Värme

Värmeledningsförmåga Termisk expantion

Av

Staffan Angelbäck, Martin Johansson, Rodasb Rahimi, Joakim Sandström

 

Experiment 1

Teori: Ett materials förmåga att leda värme bestäms av dess sammansättning. Det finns ett samband mellan ett materials förmåga att leda värme och dess förmåga att leda ström. Ett materials värmekonduktivitet "talar" om hur god dess värmeledningsförmåga och anges i W/mK. Exempel på materials värmekonduktivitet: Aluminium 237 W/mK, järn 80 W/mK, koppar 401 W/mK, silver 429 W/mK.

Syfte: Att visa på olika materials förmåga att leda värme.

Material: 4 st stavar av olika material men med samma dimension, gasolbrännare, värmetåliga elever.

Utförande: Låt fyra elever hålla var sin stav över brännaren, den som håller längst har den stav med lägst värmekonduktivitet.

 

Experiment 2

Teori: Solcellerna är halvledare, vilket betyder att det uppstår spänning när ljuset absorberas av cellerna. Detta leder till att elektronerna sätts i rörelse och vi får elektricitet.

Solfångaren är gjord av en koppar platta som är målad svart på framsidan och är i kontakt med vatten på andra sidan. Synligt ljus absorberas av koppar plattan och den svarta färgen gör att synligt ljuset inte reflekteras, utan stannar kvar. Ljusets energi omvandlas därmed till värme som överförs till vattnet via kopparplattan. Det varma vattnet kan sedan användas för att till exempel värma upp element etc.

Syfte: Att visa hur ljusets energi kan omvandlas till värme.

Material: Solceller, ljuskälla (starklampa), liten elmotor.

Utförande: Ställ upp solcellerna och anslut elmotorn. Tändlampan och rikta ljusstrålen mot solcellerna dessa ger ström till motorn som börjar verka.

Termisk expansion

Experiment 3: Längdutvidgning

Teori: Termisk utvidgning. På grund av att spänningen ger en temperatur ökning i metalltråden får vi en volymförändring, men det är endast längd utvidgningen som är synbar i experimentet.

Syfte: Illustrera hur metallen utvidgar sig vid temperatur ökning.

Material: En 12 V. Transformator kopplad till en tunnmetalltråd.

Utförande: Spänn metalltråden mellan två skruvar, fastsatta på en skiva. Koppla transformatorn så det blir en spänning över tråden.

Häng en liten, markerad, tyngd på tråden och släpp sedan försiktigt på spänningen. Då kommer tråden att utvidgas och tyngden sjunka ner något, ca 1cm.

Experiment4: Termometer

Teori: Termisk utvidgning. När vi värmer vattnet ger temperaturökningen att vi får en volymförändring i vattnet.

Syfte: Illustrera hur en termometer fungerar

Material: En brunnsbrännare eller en kokplatta och en kastrull med vatten, en glaskolv eller ett provrör med gummipropp, ett tunt glasrör meden inner diametern på ca. 1-2mm och ca 20 cm långt. Borra ett hål i centrum på gummiproppen, som passar perfekt till glasröret,

Utförande: Fyllglaskolven eller provröret helt med lite färgat kallt vatten och sätt på gummiproppen med glasröret så att röret sticker ner en bit i vätskan. Värm det färgade vattnet i glaskolven, efter en stund kommer vattnet att stiga i glasröret. Markera vattenpelarens nivå i glasröret, med tex. Gummiband. Experimentet kan man utvidga genom att ha fler stationer och använda is samt kokande vatten för att kalibrera termometern.

 

Experiment 5

Teori: En bimetall är ett metallstycke som består av två olika metaller som är sammanfogade. Eftersom olika metaller expanderar olika mycket kommer bimetallen att böja sig åt ett håll om den utsätts för värme och åt andra hållet om den utsätts för kyla.

Syfte: Att visa på hur metaller utvidgar sig eller krymper ihop om man värmer eller kyler av dem.

Material: En bimetall, flytande kväve, kokande vatten.

Utförande: För ner bimetallen i kokande vatten och se åt vilket håll den böjer sig. För sedan ner den i det flytande kvävet och se att den böjer sig åt andra hållet.

Exempel på användning: Brytare i en vattenkokare. När vattnet kokar har bimetallen böjt sig så mycket att den slår an en strömbrytare.

Experiment 6

Syfte: Att visa på hur metaller utvidgar sig eller krymper ihop om man värmer eller kyler av dem.

Material: En metallring eller cylinder med handtag, en "propp" i samma material, flytande kväve, kokande vatten.

Utförande: Visa först att proppen precis går att föra igenom metallringen. Värm sedan proppen i det kokande vattnet och försök sedan att föra proppen igenom metallringen. Det går inte!

Kyl sedan ner proppen igen och visa att den återigen går att föra genom ringen.

Exempel på användning: Den gänglösa skruven. Tag en propp som har lite större diameter än ringen eller cylindern. Kyl ner den och för in den i cylindern. När proppen sedan värms upp till samma temperatur som cylindern kommer den att expandera och sitta som i ett skruvstäd!