Vand, varme og energi - Experimentarium

vand, varme& energi1

Forskellige former for vandVandets form afhænger af, hvor megetvarme, der er i det. Hvis der er lidt varmei vandet er formen is. Er der mere varmei vandet er formen flydende. Og er dermeget varme i vandet er formen damp.Du kan få vand til at skifte form ved attilføre eller fjerne varme. Da varme er enslags energi, kan du også sige, at vandkan skifte form ved at tilføre eller fjerneenergi. I naturvidenskaben kalder man deforskellige former for faser eller tilstandsformer.Når du opvarmer vandNår du varmer vand op, tilfører duvandet energi. Hvis du fx varmer vandpå et elkomfur, så er det elektrisk energi,der bliver lavet om til varmeenergi.Når vandet har suget tilstrækkeligenergi til sig, fordamper det.Du oplever fordampning mange steder.Når det våde tøj hænger på tørresnoren,fordamper vandet. Derfor tørrer tøjet.Der fordamper også hele tiden vand fradin krop. Hvis du tager en plastikposeover hånden og binder den fast omhåndledet, kan du efter et stykke tidmærke, at den bliver fugtig. Det ervand, der er fordampet fra din hudog har samlet sig i posen.Når vandet bliver tilstrækkeligt varmt,koger det. Normalt koger vand ved 100grader. Alle boblerne, du ser i kogendevand, er damp.4

Vand fortætterNår vand fordamper, forsvinder det ikke.Det skifter bare form fra flydende vand tildamp. Hvis dampen bliver afkølet, bliverden til flydende vand igen. Det kalder vi,at dampen fortætter.Måske har du oplevet, at der har drevetvand ned ad vinduet, hvis du har ladeten gryde stå og koge i lang tid i køkkenet.Det er dampen fra gryden, der er blevettil flydende vand på det kolde vindue.Vanddamp er usynligVanddamp er usynlig, men hvis du laderen gryde stå og koge, kan du se, at derkommer tåge over gryden. Det er dampen,som bliver afkølet, når den møder denkoldere luft over gryden. Dampen fortættertil bitte små dråber af flydende vand.Dem kan du se som tåge. I daglig talekalder vi tit den tåge for damp, men detgør vi ikke i naturvidenskaben. Der er detkun den usynlige gas af fordampet vand,som vi kalder for damp. Det er altså eteksempel på, at det daglige sprog er lidtanderledes end det sprog, vi bruger, nårvi arbejder med naturvidenskab.5

Tåge, skyer og regnI luften omkring os er der masser afvanddamp. Det er blandt andet fordampetfra jorden, søer og havene.Nogle gange fortætter dampen og blivertil skyer eller tåge. Skyer og tåge beståraf bitte små vanddråber. Dampen i luftenfortætter, når luften bliver afkølet. Hvis tilstrækkeligmeget damp fortætter, så falderdet ned som regn.Fordampning, fortætningog energiNår vand fordamper, bruger det energi.Når vand for eksempel fordamper fra engryde på komfuret, kommer energien frakogepladen. Når vandet fordamper fratøjet på tørresnoren, mister tøjet energi.Tøjet bliver faktisk afkølet.Måske har du lagt mærke til, at når du harværet på stranden og badet, er din hud retkold, så længe den er våd. Men når førsthuden er blevet tør, så bliver den hurtigtvarm. Det skyldes, at vandet på din kropfordamper. Vandet bruger den energi frasolen, som ellers skulle varme din krop op.Derfor afkøles din hud, og du bliver kold.Når vand fortætter, så afgiver det tilgengæld energi. Den energi, der blev brugttil at få vandet til at fordampe, bliverafgivet igen som varme. Fx bliver skyernevarmere, når dampen i demfortætter til dråber.6

Når du afkøler flydende vandNår vand bliver tilstrækkeligt koldt, fryserdet til is. Vand begynder normalt at fryseved 0 grader. Det kalder man vands frysepunkt.Når is tilføres varme, smelter det.Tilsvarende skal vand afgive varme for atfryse til is. Stiller du en bakke med vandi fryseren, så fjerner fryseren varme fravandet. Derfor fryser vandet. Da varmeer en form for energi, kan man også sige,at is smelter, når man tilfører energi.Tager du isen ud af fryseren, så optagerisen varme og smelter. Det er derfor isenføles kold. Den optager varme fra dig,når du rører ved den. Isen smelter, nården bliver 0 grader. Man kan også sige,at 0 grader er vands smeltepunkt.Frysepunktet og smeltepunktet er altsådet samme.8

TemperaturskalaDet er ikke tilfældigt, at vandsfryse- og smeltepunkt er 0 grader, ogkogepunktet er 100 grader. Det er, fordivi i Danmark bruger en temperaturskala,der hedder Celsiusskalaen. Den er lavetpræcis sådan, at vands fryse- og smeltepunkter 0 grader, og kogepunktet er100 grader.I USA bruger de en temperaturskala,der hedder Farhrenheitskalaen. IfølgeFarhrenheitskalaen er vands fryse- ogsmeltepunkt 32 grader, og kogepunkteter 212 grader. Det er selvfølgelig ikke,fordi vandet opfører sig anderledes i USAog er varmere, når det smelter eller koger.Det er, fordi skalaen er anderledes.9

Frysepunkt for saltvandMåske har du lagt mærke til, at mangeveje bliver saltet, når de bliver isglatteom vinteren. Det gør man for at få isentil at smelte. Saltet smelter isen, fordiblandingen af salt og vand har et laverefrysepunkt end rent vand. Koncentreretsaltvand fryser først ved minus 21 grader.Det pudsige er, at selvom isen smelter,når den bliver blandet med salt, så bliverden faktisk koldere. Isen bruger jo varmepå at smelte. Derfor bliver isen koldere,når den smelter.Når man havde brug for en fryser, fx fordiman ville lave isdessert, tog man et stykkeis frem, huggede det i stykker og blandededet med salt.Så lagde man blandingen i en isoleretkasse. Vupti – så havde man en fryser.Nu kunne man lægge sin isdessert,eller hvad man ellers havde lyst til atfryse, ind i fryseren. Fryseren holdt sigdog ikke kold så længe ad gangen.I gamle dage før det blev almindeligtmed elektriske frysere, gemte man isfra vinteren i godt isolerede huse ellerhuler.Smeltepunkter & frysepunkterFlydende vand er ikke den eneste væske,der kan fryse. Det kan alle andre væskerogså, hvis de bliver kolde nok. Faktisk kande fleste faste stoffer også blive flydende,hvis de bliver varme nok. Du har måskeset lava fra vulkaner i fjernsynet. Det ersten fra Jordens indre, der er blevet såvarmt, at det er smeltet.Smelte- og frysepunkter, hvor stoffetskifter mellem at være fast og flydende,kan variere meget. Vands smelte- ogfrysepunkt er fx 0 grader. Sprit fryser vedminus 114 grader. Nogle metaller fryserved flere 1000 graders varme. Fælles foralle stoffer er, at når de smelter, så brugerde varme, og når de fryser og bliver faste,så afgiver de varme.10

Underafkølede væskerNogle væsker har svært ved at fryse,selvom de når ned på en temperaturunder deres frysepunkt. Når en væskeer koldere end sit frysepunkt, siger man,at den er underafkølet. Underafkøledevæsker er sjove at undersøge, fordi dekan vise dig noget om, hvad der sker,når væsker fryser.Fixersalt er et stof, der nemt underafkøler.Fixersalt fryser ved 45 grader. Flydendefixersalt, der har stuetemperatur, er derforen underafkølet væske. Væsken er ustabilog fryser, hvis den kan komme til det.Hvis du ryster væsken eller kommer enlille klump krystalliseret fixersalt i, såsætter det straks fryseprocessen i gang.Du kan se, hvordan væsken fryser, og dukan mærke, hvordan den bliver varmere.Når noget fryser, så afgiver det jo varme.Den slags underafkølede væsker bliverbrugt i såkaldte varmepuder. Puden kanbruges igen og igen. Når den er brugt,skal den bare i varmt vandbad, så smeltervæsken igen.Vand kan også blive underafkølet, hvisdet er helt rent. Det kan du opleve omvinteren, når der er isslag. Det er nemligunderafkølede regndråber, der fryser i detøjeblik, hvor de rammer jorden.11

2små forsøg med vand & energiNu ved du noget om vand, varme ogenergi, og om hvordan vand skifter form,når du tilfører eller fjerner varme.Her er nogle små forsøg med vand,varme og energi. Ved hvert forsøg erder en beskrivelse af, hvad du skalgøre, og hvilket udstyr du skalbruge.Der er spørgsmål, som du og dit publikumkan overveje. Endelig er der faktabokse,der giver baggrundsviden, og som kanhjælpe dig med at forstå forsøget og fånogle gode samtaler med publikum.12

vands former3du skal bruge• 5 isterninger• Bundsenbrænder• Stativ med gribetænger• Trefod• Glaskolbeideer til spØrgsmål& samtaler• Hvad sker der?• Hvor møder I damp?• Hvor møder I flydende vand?• Hvor møder I is?• Er I stødt på nogle sjove,pudsige eller overraskendeoplevelser med vand i?faktasådan gør du1. Put et par isterninger i glaskolbenog stil den på trefoden.2. Tænd for bundsenbrænderen.3. Hold øje med, hvad der sker.Når du tilfører varme til enisterning, begynder den atsmelte. Tilfører du yderligerevarme, får du vandet til at fordampe.På den måde får dutre former for vand, nemlig fastform (is), væskeform (flydendevand) og gasform (damp).13

4mærk isens varmedu skal bruge• En varmepudesådan gør du1. Inde i varmepuden er der enlille metalsplit. Få den til atklikke ved at bukke den.2. Del varmepuderne rundt tildit publikum.faktaideer til spØrgsmål& samtaler• Hvad sker der?• Hvor kunne I have brug forat have varme med?I varmepuden er der en underafkøletvæske. Det betyder, atvæsken vil fryse, hvis den kankomme til det. Den underafkøledevæske er følsom overfor rystelser ligesom vandet iforsøget ”Underafkølet vand”.Når du klikker metalsplitten,kommer der en lille rystelse gennemvæsken. Det får den til atfryse. Når væsken fryser, afgiverden energi i form af varme. Dukan forestille dig, at den brugerkulden i væsken. Derfor er dervarme tilbage.14

kold og koldere is5du skal bruge• 2 glas• Knust is• 4-6 spsk. salt• Lidt vand• Termometerideer til spØrgsmål& samtaler• Hvad sker der?• Kan I mærke forskel?• Har I set, at man saltervejene om vinteren?• Hvornår gør man det?sådan gør du1. Hæld den knuste is i de to glas.2. Hæld lidt vand over.3. Bland salt i det ene glasog rør rundt.4. Lad publikum mærke glassene.5. Kan de mærke forskel?6. Mål temperaturen i det eneog derefter det andet glas.faktaNår isen blandes med salt,smelter den, fordi saltvandsfrysepunkt er lavere end rentvands frysepunkt. Isen brugervarme på at smelte. Derforbliver den koldere, når derblandes salt i.En blanding af salt og is kanblive helt ned til -21 °C, somer frysepunktet for saltvand.15

6underafkølet vanddu skal bruge• Demineraliseret vand• 4-6 spsk. salt• Knust is• Glas• 3 reagensglas• Termometer• Gaffel• Ispindesådan gør du1. Bland salt og is sammen.2. Hæld demineraliseret vand ireagensglassene. Fyld demhalvt op.3. Sæt termometeret i det enereagensglas og sæt allereagensglas ned i blandingenaf salt og is.4. Når termometeret viser -2 grader,tager du ét af reagensglasseneuden termometer og smider enlille stump is ned i det.Hvad sker der?5. Tag det andet reagensglas udentermometer og slå let på det medgaflen. Hvad sker der?faktaideer til spØrgsmål& samtaler• Hvad sker der?• Har I oplevet noget lignendeandre steder?• Har I oplevet isslag?En blanding af salt og is kanblive helt ned til -21 °C, somer frysepunktet for saltvand.Når vandet i reagensglasset erunder frysepunktet, skal dernæsten ingenting til, før det frysertil is. Når du smider en lillestump is ned i vandet eller slårpå glasset med gaflen, så forstyrrerdu vandet, og det bliverlettere for vandet at fryse.16

lav is i din hjemmelavede fryser7du skal bruge• 4-6 spsk. salt• Knust is• Glas• Nogle helt renereagensglas• Saftevandideer til spØrgsmål& samtaler• Hvad sker der?• Har I oplevet noget lignendeandre steder?• I gamle dage lavede man ispå denne måde.sådan gør du1. Bland salt og is sammen.2. Fyld reagensglassene halvt opmed saftevand og stik en ispindi hver.3. Sæt reagensglassene ned iblandingen af salt og is og vent,til saftevandet er frosset.4. Varm reagensglassene i hånden,til du let kan trække isen ud.5. Server isen for publikum.faktaEn blanding af salt og is kanblive helt ned til -21 °C, for deter frysepunktet for saltvand. Igamle dage brugte man blandingenaf is og salt i stedet fordybfrysere.17

8ballonoppustning med dampdu skal bruge• Bundsenbrænder• Stativ med gribetænger• Trefod• Kolbe• Balloner• Vandideer til spØrgsmål& samtaler• Hvad sker der?• Hvad kan man bruge det til?• Kender I til dampmaskiner?sådan gør du1. Hæld 1-2 cm vand i bunden afglaskolben.2. Tænd for bundsenbrænderenog få vandet til at koge.3. Sæt en ballon over toppen afglasset, når vandet koger, og detdamper fra kolben. Pas på, at duikke brænder dig!4. Når ballonen er næsten blæst op,slukker du for bundsenbrænderen.faktaNår vandet koger, bliver det tilvanddamp, og så fylder vandet1500 gange mere. Når du slukkerbundsenbrænderen, blivervanddampen afkølet og fortættertil flydende vand igen. Vandetfylder nu 1500 gange mindre.Derfor bliver ballonen lille igen.18

10pust om kap med dampendu skal bruge• Bundsenbrænder• Stativ med gribetænger• Trefod• Kolber• Ballonersådan gør du1. Fyld ca. 2 cm vand i en kolbe.2. Sæt det til at koge over bundsenbrænderen.3. Lav en lille konkurrence:Lad to eller flere af publikumprøve at puste en ballon op i enanden kolbe. Opgaven er umulig.4. Når publikum har opdaget, atopgaven er umulig, sætter du enballon over kolben med kogendevand. Vær opmærksom på, atvandet har fået lov til at kogeet lille stykke tid, så kolben erfyldt med damp.5. Tag nu kolben med gribestangenog sæt den over i karet medkoldt vand.20

PUST OM KAP MED DAMPEN 10ideer til spØrgsmål& samtaler• Hvordan føltes det at puste iballonen, når den var nede ikolben?• Hvor kan man opleve, hvormange kræfter der er i damp?• Hvor kan man bruge det?faktaKolben er fyldt med luft, somikke kan komme ud, når publikumprøver at puste ballonenop. Luften skaber et overtryk ikolben, som presser på ballonen,så den ikke kan pustes op.Når vandet i kolben koger, såskubber det luften i kolbenud. Vand fylder jo 1500 gangemere som damp, end når det erflydende. Når dampen i kolbenbliver kølet ned, så fortætterden og bliver til flydende vandigen. Så fylder det 1500 gangemindre. Det skaber et undertryki kolben, der suger ballonen nedi kolben.21

11VAND FORSVINDER IKKEdu skal bruge• Bundsenbrænder• Demineraliseret vand• Koldt vand (evt. med is)• Glas• Reagensglas• Stativ med gribestænger• Trefod• Gummiprop med hultil kolbe• Glasrør med knæk• Lige glasrør• Gummislange• Tøjklemmesådan gør du1. Fyld kolben med 2-3 cm vand.2. Sæt opstillingen op som vistpå billedet.3. Tænd for bundsenbrænderen.ideer til spØrgsmål& samtaler4. Hold øje med, hvad der sker ireagensglasset, når vandet kogeri kolben.• Hvad sker der?• Har I oplevet andre steder,at damp fortætter?• Har I oplevet vand drive nedaf væggene, efter I har tagetet langt, varmt bad?faktaNår vandet i kolben koger, såbliver det trykket ud gennemslangen, fordi det udvider sig.Når dampen kommer over ireagensglasset, bliver den køletned. Derfor bliver dampen tilflydende vand igen.22

fordampning bruger varme 12du skal bruge• Din tunge og din håndsådan gør du1. Pust på din hånd.Hvordan føles det?2. Slik dig på hånden og pustder hvor du har slikket.Kan du mærke forskel?3. Bed publikum om at gøredet samme.ideer til spØrgsmål& samtaler• Hvordan mærkes det?• Kan I mærke forskel, når Ipuster på hånden før og efter,I har slikket på den?• Har I oplevet noget lignende før?• Hvorfor er det smart at svede,når man har det varmt?faktaNår vand fordamper, brugerdet energi. Når du puster dig påhånden, hvor du har slikket, såfordamper vandet i spyttet.Fordampningen bruger varme,og derfor bliver hånden koldere.23

Xciters er et uddannelsesprojekt,hvor idéen er at styrke interessen fornaturvidenskab gennem ‘learning byteaching’ modellen. En Xciter er en elev,der præsenterer naturvidenskab for andrepå en spændende og underholdende måde.Xciters henvender sig til lærere og elever,der interesserer sig for naturvidenskab.Undervisningsmaterialet sætter fokus pånaturvidenskab og formidling.Xciters er finansieret af Egmont Fonden.24