KOSMOS FOLDER FA.pdf - Gyldendal

START PÅ FYSIKDATONAVNKOSMOS A · FYSIK OG KEMI · GYLDENDAL 48DATONAVNKOSMOS A · FYSIK OG KEMI · GYLDENDALSTART PÅ FYSIKTid kan bl.a. angives i år, døgn, timer,minutter og sekunder.• 1 år er 365 døgn (i skudårene, hvert 4. år,dog 366 døgn)• 1 år er 12 måneder• 1 måned er 28, 29, 30 eller 31 døgn• 1 uge er 7 døgn• 1 døgn er 24 timer• 1 time er 60 minutter• 1 minut er 60 sekunderI stedet for at skrive 5400 sekunder kanman også skrive 5400 s. I tabellen er vistforkortelser for tidsenhederne. Bemærk, atder ikke benyttes et punktum i slutningensom ved andre forkortelser.EnhedForkortelsesekundsminutmintime t eller h**kommer fra engelsk hour, der betyder time.Alle danskere ved, hvad der menes,når der står 60 km på en færdselstavle.Men i fysikken skal man være mere præcis.Enheden km/t skal med. Ellers kan dernemt opstå misforståelser.49STOFEGENSKABERLUFTARTERTILSTANDSÆNDRINGERFormålI skal undersøge, hvordan luft reagerer ved opvarmning og afkøling.?1. Sæt ballonen på kolbens åbning.2. Hæld koldt vand og nogle isterninger i den ene skål.3. Hæld varmt vand (ca. 50 °C) i den anden skål.4. Hold kolben med stativklemmen, og sæt kolben ned i det varme vand.Hvad sker der?NÅR KOLBEN KOMMER NED I DET VARME VAND, BLIVER BALLONENPUSTET LIDT OP.5. Hold kolben ned i isvandet.Hvad sker der?NÅR KOLBEN KOMMER NED I DETKOLDE VAND, BLIVER BALLONENSUGET LIDT IND I KOLBEN.? Forklar, hvorfor luften i kolben og ballonen reagerer,som I har set, når den varmes op eller afkøles:LUFTEN UDVIDER SIG, NÅR DEN FÅREN HØJERE TEMPERATUR. DENTRÆKKER SIG SAMMEN, NÅR TEM-PERATUREN FALDER. DET KAN MANSE PÅ BALLONEN.DATONAVNKOSMOS A · FYSIK OG KEMI · GYLDENDALSTOFEGENSKABERLUFTARTERTILSTANDSÆNDRINGERFormålI skal måle temperaturen af fast carbondioxid. Carbondioxid er en gas, der findes lidt af i atmosfærisk luft.Fast carbondioxid kaldes tøris. Tøris er så koldt, at det kan givefrostskader i huden, hvis man holder for længe på det.? Læg tøris i et bægerglas.Mål temperaturen. T tøris = _______ °C.? Hvad sker der med tørisen, efterhånden som tiden går?TØRISEN FORSVINDER. DEN FORDAMPER.Materialer• Konisk kolbe• Ballon• To skåle• Stativklemme• IsterningerMaterialer• Tøris• Bægerglas• Digitalt termometer(ned til –100 ºC)• Arbejdshandsker? Prøv at lægge lidt tøris i et cylinderglas med vand. Hvad ser I?TØRISEN FORDAMPER I VANDET. DER KOMMER HVIDE BOBLER. DET ER ENTÅGE AF VAND, ALTSÅ MEGET SMÅ VANDDRÅBER. TÅGEN ER KOLD, SÅ DENLÆGGER SIG PÅ VANDET. KOLD LUFT ER TUNGERE END VARM LUFT.DATONAVNKOSMOS A · FYSIK OG KEMI · GYLDENDAL 4846STOFEGENSKABERLUFTARTERTILSTANDSÆNDRINGERFormålI skal undersøge, hvad det er, der får popcorn til at poppe op. Popcorn indgik som en vigtig del af indianernes kost, da europæernekom til Amerika. Popcorn består af majs, der har udvidet sig vedopvarmning. Men hvad er det, der får majskornene til at udvide sig?? 1. Hæld 1/2 dL majskorn ud på bagepapiret, og lad dem tørrei ovnen i en time ved 100 ºC.2. Hæld 1/2 dL majskorn i en skål sammen med 1 dL vand,og lad dem stå i en time.3. Hæld 1/2 dL majskorn i plasticposen. Luk posen,og lad den ligge i en time.4. Pop de tørre majskorn i gryden sammen med 11/2 spiseskefuld olie.Husk låget. Hæld popcornene i en skål.5. Hæld vandet fra majsen. Pop de våde majskorn i grydensammen med 11/2 spiseskefuld olie.Husk låget. Hæld popcornene i en anden skål.6. Pop majskornene fra plasticposen i grydensammen med 11/2 spiseskefuld olie.Husk låget.Hæld popcornenei en tredje skål.Materialer• 11/2 dL popcorn-majs• Bagepapir• Tre skåle• Plasticpose• Gryde med låg• Kogeplade• Madolie• Ovn? Hvilke popcorn poppede mest og blev størst?Forklar resultatet ved hjælp af jeres viden om fordampning:DE VÅDE POPCORN POPPER BEDST. KORNENE FRA OVNEN KAN IKKEPOPPE. KORNENE FRA OVNEN ER BLEVET TØRRET, SÅ DER IKKE ER VAND IDEM. KORNENE POPPER, NÅR VANDET I DEM UDVIDER SIG OG BLIVER TILDAMP. DE EKSPLODERER. ER DER MEGET VAND I KORNENE, EKSPLODERERDE BEDST, FORDI DER SÅ ER MEST VAND, DER KAN UDVIDE SIG TIL DAMP.DATONAVNKOSMOS A · FYSIK OG KEMI · GYLDENDAL 47STOFEGENSKABERPROJEKTProblemstillingVand findes på Jorden i tre forskellige former og i mange forskellige sammenhænge.Vandet skifter tilstandsform ved hjælp af forskellige processer i naturen. Man taler om,at vandet løber i et kredsløb. Tegningen nedenfor viser vandets kredsløb.I skal bruge jeres viden om vandets egenskaber til at beskrive de enkelte dele af kredsløbet.Skriv på tegningen, hvad de enkelte dele af kredsløbet og pilene mellem dem skal symbolisere.DATONAVNKOSMOS A · FYSIK OG KEMI · GYLDENDAL49KOSMOS A ER UDKOMMETKOPIMAPPE AGRUNDBOG ASTOFEGENSKABERLUFTARTERTILSTANDSÆNDRINGERTidTiden begyndte for omkring 14 milliarder år siden. Ved envoldsom begivenhed, nærmest en eksplosion, blev hele Universetskabt. Eksplosionen kaldes big bang. Siden big bang harUniverset udvidet sig. Og det vil fortsætte sin udvidelse imange milliarder år.Ingen ved, hvad der var før big bang. Fysikere og astronomersiger, at der intet var. Det er ikke til at forstå. Tiden eksisteredeikke før big bang. Der var ingen stoffer. Der var bareikke noget!Du er kun et punktum14 milliarder år er meget lang tid. Man kan danne sig et indtrykaf så lang en tid ved at se på denne bog. Lad første bogstavpå denne side svare til tidspunktet for big bang. Sidste punktumi bogen på side 176 svarer til nutiden. Det betyder, at hverside svarer til 80 millioner år, og hver linje til to millioner år.Vores Jord har kun eksisteret i de sidste 50 sider af “TidensBog”. Dinosaurernes periode er de sidste tre sider i bogen. Deuddøde efter et par linjer på sidste side. Vores menneskeraceblev først skabt i bogens sidste punktum. Vi fylder ikke megeti Tidens Bog.Sekunder, minutter og timerTid måles i sekunder. Når det er mere praktisk, kan man ogsåbruge minutter eller timer. Der går 60 minutter på 1 time, og dergår 60 sekunder på 1 minut. Jorden drejer én omgang rundt på24 timer. Der er altså sammenhæng mellem Jordens rotationog størrelsen af et sekund.Man kalder udtryk som sekund, minut og time for enheder.Når et tidsrum skal angives, bør man altid benytte denmest fornuftige enhed. En fodboldkamp varer 90 minutter.Det vil ikke være fornuftigt at skrive, at en fodboldkamp varer5400 sekunder, selv om det ikke er forkertNår man angiver en fysisk eller kemisk størrelse, fx en tideller en længde, skal der altid være både et tal og en enhed. Detgiver ingen mening at skrive, at en fodboldkamp varer 90, ellerat en løbetur er 5 lang. Der skal altid være en enhed efter tallet. Kopiark 1.1TidsmålereI oldtiden målte man tiden med solure. Man fandt tidspunktetved at se på skyggen af en pind. Pindens skygge viser, hvad klokkener. Et solur er ikke et særlig præcist ur.Et timeglas består af to glasbeholdere, hvor det ene er fyldtmed fint sand. Vender man timeglasset, løber sandet gennemet lille hul ned i den nederste beholder. Når den øverste beholderer tom, er der gået et bestemt tidsrum, fx en time. Ved atafpasse mængden af sand, kan et timeglas blive meget præcist.Mekaniske ure, der bliver trukket af lodder, har væretkendt i mere end 700 år, men de var ikke særlig præcise, førure med penduler blev opfundet midt i 1600-tallet. Den tid, etpendul bruger til sin bevægelse fra en yderstilling og tilbageigen, er altid den samme. Denne tid kaldes svingningstiden.Hver gang pendulet er i en yderstilling, får viserne et lille skubaf mekanikken inde i uret.Pendulure kan kun bruges, når de står fast og ikke rystes.Armbåndsure må derfor virke på en anden måde. I dag indeholderde fleste armbåndsure en lille krystal af et materiale,der hedder kvarts. Krystallen kan bringes til at svinge, så den8 9KOSMOSSTOFEGENSKABERPROJEKT2.15 TørisVandets kredsløbFormålI skal måle temperaturen af fast carbondioxid.???Carbondioxid er en gas, der findes lidt af i atmosfærisk luft.Fast carbondioxid kaldes tøris. Tøris er så koldt, at det kan givefrostskader i huden, hvis man holder for længe på det.Læg tøris i et bægerglas.Mål temperaturen. T tøris = _______ °C.Hvad sker der med tørisen, efterhånden som tiden går?Prøv at lægge lidt tøris i et cylinderglas med vand. Hvad ser I?TidsenhederForkortelser for tidMaterialerProblemstilling• TørisVand findes på Jorden i tre forskellige former og i mange forskellige sammenhænge.• BægerglasVandet skifter tilstandsform ved hjælp af forskellige processer i naturen. Man taler om,• Digitalt termometerat vandet løber i et kredsløb. Tegningen nedenfor viser vandets kredsløb.(ned til –100 ºC)• ArbejdshandskerI skal bruge jeres viden om vandets egenskaber til at beskrive de enkelte dele af kredsløbet.Skriv på tegningen, hvad de enkelte dele af kredsløbet og pilene mellem dem skal symbolisere.KOSMOSStart på fysikKapitlets formål er at introducere de størrelser og Hvad er den laveste temperatur i verden?enheder, der danner grundlaget for al måling. Her kan eleverne sikkert nævne Antarktis, Grønland,Elevernes arbejde har til formål at opbygge erfaringer Sibirien eller et andet koldt sted her på Jorden. Detmed kvantitative målinger og enhedsomsætning. vil forhåbentlig overraske og vække nysgerrighed, atEleverne skal desuden få erfaring i at benytte de temperaturer kan blive umådelig høje, men at temperaturerunder –273 °C ikke eksisterer. Og at tem-dekadiske præfikser.peraturen nogle steder i Universet fjernt fra stjernernenærmer sig dette nulpunkt.Følgende emner behandles i kapitel 1:• Tid• LængdeHvor er de varmeste og koldeste steder• Temperaturpå Jorden?• MasseDer er overlap fra forrige spørgsmål til det sidste.• Cafe Kosmos:Spørgsmålet er igen tænkt som udgangspunkt forSatellitterne hjælper os til at finde vejsamtaler i klassen. I en tabel i grundbogen side 19kan ses et par temperaturrekorder.IntrosidenHvor har du haft brug for at måle tid,længde, temperatur og masse?Formålet med opslagets første spørgsmål er at starteen samtale med eleverne om kapitlets emner, for atlæreren derved kan danne sig et indtryk af deresviden fra bl.a. tidligere undervisning.Hvad er din reaktionstid?Spørgsmålet lægger op til en tidlig øvelse i kapitlet.Svaret er tæt på 0,2 sekund.Hvad er det hurtigste i verden?Eleverne vil sikkert først tænke på 100 meter løbere,geparder, jagerfly eller raketter. Læreren kan her kortforklare om lysets fart, hvor fx en lysstråle op til etspejl på Månen og tilbage kan klares på 2,5 sekund.Skulle eleverne spørge, hvorfor der ikke er noget, derkan bevæge sig hurtigere, kan de ikke få et fyldestgørendesvar. Det er et grundlæggende princip i Einsteinsrelativitetsterori, at intet kan bevæge sig hurtigere endlyset. Eleverne kan kort få at vide, at når ting bevæger sighurtigt, ændrer de masse og størrelse. Desuden går tidenmed en anden fart, så den maksimale fart kan slet ikkeforklares uden kendskab til megen matematik og fysik.38KOSMOS2.13 Varmeudvidelse2.14 PopcornKOSMOS2.15 TørisVandets kredsløbDeep space billedetDa Hubble-teleskopet blev sendt op i 1990, forventedeman, at det ville blive det teleskop, der kunneoptage de hidtil mest skarpe billeder af stjernehimlen.Det skyldes, at teleskoper nede på jorden bliverforstyrrede af atmosfærisk uro. Hubble-teleskopet erforsynet med et spejl med en diameter på 2,4 meter.Teleskopet virkede desværre ikke optimalt. En konstruktionsfejlbetød, at billederne var slørede. Først i1993, hvor astronauter havde anbragt en korrektionslinse(“givet teleskopet briller på”), begyndtedette teleskop at fungere efter hensigten.For at se tilbage i tiden blev Hubble-teleskopet i touger i 2003 rettet mod et område nær stjernebilledetOrion. Et område uden kraftige stjerner. Området erså lille, at det kan dækkes af et sandkorn holdt i straktarm. Ved i lang tid at se på dette område, blev deropsamlet lys fra omkring 10 000 stjernetåger, dvs.galakser eller mælkeveje, der ellers ikke kunne ses, dade var alt for lyssvage. Ved at analysere på farverne afdet lys, som stjernetågerne udsender, kan astronomerberegne, hvor langt borte og dermed hvor gamle tågerneer. Flere af tågerne på billedet var mere end 13 milliarderår gamle. Det kom som en overraskelse, at derKOSMOSKOSMOSDeep space billedetHubbleteleskopetpå dette tidspunkt, “kun” et par hundrede millionerår efter big bang, allerede var dannet stjernetåger.Yderligere informationer findes ved søgning på“Hubble Ultra Deep Field” og “HUDF”.Billedet viser et kig tilbage i fortiden. Sådan så stjernerneud for 13 milliarder år siden. En stjernes liv erbegrænset; den fødes, lyser og udstråler energi, hvorefterden dør, tit i en voldsom eksplosion.Denne eksplosion, en supernova, udsender materialetil verdensrummet. Dette materiale bliver seneretil nye stjerner, dvs. sole, der igen kan eksplodere.Vores sol har levet i 4,5 milliarder år, men er for lilletil at ende som en supernova. Den vil om fem milliarderår, når dens energi er brugt, svulme op og bliveSTOFEGENSKABER2.13VarmeudvidelseLuft følger tilstandsligningen, dvs. produktet af trykog rumfang er proportionalt med temperaturen.Sænkes temperaturen, trækker luften sig sammen, såballonen i øvelsen trækkes ind i kolben. Ved øvelsensstart bør der være en smule luft i ballonen.2.14PopcornMajskernerne indeholder vand. Kernens skal er hårdog næsten damptæt. Ved en opvarmning fordampervandet i kernen. Vanddampene kan ikke slippe ud.Trykket stiger derfor, og når det er blevet tilstrækkelighøjt, typisk omkring 8-10 atmosfære, går skallenitu. Temperaturen er da omkring 180 °C. Dampenudvider sig nu voldsomt, hvorved det indre i korneneeksploderer, så resultatet er den kendte form forpopcorn. I en normal pose upoppede korn er deraltid nogle, hvor skallen ikke har været tæt. Her kantrykket ikke stige, så disse korn popper ikke. Ved enlangsom opvarmning popper kornene heller ikke.Skallen er nemlig ikke helt tæt, så dampen kan langsomtsive eller diffundere ud.Dette eksperiment udføres bedst i skolens skolekøkken.Udføres eksperimentet i kemilokalet, må popcorneneikke spises efter forsøget, for at understregereglen om, at der ikke må spises i dette lokale.I eksperimentet vil de ovntørrede majskorn ikkepoppe. Vandet fra deres indre er forsvundet pga.udtørringen i ovnen. Skallen er som nævnt ikke helttæt. De fugtede popcorn, har fået ekstra vand ind ikernen. De popper bedre end kornene i plasticposen,der bare “popper normalt”.2.15TørisTøris, eller fast carbondioxid, er et forunderligt stof.Det ligner almindelig is, men har en temperaturomkring –80 °C. Og det kan ikke eksistere på væskeformved normalt tryk. Det omdannes direkte frafast stof til luftform. Anbringes tørisen i et glas medvand, vil der ske en kraftig fordampning af isen.Måles temperaturen i bægerglasset, kan det ses, attørisen afkøler vandet. Der ses nogle tågede, hvidebobler, der stiger op gennem vandet. Denne tågebestår af carbondioxid blandet med meget småvanddråber. Fordi temperaturen er så lav, og fordicarbondioxid har en densitet, der er større endatmosfærisk lufts, vil denne tåge lægge sig lige overkold. Den bliver en såkaldt rød kæmpestjerne. Senerevil den igen trække sig sammen og blive en såkaldthvid dværg, der er meget mindre end Jorden er nu.Fysikere og astronomer er enige om en model forUniversets skabelse, der starter med en begivenhed,big bang, for næsten 14 milliarder år siden. I dag kanman se, at alt i Universet fjerner sig fra hinanden.Det må derfor tidligere have ligget tæt sammen.Når fysikere og astronomer siger, at tiden begyndteved big bang, har det sammenhæng med, at tidenlige efter big bang ikke gik med samme fart som nu.Det er en konsekvens af relativitetsteorien. Så for det“materiale”, der fandtes lige efter big bang, ville tidengå med en fart, så det så ud, som om der var gået uendeliglang tid fra big bang. Men set fra vores synspunkti dag, og med den hastighed hvormed tidennu går, er det som om tiden startede ved big bang.Læs mere i Universets melodi side 169ff.TidDu er kun et punktumGrundbogen har 176 sider, og der er gået 13,7 milliarderår fra big bang. Derfor svarer en side i grundbogentil 78 millioner år. Med 40 linjer på en sidesvarer en linje til 1,9 millioner år. Med 50 bogstaverpå en linje svarer et bogstav til 39 000 år.Solen dannedes for 4,5 milliarder år siden. Jorden dannedeskort tid efter. En dansk geolog, Minik Rosing,har ved undersøgelser af granit fra Thuleområdet fundetspor, der viser, at der har eksisteret organisk liv forgodt 3,8 milliarder år siden. Søges på “Minik Rosing”og “Isua” kommer yderligere oplysninger.Dinosaurernes periode var fra for 250 til 65 millionerår siden. Læs fx i Per Christiansen: Dinosaurernei nyt lys, Gads Forlag, 2003. Antagelig ved et meteornedfaldi Den Mexicanske Bugt blev der sendt såmeget støv op i atmosfæren, at livsbetingelserne fordinosaurerne (og mange andre dyr) blev ødelagt pådette tidspunkt. Kun små flyvende rovdinosaureroverlevede denne katastrofe. De udviklede sig sidentil nutidens fugle.Abelignende mennesker dukkede op i Afrika for ca.4 millioner år siden. Vores race, homo sapiens, opstodi Afrika for omkring 50 000 år siden. Moderne dnaforskningtyder på, at en lille afrikansk gruppe på fåtusind individer udviklede sig til de godt 6 milliardermennesker, der nu dominerer jordkloden.39vandet i glasset. Når dampmængden er blevet så stor,at den løber over glassets kant, vil den lægge sig påbordet og “falde ud over” bordkanten.Prøv også at holde en brændende tændstik hen tilbægerglasset. Tændstikken slukkes, da carbondioxidethar fortrængt luftens oxygen.Tøris kan fremstilles med en anordning, der kan sættespå trykbeholderen. Køb fx hos Søren Frederiksen,Ølgod. Der findes også firmaer, der sælger tøris. Herkan fx søges på “Hede Nielsen” og “Air Liquide”.Tøris benyttes af mange firmaer som kølemiddel vedforsendelse af materialer, medicinalprodukter, derskal holdes kolde. En liter tøris i en pakke, der er velisoleret,kan holde indholdet på en lav temperatur imange dage. Især, hvis pakken opbevares i et køleskab.I en brandslukker er der carbondioxid. Tidligere blevdette stof kaldt kuldioxid. Normalt kaldes dennetype brandslukker en kulsyreslukker, se “Ild” i grundbogenside 169. I trykflasken er stoffet på væskeformog ved højt tryk. Når der åbnes for trykflasken, kommerder en hvid dampstråle ud. Den damp man ser,er ikke carbondioxid, men en tåge af små vanddråber.Carbondioxidet bliver pga. fordampningenmeget koldt, når det kommer ud af trykflasken.Vanddampene i luften bliver til små dråber, forditemperaturen falder. Så det er en almindelig koldtåge, der kan ses.Inde i kulsyreslukkeren er der flydende carbondioxidved et tryk, der er næsten 40 gange højere end udenfor.Åbner man trykflasken, omdannes det flydendecarbondioxid straks til en gas, når den kommer ud afflasken. Men det er muligt at “snyde”, så man får detfaste carbondioxid.Samler læreren det carbondioxid, der kommer ud afflasken, i en stofpose, opstår et sjovt fænomen.Posen fyldes med tøris. Med denne pulverformedetøris er det muligt at udføre eksperimenterne, der erbeskrevet ovenfor. Benyt arbejdshandsker og en langærmetbluse under “fremstillingen” af tørisen. Ogsørg for at eleverne ikke er nær den stråle, der kommerud af brandslukkeren.Projekt: Vandets kredsløbDe i indledningen anførte kilder dækker store dele afdette projekt. Adskillige andre lærebogssystemer tilgrundskolen har temaer om vand, der kan benyttessom inspiration.LÆRERRESSOURCE A · SIDE TIL SIDE VEJLEDNING OG FACIT136137