År 7 Värme

Teorilektioner:

Lektion 1: Vad är värme och hur mäter man det?

Vi går igenom olika termometerskalor, vilka olika temperaturer som fått bestämma var nollpunkten på de olika skalorna ska vara, samt var de används någonstans.

Vi tittar också på i vilka olika sammanhang man använder en termometer och pratar en del  om kroppens temperatur och kroppens försvar mot infektioner och förhöjd temperatur.

Lektion 2: På vilka olika sätt kan värme spridas?

Värme kan spridas på tre olika sätt:

Ledning: När atomer/molekyler sitter så tätt så att deras rörelse kan överföras från atom till atom genom knuffar så att värmen kan ledas igenom hela ämnet. Bra ledare är metaller.

Strömning: Sker när det är dåligt med bra ledare, tex vatten och luft. Det går till så att luften värms upp tex ovanför ett element, volymen ökar och densiteten minskar och då stiger den varma luften uppåt och värmen sprids på så sätt med den varma luften (samma med vatten).
Vi pratar också om hur vindar uppstår och varför det blir landbris och havsbris.

Strålning: Sker också när det är dåligt med ledningsförmågan. Solens strålar är väl det bästa exemplet, finns ingen materia som kan minska i densitet och på så sätt få värmen att strömma och ingen materia som kan överföra värmen genom ledning.
Strålning sker också från grillar, lampor, element mm. Det är lätt att stoppa värme som överförs via strålning, sätt upp en hand, tidning eller dy så blir det direkt svalare.

Ämnen som är dåliga värmeledare kallas isolatorer, exempel på isolatorer är glas, luft, vatten, trä, tyg, kork, gummi, plast.

Lektion 3: Vad händer när man värmer på ett ämne?

Man tillför energi i form av värme och det gör att atomer/molekyler börjar röra på sig mer och mer ju varmare det blir.

Ju större rörelse desto större avstånd mellan molekylerna, ju större avstånd desto mer plats kommer ämnet att ta, dvs volymen måste öka. Detta sker vare sig ämnet är fast flytande eller gas.
Ett exempel på hur man kan utnyttja det faktum att vätskor utvidgas är termometrar. Vätskan i termometern utvidgas och har bara en väg att gå, upp i röret som vi markerat med siffror för att veta hur varm det är.
När gaser som är instängda, tex i en sprayburk, hettas upp, tex genom att bli lämnad i solen, kan rörelsen hos molekylerna blir så stor så att krockarna med burkens väggar blir så många så trycket i burken blir så stort så burken exploderar.

Lektion 4: Hur beter sig en bimetall när man värmer på den och varför?
Vi pratar om längdutvidgningskoefficienter. Längdutvidgningskoefficienten talar om hur mycket en meter av ett ämne utvidgas om  man värmer upp det en grad. Att olika ämnen utvidgas olika mycket och att det är viktigt att ta hänsyn till detta när man tex armerar betong, bygger broar, järnvägar och hänger upp telefonledningar. Om man inte tar hänsyn till att ämnen krymper när det blir kallt och växer när det blir varmt kommer broar att ramla mellan bropelare (om man lägger på bron när det är varmt ute och den krymper) elledningar kommer att gå av (om man spänner för hårt när man sätter upp dem när det är varmt och de krymper) järnvägar kommer att bli krokiga (om man lägger rälsen för tätt en kall dag och metallen växer).

En quizz om värme

Laborationer:

Laboration 1: Vilken metall leder värme bäst?

Vi håller två olika metallbitar i en gaslåga, en av koppar och en av järn. Vilken av metallerna kommer att bli varmast fortast?

Laboration 2: Är vatten och glas bra värmeledare?

Fyll ett provrör av glas nästan hela vägen upp med vatten. Håll den övre delen av provröret (viktigt att den del man värmer på innehåller vatten) i en gaslåga. Blir den del av provröret du håller i varmt? Kokar vattnet? Är vatten och glas bra värmeledare?

Laboration 3: Fyll en bägare med så hett vatten som du kan från kranen. Håll en pappershandduk som du fuktat med kallt vatten i din vänstra hand och håll en torr i din högra. Håll bägaren med det varma vattnet i dina händer med handdukarna, vilken hand får det varmast? Försök förklara varför.

Laboration 3: Vi värmer på en bimetall med en gasolbrännare och kyler den med vatten och ser vad som händer.

Demonstrationslaborationer:

Demo 1:
Ledning. Vad händer om man lägger en isbit på en metallbit, en isbit på plast och en på kork?
Strömning. Vi fyller ett glaskärl med vatten och lite karamellfärg. Värmer på ena sidan av kärlet för att se vilken väg vattnet väljer att ta.
Strålning. Vi tänder en värmelampa och ser vilken av plastbitarna som blir varmast, den svarta eller den vita.

Demo 2:
Vi värmer på en järnkula och ser vad som händer med järnkulans volym.
Vi värmer på en glaskolv med färgat vatten och ser vad som händer med nivån i röret som är nedstucket i kolven.

Demo 3:
Vi kokar vatten i en pappersform.

Film:

Den här filmen sammanfattar avsnittet värme ganska bra.

Länk till frågor

Sammanfattning av avsnittet värme:

När ett ämne blir varmare tillförs energi och därför ökar molekylernas/atomernas rörelse och på så sätt behöver partiklarna mer plats och därför så expanderar ämnet, dvs volymen ökar. Eftersom det fortfarande är samma massa men större volym så kommer avståndet mellan atomerna att öka och densiteten minskar därför.

Hur mycket ett ämnes volym ökar är olika från ämne till ämne.

Detta utnyttjas t ex i en bimetall där man valsat ihop två olika metaller som utvidgas olika mycket för att få en böjning av metallen. Bimetaller används bland annat som termometrar och i termostater.

Alla ämnen utvidgas när de värms (det blir en större rörelse hos atomerna) och minskar sin volym när de kyls ner (rörelsen minskar hos atomerna) utom vatten som ökar sin volym även när det fryser till is.

Det beror på att vattenmolekylen är en dipol, dvs molekylen har en positiv och en negativ pol, på grund av att den är lite vinklad. Syret i vattenmolekylen drar till sig elektronerna med en större kraft än väteatomerna. Detta gör att syret blir lite negativt laddat och väteatomerna får en svag positiv laddning. Molekylerna bildar då ett speciellt mönster när de saktar ner sin rörelse när de kyls ner och på så sätt tar molekylerna mer plats och då ökar volymen på isen jämfört med flytande vatten.

En termometer används för att mäta temperatur. Det finns lite olika skalor som man mäter temperatur med, Celsius, som har 0oC vid vattnets fryspunkt och 100oC vid vattnets kokpunkt, Fahrenheit är en skala som används i tex England och USA som har 100oF vid kroppens normaltemperatur dvs ca 37oC. Den tredje skalan kallas Kelvin och är den skala som forskare och vetenskapsmän använder, Kelvinskalan har sin nollpunkt vid den absoluta nollpunkten som är -273,15 oC och därför har den inga grader under nollstrecket, dvs inga minusgrader.

Ämnen kan vara i tre olika faser: fast, flytande och gas. Vilken fas den är i beror på ämnets smält och kokpunkt och vilken temperatur det är. Övergången fast → flytande kallas smältning, flytande → fast för stelning, övergången flytande → gas heter kokning eller avdunstning och gas → flytande kallas kondensering.

Värme kan spridas på tre olika sätt, när molekylernas rörelse överförs till andra molekyler genom krockar så kallas det för ledning.

När ämnets densitet minskar för att volymen ökar eftersom molekylernas rörelse är större och man får en förflyttning av vätskan eller gasen uppåt för att den blir lättare kallas det för strömning, och när det inte finns materiel som kan överföra värmen tex i rymden där det är vakuum eller när det är en värmekälla som befinner sig i ett material som leder värme dåligt kallas det för strålning.

Materiel som leder värme bra kallas ledare, och som exempel kan nämnas metaller. Ämnen som leder värme dåligt kallas isolatorer, tex porösa material som innehåller mycket luft eftersom luft i sig är en dålig värmeledare eller glas, plast, gummi, trä, tyg osv.

Man använder sig av dessa egenskaper när man tillverkar tex termosar. Man har dubbla väggar i en termos och mellan väggarna har man tagit bort all luft, man har skapat ett vakuum. Detta gör man för att värmen inte ska kunna ledas ut via materia. Man har dessutom blanka väggar för att värmen ska reflekteras tillbaka in i vätskan och inte kunna stråla ut.

Vita ytor tar upp värme sämre än mörka ytor. En svart stol blir varmare i solen än en vit.

Vindar uppstår då luft värms upp och stiger uppåt och det fylls på med kallare luft från ett svalare område. När detta sker vid en sjö värms vatten upp långsammare än marken, eftersom vatten kräver mer värme än jord för att bli varm, och då uppstår en sjöbris, på kvällen så kyls vattnet ner långsammare än landet eftersom vatten håller värmen bättre och då stiger luften från vattnet istället och då uppstår en landsbris eftersom den kallare luften ovan land fyller på ut mot vattnet.

Moln uppstår då vatten avdunstar från sjöar och vattendrag och vattenångan stiger uppåt pga sin lägre densitet, när den kommer upp högre i atmosfären så kondenseras vattenångan och bildar vattendroppar som när de blir tillräckligt tunga kommer ner som regn, hagel eller snö. Vilken nederbörd det blir beror på hur kallt det är.