Värme

Strålning

Experiment 1 îPåvisa infraröd energi som värmeî

Material:

á500W lampa

áTermometer

För att visa att en lampa sänder it värmeenergi eller sk infraröd strålningsenergi, placerar jag en termometer en bit ifrån den starka lampan. Vi ser ganska snart att temperaturen ökar. Det är dock inte bara den infraröda strålningen som bidrar till temperaturökningen, även lampan i sig som blir varm värmer luften runtomkring.

Lite om infraröd strålning

Infraröd energi är en del av det elektromagnetiska spektret, som vi känner av som värme. Vi kan inte se infraröd strålning med blotta ögat, utan behöver i så fall ta hjälp av en infraröd kamera, en värmekamera. Då värme inte behöver någon materia för att förflytta sig kan kameran läsa av strålningen på håll. Dagens värmekameror är mycket exakta när det gäller att mäta temperatur, och ett bra hjälpmedel när det gäller att t.ex. hitta värmerelaterade fel på maskiner.

Alla föremål som har en temperatur över 273,15°C (den absoluta nollpunkten) avger värme och sänder alltså ut infraröd strålning. En isbit avger alltså infraröd strålning. Ju högre temperatur ett föremål har desto mer infraröd strålning sänder det ut.

Ett föremåls yta har betydelse för hur mycket det infraröd strålning det sänder ut. En svart, matt yta upptar snabbt infraröd strålning, men avger den också lika snabbt. En vit, blank yta däremot tar behöver längre tid för att ta upp infraröd strålning, men håller bättre kvar den. Det är därför som en välpolerade kaffekanna håller värmen bättre än en smutsig.

Värmeutvidgning

Ett ämnes atomer har en viss svängning vid en viss temperatur. När temperaturen ökar börjar atomerna att svänga mer och kräva större plats och ämnet utvidgar sig.

Man måste bl.a. ta hänsyn till detta när man bygger broar då betongen och armeringen kan utvidga sig vid uppvärmning. Man bygger då skarvar som består av en rörlig cylinder som brobanan vilar på.

Även järnvägsspår kan utvidga sig vid ökad temperatur. De har också skarvar men när de inte riktigt räcker till kan så kallade solkurvor uppstå.

Även en termostat utnyttjar värme utvidgning då en värmekänslig kropp sluter eller bryter en strömkrets tex. i strykjärn.Ý 

Experiment 2

Material: brännare, metallplatta med hål i, en propp som passar i hålet

Vi använder oss av en metallplatta med hål i och en propp som passar precis i hålet vid rumstemperatur. Då vi värmer proppen med en brännare bör då materialets atomer öka i svängning och kräva mer plats. Materialet utvidgas då och kommer inte längre att passa i metallplattan med hål i.

När proppen sen svalnar kommer den att îkrympa ihopî och återigen passa i metallplattans hål.

Strömning

Värme kan transporteras på tre olika sätt, varav strömning (eller också kallat konvektion) är ett av dessa tre sätt.

Då en vätska, gas eller ett fast ämne ökar i temperatur utvidgar det sig. Detta innebär också att då ett ämne ökar i temperatur minskar dess densitet och den varma delen av ämnet blir lättare.

Värmetransport genom strömning kan illustreras på olika sätt. Nedan följer två demonstrationer på strömning, en med hjälp av vätska och en med hjälp av gas.

Experiment 3 - îVattenrörî

Till denna demonstration behövs följande material: glasrör i form av en rektangel, vatten, färg, stearinljus.

Utförande

Fyll ett vattenrör. Häll i lite färg. Placera stearinljuset under det ena hörnet av glasröret. Tänd ljuset och observera vad som händer.

Förklaring

Vad man ser då stearinljuset värmer vattnet är att vattnet börjar cirkulera. Detta beror på att vattnet som värms får lägre densitet, blir lättare, och flyter uppåt. Då det varma vattnet åker uppåt trycker det på vattnet ovan och man får en strömning av vattnet i glasröret.

Experiment 4 - îÄnglaspelî

Till denna demonstration behövs följande material: änglaspel med stearinljus.

Utförande

Tänd stearinljusen och observera vad som händer.

Förklaring

Stearinljusen värmer luften runt lågorna. Då luften blir varm får den lägre densitet och stiger uppåt. Man får en luftström uppåt vilket får änglaspelet att snurra.

I naturen kan man observera strömning. Havsströmmarna beror på att jorden är kall vid polerna och varm vid ekvatorn. Likaså beror vindens riktning på luftmassornas temperatur.

Värmeledning

Experiment 5

Material: 5 st sammanlänkade stavar (se bild nedan) av olika material (koppar, aluminium, mässing, järn och stål), smör, pappersbitar och brännare.

På varje îstavî fäster man en pappersbit med hjälp av smör. Man värmer sedan upp mitten på denna och ser vilken lapp som lossnar först.

När man värmer upp ett material börjar atomerna nära värmekällan att röra sig mer och mer och det bildas värme, vi får en temperaturökning.

Värmen sprids sedan spontant vidare i staven och får smöret att börja smälta och pappersbiten trillar av.

Teoretiskt sätt är det de ämne som har den största konduktiviteten som lossnar först.

ÄmneÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ Konduktivitet (W/mK)

1 KopparÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ 400ÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ 

2 AluminiumÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ 238

3 MässingÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ 79

4 JärnÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ 82

5 StålÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ 45

Enligt tabellen ovan skulle det alltså vara lappen som sitter på kopparstaven som lossnar först.