ/kg.K) och bilda is (333 kJ/kg). Denna effekt används i snökanoner, se fråga [15592].
/Peter E 2014-08-11

Svar:
Det är säkert uppvärmningseffekten som förklarar liknande experiment, se fråga [11883]. Den snabba expansionen hos luften nära där blixten träffar den svarta rutan kan kännas som en stöt.

Varför känns det som en stöt snarare än en värmeeffekt direkt? Detta är fysiologi, och det är vi inte experter på. Vi kan bara spekulera att värmeeffekten är liten och kortvarig så att de temperaturkänsliga sensorerna inte triggas.

Det är emellertid klart att det finns en mekanisk effekt, se fråga [11883]. Denna borde kunna triggas av den snabbt upphettade expanderande luften, det hörs ju ett tydligt knäpp.

Det finns ett antal videos på webben, och det är uppenbart att resultatet varierar för olika position på kroppen. Detta kan förklaras av olika täthet av sensorer som registrerar stötar.

Länk 1 innehåller en video och mer eller mindre korrekta funderingar om orsaken. Länk 2 lite om farligheten. Här är en lärare som gjort en trevlig systematisk undersökning av fenomenet.


/Peter E 2016-11-30

Svar:
För det första är det inte helt lätt att utföra tricket. Det kräver en hel del övning eftersom flaskan måste landa med botten nedåt. I videon nedan finns några lyckade försök - en del så lyckade att man undrar om de inte är fejkade :-).



I länk 1 finns en avancerad förklaring, men jag tror man krånglat till problemet onödigt mycket. Man förklarar inte heller varför flaskan inte studsar som den gör när man släpper den rakt ner.

Jag har gjort lite egna experiment med en 1.5 liters ICA apelsinsaftflaska till en tredjedel fylld med vatten.

Det är helt korrekt att flaskan välter nästan varje gång om man bara släpper den med botten nedåt, trots att tyngdpunkten är ganska låg. Detta beror säkert på att kontakten med underlaget får flaskan och vattnet att samtidigt studsa uppåt - vattnet befinner sig ju hela tiden längst ner i flaskan. En liten avvikelse från vertikalen ger en rotation som får flaskan att välta.

När man i stället kastar flaskan så att den snurrar exakt ett varv innan den landar har en del av vattnet flyttats högre upp i flaskan. Denna landar och försöker studsa uppåt. Innan den hinner någon vart kommer vattnet att kollidera med botten på flaskan, och flaskan trycks tillbaka till underlaget och ställer sig stadigt.
/Peter E 2016-12-07

Svar:
Hej Julia!

Kvadraten på armen och en blixt finns utredd i fråga [20427]. Att effekten är verklig är helt klart även om man inte vet exakt vad som händer. Att det har att göra med snabb uppvärmning genom att ljus från blixten absorberas är fullt klart.

Jag tror inte att ballongen påverkas i ditt försök, men det enda säkra är att göra experimentet. Hoppas du kan få tag på en ballong så du kan göra experimentet!

Uppdatering från Julia: "Min mamma köpte hem ballonger och det funkade faktiskt!"

Jag får böja mig för resultatet från ditt experiment! Tack Julia! /Peter

Den högre absorptionsförmågan på det svarta området räcker tydligen för att värma upp ett område på ballongytan tillräckligt för att ballongen skall spricka.
/Peter E 2017-12-21

Svar:
Mpemba-effekten har diskuterats här tidigare, se fråga [7830]. Det finns en hel del data som tyder på att effekten är verklig, men det finns ingen bra förklaring till effekten.

Dina resultat (figuren nedan) ser övertygande ut. Jag hade dock föredragit om du ritat in datapunkterna i stället för linjerna som jag antar är något sorts "bästa anpassning". Man hade då kunna bedöma tillförlitligheten från spridningen i datapunkterna.

Du bör även förklara varför du bortser från nästan hälften av mätvärdena.

Ett annat problem är att du, såvitt jag förstår, inte mätt tills provet börjar frysa utan till det når den normala fryspunkten 0^oC. Detta är inte den urspungliga Mpemba-effekten. Det du mäter är avkylning av vatten, inte vatten som övergår i is.

Det betyder också att flera av de traditionella förklaringarna (som har att göra med frysningsprocessen) faller bort, framför allt underkylning).

Se även Mpemba_effectSuggested_explanations för möjliga förklaringar.

Här är en utmärkt, aktuell sammanfattning av Mpemba-effekten:





___________________________

) Underkylning innebär att en vätskas temperatur sänks under dess smältpunkt utan att den övergår i fast form. Exempelvis kan rent vatten (regndroppar och molndroppar) vara underkylt. När den underkylda vätskan träffar fast material, exempelvis marken, kan den snabbt kristalliseras och ge upphov till nedisning. (Underkylning)

/Peter E 2018-01-17