Natur og teknikk. 1 : Varmelære [1] [PDF]

Zitiervorschau

Butschek Hofmeister

Stolze

Natur og teknikk 1 Varmelære

© Yrkesopplæringsrådet for håndverk og industri Universitetsforlaget 1971 © Sellier OHG Freising Originalens tittel: Butschek, Hofmeister, Stolze: Wir erforchen die Naturgesetzte 1, 21.7.67.

Oversatt fra tysk av: Sivilingeniør Agnes Skarholt

Sats: Grøndahl & Søn Boktrykkeri, Oslo 1971 Trykk: Druckhaus Sellier OHG, Freising Tyskland 1971

Innhold

Varmekilder

4

Varmeutvidelse

Varmeutvidelse hos flytende stoffer Varmeutvidelse hos faste stoffer Varmeutvidelse hos gasser

12 18 24

Varmeutveksling

Varmeledning Varmestrømning i væsker Varmestrømning i luft Varmestråling

28 34 38 42

Varmemengde

Varme og kulde Varmemengde og varmeverdi Varmelagring

48 52 58

Forandring av tilstandsformen

Smelting og frysing Fordamping og kondensering Fordunsting Avkjøling ved fordunsting Vann — et unntakstilfelle

62 68 74 78 82

Varme og vær

88

Zeus lot Prometeus bli lenket fast til fjellet fordi han hadde røvet ilden

Varmekilder Prometeus — ildtyven

Grekerne i det gamle Hellas trodde at ilden var hellig, og at gudene hadde eid den i tusener av år. Disse gudene bodde på Olymp, det høyeste fjellet i Hellas, lenge før det var mennesker på jorda. De første menneskene på jorda var ganske hjelpeløse og uten beskyttelse. De kunne ikke hogge til bjelker og steiner, ikke brenne murstein og ikke bygge hus. De bodde i huler som dyra og var fullstendig prisgitt naturens luner. Et sagn forteller at gudesønnen Prometeus tok seg av de stakkars skapningene. Han lærte menneskene å bygge hytter og hus, spenne dyr i skjæker og lage skip. Prometeus visste råd for alt. Han lærte dem å utvinne jern, gull og sølv fra fjellet, og viste dem hvordan de skulle innrette seg for å kunne leve trygt og behagelig. Gudene på Olymp så med mistro på virk­ somheten nede på jorda.

4

Men menneskene manglet ennå kronen på verket: ilden. Gudene ville nekte dem denne gaven. De var nemlig redde for at menneskene kunne bli like mektige som dem selv dersom de fikk fatt i ilden. Men også her fikk menneskene hjelp av den slue Prometeus. Med den kjempelange stilken til finkelplanten nærmet han seg den brennende vogna til solguden Helios, og på den måten fikk han tent på stilken. Med denne fakkelen kom han til jorda, og snart flammet det første bålet høyt til værs. Da Zeus, som var gudenes konge, fikk se gnistene slå mot himmelen, ble han sint. Straks skapte han vondskap for menneskene: feber, sykdommer og død. Også Prometeus fikk kjenne sinnet til Zeus. Som straff for ildtyveriet ble Prometeus lenket fast til en bergvegg i Kaukasus. Men dette var ikke straff nok: Zeus sendte også en ørn som hver dag spiste litt av levra til Prometeus. Levra vokste ut igjen, så pinslene kunne vare evig. Til slutt ble gudesønnen befridd av den greske helten Herakles. Men en lenke med en stein fra Kau­ kasus ble Prometeus aldri kvitt. Slik oppfylte han Zeus' påbud om at han for evig skulle være lenket til Kaukasus. Men menneskene hadde fått ilden, og den har de siden beholdt. Med den hadde de grunnlaget for å beherske naturen.

buefyrpinne

7. Hvilke fordeler tror du urmenneskene fikk da de hadde skaffet seg /Id ? 2. Hva bruker vi iIden til?

3. Lager vi bål ved spesielle anledninger? 4. Hva pleier vi å gjøre for ikke å fryse ? 5. 7 staller og fjøs trengs det nesten ingen oppvarming. Hvor­ dan kan det være passende varmt der, selv om vinteren ? 6. Gni handa raskt og med trykk mot en bordplate. Hva kjenner du ? 7. Slå en tykk spiker med kraftige hammerslag inn i en treplanke. Kjenn så på spikerhodet og på hammerhodet.

5

Sola, vår viktigste naturlige varmekilde

Jorda og sola

La oss tenke oss den situasjonen at sola en morgen ikke ville stå opp. Den kunne ha eksplodert i løpet av natta, eller for­ svunnet ut i det uendelige verdensrommet. Hvordan ville det se ut på jorda da? Det ville for det første bli mørkt, så mørkt at vi ikke kunne se et skritt foran oss uten kunstig lys. Så ville det langsomt bli kaldt, svært kaldt. På kort tid ville det legge seg et kjempemessig ispanser rundt hele jorda. Det ville dekke marker, jorder og skoger, byer og bygder. Elver, sjøer og alle verdenshavene ville fryse til. Ingenting kunne vokse på jorda, og derfor ville alle nærings­ stoffer ta slutt. Alt levende ville fryse i hjel uten sola. Mennes­ kene ville sulte i hjel dersom de ikke først frøs i hjel. Uten sola ville jorda være en død planet. Solvarme og sollys er grunnlaget for vårt liv

Vi behøver ikke være redde for å miste sola. Vitenskapsmenn har regnet ut at sola først vil bli merkbart kaldere om 100 milliarder år. Eksplodere eller fly ut i verdensrommet kan den heller ikke. Ved universets tilblivelse ble den henvist til sin nåværende plass for evig tid. År etter år vil sola fortsette å gi oss den varmen vi trenger, som den har gjort det i de 4 milliarder åra den har eksistert.

6

Skogbrann. Dyr og planter dør i den voldsomme ilden

Den varmen som sola stråler ut hver dag, er nok til a smelte et 23 meter tykt islag rundt hele jorda. Men jorda får ikke på langt nær hele den varmemengden som sola gir fra seg. Det er bare en ørliten del av den som treffer jordkloden. Det meste av varmen stråles ut i verdensrommet og går tapt for oss. Likevel vet vi at det mange ganger om sommeren er nesten utålelig varmt. Men om vinteren når sola står lavt, avkjøles jorda merkbart. I vart land synker temperaturen under frysepunktet, og vi får frost og snø. Lynnedslag og vulkanutbrudd

Etter sagnet var det Prometeus som skaffet menneskene ilden. Men i virkeligheten oppdaget menneskene sjøl ilden på en ganske naturlig måte. Kanskje skjedde det ved lynnedslag som satte skoger og stepper i brann. Eller kanskje har tort plantevirke antent seg sjøl under overoppvarming fra solstrålingen om sommeren. Dette er noe som også skjer i vår tid. Ilden kan også være kommet til menneskene fra jordas indre. Jordkloden vår er ikke fast som en støpt jernkule tvers igjennom. Bare det ytre laget er hardt og består av jordbotn og stein. Det er den såkalte jordskorpa. Jorda er slett ikke fullstendig stivnet, men inneholder flytende, glødende stein. En gruvearbeider kan merke varmen fra det indre av jorda når han arbeider dypt nede i ei gruvesjakt. Der nede er det mye varmere enn på overflaten.

Ildens rnakt — en forbannelse for menneskene

Den flytende og glødende massen inne i jorda, den såkalte lavaen, kommer av og til opp til overflaten gjennom vulkan­ fjellene. Ved slike vulkanutbrudd strømmer lavaen ut over kraterkanten og velter seg som en ødeleggende ildbølge ned­ over i dalene, Utbruddet følges av et glovarmt askeregn. På denne måten har det til alle tider i verdenshistorien skjedd store naturkatastrofer. I året 79 e. Kr. kom et av de styggeste vulkan­ utbruddene: den sør-italienske byen Pompeii ble begravd av lava og askeregn fra vulkanen Vesuv etter et voldsomt jord­ skjelv. Alt, levende som dødt, ble tatt av lavastrømmen. Flytende varme fra jorda

Ogsa i det kalde nord kommer det varme fra jordas indre. Dette er en geysir pa Island

Ild, lava og aske kommer fra det indre av jorda. En vulkanoy i Stillehavet

8

Også en annen varmekilde kommer fra det indre av jorda. Det er varmt vann, oppvarmet av jordvarmen, som enkelte steder trenger ut til de harde randsjiktene. I Nord-Amerika og på Island finner vi slike varme kjelder. De kalles for geysirer. °å Island bruker folk varmtvannet til billig oppvarming i sentralvarmeanlegg. Det varme vannet blir ledet i rør gjennom varmeapparatene i boligene. Det kan til og med brukes til koking av mat. Mange steder i verden bruker folk varmt, mineralholdig vann fra det indre av jorda til helseformål. Det er anlagt kurbadsteder og rekreasjonssteder der en kan bade i det varme vannet året rundt. Slik ser vi at det ikke er langt mellom ildens ødeleggende makt og dens gode sider.

Ildens varme — til nytte for menneskene

Varmen fra ilden var nødvendig for å varme opp menneskenes boliger og for å gjøre næringsmidlene spiselige. Men den gjorde det ogsa mulig for menneskene å utvinne metaller. Bronse­ alderen og jernalderen bærer navn etter det. Ved hjelp av ilden kunne menneskene smi den første jernplogen. Dermed ble det lettere å rydde og dyrke jorda. Før hadde de bare hatt ploger av tre eller stein. Med ildens hjelp kunne menneskene lage murstein, og med murstein bygde de seg solidere hus. I slike hus var det vern mot ville dyr, mot uvær, storm og regn og kulde og varme. Ildens kraft var også nødvendig for at teknikken i den nyere tid skulle kunne gjøre store framskritt. Hadde vi ikke hatt ilden, ville vi ikke hatt moderne hus i by og bygd. Alt det som vi regner som sjølsagt, og som gjør livet lett for oss, som elektrisk strøm med lys og varme, vaskemaskiner og kjoleskap ville vært utenkelig. Uten ilden ville det ikke vært tog og biler. Ingen fly ville bundet kontinentene til hverandre, og i,ngen raketter ville blitt skutt til månen. Menneskene lager ild

Først da menneskene hadde fått ilden, var de i stand til å be­ herske naturen. Men de var ikke fornøyde med alltid å måtte få ilden fra naturen. For å beherske naturen måtte de gjøre seg uavhengige av den, dvs. finne en metode til å lage ild og varme sjøl. Menneskene oppdaget med dette en naturlov: de la merke til at varme oppstår når vi gnir eller slår på gjenstander. Slik fikk steinaldermannen ilden til å flamme opp ved å gni trepinner lenge og kraftig mot hverandre. Eller han slo steiner mot hverandre slik at det gnistret, og gnistene antente lett brennbare stoffer. Siden lagde han seg et hjelpemiddel. Han «boret» fram ilden fra en trekloss med en spiss borestav og en bue. I dag nytter vi også prinsippet for gnidningsvarme (friksjonsvarme) når vi tenner en fyrstikk mot riveflaten, eller lager ild med et fyrtøy eller en gasstenner. Friksjonsvarmen kan være farlig. Et eksempel pa dette er en bil som kjører med håndbremsen på. Den varmen som da oppstår ved gnidningen, skader bremsetrommelen. Pa jern­ banevogner med bremseklosser av jern ma det ofte kontrolleres at klossene ikke blokkerer hjulene. Under fart ville slike metallklosser lett kunne bli glødende.

Med ildkraft ut i verdensrommet Starten til en Saturnrakett på Cape Kennedy. USA

9

Varme uten ild

Det er varme ogsa inne i en rot. Varmen oppstar ved at planten puster

Den mest forbausende av alle varmekilder har menneskene skaffet seg i moderne tid. Atombomben er blitt konstruert. Når den eksploderer, frigjøres det kjempemessige varmemengder som kan føre til forferdelige ødeleggelser. Denne varmemengden kan bindes i en atomreaktor. I en slik reaktor kan en brennstoffmengde på 10 gram uran (et fingerbøl fullt!) levere like mye varme som to jernbanevogner med steinkol. Så store varmemengder trenger vi ikke til husoppvarming. I atomkraftverkene kan denne varmen utnyttes til produksjon av elektrisitet. Her går vi en omvei: for å kunne overføre varme til elektrisitet benytter vi vann som hjelpemiddel. Vannet over­ føres til damp med varmen fra atomreaktoren, og dampen driver turbiner. Turbinene driver igjen store dynamoer, som lager den elektriske strømmen. Dette er siste nytt i strøm­ produksjon. Dessverre er denne metoden kostbar og derfor til nå lite brukt. Størsteparten av elektrisiteten kommer derfor fra anlegg som drives med kol, gass eller olje. En liten del kommer også fra vannkraftverk. Hos oss er vannkraften den viktigste. Den praktiske utnyttelse av den elektriske strømmen gav oss den greieste av alle varmekilder: et enkelt trykk på knappen, og trådspiralen gløder i det elektriske varmeapparatet, eller kokeplaten varmes opp, eller varmluft strømmer ut av vifta. Levende liv lager varme

Menneskene skaffer seg kunstig varme på mange måter. En naturlig varmekilde er vår egen kropp. Mennesker, dyr og planter produserer nemlig varme sjøl. Til og med de aller minste vesener, bakteriene, som vi bare kan se i mikroskopet, kan utvikle så mye varme i fuktig høy på låven at høyet kan ta fyr. Gjødseldynger kan settes i brann av forratnelsesbakterier fordi det dannes varme ved forråtnelsen.

Vi husker hvilke varmekilder som er de viktigste på jorda hvilke varmekilder naturen tilbyr oss hvilke varmekilder vi har skaffet oss sjøl hvordan ilden ble til nytte for oss hvordan ilden kan virke ødeleggende hva som er den moderne form for varmeproduksjon 10

Ild fra himmelen: lynutladning Ild som ødelegger: storbrann

Ild som utnyttes: i smia Ild under kontroll: i valseverk

Varme tas ut av jorda: kol Varme uten ild: i atomreaktoren

11

Galileo Galilei (1564—1642)

René Réaumur (1683—1757)

Anders Celsius (1701 —1744)

Varmeutvidelse hos flytende stoffer Termometeret blir oppfunnet

Den nyeste epoken i naturvitenskapen begynte med en italiener som het Galileo Galilei. Han ble født i Pisa i Italia i året 1564. Ved universitetene mente de på 1500-tallet frem­ deles at de gamle greske filosofene hadde vært store naturvitenskapsmenn, og at de hadde utforsket naturen grundig ved sin tenkning. Galileo Galilei ville løse naturens gåter gjennom forsøk, og ikke bare gjennom filosofering og tenkning. Denne nye arbeidsmåten førte til nye erkjennelser, og vår moderne naturvitenskap ville vært utenkelig uten den. Galileo Galilei har gjort mange grunnleggende forsøk og opp­ dagelser. Her tar vi bare med et eksempel: han oppfant termo­ meteret. Når menneskene før ville ha greie på hvor varmt eller hvor kaldt et legeme var, kunne de flinkeste vitenskapsmenn svare: «Så kald som is» eller: «Så varm at det gjør vondt å ta på det». Slike angivelser er for oss svært lite tilfredsstillende, og det var de også den gangen. For allerede de greske mekan­ ikerne hadde oppfunnet et redskap som kunne avgjøre om et legeme var varmt eller kaldt. Et slikt redskap ble kalt termoskop. Det bestod vanligvis av et kar hvor en væske utvidet seg mer eller mindre med temperaturen. 12

Men termoskoper kunne ikke gi nøyaktige temperaturer. Galilei kom på den tanke å bygge et instrument med en måleinndeling, fordi han visste at det vi vil ha nøyaktig kunnskap om, det må vi måle. Han eksperimenterte lenge med dette, og i 1597 greide han å lage et slikt instrument. Det ble kalt termo­ meter. Det første termometeret var svært upraktisk. Men gjennom denne oppfinnelsen ble flere vitenskapsmenn oppmuntret til å arbeide videre med termometre. Det største problemet var å finne en brukbar måleskala. Hver forsker lagde sin egen skala, og dette skapte mye forvirring. Først i 1714 ble det konstruert et virkelig brukbart termometer, og mannen bak det var Gabriel Daniel Fahrenheit. Ved siden av handelsfag hadde Fahrenheit studert naturvitenskap, og han hadde syslet med forskjellige måleredskaper. Hans termo­ meter ble snart berømt, og det ble solgt over hele verden. Det er brukbart den dag i dag. Den temperaturskalaen som vi er mest vant til, celsius-skalaen, ble utarbeidet av den svenske naturforskeren Anders Celsius. Denne skalaen er alminnelig brukt i Europa. Det er i dag skapt orden i bruken av skalaer, men likevel fins det mange slags termometre. De fylles med ulike væsker etter hva de skal brukes til.

Termometer fra Florentinerakademiet med glassperler som skala (ca. 1650)

7. Hvordan kjennes badevannet dersom vi går opp i et fullt badekar etter bare å ha prøvd vanntemperaturen med handa ? Opplever vi dette forskjellig? 2. Vi heller kaldt vann i et kar. / et annet kar heller vi lunkent vann og i et tredje varmt vann. Så dypper vi venstre hand i det kalde vannet og samtidig høyre hand i det varme. Etter en tid stikker vi begge hendene i karet med det lunkne vannet. Hvordan kjennes det lunkne vannet med de to hendene? 3. Vi sammenlikner forskjellige termometre. Hva har de alle til felles ? 4. Fyll en ølflaske eller saftflaske med farget vann slik at det er 2 mm igjen til kanten. Still flaska i et vann bad. Når du varmer opp vannet i vann ba det (kjelen), kan du legge merke til vannoverflaten i flaska. Ti! slutt kan du la vannet avkjøles (sett flaska i kaldt vann) mens du fortsatt legger merke ti! vannoverflaten. 13

Menneskekroppen produserer varme

Dersom vi kommer i berøring med ting som er kaldere enn kroppen vår, føler vi dem som regel som kjølige eller kalde (f.eks. steiner, metallgjenstander, vann, luft). Gjenstander eller stoffer som er varmere enn kroppen vår, føles varme eller til og med brennende (f.eks. varmt vann, varme ovnsplater, varmluft fra et elektrisk varmeapparat). Vi sier at stoffet eller tingen har en bestemt temperatur. Et stoffs varmetilstand kaller vi for stoffets temperatur.

Vi kan ikke stole på følelsen

Dersom det etter en kald vinterdag kommer en dag med kraftig mildvær, tror vi at det plutselig er blitt svært varmt. Men dersom temperaturen på en sommerdag synker så lavt som til tempera­ turen på en mildværsdag om vinteren, da synes vi at det er blitt svært kaldt. Et instrument som ikke lar seg lure Termometer for forskjellige formål

For at vi skal kunne bestemme temperaturen til et stoff nøyaktig, trenger vi et hjelpemiddel, et måleinstrument som ikke lar seg lure. Termometeret er et slikt måleinstrument. Temperaturen måles med termometer.

Det fins termometre til å måle temperaturen i lufta ute eller inne, til å bestemme temperaturen på kjølevannet i en bilmotor eller i badevannet, til å måle feber hos syke. Konstruksjonen er forskjellig etter hva termometeret skal brukes til. Kvikksølv og sprit

I de mest brukte termometrene er det kvikksølv i de tynne glassrørene. Det er et metall som ikke er fast som f.eks. jern, men flytende. Andre termometre kan være fylt med sprit. Ofte er spriten da rød- eller blåfarget, så det er lettere å se den.

14

Det er sammenheng mellom utvidelse og temperatur

Tre forskjellige væsker oppvarmes like mye

Termometeret virker etter en enkel naturlov:

Flytende stoffer utvider seg ved oppvarming og trekker seg sammen igjen ved avkjøling. Jo mer temperaturen stiger, dess høyere stiger væskesøylen i termometerrøret. Temperaturen kan derfor bestemmes ut fra stigningen eller fallet i kvikksølv- eller spritsøylen. Væskesøylen er svært tynn (den kalles også for en «tråd»), men den virker tykk gjennom glasset. For at vi skal kunne lese av temperaturen, er det plassert en skala bak det tynne røret. Måleenheten for temperatur

For at vi skal kunne angi hvor varmt eller kaldt et stoff er, trenger vi en måleenhet. Liksom metermålet som er inndelt i centimeter og millimeter med streker, er skalaen på et termometer inndelt ved streker med like stor avstand. Ved siden av strekene står det tall. Avstanden mellom to streker kalles 1 grad. På bade­ plasser er det vanlig å finne en tavle hvor det for eksempel står: Vann 20 grader, luft 22 grader.

Væskene utvider seg forskjellig

Termometeret maler varmegrader

Det ville være for omstendelig å skrive benevningen grad med bokstaver etter hver temperaturangivelse. Liksom for be­ nevningene kilogram og meter har vi innført en forkorting. Når vi angir temperaturen, skriver vi 7°, 21 eller 26 . Og den som er svært nøyaktig, skriver også en C bak (f.eks. 7 C). C-en er en forkorting for celsius. Det var svensken Celsius som innførte den termometerskalaen vi bruker.

Termometerror dukkes ned i

100 C Kokepunktet til vann

Faste punkter

Da Celsius lagde termometeret sitt, gikk han ut fra to faste temperaturer. Det var den temperaturen som vannet har når det fryser til is, og temperaturen til kokende vann. Det stykket som kvikksølvtraden forlenget seg mellom disse to tempera­ turene, delte han inn i 100 like store deler, dvs. i 100 grader. Ved frysepunktet for vann skrev han tallet 100, og ved koke­ punktet tallet 0. Den svenske naturforskeren Carl Linné byttet siden om de to tallene og overførte skalaen til den formen som vi bruker i dag. Etter dette fryser altsa vannet ved 0 °C og koker ved 100 C. Vil vi måle temperaturen under frysepunktet eller over kokepunktet, er det bare å forlenge skalaen til begge sider.

kokende vann

0 C Frysepunktet til

15

Spesielt høye temperaturer

20 mill. °C

I sola.................................................................. 20 mill. °C Midtpunktet i en atombombeeksplosjon . . 5 mill. C Soloverflaten............................................... 5700 °C Elektrisk lysbue.............................................. ca. 4000 °C Sveiseflamme.............................................. ca. 3000 °C Elektrisk glodetråd.......................................... ca. 2500 °C Jern smelter ved........................................... 1 535°C Gassflamme............................................... 1 500 °C Fyrstikkflamme........................................... 800 “C Kvikksolv koker ved.................................. 357 "C Steikeovn . ....................................................... ca. 250 °C

5 mill. °C

2500 °C 1500 °C 800 °C

Spesielt lave temperaturer

300 °C

Vannet koker ved....................................... Alkohol koker ved....................................... Lufttemperatur i Nord-Afrika..................... Kroppstemperatur....................................... Kjoleskap.................................................... Vannet fryser ved....................................... Fryseboks.................................................... Innfrysingsanlegg....................................... Kvikksolv fryser ved..................................

100 °C

50 °C --------------------- 0

100 °C 78 C 58 °C 37 C 5 C 0 °C 10 C -20'C 39 C

-10 °C Temperaturer som det er lett å måle

-50 °C -200 °C

s

Den laveste temperaturen som er malt til na pa jorda........................................................ Alkohol fryser ved....................................... Flytende luft............................................... Den laveste teoretisk mulige temperatur . .

- 78 °C -114C -193C 273 C

Forskjellige temperaturskalaer

Gabriel Fahrenheit brukte også kvikksolv i termometeret sitt. De faste punktene han brukte, var på den ene siden tempera­ turen til en kunstig framstilt kuldeblanding av snø, is, koksalt og salmiakk, og på den andre siden kroppstemperaturen til mennesket. Det stykket som kvikksølvtråden forlenget seg fra det ene faste punktet til det andre, delte han i 96 like store deler, altså 96 grader. Dersom denne skalaen forlenges oppover til vannets kokepunkt, får vi en kokepunktstemperatur på 21 2 °F. I USA og i mange andre engelsktalende land måles tempera­ turen i Fahrenheit-grader. Den franske fysiker og biolog René Réaumur brukte alkohol i termometeret sitt. Mellom frysepunktet og kokepunktet til vann er det på denne skalaen 80 gradestreker. I dag er den praktiske celsiusskalaen med sin 1 00-gradinndeling gjennomført i svært mange land. 16

Forskjellige måleområder

Enda kvikksølv og sprit er de vanligste termometervæskene, kan ikke alle temperaturer måles med dem. I tabellen (side 16) kan vi se at kvikksølv fryser ved ^39 °C og koker ved 357 °C. De tilsvarende temperaturene for alkohol er -M14 °C og 78 °C. Med et alkoholtermometer kan vi altså ikke måle temperaturen til kokende vann med 100 °C. Et slikt termometer blir derfor bare brukt til å måle lufttemperaturer, til badetermometer eller til å måle svært lave temperaturer, ned til -100 °C. Omvendt kan vi bruke kvikksølv i termometeret når vi vil måle høye tempe­ raturer. Ved vitenskapelige målinger av svært høye temperaturer kan vanlige væsketermometre ikke brukes. For slike formål fins det spesielle elektriske metoder til å bestemme tempera­ turen. Vi kan også bruke gasstermometre.

Celsius — Réaumur — Fahrenheit:

Vi husker . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

hva temperaturen til et stoff er hva for et instrument temperaturen måles med hvilken naturlov væsketermometeret virker etter hvordan vi kan lage en termometerskala hvorfor vi skriver en C etter temperaturtallet hvilke navn som er blitt berømt i forbindelse med opp­ finnelsen av termometeret

Vi regner:

7. Mal middagstemperaturen hver dag (i skyggen) og tegn en kurve. 2 Mal temperaturen og beregn den gjennomsnittlige middags­ temperaturen i a) en uke b) en måned. (Kanskje kan du også sammenlikne ditt resultat med resultatet som skole­ kamerater far på andre steder.)

3. Mal din egen kroppstemperatur om morgenen, midt på dagen og om kvelden, og tegn en dagskurve. Du kan da se hvordan temperaturen endrer seg i løpet av en dag. 4. / New York var temperaturen en varm sommerdag 105 °F. Hvor mange grader celsius svarer det til? (Les av på figuren.)

Når vi stiller fastpunktene opp ved siden av hverandre, er det lett å regne om fra én skala til en annen

Dersom det er for liten åpning mellom de enkelte skinnestykkene, kan det få katastrofale følger

Varmeutvidelse hos faste stoffer

Stålskinner

Ra-ta-tam, ra-ta-tam, — med denne larmen har toghjul rullet på jernbaneskinner over hele verden i mer enn hundre år. Hjulene har rullet langs spor sammensatt av enkelte skinnestykker, langs en sammenhengende gate av utallige stålskin­ ner. Men før det kom så langt, var det skjedd en utvikling som tok over 500 år. Enda hjulet var oppfunnet så tidlig som 4000 år f. Kr., har skinna en kort historie. Riktignok kjenner vi «skin­ ner» fra oldtida, et slags kjørespor i stein, men vi vet ikke om kjøretøy brukte disse rillene som skinner, eller om det bare er nedkjørte veier. Virkelige skinner ble første gang lagt i gruver på 1500-tallet. I Harz i Tyskland ble transportvognene trukket ut av gruvene på primitive trebjelker. Engelske gruveeiere sendte bud etter tyske fagfolk for å få lagt slike bjelkeskinner i sine jerngruver. Snart la de også treskinner i gatene. 18

England kom til å lage de første jernbaneskinnene. Dette skyldtes et tilfelle. Omkring 1750 hadde jernprisene sunket så mye at utvinning av jernmalm ikke lønte seg lenger. En opp­ finnsom gruveeier fikk en god idé: å belegge treskinner med jern. Dermed ble treskinnene spart for slitasje. Siden skulle jernet selges. Men slik gikk det ikke. Jernet ble på skinnene, og ikke nok med det: alle treskinner ble belagt med jern, fordi vognene rullet så mye lettere på jernskinner. I 1782 kom de første støpejernskinnene. De ble raskt avløst av valsede skinner. I Norge ble de første skinnene lagt på strekningen mellom Oslo og Eidsvoll (Hovedbanen). Den 1. september 1854 tøffet det første toget ut på den 68 kilometer lange strekningen. Siden er det lagt tusener av jernskinner over hele Norge. Over hele verden ruller det nå toghjul over skinner, sommer som vinter, i gloheite Sentral-Afrika så vel som i iskalde Sibir. Skinnene må tåle varme og kulde uten å krumme seg. Dette var alltid det store problemet for skinnebyggerne, og det ble større jo lengre de enkelte skinnestykkene ble. Derfor ble skinnene alltid lagt med et lite mellomrom. Ble dette mellom­ rommet glemt eller for lite, kunne det føre til katastrofer.

Treskinnene fra 1600-tallet var forbilde for jernskinnene

7. Ved hjelp av en klesklype setter vi sammen to barberblad som vist på tegningen. Spalten skal være akkurat så stor at en stor mynt så vidt slipper igjennom. Så holder vi mynten med en tang og varmer den kraftig opp i en flamme. Nå kan vi prøve om mynter fortsatt går gjennom åpningen i barber­ bladet. Dersom mynten sitter fast, må vi vente en stund eller avkjøle den med kaldt vann. 2. Varm opp et glasskår i en flamme og dypp det så ned i kaldt vann. Gjenta forsøket noen ganger. Hvordan forandrer glasset seg ? 3. Hva vil skje dersom vi av vanvare setter en tom emaljert kasserolle på en varm kokeplate ? 4. Hvilket knep kan vi bruke dersom skru lokket på en flaske, boks eller tube har satt seg fast?

19

Varme utvider

Ikke bare væsker, men også faste stoffer utvider seg ved opp­ varming, både i lengden og i bredden.

Faste stoffer utvider seg ved oppvarming og trekker seg sammen igjen ved avkjøling.

Denne varmeutvidelsen må vi alltid ta hensyn til. Dette er årsaken til mellomrommene mellom de enkelte skinnestykkene i jernbanesporet. På varme dager utvider skinnemetallet seg. Er mellomrommene for små, så det er for liten plass til denne utvidelsen, kan det få ødeleggende følger. Skinnene kan krumme seg og løsne fra svillefestene. Dersom vi i dag ser litt nærmere på jernbaneskinnene, vil vi oppdage at det ikke fins noe mellomrom. Skinnebandet er da helsveist. Dette framskrittet bygger på oppfinnelsen av betongsviller. På dem kan skinna festes så fast at en lengdeutvidelse blir umulig. Skinna kan da bare utvide seg i bredden. På store, lange bruer er det ikke mulig å hindre lengdeutvidelse. Derfor kan ikke bruene forankres fast i sine fundamenter.

Rørstykker av forskjellige metaller og glass. Den venstre enden festes, og den høyre enden berører viseren Rørene blir lengre ved oppvarming og trekker seg sammen igjen ved avkjøling

Utvidelse av et 100 m langt stykke ved oppvarming 10 °C Jena-glass..................... Vanlig glass................. Betong......................... Jern.............................. Nikkel.............................. Kopper.......................... Messing . .. Aluminium.....................

20

y2 9 12 12 13 16 18 23

mm mm mm mm mm mm mm mm

Stoffene oppfører seg forskjellig

Ved samme temperaturstigning oppfører de ulike stoffene seg svært forskjellig. For lange materialstykker under sterk oppvarming kan vi til og med bestemme forskjellen med svært enkelt måleutstyr (f.eks. en linjal). Mens en 1 m lang jerntråd ved oppvarming 1 °C bare utvider seg 12/1000 mm, og en 100 m lang jerntråd utvider seg hele 12 mm ved 10 °C oppvarming, vil en 1 m lang koppertråd utvide seg ved oppvarming 1 °C 1 7/1000 mm, og en 100 m lang koppertråd 17 mm ved 10 °C oppvarming. Men varmeutvidelsen er også merkbar for korte materialstykker. Dersom vi valser på hverandre to metaller som har forskjellig varmeutvidelse, vil det sammenvalsede metallstykket ved opp­ varming bøye seg i en bestemt retning. Slike sammenvalsede metaller kalles bimetaller (bi = to) eller bimetallstrimler.

Bimetallbryter

Modell av en termostat

Hvordan vil du trekke koplingsledningene?

Bimetaller muliggjør

... at elektriske kokeplater kopler ut seg sjøl ved bestemte temperaturer, ... at varmeapparater regulerer temperaturen av seg sjøl i et «rom, . at oljefyringsanlegget kopler seg inn sjøl når leiligheten ikke er varm nok lenger.

Bimetallstrimler oppvarmes over en stearinlyst lamme:

I automatiske brytere kan en bimetallstrimmel bryte den elek­ triske kontakten med apparatet og sjalte ut strømmen når det blir for høy temperatur. Synker derimot romtemperaturen, kan bimetallstykket igjen slutte strømkretsen, og varmeapparatet virker på nytt. En slik innretning kaller vi for en termostat.

Hvilke- metall er kopper, og hvilket er nikkel?

Varme utvider og kulde trekker sammen

De to metallene oppfører seg ulikt

Glassmesteren lar det være et mellomrom mellom glassruta og ramma, så glasset kan «arbeide». Vannkjeler, beholdere til sprit- og bensinkokeapparater, øl- og brusflasker bør ikke fylles til randen, for det kan være farlig ved oppvarming. Mange ovnsdører setter seg fast når ovnen blir for varm. Strengeinstrumenter blir ustemte ved sterke temperatursving­ ninger. Mellom de enkelte avsnittene i en betonggate forhindrer tjærefuger varmebrudd. Jern og betong kan bindes sammen til jernbetong. Skader oppstår ved forskjeller i utvidelse

Tennene våre har kroppstemperatur. Dersom vi utsetter dem for svært kald mat, kan emaljen gå i stykker. Ved sterk solbestråling skaller lakken på husdører av. Ved plutselig avkjøling av soloppvarmet fjell trekker det ytre berglaget seg raskere sammen enn det indre, og fjellet får da fine

21

sprekker. Likeens er det med tykkveggede flasker og vanlige glass. De går lett i stykker når vi heller varmt vann i dem, eller når de blir satt på en varm plate. Varme flasker og glass går som regel i stykker når vi heller noe kaldt i dem. Derfor er prøveglass, kokekolber, tåteflasker og bakeformer lagd av varmebestandig glass, såkalt Jena-glass.

Vi h u sker ... . . . hvordan faste stoffer oppfører seg ved oppvarming og avkjøling . . . hvilke forskjeller det er mellom de ulike stoffene ved varmeutvidelse . . . hva bimetall er . . . hva vi mener med en termostat . . . hvorfor vi må ta hensyn til varmeutvidelse i teknikken . . . hvilken betydning varmeutvidelsen har i naturen Vi regner: Til 3

7. Elektriske ledninger er vanligvis lagd av kopper. Hvilke lengdevariasjoner blir en 200 meter lang koppertråd som er spent mellom to master, utsatt for ved en temperaturforskjell på 30 °C? 2. Hvor mange centimeter «vokser» det 300 m bøye Eiffeltårnet når temperaturen stiger 25 °C?

3. En taubane har en lengde på 2100 m. Hvilken lengdeforskjell får vi i bærekabelen fra minimumstemperaturen +28°C til maksimumstemperaturen 32 °C? 4. Ei jernbanebru er 320 m lang. Hvor mye varierer lengden i løpet av et år når det i den kaldeste måneden blir målt -20 °C og i den varmeste 30 °C? 5. En bensintank på 60 / ble av vanvare fylt til randen. Bilen ble stående i sola, så at bensinen ble varmet opp fra 15 °C til 35 °C. Hvor mye bensin fløt det ut gjennom overløpsrøret? (1 liter bensin utvider seg 1 ml ved 1 °C oppvarming.) 6. Et kopperrør har ved 20 °C en lengde på 20 m. Vi lar damp ved 100 °C strømme gjennom det en tid. Hvor mye lengre blir røret?

Store bruer blir aldri fast forankret i fundamentene. De blir lagret opp med ruller på brupilarene

Høyspentledninger er stramme etter årstiden

slakke

eller

Mellom brudekket og det faste veidekket Jernfingrer griper inn i hverandre

Baneledninger er alltid stramme. Vekter utlikner lengdesvingninger ved tempe­ raturvariasjoner

23

Røyk steg opp av flaska og bredde seg ut over hele verden

Varmeutvidelse hos gasser Ånden i flaska

Hvem kjenner ikke «Tusen og en natt», en av de mest kjente fortellinger i historien om ånden i flaska? Scheherezade, yndlingsslavinnen til sultanen, forteller: «Jeg fikk vite at det engang levde en fisker som var så fattig at han ikke hadde nok til det daglige brød. Sa sa han: «Herre, gjor et under for meg, som du gjorde for Moses ved havet!» Deretter tok han garnet sitt og kastet det i havet. Da han skulle dra det opp igjen, klarte han det ikke. Garnet var floket til og satt fast i botnen. Han måtte kle av seg og dykke, og etter mye strev fikk han det løs. Da han kom pa land med garnet, fant han hengende fast i det en messingkrukke som var forseglet med bly. Han fant fram en kniv, stakk den gjennom blyet og arbeidet med flaska til den var åpen. Han

24

satte flaska for munnen og ristet den, men ikke en dråpe kom ut. Fiskeren var dypt skuffet over dette. Men etter en stund begynte det å sive royk ut av flaska. Røyken la seg over jorda, og det ble mer og mer av den, til den til slutt dekket hele havet. Sa steg den opp mot skyene på himmelen. Men da all royken var ute av flaska, fortettet og samlet den seg og ble til en and som stod med fottene pa jorda og hodet opp gjennom skyene. Fiskeren skalv over hele kroppen, tennene hans klapret, og halsen var torr. Men anden sa: «Jeg bringer deg den beskjed at du straks skal do. Du kan sjol velge hvordan du vil do.» Sa langt folger vi historien fra «Tusen og en natt». Hvordan kan en slik historie være blitt til? Det er et snev av sannhet i de fleste eventyr. Kanskje var det noen som hadde merket seg folgende: Flasker har vært brukt av mennesker fra svært gammel tid. Flasker blir korket igjen. Korken springer stundom av flaskehalsen uten at vi gjor noe med den — som om en and skulle ha skutt den i været. En god and ? En ond and ? I denne historien var det en ond ånd. Slik er det ikke bare i eventyr, men ogsa ofte i virkeligheten: «Onde ånder» kan være innestengt i flasker, i bokser eller be­ holdere. Den som uforvarende vekker «ånden», kan komme i ulykke.

En tranghalset flaske holdes skratt neddykket i vann. Ta rundt den med begge hender og legg merke til flaskeapningen. Legg en 50-oring uten hull over åpningen pa en tom ø/eller brusflaske. Drypp noen dråper vann rundt kahten for a tette. Hold sa rundt flaska med begge hender og se pa mynten.

En ballong settes pa halsen td en tom flaske slik at ingen luft slipper inn i eller ut fra flaska. Flaska settes i et kar med kaldt vann, som gradvis varmes opp, men ikke sa mye at vannet koker. Samtidig legger vi merke til ballongen. Der­ etter lar vi flaska avkjoles igjen. 25

Hva fins i et tomt værelse?

Dumt spørsmål, vil mange mene. Sjølsagt er det ikke noe i et tomt rom. Feil! I et tomt rom er det virkelig noe. Ingen stoler eller bord riktignok, men luft. Lufta fyller rommet fra golv til tak, fra det ene hjørnet til det andre. Luft er «ingenting»

Hvis du skal helle vann i en liten tomflaske og setter en trakt i den, kan det hende at vannet blir stående i trakta. Altså må det være noe i flaska, i den «tomme» flaska. Vi kan ikke se det, men det er noe der. Det er luft, en gass. Gasser utvider seg ved oppvarming og trekker seg sammen igjen ved avkjøling. Ingen forskjell mellom gassene

Faste stoffer, væsker og gasser utvider seg mer eller mindre når de blir oppvarmet De trekker seg sammen igjen når de blir avkjolt. Det gjelder bade karbonsyregass og den gassen som strømmer ut av gassbrenneren. Mens faste og flytende stoffer utvider seg forskjellig, sa oppfører alle gasser seg likt.

Alle gasser utvider seg like mye.

Gassenes utvidelse er nøyaktig bestemt. De utvider seg ved oppvarming 1 °C med 1/273 av sitt rominnhold. Og de trekker seg sjolsagt sammen igjen med 1/273 av volumet sitt når temperaturen synker 1 °C. Fins det ander?

«Virkelige» ånder på flasker fins sjølsagt bare i eventyrene. Moderne ånder i flasker og beholdere er gasser: Oksygen på stålflasker, lysgass i trykkbeholdere, luft i bilhjul, hydrogen i ballonger. Disse «åndene» vekkes og blir farlige når de blir uforsiktig behandlet, for eksempel når de blir oppvarmet på uforsvarlig måte og dermed utvider seg. De kan utfolde en kraft som er så stor at stålvegger rives i stykker, at gummidekk eks­ ploderer, at metallbokser sprenges i biter.

Eksempler på gassutvidelse

Et sykkeldekk eller et bildekk kan ved sterk solbestråling bli hardt og i verste fall eksplodere. Samtidig blir gummien spro av varmen. Etter en lang kjøretur er bildekkene stramme. Når en bil står lenge i en kald garasje, blir dekkene bløte. En kraftig oppblåst badering blir bløt når den dukkes i vannet (avkjøling — sammentrekking). Når den blir lagt til tørk i sola, blir den hard igjen (oppvarming — utvidelse). I en sikkerhetsanbefalmg fra Sprengstoffinspeksjonen heter det om bruk av gassbeholdere i skolerom: «Beholdere må ikke ut­ settes for oppvarming f.eks. fra ildsteder, radiatorer eller direkte solvarme.»

Vi h usker ... . . . på hvilken måte gasser er forskjellige fra faste og flytende stoffer ved varmeutvidelse . . hva som kan skje når en gass ikke har rom nok til å utvide seg ved oppvarming

Forsiktig, eksplosjonsfare1

Det berømte mirakelalteret til Heron fra Alexandria (ca. 100 f. Kr.). Når ilden brant på alteret, utvidet lufta seg og trykte vannet fra beholderen under alteret og over i gryta. Gryta ble tung og beveget seg nedover. Dermed be­ veget den dørhengslene som var for­ bundet til gryta med snorer. Døra gikk da opp som ved et under, tilsynelatende helt av seg sjøl. Og når ilden sloknet . . .

27

Det samme som beskytter eskimoen i iskulden i Arktis, hjelper også beduinen i den drepende ørkenvarmen

Varmeledning

Selfett og burnus

40 varmegrader eller 40 kuldegrader — så forskjellig kan temperaturen være på jorda. I ørkenen brenner sola ubønnhorlig. Lufta flimrer, og det er så hett som i en steikovn. Det fins ingen trær eller busker, ikke noe sted er det skygge og avkjøling. Orken fins det også i Norden, nemlig på Grønland — en isørken. Her er jorda frosset og tiner aldri opp fordi det ikke er nok varme. Sola varmer bare svakt. Likevel bor det mennesker i disse områdene. I ørkenen bor beduinene, og på Grønland eskimoene. Tilværelsen er hard for disse menneskene. Den ene har for mye varme, den andre for lite. Et overskudd av varme truer eksistensen til den ene. Mangelen på varme plager den andre, og ingenting kan gro i den evige isen. Likevel klarer de seg, både eskimoen og beduinen, i hvert sitt land. De klarer seg fordi de beskytter seg mot de uvanlige temperaturforholdene. Trass i varmen pakker beduinen seg inn i tykke ullstoffer, i en såkalt burnus. Hetta på kappa dekker hele hodet unntatt an­ siktet. 28

Eskimoen kler seg godt i tykke skinn. Han bruker lange støvler av selskinn, en myk selskinnskappe med hette og skinnhansker. Ansiktet skinner av selfett i den rå, kalde lufta. Hva kan det komme av at eskimoen og beduinen, isens sønn og ørkenboeren, kler seg pa samme måten? Vil ikke beduinen få hete­ slag ? Slik vil det nok ikke gå. Begge har kledd seg med fornuft. Den ene kler kulden ute, mens den andre kler varmen ute. Den som har lite på seg, vil forbrenne huden sin i ørkenen og fryse i arktiske strøk. Dette vet beduinen og eskimoen av gammel erfaring. Men forskerne som drog på ekspedisjoner til Grøn­ land eller det indre av Afrika, måtte lære seg det etter hvert. Ofte hadde de med seg klær som ikke egnet seg for klimaet i de landene som de var i. Stundom var det vanskelig å finne utstyr som beskyttet mot varme og kulde. Det matte først lages. Og ofte h' r det vist seg at det som er brukbart under svært vanske­ lige forhold, ogsa er bra under mer normale betingelser. Eksempler pa dette har vi i den lette og varme anorakken som vi bruker nar vi går på ski. Den ble laget for ekspedisjoner til arktiske strøk. Til slike ekspedisjoner ble det også vevd stoffer til spesielt varmt undertøy, og en fant den beste måten å lage gode og varme støvler pa. Men det er ikke bare vinterklærne våre som skal beskytte oss. Og sjol om moten ofte ser ut til å glemme det, så kler vi oss aret rundt i første rekke for a holde kulde og varme ute fra kroppen var.

7. 1/7 stikker den ene enden av en strikkepinne et øyeblikk inn i en flamme Sa kjenner vi langsetter strikkepinnen. Hva har skjedd? 2. Stikk en teskje (gjerne en sølvskje) og en plastskje samtidig ned i varmt vann. Kjenn pa skjeene etter en stund.

3. Hva er handtakene pa strykejern, panner, tekjeler, loddebolter, ovnsdører og varmeapparater lagd av? 4. Vi kjenner med handa pa et tregolv, pa et steingolv, pa . tyret og handtaket til en sykkel. Hva kjenner vi? 5. Hva er det mest behagelig a drikke varm te av, et biikkrus eller en porselenskopp ?

29

En koppertråd og en jerntråd er påsatt vokskuler og varmes opp i den ene en­ den Voksen smelter av med forskjellig hastighet

Varme beveger seg

Vannet koker i den øverste delen av reagensrøret:

Vi tenner opp i en ovn eller i en peis. Det første som varmes opp, er ovnsplaten i midten. Den kommer i direkte berøring med flammen. Litt etter litt blir også jernplatene på kanten og siden av ovnen varme. Varmen beveger seg altså gjennom platene. Men varmen er ikke noe stoff som går gjennom metallet. Det er de varme delene til jernplatene som etter hvert varmer opp de kaldere delene. Denne prosessen kalles varmeledning. Mens ovnsplaten i midten blir forholdsvis fort varm, tar det ganske lang tid før varmen er kommet ut i sideveggene til ovnen. Steinene i sideveggene leder ikke varmen så godt som jernet i ovnsplaten. Varme brer seg ved varmeledning.

________________

Jo fastere, dess bedre

Nedover i røret holder det seg lenge kaldt

30

Ovnsplater og steiner er faste legemer. Likevel brer varmen seg gjennom dem, ved ledning. I jernplaten går det fortere enn i steinen. De ulike- stoffene leder varmen forskjellig, noen godt og noen dårlig. Væsker og gasser er vanligvis dårligere varmeledere enn faste stoffer. Jo fastere stoffet er, dess bedre leder det varme. Alle metaller er gode varmeledere. De muliggjør en rask varme­ utveksling. Dårlige varmeledere finner vi i tre, glass, porselen, kunststoffer og andre ikke-metaller. De holder igjen varmen. Vi sier også at de isolerer. Svært dårlige varmeledere kalles derfor isolatorer.

Gode og dårlige varmeledere

Ovner, kokeplater, varmeapparater, kjoleribber i motorer og bilkjolere er lagd av metall. Bryggekjeler, loddebolter og kasserollebotner er av kopper. Kjeler og kasseroller beregnet til bruk på elektriske kokeplater har planslipt underlag for å oppnå god kontakt med platen. Også platen har slipt berøringsflate. Når vi koker på gass, er det en fordel med alummiumsutstyr. Sleiver lages av tre eller av kunststoff. Materialet i sikringspatroner er porselen. I vårt land er det vanlig å bruke tre eller kunststoffbelegg i golvene våre. I Syden derimot foretrekker folk ofte stemhellegolv. En av de dårligste varmelederne

er luft. Derfor er alle stoffer som inneholder mye luft, svært gode varmeisolatorer. Eksempler er ull, vatt, fjær, strå, glassull og treuil. Disse stoffene isolerer ikke bare for varme, de holder ogsa kulden ute. Vannrør som er utsatt for frost, kan pakkes inn i filler, strå eller treuil. Damp- og vårmtvannsrør er ofte isolert med glassvatt, steinull, isopor eller asbest (et fiberaktig materiale som fins i enkelte bergarter). Te- og kaffevarmere er vatterte. Vi bruker grytekluter for ikke å svi fingrene. Til bygging brukes ofte hule materialer. Dobbelte vinduer og dører holder varmen inne. Også kjøleskap har dobbelte vegger. Et snødekke beskytter en tilsådd aker mot frost. Dyr har pels. I kaldt vær «blåser» fuglene opp fjærpelsen sin. Eskimoene bruker dobbeltpels. Om vinteren kler vi oss i ull og skinn, og vi bruker ulltepper og dundyner.

Vi husker

hvordan varmeledning foregår i stoffer hvorfor faste stoffer leder varmen bedre enn flytende stoffer og gasser hvordan varmeledningen virker inn på varmeutvekslingen hvorfor noen stoffer kalles for varmeisolatorer

Varmeledningsevne hos for­ skjellige stoffer (lufta er satt lik 1) Luft . . Kork . . Papir . . Olivenolje Pleksiglass Tre . . . Vann . . Glass . . Betong Marmor . Stal . . . Messing Aluminium Kopper Solv . .

..................... 1 ...................... 2 ..................... 5 ..................... 6 ...... 7 ........................... 6-14 ..................... 27 ..................... 20-36 ..................... 23-50 ................. 150 1800 ..................... 4000 ..................... 9600 ..................... 16200 19300

31

Forsøk

7. Vann skal varmes opp i et «papirkar»: Av tegnepapir lager vi et kar (ca. 7 dm i kvadrat). Det holdes sammen av binders. Karet fylles halvveis med vann og holdes over en flamme slik at flammen er midt under karet. (Pass på at flammen ikke får kontakt med den delen av karet som er tørt!) Du vi! se at vannet blir varmet uten at papiret brenner opp. Vannet avkjøler papiret nok ti! at det ikke tar fyr.

2. Et lommetørkle som ikke brenner opp: Et lommetørkle spennes over en sølvmynt slik at det ligger helt glatt (uten folder) over mynten. Så slokker vi en glødende treflis ved a trykke den mot mynten med lommetørkleet. Det blir ikke noe brennemerke. Metallet i mynten leder vekk varmen og avkjøler dermed lommetørkleet sa det ikke antennes.

En flamme som må tennes to ganger: Tenn et talglys. Midt inne i flammen holder du så vannrett et stykke metallduk (du kan godt bruke en finmasket tesil). Du kan holde den med en klesklype. Trass i de sma hullene i silen fortsetter ikke flammen gjennom duken og tit oversiden. Metallsilen leder varmen vekk fra flammen. Den gassen som stiger opp fra flammen, blir dermed avkjølt og brenner ikke. Hold så en brennende fyrstikk over silen. Da vil du se at flammen brenner ogsa der. 32

Uanfektet sitter ugla i kulden. Fjordrakta varmer godt

De svære bryggekjelene i et bryggeri er ofte av kopper. I bryggeriet er lufttem­ peraturen over 30 C

Godt innpakket i stra og halm. Slik kan vi beskytte bronnen mot frost

Kjolerom må isoleres spesielt godt. Skumplastplater av styropor egner seg yp­ perlig som isolasjonsmateriale

33

Golfstrømmen bringer med seg varme over 8000 km fra Mexico til Nord-Europa

Varmestrømning i væsker En kraftig havstrøm

Golfstrømmen er en slags mild elv i det kalde Atlanterhavet. De største elvene på jorda, Mississippi og Rio Amazonas, blir bare småbekker ved sammenlikning med Golfstrømmen. Om­ trent 100 billioner liter vann presser seg hver time gjennom det trange havstykket mellom halvøya Florida og øya Cuba. 8000 kilometers vei har det varme vannet fra Mexicogolfen til Skan­ dinavia. En arm av Golfstrømmen forsvinner ut i Nordishavet. Den sørligste utløperen av strømmen går tilbake til utgangs­ punktet. På veien tilbake passerer den den varme ekvatorsonen og lagrer da opp solvarme. Tre år bruker denne varme hav­ strømmen pa et kretsløp. Havstrømmene regnes blant de sterkeste naturkreftene Med en temperatur pa 27 °C forlater den Mexicogolfen. På sin reise avgir den kjempestore varmemengder. Vi kan gjerne si at den er Europas oppvarmingsanlegg (varmtvannsoppvarming). Der­ som det ikke fantes noen Golfstrøm, ville det vært like kaldt i England som i Labrador. Her i Norge ville det vært enda kaldere. — 34

Vi ville bli nødt til å leve som eskimoer, og noe sommerliv slik vi er vant til, med friluftsliv og bading, ville det ikke vært tale om. For å fa den varmemengden som Golfstrømmen gir oss, matte vi hver eneste time forbrenne seks millioner jernbane­ vogner med kol. Seks millioner vogner pr. time — det svarer til et godstog med en lengde på 60000 kilometer! Uten den livs­ nødvendige varmen fra dette naturlige varmesystemet ville det vært umulig a bo i mange av våre nordligste områder. AfEuropas nordligste havner er isfrie om vinteren, skyldes også Golf­ strømmen. Sovjetfolket misunner nok europeerne denne varmtvannsoppvarmmgen. De har også en varm strøm, Kuro-Sivo i Okhotskhavet Men denne strømmen har ingen virkning i Øst-Sibir. Det skyldes strommen Oja-Sivo, en kaldvannsstrom med isvann. Pa grunn av den er jordbotnen i Sibir og Alaska alltid frosset. Men Sovjetfolket trenger isfrie havner og mildere klima i Sibir, og det som naturen ikke har gitt dem, vil de skaffe seg ved hjelp av teknikken. «Vi ma bygge en demning,» sier de. En slik demning i havet ville stoppe den iskalde strommen Oja-Sivo. Da kunne den varme havstrømmen Kuro-Sivo strømme til Øst-Sibir uten a bli revet bort av det kalde vannet. Det kalde sibirske havet ville varmes opp, og dermed ville Sibir ogsa få sin varmtvannsoppvarming. Klimaet ville bli mildere.

Golfstrømmen. Subtropisk vegetasjon pa sørkysten av England

7. Skriv opp fordeler og ulemper med sentral- og ovnsoppvarming. Bruk et stykke papir oppdelt i to spalter ved siden av hverandre.

2. Fyll en blikkboks med varmt vann og still den i kaldt vann slik at halve boksen star nede i vannet. Etter noen minutter stikker du den ene handa langsomt ned mot botnen av blikkboksen. Legg merke td vanntemperaturen. 3. En fargeløs melk- eller saftflaske fylles helt med varmt vann som er tilsatt noen dråper blekk. En annen flaske fylles med kaldt, ufarget vann. 1/7 presser sa et pappstykke fast mot åpningen av flaska. Sa snur vi flaska og setter den forsiktig med åpningen mot åpningen til flaska med det fargede vannet. Pappstykket fjernes forsiktig (det trekkes ut), og vi legger merke til hva som skjer i flaskene. 4. Fyll et begerglass med kaldt vann, legg noen papirstrimler i vannet og la dem synke. Hold glasset en stund over en stearinlysflamme, og legg merke tit hva som skjer med papirstrimlene. 35

Et begerglass fylt med 1/2 I vann varmes opp, og vekten sammenliknes med vek­ ten av 1/2 liter kaldt vann

Har varme masse?

Varme stoffer har en bestemt masse. Det samme har sjølsagt kalde stoffer. Det er en egenskap som alle stoffer har. Men har f.eks. en halv liter varmt vann og en halv liter kaldt vann den samme massen? En som ikke kjenner noe til naturfag, vil trolig svare ja. Men en som har bedre kjennskap til naturlovene, vil svare: En halv liter varmt vann har mindre masse enn en halv liter kaldt vann. Forklaring på gåten

Hvilket av de to karene inneholder det varme vannet ?

Forklaringen er ganske enkel. Vi vet jo at stoffer utvider seg når de varmes opp. Dersom vi varmer opp vann i et kar som er helt fullt, og som rommer nøyaktig en halv liter, vil noe av vannet renne over. Karet vil fortsatt være helt fullt, enda det er færre vanndeler i glasset enn før. Men mindre vann betyr sjølsagt mindre masse, og massetapet svarer til massen av den vannmengden som har rent ut av karet. Derfor er varmt vann lettere enn kaldt vann. Men vannets varmeinnhold veier ikke noe. Varme er ikke noe stoff, men en tilstand. Bare stoffer har masse. Varmt vann flyter opp

Dersom du kaster en stein i en dam, synker den. Kaster du et trestykke i dammen, så «svømmer» det på overflaten. Tre er lettere enn vann. Lette stoffer flyter altså over de tyngre. Slik er det også med varmt og kaldt vann. Det varme vannet «svøm­ mer» over det kalde fordi det er lettere. Varme beveger seg

Vann som er tilsatt sagmugg, varmes opp

Vannet sirkulerer ved oppvarmingen

36

Vann som varmes opp fra botnen i et kar, stiger som et svøm­ mende vesen opp mot overflaten. På veien oppover avkjøles det. Avkjølt vann er tyngre, og det strømmer nedover igjen. Ved botnen blir det på nytt oppvarmet. Dette fører til et kretsløp, en sirkulasjon. På denne måten varmer hele innholdet i karet seg sjøl opp. ------------------------- ---Når vann varmes opp, fører det varmen med seg ved strømning.

Denne loven gjelder ikke bare for vann, men også for alle andre væsker. Vi vet at væsker er dårlige varmeledere. Uten varmestrømning ville det tatt svært lang tid for hele innholdet i et kar med væske var oppvarmet.

Eksempler på varmestrømning

Temperaturen i flammen til en gassbrenner er over 1000 °C. Likevel begynner ikke et kar med vann å gløde ved oppvarm­ ingen. Sola varmer opp stillestående vann. Det merkes godt når vi svømmer i en rolig sjø. Sportsdykkeren må beskytte seg mot det kalde vannet i dypet med en gummidrakt. Det varme vannet i Golfstrømmen brer seg i det kalde havet. Vi husker

hvorfor varmt vann er lettere enn kaldt vann hvorfor varmt vann stiger opp og kaldt vann synker ned hvorfor vi varmer opp væsker nedenfra hvorfor vi taler om «varmebortføring» ved denne formen for varmespredning

Som båret av usynlige hender stiger den første varmluftsballongen opp mot skyene

Varmestrømning i lufta Med luft gjennom lufta

19. september 1783. Det er folkefest i slottsparken i Versailles ved Paris. Tusener av tilskuere er til stede, blant dem ogsa kongen og den kongelige familien. Det som skal skje, og som alle er kommet for å se på, er oppsendingen av en varmlufts­ ballong. Brødrene Etienne og Joseph Montgolher, rike papirfabrikanter fra Sør-Frankrike, er oppfinnere av ballongen. Mengden venter tålmodig. For å kunne se bedre har mange klatret opp på balkonger, på murer og gesimser. Hva far de se? Tjukk røyk kommer ut fra en treplattform midt pa den åpne plassen. Under en 1 7 m høy og 11 m bred ballong av kraftig tapetpapir flammer det et bål. Brødrene Montgolfier og hjelperne deres fyrer med halm og ull. Plutselig: et «aaaah» og «ååååh» brer seg fra mengden. Barn jubler av fryd. Mennene peker opphisset mot himmelen.

38

Ballongen har med ett steget til værs. Som båret av usynlige hender stiger den opp mot skyene. Og under ballongen henger det en kurv som blir trukket med oppover. I kurven er det passa­ sjerer: en hane, en and og en sau. Etter åtte minutters flytid i svimlende høyde lander det selsomme flygeredskapet på jorda igjen. Hva som hadde skjedd med hanen, det vet ingen. Anda skulle etter det som ble sagt, ha brukket nakken ved landingen. Men sauen ble feiret som en helt og ført til den kongelige dyreparken, hvor den ble beundret som «flypioner» og ekstra godt foret og behandlet. Dyret var den gangen like berømt som den russiske hunden Laika er det i dag. Laika var den første russiske «astro­ naut», og hun reiste i en russisk Sputnik gjennom verdens­ rommet. Men nar dyr kan fly, sa kan også menneskene gjøre det. Slik tenkte en fransk adelsmann, markien av Rozier, da han fulgte eksperimentet til brødrene Montgolfier i slottsparken i Ver­ sailles. Ikke lenge etter svevet han sjøl i en varmluftsballong over hustakene i Paris. Den første luftreisen til et menneske varte nesten en halv time. Denne suksessen gjorde markien modig. Han la ut på en flytur over den engelske kanalen, til England. Men flypioneren nådde ikke målet. Han styrtet ned og druknet i havet. Det som flypionerer har strebet etter i nærmere 200 år, er i dag virkelighet. Men ingen flyr med varmluft lenger.

En «moderne» varmluftsballong. Ilden sør­ ger for varme slik at ballongen kan fly

7. Ved å holde et stearinlys i forskjellige høyder ved en dør­ åpning kan vi undersøke i hvilken retning lufta trekker mel­ lom et oppvarmet og et kaldt rom. 2. Lag et «vindhjul» som vist på tegningen. Hold to brennende stearinlys et stykke under. Du kan også sette hjulet på en ovn eller over et varmeapparat. 3. Hold en Uten tråd av treull 10-15 cm over en flamme, og legg merke til bevegelsene.

4. Form en papirserviett som en sylinder (et rør), og still den oppreist på en tallerken. Tenn på den på toppen, og se hva som skjer. 39

To papirkremmerhus henger i en stavvekt, og lufta under det ene kremmer­ huset varmes opp

Varmluft har styrke

Ved oppvarming oppfører lufta seg på samme måten som vann: den utvider volumet sitt og blir derfor lettere. Liksom det varme, lette vannet stiger over det kalde, presser den varme, lette lufta seg til værs. Dersom varm luft stenges inne i en pose eller en ballong, vil den trekke posen eller ballongen med seg oppover. Dette visste allerede brødrene Montgolfier. Det var grunnlaget for den første ballongferden. < Et evig kretsløp

Kremmerhuset med varmlufta stiger opp

Det at den varme lufta alltid vil til værs, er grunnen til at varmen fra ovner eller varmeapparater brer seg til den minste krok i rommet. Luft er jo som kjent en dårlig varmeleder. Skulle varmen bre seg ved ledning, ville det derfor ta svært lang tid før et rom ble oppvarmet. I stedet brer de varme små luftdelene seg sjøl gjennom rom­ met. Varmen strømmer med lufta. Varm luft går opp, kald luft synker ned. Kaldlufta blir varmet opp over varmeovnen og strømmer igjen til værs, og slik videre. Dette gir en sirkulasjon, en omvelting av lufta i rommet. ------------------------------------------- —--------------------------------------

Når luft varmes opp, føres varmen videre ved strømning. Eksempler på varmluftsstrømning

Bålrøyk går loddrett til værs. Dersom sola skinner direkte ned i en kamin, trekker ovnen dårlig når det tennes på. Det hjelper da å stikke en brennende avis inn i ovnsrøret. På kino eller teater er de varmeste plassene på losjeradene eller balkongen. Leiligheten i øverste etasje er varmere enn den i første etasje. Katter har ofte yndlingsplassene sine oppe på skap. Fluer elsker varme. De fortrekker opp til taket når det blir kjølig i et rom. Dersom den øverste delen av et vindu åpnes, blir det kaldt nede ved golvet.

Vi husker . . . hva for en likhet det er mellom varmestrømning i væsker og i luft __________ _________________ 40

Bedre trekk Korte piper forlenges med oppsatser

Nesten loddrett oppover gar den varme lufta

Ovner står ved innervegger. mens varmeelementer plasseres under vinduene. Hva er mest fordelaktig?

41

Sett fra jorda synes natthimmelen å være tett besatt med stjerner

Varmestråling

I verdensrommet

Ingen kan lage seg en forestilling om det uendelige verdens­ rommet. Sola og planetsystemet vårt er bare en ganske liten del av det hele. Ingen vet hvor mange stjerner det fins på himmelen. Avstanden mellom stjernene er uhyre stor, enda det her fra jorda ser ut som om natthimmelen er tett besatt med stjerner. Med bare øyet kan vi ikke se mer enn 5000 stjerner, men med kikkert får vi øye på millioner og atter millioner av stjerner, store og små, sterke og svake, gule og røde. Stjernene har forskjellig farge fordi de har forskjellig temperatur. Melkeveien er en opphopning av mange små stjerner på him­ melen. Den viser seg tvers over natthimmelen og har fått navnet sitt etter det melkeaktige sløret den lager på himmelen. Vi kan se det fra jorda. Også med de aller største forstørrelser ser vi mange av stjernene bare som støv. Melkeveien strekker seg over himmelen som et skimrende band. Hvor mange stjerner er det som vandrer på denne veien? Det vet vi ikke. 42

Vi vet en del om de stjernene som er aller nærmest vår egen planet jorda. Best kjenner vi månen. Den er vår nærmeste nabo, og vi kan til og med nå månen med raketter. De første men­ neskene som satte sine bein på månen, var amerikanere, og det skjedde i juli 1969. Neill Armstrong het mannen som klatret ut av månelandingsfartøyet og tok de første skrittene på den støvete måneoverflaten. Sola er 1 50 millioner kilometer borte fra jorda, og vi vet ganske mye om den. Vitenskapsmenn har målt temperaturen på sola, og de har beregnet hvor mye varme den gir fra seg. 6000 grader (celsius) er det på soloverflaten, og omtrent 20 000 °C i det indre. Vi vet at sola er en kjempestor.glødende kule, og at den er omgitt av et gasslag. Ofte slår veldige flammefakler ut fra solkanten. Både månen og planetene får lys og varme fra denne ildkula. De fleste planetene er på samme måte som sola omgitt av et gasslag. Jorda er innsvøpt i en kappe av luft. Denne kappa omgir jorda til en høyde av 400 kilometer. Luftsjiktet blir tyn­ nere og tynnere jo lenger utover fra jorda en kommer, og langt ute er det svært lite luft. Mellom luftlaget til jorda og gasskappa til sola er det tomrom — dvs. ingenting. Her finner vi ingen gass, ikke noe stoff. Det er et fullstendig tomt rom. Og likevel kommer solvarmen gjennom dette tomrommet fram til oss her på jorda.

En gasskappe omgir sola. Bare ved total solformørkelse (når månen dekker sola helt) kan vi se og fotografere gasskappa

7. Gni hendene kraftig mot hverandre, og hold dem så like ved kinnet. Hva merker du? 2. Hold ansiktet / nærheten av en elektrisk stråleovn eller vanlig vedovn (ca. 7 m avstand). Hold en papp-plate mellom ansiktet og ovnen, og ta den så vekk igjen. Hva legger du merke til? 3. Vi holder et termometer i nærheten av en varmelampe eller et varmt strykejern mens vi ser på termometersøylen. Så skyver vi en pappskive mellom varmekilden og termometeret. 4. Vi utsetter et svart og et hvitt tøystykke for solbestråling (du kan også bestråle med en varmelampe) i en bestemt tid. Sammenlikn hvor varme tøystykkene er blitt ved å kjenne på dem. 5. Legg et svart og et hvitt tøystykke ut i sola på snøen. Etter en tid kan du undersøke hvor mye snø som har smeltet under de to tøystykkene. 43

En varmelampe rettes mot et termoskop

Verken varmeledning eller varmestrømning

I faste legemer (stoffer) brer varmen seg ved varmeledning. Det samme skjer — om ikke så godt som i faste stoffer — i flytende stoffer og gasser. I væsker og gasser brer varmen seg også ved varmestrømming. Gjennom det fullstendig tomme rommet i verdensrommet kommer solvarmen fram til jorda. Dette kan ikke skje ved ledning eller strømning, og det må altså være en tredje form for varmeoverføring. Varme er i slekt med lyset

På samme måte som lyset stråler ut fra en glødetråd eller et stearinlys, sender en varmekilde ut varmestråler.

Varme brer seg også ved stråling.

Liksom lyset fra en lommelykt øyeblikkelig lyser opp tingen den rettes mot, føler vi varmestrålene i samme øyeblikk som de treffer kroppen vår. Lys og varmestråler stoppes av en skjerm. Varmestråler reflekteres fra speilflaten på samme måte som lysstråler. Det er derfor ikke noe rart i at varmelamper og lys­ kastere ser svært like ut. Når blir varmestråler virksomme? Varmestråler oppfører seg helt som lysstraler

Om morgenen

44

Ikke bare sola, men alle legemer som er varmere enn omgivelsene sine, stråler ut varme. Jo nærmere vi er det varme legemet, dess sterkere synes vi varmestrålingen er. Det spiller også en rolle hvordan strålene treffer kroppen vår. Jo mer loddrett strålene faller inn på huden, dess mer varmer de. Midt på dagen

Om kvelden

Men enda en ting er avgjørende for hvordan et legeme varmes opp av varmestråling: fargen til legemet. Varmestråler virker jo først oppvarmende når de treffer et legeme og blir absorbert (opptatt) av det. Mørke flater har «stor appetitt» på varmestråler. Det vil si at mørke flater varmes opp godt. Ved varmebestråling av lyse flater skjer det bare liten eller ingen oppvarming. Lyse flater avviser varmestrålene, især dersom flatene også er glatte (f.eks. speil).

Varmestråler fra et stearinlys faller på et hvitt og et svart legeme

Lyse flater kaster varmestråler tilbake. De varmes ikke opp. Mørke flater absorberer varmestråler. De varmes opp. Og nå vet vi ...

. . . hvorfor det er utålelig varmt like ved en godt oppvarmet ovn . . . hvorfor vi ofte beskytter ansiktet med handa når vi ser inn i et flammende bål . . . hvorfor hager ofte legges i sørhellinger . . . hvorfor snøen ligger lenge i nordhellinger . . hvorfor det er bedre å legge seg i en skråning enn på flat mark når en skal sole seg . . hvorfor det kjennes kaldt når en sky dekker sola . . hvorfor det ofte blir kaldere en stjerneklar natt enn når det er overskyet . . . hvorfor det er riktig å måle lufttemperaturen i skyggen og ikke i sola . . hvorfor vi ved peisen eller leirbålet er glovarme på den ene siden og fryser på den andre . . hvorfor det på varme sommerdager er varmt i gatene og nær husveggene lenge etter at sola er gått ned . . hvorfor det er store temperaturforskjeller i løpet av et år . . hvorfor det ikke er så varmt her i Norge som ved ekvator . . hvorfor Nordpolen og Sydpolen ligger under evig is Vi h usker ... . . når varmestråler blir virksomme ... på hvilken måte varme- og lysstråler likner hverandre . . hvordan varmestrålingen er avhengig av innfallsvinkelen . . hva overflaten har å si for oppvarmingen ved varme­ stråling ... på hvilke måter de tre formene for varmeoverføring skiller seg fra hverandre

Forskjellig oppvarming

Termosflaske

De tre mulighetene for varmeutveksling er alle svært små

45

Varme kan fotograferes. Venstre bilde viser et normalbilde av et kar med vann som varmes opp. Høyre bilde er av samme gjenstand, men fotografert med varmeømfintlig film. Varmen til den elektriske platen og til vannet er blitt synlig

Fotografering med varme

Det høres utrolig, men det er virkelig mulig å fotografere med varme. Varmestråler er usynlige. Det går ikke an å se om en panelovn er varm eller ikke. Men det har likevel lyktes å belegge fotoplater og filmer med et belegg som er varmeømfintlig i stedet for lysømfintlig. Med slike plater og filmer er det mulig å fotografere varmestråler og på den måten få bilder av dem. Vitenskapen har også funnet opp apparater som kan oppfange varmestråler og gjøre dem synlige direkte. Et slikt apparat kalles bildeomformer (bildeframkaller). Dette apparatet, som virker på samme måten som fjernsyns­ apparatet og overfører bilder på en bildeskjerm, brukes i dag til ulike formål. På målkikkerter som er montert på geværer, gjør det mulig målsikt på 100 m i mørket. I forbindelse med mikro­ skoper gir det skarpere bilder. I kriminologien tyder det skrift og oppklarer forfalskninger. Dette nattsikteutstyret med innebygd bildeomformer (bildef remkaller) regi­ strerer gjenstander som i mørket blir bestrålt av varme fra en infrarød lys­ kaster

Kriminalpolitiet arbeider med varme­ stråler. Bildeomformeren avdekker skrift under blekkflekker

46

Varme forplanter seg ved

a) Ledning:

En stoffdel overfører varme til den som ligger ved siden av osv. Det fins gode og dårlige varmeledere.

b) Strømning: De varme stoffdelene vandrer. Dette er

bare mulig i væsker og gasser.

c) Stråling:

Varmestråler virker oppvarmende nar de treffer en gjenstand. Jo mer loddrett de treffer, dess bedre varmer de.

47

I det varme Afrika er det bare pa Kilimanjaro det fins snø

Varme og kulde Isavkjøiing

Da Carl von Lindhé hadde oppfunnet kuldemaskinen, var en av de eldste ønskedrømmene til mennesket gått i oppfyllelse: alltid å kunne ha is til avkjølingsformål. Menneskene hadde tidlig lært å skaffe seg varme ved hjelp av ilden, men når det gjaldt avkjøling, var de henvist til naturen — helt til Lindhés oppfinnelse kom. Om vinteren hadde huleboeren i steinalderen ikke noe problem med å oppbevare slaktet sitt. Kjøttet holdt seg friskt i ukevis i kulden. Men hvordan skulle det lagrede kjøttet kunne holde seg spiselig om sommeren? Det er lett å forestille seg hvor stort dette problemet var i det varme Afrika. Beboerne i urskogen og på steppene hadde svært liten mulighet for å holde jaktutbyttet sitt friskt og beskytte det mot forråtnelse. Avkjøling kjente de ikke til. Derfor er det ikke så rart at de første beretningene i historien om «kjøleanlegg» stammer fra de varmeste områdene på jorda. Det var der de hadde mest bruk for avkjøling. Rike konger i Orienten forsøkte med alle midler å skaffe seg avkjøling. Følgende historie handler om en hersker i det varme Arabia. Han bodde i et avkjølt slott. Rommene i slottet var atskilt med hule vegger. Der arbeidet noen hundre slaver uten 48

stopp, dag og natt, med å fylle snø i hulrommene. Den dyrebare varen ble hentet fra høgfjellet i Libanon og fraktet på kameler. Dag og natt var iltransporten underveis, i stadig kappløp med snøsmeltingen. En tyrkisk, sultan brukte 14 kamelladninger snø hver dag i kjøkkenet sitt. Aleksander den store hadde på sitt felttog i Lille-Asia tatt med seg sno fra de persiske fjellene. Snøen ble oppbevart i en grop som var omhyggelig tildekket med kvister og kamelhår, og her forsøkte tjenerne fortvilet å hindre at snøen smeltet. For den berømte hellenske hærføreren ønsket å avkjøle seg i denne gropa om kvelden etter at kampene var slutt. Slike avkjølingsmetoder var sjølsagt uhyggelig dyre. Men den moderne kjøleteknikken ligger ikke langt tilbake i omkostninger! Tenk bare på det store antallet maskiner som trengs for å drive et luftkjøleanlegg (klimaanlegg) i et afrikansk luksushotell! De gamle herskerne brukte sno til dette formålet. Teknikken i dag bruker kuldemaskiner. Problemet er likevel det samme: Hvordan skal mennesket kunne skaffe seg avkjøling? Oppfinneren av ammoniakk-kuldemaskinen. Carl von Lindhé, 1842—1934

7. Hvordan kan vi avkjøle varm mat hurtig? 2. Drikker smaker best når de har riktig temperatur, a) Hva gjør vi med en flaske brus eller øl som har stått for lenge i et varmt rom? b) Hvordan behandler vi den når den kommer fra kjøleskapet og er for kald? Sett et kar med varmt vann opp i et større kar med kaldt vann. Med fem minutters mellomrom leser du av tempe­ raturen i begge karene etter at du først har rørt godt om i begge. Når setter vi ovnen på svak varme, når på fu!It?

49

Varme opptas

Når vi tenner på i vedovnen, slår på den elektriske ovnen eller tenner på en gassbrenner, oppstår det varme. Denne varmen tas opp av ovnsplaten, av kokekaret som står på platen, og av det som er i karet. Det blir varmt. Også lufta i nærheten varmes opp. En varmekilde kan avgi forskjellig varmemengde i en bestemt tid, avhengig av hvor mye brennstoff den forbrenner. Jo mer brennstoff som forbrennes i en bestemt tid, dess større er den varmemengde som blir lagd, og jo høyere er den temperaturen som et legeme varmes opp til. Brennstoff mengde og varmemengde

Varme avgis

Dersom en oppvarmet gjenstand ikke blir tilført mer varme, vil den avkjøles igjen. Dermed avgis den varmemengden som var opptatt, og gjenstanden blir sjøl en varmekilde, liksom gassbrenneren og den elektriske kokeplaten. Men den vil bare avgi varme så lenge temperaturen i omgivelsene er lavere enn dens egen temperatur. Varme gjenstander avgir varme til de kaldere omgivelsene. Kalde gjenstander opptar varme fra de varmere omgivelsene. Fra varm til kald

I hvilket av de to karene vil det først begynne å koke ?

Et beger med varmt vann settes i et vannbad med kaldt vann, og tempera­ turen i begge karene måles med be­ stemte mellomrom

50

Når en oppvarmet gjenstand avgir varmen sin til omgivelsene, blir omgivelsene varmet opp. De kalde stoffene opptar varmen. Varmeavgivelse og varmeopptak skjer av seg sjøl, automatisk. Det skjer en varmeutveksling. Denne varmeutvekslingen fort­ setter til temperaturen er den samme i alle stoffene.

Vi husker i hvilke tilfeller en får store varmemengder fra en varmekilde hvordan en gjenstand forholder seg i omgivelser som er a) kaldere enn den sjøl, b) varmere enn den sjøl hvorfor det er riktig å tale om varmeutveksling når en varmeutveksling slutter Eksempler på varmeutveksling

Når badevannet vårt er for varmt, setter vi mer kaldt vann til. Varmeflasker varmer opp senga og blir sjøl avkjølt. Hermetikk kan varmes opp i vannbad. Gjennom varmelegemet i et sentralvarmeanlegg strømmer det varmt vann. Ribbene i en radiator gir stor varmeflate. Hvordan virker det på varmeutvekslingen? Dersom et rom står lenge uten oppvarming, tar det lang tid før det blir skikkelig varmt igjen. Når det er svært kaldt ute, lønner det seg å fyre om natten. Dersom vi vil ha behagelig innetemperatur i et rom på en kald vinterdag, må vi sørge for jamn varmetilførsel, og jo kaldere det er ute, dess mer varme må vi tilføre. For å holde en bestemt temperatur i kjoleskapet bruker vi en termostat som kopler inn kjøleanlegget når det er nødvendig. Dette skjer oftere når det er varmt i rommet enn når det er kaldt. Vi bruker vann til å kjøle bilmotoren. Vannet blir dermed varmet opp. I kjøleribbene kjøles vannet igjen av kjørevinden og ven­ tilatoren. Dersom kjølevannet ikke blir nedkjølt, kan motoren bli for varm.

Luft avkjøler forbrenningsmotoren. Kjøleribbene gjør kjøleflaten større

51

Arabia

En som tjener mye

52

48 millioner kroner i uken tjener herskeren i Kuwait. Det blir nesten 200 millioner kroner i måneden I I vårt land svarer dette til den samlede gjennomsnittsinntekten pr. måned for mellom 100000 og 150000 arbeidere og funksjonærer! Men så mye som herskeren i Kuwait er det vel ingen annen i verden som tjener. Han tar inn pengene sine på jordolje. Oljekildene innenfor hans maktområde tilhører ham. Kuwait er en av de største oljeleverandørene i verden. Jordoljen er en av de viktigste råstoffene som naturen har gitt menneskene. Ikke noe land i verden kan nå klare seg uten olje. Olje gir både bensin og drivstoff for dieselmotorer. Den brukes også som råstoff for framstilling av smøringsoljer, av parafin og asfalt.

Av jordolje framstilles også fyringsolje, et virkningsfullt brenn­ stoff som gir mer varmeutbytte enn tre og kol. Til varmeanlegg i industrien og i husholdningen blir det ofte brukt olje. Også her i landet blir behovet for jordolje større fra år til år. De vest-europeiske landene med sin industri er blant de beste kundene ti! jordoljesjeiken. Det «flytende gullet» fra Kuwait — og fra andre asiatiske land — kommer i store tankskip til havnene i Genova og Marseille. Der blir oljen pumpet inn i veldige jordoljeledninger, rørled­ ningen Disse rørledningene sprer seg som energiårer over VestEuropa. Den lengste oljeledningen i Europa går gjennom Alpene, og begynner ved Trieste ved Adriaterhavet. Etter 460 kilometer er den framme i Ingolstadt i Tyskland, ved Donau. Der og andre steder i Europa, f.eks. Slagentangen og Sola i Norge, blir jordoljen bearbeidet (raffinert) i store, tekniske destillasjonsanlegg (raffinerier) til fyringsolje, bensin og dieselolje. Mer enn 60 millioner tonn jordolje flyter hvert år gjennom rørledningen tvers over Europa. Det er en strøm som ikke tørker ut. Tank­ vognene som kjører på veiene, kan ikke hamle opp mot den, verken når det gjelder leveringshastighet eller pris. Dette er en strøm som snart ikke strekker til lenger for å dekke Europas energibehov. 1,2 milliarder tonn jordolje forbruker verden årlig. Og enda er jordoljen bare ett av de brennstoffene som vi bruker, bare én av våre varmeleverandører. Med de siste funnene av oljeforekomster utenfor norskekysten vil tilførslene av olje endres. Vi må også regne med at det vil få stor betydning for norsk økonomi, og at Norge blir trukket mer inn i strategiske vurderinger.

7.

Verdens rikeste mann sjeik Ahmed, hers­ keren i Kuwait

Vi bruker faste, flytende og gassformige brennstoffer. Finn eksempler på de tre typene.

2. Finn ut hva de forskjellige brennstoffene koster, og prøv å finne en forklaring på prisforskjellen. 3. Hvorfor blir flere og flere leiligheter utstyrt med oljefyringsanlegg? 4. Få greie på hvor mye brennstoff (ved, kol, olje) som kjøpes inn for vinteren hjemme. 5. Finn ut hvor mye brennstoff som går med til å varme opp skoten a) en kald vinterdag, b) en uke, c) hele året. 6. Fyll en kopp halvfull med varmt vann og en kasserolle full med lunkent vann. Sammenlikn temperaturen i de to karene etter en halv time.

53

Beregning av varmemengder

Når olje brenner, avgir den en ganske bestemt varmemengde liksom brennende kol, ved, gass eller et elektrisk varmeapparat. Denne varmemengden tar omgivelsene opp, enten det er lufta, kasseroller på ovnen eller noe annet. Hvor mye varme et stoff tar opp for å få en bestemt temperatur, lar seg ikke måle, men varmemengden kan beregnes. Forskjellige vannmengder varmes opp av samme spritmengde

Den varmemengden som et stoff tar opp, lar seg bestemme ut fra temperaturstigningen og stoffmengden. Dersom en vannmengde på 1 kg (= 1 liter vann) varmes opp 1 °C, har den tatt opp en varmemengde på 1 kilokalori. For ordet kilokalori fins det også en forkortelse. Vi skriver: 1 kilokalori = 7 kcal 1 kilokalori er det samme som 1000 kalorier, som forkortes cal. Varmemengden måles i kalorier. 1 000 cal = 1 kcal. Varmemengden avhenger av varmeverdien

Forskjellig temperaturstigning

Den varmemengden som oppstår ved forbrenning av 1 kg av et brennstoff, kaller vi brennstoffets varmeverdi. Varmeverdiene til de ulike brennstoffene er svært forskjellige.

Forskjellig varmemengde fra

Samme varmemengde fra forskjellig mengde brennstoff

54

Etter tabellen kan 1 kg antrasitt ved forbrenning varme opp 74 I vann fra 0 °C til kokepunktet, men bare dersom all varmen utnyttes til oppvarmingen (ikke noe går tapt). I virkeligheten ligger varmeutnyttingen mye lavere. Det avhenger av oppvarmingsmåten. En del av varmen går tapt og varmer opp lufta, ovnen eller kaminen. God varmeutnytting er penger spart

Ved varmtvannsoppvarming går vannrørene gjennom fyrrommet (f.eks. ved dampkjelanlegg og i lokomotiver), eller fyrrommet er omgitt av en vannkappe. En varmespiral som dukkes ned i en væske, virker huritg oppvarmende. Ved elektriske varmtvannsberedere er varmelegemet fullstendig omgitt av vann. Ved «tårnkoking» setter en flere kasseroller oppå hverandre.

Ved forbrenning av 1 kg opp­ står varmemengden Antrasitt ............... Koks.............................. Steinkol.......................... Brunkolbriketter... Torv................................... Tre (lufttorket)................. Fyringsolje...................... Bensin.............................. Sprit.............................. Propangass (1 m3) . . . Jordgass (1 m3)....

7 400 kcal 7 000 kcal 6 900 kcal 4700 kcal 3800 kcal 3600 kcal 10 500 kcal 10400 kcal 6400 kcal 22250 kcal 9000 kcal

Vi husker hva vi må vite for å kunne beregne varmemengden hva som er måleenheten for varmemengde hvordan vi bestemmer varmeverdien til et brennstoff hvorfor varmeverdien til et brennstoff ikke er den samme som den utnyttbare varmemengden Vi regner:

7. Du skal varme opp 7 hl vann som har en temperatur på 10 °C, ved å forbrenne 1 kg av hvert av de brennstoffene som står i tabellen (side 55). Dersom all varmen ble utnyttet til oppvarmingen, hvilken temperatur ville da vannet få i hvert tilfelle ? 2. Undersøk hva de ulike brennstoffene koster der du bor, og regn ut hvor mange kalorier du kan få kjøpt for 1 krone (for hvert av brennstoffene). 3. Hvor mange kilogram trenger du av hvert enkelt stoff for å få 10000 kcal?

4. Hvor mange kilokalorier trengs for å varme opp 151 vann fra 20 °C ti! kokepunktet?

55

For 500 millioner år siden

Tre, torv, kol, gass og olje er de mest kjente av brennstoffene våre. Riktignok har de svært forskjellige varmeverdier, men noe har de til felles: opprinnelsen. For 500 millioner år siden så det ganske annerledes ut på jorda enn det gjør i dag. Det var varmt, lummert og fuktig. Markene var dekket av sump og myr. Der hvor det nå knapt kan vokse gras, vokste det den gangen trær og busker i stor prakt. Vegetasjonen var tett og kraftig. Denne verdenen fra for 500 millioner år siden er forsvunnet. Skogene ble gradvis dekket av slam, trærne og buskene av myrgjørme. Men i den fuktige myra kunne ikke trevirke råtne fullstendig, og det ble derfor bevart i millioner av år. Siden ble sump­ områdene oversvømt av havet, og da områdene tørket igjen, hadde vannet lagt etter seg stein og ur. Under steinlaget lå fortsatt stammene fra de forsvunne skogene. Nye skoger grodde til, nye sumpområder ble dannet og begrov skogene, nye hav dekket sumpene — nye lag la seg over de gamle. I løpet av millioner av år gjentok denne prosessen seg mange ganger. Uten tilgang på luft og under trykket fra stein­ lagene forvandlet treet seg til brunkol og steinkol. I myrom­ rådene ble mose- og grasartene «forkolet» til torv. Olje og jordgass skal være blitt til på liknende måte. Ikke bare begravde planterester, men også døde sjødyr har vært med i denne omsetningen som har pågått i millioner av år.

56

Høyverdig brennstoff kommer fra havdypene. En boreplattform i Nordsjøen skaffer jordolje

En torvstikker i myra. Til tross for den lave varmeverdien har torv vært brukt fra gammel tid som det billigste av våre brennstoffer

Denne kjempebeholderen med gass forsyner en by med godt brennstoff

Her er mange millioner kilokalorier lagret i hushøye kolhauger

57

Prestene brukte disse vannfylte «varmeeplene» til å varme hendene sine på under prekenen

Varmelagring Hand- og fotvarmere

Når det er surt og kaldt ute, gleder vi oss over varmen inne. Gjennomfrosne hender og fotter varmer vi ved ovnen eller varmeradiatoren. Dette er så sjølsagt for oss at vi aldri reflekterer over det. Men før var det ikke slik. I middelalderen kjente ikke folk til lukkede ovner og komfyrer. For å varme hendene sine den gangen pleide de å henge en gryte med vann over det åpne bålet. Over denne gryta kunne de så varme hendene. Dengang var det ikke fyring i offentlige bygninger som kirker og teatre. For at folk ikke skulle fryse, måtte de sjol ta med seg trekol i kolfat til å fyre med. Denne form for oppvarming var vanlig helt til på 1800-tallet, og den var ikke ufarlig. Branner i teatre, kirker og reisevogner forekom ofte. De som var forsiktige av seg, tok heller med seg en «varmekasserolle.» Det var en kopperkjel som inneholdt et stykke glødende

r 58

metall, ofte jern, eller som var fylt med kokende vann. Snart sluttet de å bruke glødende metall, og varmt vann ble vanlig «varmestoff». Med dette fikk tinnstøperhandverket en blomst­ ringsperiode på 1400- og 1500-tallet. Tinn egnet seg svært godt til framstilling av «varmeapparater». I mange hjem fantes det en «varmetallerken», en stor, innvendig hul tinntallerken. Den ble fylt med varmt vann og brukt på spisebordet for å holde maten varm. Men tinnstøperne lagde også de første varme­ flaskene. Her er beskrivelsen av en slik varmeflaske: «Sengeflaske — varmeflaske. Dette er navnet på det runde eller avlange flate karet som skal påfylles varmt vann eller varm sand og brukes til å varme senga med, eller til å sette føttene på.» De som ikke ville bruke sand eller vann, la eikekubber eller små sekker med kirsebærsteiner i kakkelovnen. Slik kunne de også magasinere opp varme og dermed varme opp en kald seng. Den gode, gamle varmeflaska har holdt seg i bruk helt til i dag. Praktfulle varmeflasker av kopper og tinn fra bestemors tid varmer omtrent like godt som våre moderne elektriske puter.

7. Det er en svært varm sommerdag. Foran deg ligger en sjø. Ned til stranda går det tre Uke lange veier. Den ene har betongdekke, den andre er påfylt hvit sand, og den tredje er grasbevokst. Hvilken vei vil du velge dersom du går barbeint? 2. Legg en metallgjenstand (f.eks. et kasserollelckk) og en Uke tung gjenstand av porselen (f.eks. en tallerken) i et kar med kokende vann. Etter fem minutter kan du ta gjenstandene opp og legge dem til avkjøling på et treunderlag. Kjenn på de to tingene etter en stund og sammenHkn temperaturen. 3. Hva er grunnen til at vi en kald høstdag kan ha brukbar badetemperatur i en sjø ?

59

For å varme opp 1 kg av følg­ ende stoffer 1 °C er de nødven­ dige varmemengder Vann . . . . . 1 kcal eller 1 000 cal 576 cal Glyserol . . ...................... ................. 560 cal Alkohol . . ................. 471 cal Olivenolje ................. 240 cal Luft .... ................. 217 cal Aluminium 211 cal Betong . . ..................... . . . . 189 cal Glass . . . 177 cal Teglstein . . ...................... 111 cal Jern .... ..................... 93 cal Kopper. . . ..................... 56 cal Soiv .... .....................

Spesifikk varme

Vi husker at for å få varmet opp 1 kg vann 1 °C måtte vi tilføre en varmemengde på 1 kcal. Dette gjelder for vann, men ikke for alle andre stoffer. Ofte er en mindre varmemengde nok. Hvor stor varmemengde som skal til, avhenger av stoffet, og vi kaller derfor denne mengden spesifikk varme (artsvarme). Den varmemengden som er nødvendig for å varme opp 1 kg av et stoff 1 °C, kalles for spesi­ fikk varme. ...... .... Vann er en god oppvarmer og avkjøler

Av alle stoffene er vann det som «sluker» den største varme­ mengden ved oppvarming. Som vi ser av tabellen, kan vann lagre mye varme. Det kan derfor også avgi mye varme når det avkjøles. Omvendt kan også vannet virke avkjølende, fordi det kan motta mye varme fra omgivelsene sine. Varme — vann — vær

Samme mengde vann og olje varmes opp av samme mengde sprit

I ørkenen er det om dagen en brennende varme, men om natten kan det bli svært kaldt. Temperaturforskjellen mellom dag og natt kan komme opp i 40-50 °C. Det er lett å forklare hvorfor det er slik. I ørkenområdene fins det ingen bekker, elver eller sjøer, altså ikke noe vann som om dagen kan oppta solvarme og om natten avgi denne varmen igjen til lufta ved at det sjøl blir avkjølt. Ørkensanden lagrer lite varme og har følgelig ikke noe varme å avgi om natten. I vårt klima derimot er forskjellene gtjamnet av vannet, for vi har nok vann rundt oss. Atlanterhavet og Nordsjøen i vest, Nordis­ havet i nord og kanskje Middelhavet i sør utlikner dag- og nattetemperaturene våre, og virker dermed utjamnende på hele klimaet vårt.

Vi husker

Vi registrerer stigning

60

forskjellig

temperatur­

hvorfor vi taler om spesifikk varme hvorfor vannet virker som en god oppvarmer og avkjøler hvordan vannets innvirkning på klimaet kan forklares ved den spesifikke varmen forskjellen mellom temperatur og varmemengde hvordan det kan ha seg at ett stoff kan ha høy temperatur, men liten varmemengde, og et annet stoff lav temperatur, men stor varmemengde ___

Her maganiseres varme. Betongen til venstre er gloende varm. IMår det ikke brenner i ovnen lenger, vil magasinet (til høyre) fortsatt holde varmen

Her lagres varme

En sengeflaske holder seg lenge varm. I store varmtvannsanlegg overføres varmemengdene ved for­ holdsvis lave temperaturer (40-60 °C). I vanlige villaanlegg er temperaturen gjerne innstilt ved termostat til. 80-90 °C. Glødende jern kjøles raskt når det dukkes i kaldt vann. Om morgenen kjennes vannet på stranda varmt og sanden kald. I bygatene er det påfallende varmt seint på kvelden etter en varm sommerdag. Vi regner:

1. Når vi heller varmt vann opp i badekaret, blir det merkbart varmere i baderommet. / et badekar er det 125 / vann ved 50 °C. Vannet avkjøles til 35 °C. Hvor mange kalorier avgir vannet ved dette fallet i temperatur? 2 Et badekar inneholder 80 / vann ved 60 °C, og det tilsettes 40 / vann ved 15 °C. Hva blir den nye badevannstemperaturen ? 3. En stor innsjø inneholder ca. 20 milliarder h! vann. Hvor mange kalorier opptar den fra solvarmen når sjøen varmes opo 1 °C?

61

En utloper av et stort isfjell skar opp Titanic under vannet

Smelting og frysing

Titanics undergang

Mandag den 1 5. april 1 91 2 ble verden oppskaket av en fryktelig katastrofe. Den natten hadde det britiske luksusskipet Titanic (til da verdens største passasjerskip) støtt på et isfjell i NordAtlanteren. Skipet gikk ned, og 1513 mennesker omkom. Titanic var ute på sin jomfrutur, på sin aller første tur i linjefart. Kapteinen var blitt bedt om å kappkjøre med tiden. Titanic skulle vinne det blå bandet. Det er den ettertraktede utmerkelsen som blir gitt til det hurtigste skipet. 62

Slik skjedde ulykken: Søndag kveld, like før midnatt, gikk en lett skjelving gjennom skipet. En utløper av de store isfjellene som lå under vann, hadde skåret over skroget fra baugen til hekken. To timer og 40 minutter etter slo bølgene sammen over det skipet som hadde ord på seg for ikke å kunne synke. Men isfjellet drev videre sørover. Det kom fra de svære ismassene rundt Nordpolen eller fra Grønland, hvor isbreene stikker ut i havet. Derfra brytes det stadig løs store isstykker, som svømmer som isfjell (små isstykker kalles for drivis) med havstrømmene i Atlanterhavet og Stillehavet, mot sør, helt til de har smeltet. På veien er de en stor fare for skipsfarten. Rederiene kjenner godt til denne faren og unngår derfor havet i nord. Ved undersøkelsene etter ulykken med Titanic hevdet rederiet at det er svært uvanlig med isfjell på ruten mellom Europa og Amerika. Isfjellene fra Nordishavet er vanligvis smeltet lenge for de når skipsleia.

7. En bilfører prøver å åpne døra på bilen sin, men dessverre har låsen frosset fast. Hvordan kan vi hjelpe ham? 2. Vi setter tre strikkepinner fast i en papp-plate slik at strikke­ pinnene står ved siden av hverandre. På spissen av strikke­ pinnene setter vi fast en liten kule av henholdsvis smør, stearin og bivoks. Strikkepinnene stikkes ned i vann, som varmes opp. På denne måten kan vi legge merke til hvilken kule som smelter først og sist. 3. Hvilke næringsmidler smelter ved koking?

63

Hva er tilstanden for et stoff?

Smør er under normale forhold fast. Men dersom vi tar et stykke smør i handa, blir det mykt og til slutt flytende. Likevel er dette flytende stoffet smør. Men hvorfor ble det faste smøret flytende? Smøret ble smeltet av kroppsvarmen i handa. Ved hjelp av varmen har det forandret tilstanden sin. «Fast» og «flytende» er to av tilstandsformene til et stoff. Tilstandsformen kan endre seg ved oppvarming eller avkjøling. Fra fast til flytende Is varmes opp i et begerglass

Faste stoffer blir flytende når de varmes opp nok. Noen stoffer smelter ved ganske lave temperaturer, f.eks. smør, margarin og voks. Andre stoffer blir flytende først ved svært høye temperaturer. Blant disse har vi metallene, som jern, kopper, gull og sølv. Smeltbare stoffer har en helt bestemt temperatur hvor de går over fra den faste til den flytende tilstanden. Denne temperaturen kaller vi smeltetemperaturen eller smeltepunktet.

\Jarrr\e forbrukes

Is smelter ved 0 "C Varme forbrukes

Skal vi smelte et stoff, må vi varme det opp. Temperaturen stiger. Plutselig begynner stoffet å bli flytende. Dersom vi tilfører mer varme, vil ikke temperaturen stige mer før hele stoffmengden har smeltet. Et eksempel: På en kald vinterdag tar vi med oss inn en istapp som er + 10 °C kald. Vi setter den i en kasserolle på ovnen. Temperaturen i istappen stiger, + 9, + 8, ... + 1 °C. Snart flyter restene av istappen i vann. Istappen og vannet har tempe­ raturen 0 °C. Først når all isen har smeltet, stiger vanntempera­ turen, + 1, +2, +3 °C . . . osv. Ved smelting forbrukes varme. Den tilførte varmen må jo ha gått et sted. Denne forbrukte varmen kaller vi smeltevarme. Faste stoffer smelter ved en bestemt tempera­ tur (= smeltetemperaturen eller smeltepunk­ tet). Ved smeltingen forbrukes varme (= smeltevarme).

Alle stoffer kan overføres til flytende tilstand dersom vi ved opp­ varmingen kan hindre at de brenner. 64

Ved frysing frigjøres varme

Når et flytende stoff avkjøles til den temperaturen som det smeltet ved, går det over i den faste tilstanden igjen. Det fryser (størkner). Ved denne prosessen blir smeltevarmen frigjort. Smeltepunktet og størknepunktet er altså det samme. Når vi avkjøler stoffer som er flytende ved normale forhold, f.eks. vann eller sprit, vil også disse fryse ved en bestemt frysetemperatur. Smelting og frysing av et stoff skjer ved samme temperatur (smeltepunkt = fryse­ punkt). Ved frysing frigjøres varme (frysevarme eller størkningsvarme). Flytende parafin avkjøles i et begerglass

Smeltepunkt = Storknepunkt Karbon (grafitt) . Jern (reint) . . Kopper .... Gull................. Solv................. Glass . . . . Messing (kopper Aluminium . . Bly................. Tinn.................

. . . . . . . . . . . . ... . . . + sink) ... .

.

.

Celsiusgrader 3550° 1530° 1083° 1063° 961° 800-1400’ 900° 660 327’ 232°

Loddetmn (bly + tinn) . . Stearin.......................... Voks.............................. Parafin.......................... Smor.............................. Is, vann ................. Olivenolje...................... Kvikksølv..................... Alkohol..................... Eter..................................

Celsiusgrader 180° 68’ 63’ 54’ 32’ 0’ . - 5’ . - 39° . 4-114° . -120’

Ved smelting og frysing endrer ikke stoffet seg. Det overføres lett fra den ene tilstandsformen til den andre. Stoffer som vi aldri tenker på som flytende, smelter ved høye temperaturer. Stoffer som vi kjenner som væsker, fryser ved lave temperaturer.

Parafin størkner ved 54 C Varme frigjøres

Is smelter langsomt

Is bruker mye smeltevarme når det smeltes til vann. For å smelte 1 kg is til 1 kg vann må vi tilføre 80 kcal (varme). Omvendt frigjøres det sjølsagt 80 kcal når 1 kg vann fryser til 1 kg is. Her finner vi forklaringen på at det isfjellet som Titanic kolliderte med, ikke var smeltet, enda så langt sør det var kommet. Vi kan vanskelig forestille oss hvor mange kilogram et slikt kjempe­ messig isfjell veier, og det er lett å skjønne at det er kolossale varmemengder som skal til for å smelte det. Trass i at klimaet og vannet var blitt varmere jo lenger sør isfjellet var kommet, var det likevel ikke nok varme til å smelte isfjellet.

65

Kjølevirkningen av en kuldeblanding. Løsningsvarme og smeltevarme blir tatt fra omgivelsene

Løsningsvarme forbrukes

Smeltevarme forbrukes

Løsningsvarme og smeltevarme forbrukes

Salt og is

Reint vann fryser ved 0 °C. Tilsetter vi salt til vannet, synker frysepunktet. Frysepunktet er avhengig av hvilket salt det er og av blandingsforholdet med vann. Vannet i Nordsjøen fryser først ved -1,7 °C. 1000 g av sjøen inneholder 32 g salt. Saltløsninger har lavere frysepunkt enn det reine løsningsmidlet (vannet).

Denne kjensgjerningen utnytter vi også i praksis: om vinteren strør vi gatene med salt. Saltet og snøen (eller regnet) blander seg til en vandig løsning som holder seg flytende enda om det er kuldegrader. Denne saltløsningen fryser først ved svært lave temperaturer. Når vi blander is og salt, smelter isen og saltet løser seg opp. Smeltevarmen og oppløsningsvarmen tas fra omgivelsene, som dermed blir sterkt avkjølt. En slik blanding kaller vi kulde­ blanding. Oppskriften på en kuldeblanding er: Fire deler snø (is) og tre deler koksalt. ________ Vi husker ...

hva som trengs for at et legeme skal smelte hvorfor vi må skille mellom smeltetemperatur og smelte­ varme hvorfor smeltepunkt er det samme som frysepunkt og smeltevarme det samme som størknevarme hvilken innflytelse et oppløst salt har på frysepunktet til vann____________ ___ _____ __________________ 66

Hvordan ville det være dersom . . .

. . frosset vann brukte mindre smeltevarme ved smeltingen? Det ville bli store oversvømmelser om våren. All isen og snøen ville smelte på en gang. Det ville ikke finnes fjell med evig snø og is. Vi kunne ikke gå på ski og ake, for snødekket ville sjelden bli liggende. Såkornet i jorda ville ikke ha noe beskyttende snøteppe, og småplantene ville bli utsatt for frost. På varme vinterdager ville plantene spire. Om natten ville frosten ned i den opptinte jorda og ødelegge spirene.

Flytende voks og myk asfalt størkner raskt. Varme slipper fri

Glass kan blåses og flytende jern kan helles. Varmen holder seg i stoffet

67

90 tonn salt utvinnes daglig i disse åpne bryggepannene i Bad Reichenhall i Tyskland

Fordamping og kondensering

Det hvite gullet

Det hvite gullet, dvs. koksaltet, var blant de viktigste handels­ varene i middelalderen og oldtiden. I store vogner eller med skip ble saltet fraktet fra saltgruver rundt om i hele verden. I Alpene fins det fortsatt store saltforekomster. Saltet var så uunnværlig for menneskene at mange strider oppstod på grunn av det. Germanske stammer drog sverd og lanser mot hverandre når de ble uenige om en saltkilde. Så viktig var saltet at det spilte en stor rolle i gamle tiders overtro. Menneskene trodde at de kunne beskytte seg mot ulykker med salt. Når et uvær nærmet seg, kastet de salt og vievann på bålet, og dette skulle holde lynnedslag unna. Salt i klesdrakten skulle beskytte mot hekseri. Mange steder er det den dag i dag skikk å gi unge nygifte brød og salt når de flytter inn i sin første bolig. 68

Salt utvinnes på tre måter. Som steinsalt brytes det ut av jorda. Men det kommer også av seg sjøl ut av jordskorpa. Det er da oppløst i vann (saltvann), og ser ikke slik ut som vi er vant til a se det på middagsbordet: snøhvitt og finkornet. Også i hav­ vannet finner vi store saltmengder. Fra gammel tid er salt blitt □tvunnet fra havet ved fordamping. Det «hvite gullet» fra saltkildene ble utvunnet på en enkel måte allerede av kelterne og romerne. De benyttet seg av et knep, □g lot en naturprosess arbeide for seg: de lot vannet fordampe. Saltvannet ble satt på ovnen i store kopperkar, og innholdet □egynte snart å koke. Vannet «forsvant» ved kokingen, og på □otnen i karet ble det snøhvite saltet liggende igjen. Denne framgangsmåten er blitt brukt helt fram til våre dager de bayerske alpene. I saltgruvene ved Reichenhall blir det saltholdige vannet varmet opp i store kokekar. Her dannes et snøhvitt og finkornet salt, slik som det vanlige bordsaltet vårt. Ved denne prosessen blir det sjølsagt mye vanndamp, og den rekkes ut gjennom store avtrekk. Om vinteren ligger vannlampen som store tåkeskyer over saltgruvene.

7. Slå vann i en kasserolle og merk av vannstanden. La vannet koke en stund (uten lokk på kasserollen). Avkjøl vannet, og merk av den nye vannstanden. Hva ser du? 2. Legg et tørt lokk på en kasserolle med kokende saltvann. Ta lokket av etter et par sekunder, og se på undersiden. Smak på dråpene som henger på lokket.

3. En bilfører etterfyller batteriet i bilen sin. Hva etterfyller han med? Og hvorfor er det nødvendig å gjøre det med jamne mellomrom ?

4. Når vi tapper varmt vann i badekaret, blir de kalde veggene og vmduet i baderommet fuktige. Hvordan kommer det vann dit?

5. Når vi puster på et speil, blir det liggende små vanndråper på speilflaten. Har vi pustet ut vann ?

69

Vannet forsvinner

Vann fordamper

Legg merke til en kasserolle med vann som står på platen p; komfyren. Vannet varmes opp, og etter hvert dannes det blærer på botne av kasserollen. Blærene stiger opp til vannoverflaten, der d brister (går i stykker). Til slutt bobler det i hele vannmengder Det koker. Vannmengden i karet blir mindre og mindre, vanne fordamper. Dersom vi legger et lokk på kasserollen, blir det straks fullt a vanndråper på undersiden av lokket. Der slår vanndampen seg ned som vann igjen. Om vi lar vanndampen gå rett til værs, vil det danne seg vann dråper i lufta også. Ofte kaller vi dette for «vanndamp», men de er ikke riktig. Det er egentlig vann i form av bittesmå dråper son er fint fordelt i lufta (tåke, skyer). Fra flytende til gassformig

Vann forekommer ikke bare i flytende og fast tilstand, men kai også gå over i en tredje tilstandsform: den gassformige. Nå vann koker, har vi en slik tilstandsendring. Da oppstår det ei ugjennomsiktig gass som vi kaller vanndamp. Dersom vi måler temperaturen til kokende vann, viser termo meteret 100 °C. Det er koketemperaturen til vannet, eller koke punktet. Varme forbrukes Vann koker ved 100 C, og temperaturen i vannet blir ikke høyere

Vi går tilbake til kasserollen på komfyren. Lar vi kasseroller stå på platen (slik at det stadig tilføres mer varme), vil ikke temperaturen i vannet stige. Den tilførte varmemengden gå med til å fordampe vannet. Denne varmemengden kalles fordampingsvarme. Dampen som dannes ved vannoverflaten har også temperaturen 100 °C.

Væsker koker ved en bestemt temperatur (= koketemperatur eller kokepunkt). Ved koking (fordamping) forbrukes varme (= fordampingsvarme).

Først når alt vannet er overført til gassform, kan i dampen stige ved videre varmetilførsel. 70

Det er ikke bare vann som kan koke og fordampe. Andre flytende stoffer går også over til gassform når de blir oppvarmet til kokeounktet. Når dette skjer, utvider stoffene seg sjølsagt. Dersom 1 liter vann fordamper ved koking, vil den ene literen bli til den veldige mengde — 1700 / vanndamp (ved normale forhold) !

I kokende vannbad fordamper eter og alkohol

Fordampingsvarmen frigjøres igjen

Dersom vi avkjøler de 1700 litrene med vanndamp nok, vil vi igjen få den ene literen med vann. Alle gassformige stoffer kan overføres til flytende tilstand ved tilstrekkelig avkjøling. Dette kaller vi kondensering. Ved kondensering frigjøres for­ dampingsvarmen.

Fordamping og kondensering av et stoff fore­ går ved samme temperatur (kokepunkt = kondenseringspunkt). Ved kondensering frigjøres varme (= kondenseringsvarme).

For å overføre 1 liter vann ved 100 °C fullstendig til damp trengs det 539 kcal varme. Dersom denne dampen kondenseres igjen - f.eks. i varmeelementene i dampvarmeanlegg — gir den fra seg kondenseringsvarmen (= fordampingsvarmen som ble tilført da vannet fordampet). I varmeelementene vil denne varmen bli fri til oppvarming av lufta i rommene.

De to stoffene har ulikt kokepunkt

Bare ved lave temperaturer

Stoffer som vi er vant til å tenke på som gasser, kan gjøres flytende. Det avhenger mye av temperaturen, og ofte er det svært lave temperaturer som skal til. I mange tilfeller er vi til og med nødt til å sette gassene under høyt trykk for å klare det. Luft for eksempel blir flytende først ved —193 °C. Flytende luft er en fargeløs væske. Den fryser alt som den kommer i berøring med. Flytende luft blir brukt til avkjøling for en del tekniske formål. Flytende helium gir en enda lavere temperatur enn flytende luft, nemlig -269 °C. Det er bare 4 °C over det absolutte nullpunkt! De ytterst lave temperaturer som vi kan oppnå med flytende gasser, er et godt hjelpemiddel i utforskningen av kjemiske stoffers oppbygning (konstruksjon). Ved de lave temperaturene viser stoffene andre egenskaper enn ved normale temperatur­ forhold.

Kokepunkt = kondenseringspunkt Jern............................. 2800 °C Tinn............................. 2337 C Bly............................. 1750 C Kvikksolv..................... 357 °C Glyserol...................... 291 eC Matolje, fett.............. 250-300 C Reint vann.................. 100 °C Benzen......................... 80 C Alkohol...................... 78 C Eter............................. 35 C -78,5 ’C Karbonsyregass . . . . Oksygen ...................... 183 °C Luft............................. -193 C 253 C Hydrogen.................. 269 C Helium.........................

71

Vin varmes i en kolbe

Alkohol skilles fra vannet

Bensin- og dieseloljedestillasjon

Fordamping med etterfølgende kondensering kalles destilla­ sjon. Destillasjon er en svært viktig teknisk prosess. Den er blant annet grunnlaget for utvinningen av bensin, dieselolje og fyringsolje fra jordolje. I store destillasjonsanlegg, raffinerier, blir «lettoljene» og «tungoljene» skilt fra hverandre. De har forskjellig kokepunkt og vil derfor fordampe enkeltvis og etter hverandre. Dampene blir oppfanget og kondensert igjen til flytende oljer. Såkalt destillert vann framstilles også ved fordamping og kon­ densering. Det brukes blant annet til fortynning av syre i bil­ batterier. Dette vannet er helt reint. Vet du hvorfor? Også spritbrennerier bruker fordamping og kondensering. Hvordan kan alkohol framstilles på denne måten?

hvorfor det er galt å koke med for stor varmetilførsel hvorfor kjøtt blir fortere mørt ved steiking i fett enn ved koking i vann hvorfor syltetøy i åpne skåler tykner fort hvorfor vanndamp kan være årsak til stygge forbrenninger hvorfor vanndamp egner seg spesielt godt til oppvarming hvorfor vi ikke bør slokke med vann når fett brenner hvorfor vinduene dogger når det damper av kokekarene hvorfor det dogger på brilleglass når vi kommer utenfra og inn i et varmt rom på en kald vinterdag hvorfor det står skyer ut av munnen når vi puster på en kald dag

Vi h u sker ... . . . hva som trengs for at en væske skal fordampe . . . hva som er forskjellen mellom koketemperatur og for­ dampingsvarme . . . hvorfor kokepunkt = kondenseringspunkt og fordam­ pingsvarme = kondenseringsvarme . . . hvor mye damp det blir av 1 liter vann . . . hva som skjer ved destillasjon 72

Sterkt forenklet framstilling av den trinn­ vise destillasjon av råolje

Fordamping og kondensering i teknikken. I raffinerier blir bensin og dieselolje destillert ut av råoljen i kjempestore anlegg

Vi regner:

7. Et kokekar i et saltframstillingsanlegg tar 30000 / sa/toppløsning. Ved innløpet har løsningen temperaturen 50 °C. a) Hvor mange kalorier trengs det for å fordampe alt vannet i karet? (Koketemperaturen til saltløsningen er 100 °C, saltinnholdet .) b) Dsglig inndampes det to millioner liter sa/t/øsning i anlegget. Regn ut hvor mye antrasitt som må forbrennes pr. dag når all forbrenningsvarmen går til saltløsningen og ingenting tapes til omgivelsene. 2. Det strømmer damp på 100 °C gjennom varmeelementet til et dampvarmeanlegg. Hvor stor varmemengde avgir dampen ved kondensering i elementet når det ved kondenseringen dannes 1/2 / vann av 40 °C? 73

I dag er Bonneville-sjøen en kjempestor slette av fast salt

Fordunsting

=

fordamping

under kokepunktet

Saltsjøens fantomer

«Innta plassene — ferdig — kjør!!» Starteren brøler inn i megafonen sin og slår startflagget ned. Så er den 16 km lange banen klar for et nytt angrep på hastighetsrekorden for landkjøretøyer. Dette foregår på saltsjøen Bonneville ved foten av Blåfjellet i staten Utah i USA. Menneskene langs konkurransebanen holder hendene for ørene. Rekordkjøretøyet, som ser ut som et forhistorisk uhyre, lager en øredøvende larm. Det strømlinjeformede karosseriet skjelver på alle fire hjulene. Plutselig slår det en to meter lang ildhale ut fra bakparten på kjøretøyet. I samme øyeblikk jager monsteret, som nå ser ut som et halvferdig jagerfly, utover den store hvite sletta. Den voldsomme larmen fortaper seg snart i det fjerne-------74

«Det raskeste menneske på landjorda» — det er denne tittelen det kappes om på saltsjøen. De som deltar i konkurransen, gjør alt for å vinne. De risikerer til og med livet. Rekordvognene kan yte opp til 30000 hestekrefter med sine 25 driftsraketter. Vanlige bremser er ikke tilstrekkelige til å stoppe den voldsomme farten til disse vognene. Derfor er de utstyrt med bremsefallskjermer, som sørger for at uhyrene klarer å stanse på den 1 6 km lange banen. Banen på Bonneville-saltsjøen går for å være den raskeste i verden. Den er blitt kjørt på med hastigheter opp mot 1000 km i timen. Dette ville ikke vært mulig dersom naturen sjøl ikke hadde anlagt en slik «kjørebane». Den er egentlig en fortids­ levning. Bonneville-sjøen er i dag nemlig slett ingen sjø. Mens det ennå var sjø der, var vannet svært saltholdig. Sjøen gikk etter hvert over til å bli en stor, hvit og flat slette av salt. Den er riktignok ofte svært myk, og periodevis står den under 1 -2 cm med vann. Da nytter det sjølsagt ikke med rekordforsøk. Derfor venter kjørerne på tørketiden. En tørr bane, et tørt saltlag må det være for at drømmerekorden skal kunne nås: brudd gjennom lydmuren, en hastighet på 1200 km i timen!

7. Hva må vi passe på når vi henger opp vått tøy dersom vi vi! at det skal tørke fort ? 2. Hvordan kan vi hindre at matvarer tørker? 3. Legg en tallerken i kaldt vann og en annen i kokende vann. Ta begge tallerknene samtidig opp av vannet, og se hvilken som tørker først.

4. Vi dypper papirstrimler i sprit, bensin, vann og matolje, og trykker dem fast til et vindusglass. Nå kan vi legge merke til i hvilken rekkefølge strimlene faller av vinduet. 5. Los to spiseskjeer koksalt i et glass med vann, hell løsningen på en tallerken og la den stå i noen dager. Hva ser du?

Fordunstingen skjer hele tiden

Dersom vi lar en liten mengde av et flytende stoff stå lenge på en tallerken eller en annen bred og flat skål, vil vi legge merke til følgende: Væsken «forsvinner». Vi sier at den damper bort eller at den fordunster. I motsetning til fordamping ved kokepunktet, hvor luftblærer dannes på botnen av karet og stiger opp, så skjer fordunstingen fra væskeoverflaten. Smådelene som væsken består av, river seg løs fra overflaten og svever av gårde som ballonger. Hvor raskt denne fordunstingen skjer, avhenger av hva for en væske det er. Både kalde og varme væsker fordunster, men det skjer raskere jo høyere temperaturen er (tenk på regnskurer på sommervarme gater). Væsker fordunster ved enhver temperatur. Vi lar væsker stå i kar med forskjellig form

Jo større overflate, jo hurtigere går det

Når fordunstingen skjer fra en stor overflate, går det mye fortere enn når den skjer fra en liten. Jo raskere de gassformige smådelene flyr bort fra overflaten, jo mer plass vil det være for nye smådeler. Slik var det altså at vannet forsvant fra saltsjøen. Det skjedde ikke ved at det rant vekk, men ved fordamping under koke­ punktet (fordunsting). Bare saltet ble tilbake. Forskjellig fordunsting

En væske fordunster med en hastighet som er avhengig av væskeoverflaten, luftstrømmen (lufttrekken) og temperaturen. Vi nyttiggjør oss fordunsting når

... vi henger våte klær ut til tørk ... vi slår opp en våt paraply til tørk ... vi bruker en hårtørker med varmluft til å tørke det våte håret ... vi henger kar med vann på varmeelementene (til luftfukting) Vi husker ... likheter og ulikheter ved fordamping ved kokepunktet og fordunsting hvilke væsker som fordunster raskt når en væske fordunster svært lett 76

Ekstra rask fordunsting. Bord og planker blir stablet over hverandre for å lufttørke

Hurtigere og mer moderne. Nyslått høy blir slengt gjennom lufta for å tørke

Naturlig tørkeanlegg. fra havvannet

Salt direkte

77

Det herlig duftende vidundervannet ble kalt en «flygende ånd»

Avkjøling ved fordunsting Tryllevann

For omtrent 250 år siden kom det to italienske kjøpmenn til Koln i Tyskland. Det var Johann Baptist og Johann Maria Farina. Brødrene Farina handlet med silkevarer, og fikk snart sin egen lille butikk. Johann Maria hadde også et annet arbeid, han laget «tryllevann», som hadde navnet «L eau admirable». Dengang fantes det mange slags vidundervann. Et eksempel er det «ungarske kongevann», som folk brukte mot pest. Andre sorter skulle være middel mot alle slags sykdommer. Men alle hadde det til felles at de hadde en eller annen herlig planteduft. For å få solgt produktet sitt måtte produsenten lage reklame for det. Derfor fulgte det en seddel med hver flaske. På den kunne en lese om den usedvanlige helsebringende kraften til nettopp dette vidundervannet. Dette stod om helse- og vidunderkraften på en av sedlene:

78

«Det styrker ansiktet og lindrer øyeverk. Dette skjer når en fukter et stykke tøy med det sterke vannet og legger det på øyelokket. Der skal det ligge til det har tørket. Dette bringer helse og på samme måte også skjønnhet.» Vidundervannet til Farina ble også raskt berømt. Allerede i 1 730 ble det sendt over hele verden som «vannet fra Kbln» (eller «eau de cologne»), Mange trodde at dette vannet hadde hemmelige krefter. De kalte det «flygende ånd», eller «livsvann», som oppfrisket alle livsåndene. Det ble drukket som medisin mot hodepine, og det skulle også hjelpe mot magesmerter og mange andre sykdommer. Den flygende ånden som oppfrisket livsåndene, stod for mange som et under. Det var vanskelig å finne en forklaring på virk­ ningen av tryllevannet.

SSwfHiig un> Si^cnhrn beé knWmtcn L'Eau Aiimirable, oter iBaffer gcnannt,

an fan bkftuiæaflrrnlcttflnutVåmt fprint btrkartt.fo tibcrbtrartfrint Kraft ubrrtnft a roa< utan babor. fa«eu tdru tt, unfi Pk btfh tabw (Érfabruug, fo titan “ tarabbat Inbtntuburcbtrtnacnbcn^tte: funqm, nxltbc fé btt? un^ablbarrtt Rran f» bcttrn unb 'P.rfwKn ©on allrrbattb Srt unb Sltrr tfialKt tvitrftt, tft rin fo ubtrttuftcnbrr ‘SVrotiti.Oati man thtutnwaukin $uftbni9tiimtnYX>unterbar bmatfcn,inbtmr ciklbt. rn tiar amiamarc unb I bbafttur nnflttifit, fo tutt btt unftitkt ©tuituifObak bat, r • u!