2. Värme

Centralt innehåll

Kapitlet handlar om:

  • energi och temperatur
  • olika typer av termometrar
  • tre sätt för värmeöverföring 
  • växthuseffekten
  • ämnens olika former och deras förmåga att smälta och stelna
  • effekter av temperaturförändringar.

Undervisningstips och tilläggsinformation

s. 29 Kan du mäta temperaturen med handen?

I samband med experimentet kan du diskutera temperaturväxlingar med eleverna. Vattnet känns varmare än både ugnen och elden. Runtomkring handen i ugnen finns det ett lager luft som har samma temperatur som handen. Om man blåser på handen, d.v.s. blåser bort luften, känns det genast varmare. Be eleverna testa detta nästa gång de badar bastu. I vattnet finns inte detta skyddande lager och värmen leds snabbt in i huden. Därtill har vattnet en hög specifik värmekapacitet, vilket gör att det ska ge ifrån sig mycket energi innan temperaturen sjunker.

Videor:

Titta på videon om hur en termometer fungerar.

Titta på videon om vad temperatur är och hur en bimetalltermometer fungerar. 

Titta på videon om den imploderande läskburken.

s. 30 Temperaturen påverkar förhållandena på jorden

Video:

Titta på videon om heta källor på Island från 8:45 till 10:00.

s. 36 Temperaturen påverkar alla ämnen

För att konkretisera densitet kan ni tillsammans göra ett experiment som nästan har formen av en lek i klassen. Eleverna ställer sig så tätt tillsammans i en liten grupp att de bara kan vrida på sig och trampa lite runt på stället utan att röra vid varandra. Eleverna kan nu betraktas som atomer och molekyler i ett ämne vid rumstemperatur. Om alla slutar röra på fötterna kan gruppen göras mindre. Det kan jämföras med att densiteten ökar eftersom det fortfarande är lika många elever i gruppen men de står tätare och närmare varandra. Om eleverna börjar hoppa och springa på stället, kräver gruppen mer utrymme på samma sätt som ett ämne utvidgas när atomerna och molekylerna däri har högre energi. Detta kan jämföras med att ett ämne utvidgas när temperaturen stiger. Eftersom antalet atomer och molekyler inte förändras sjunker densiteten.

s. 37 Värmeutvidgning 1

Här är det viktigt att ni använder ett smalt 10 ml mätglas. Det går att använda matolja i stället för vatten i mätglaset.

s. 37 Värmeutvidgning 2

Detta experiment kan gärna göras som demonstration, eftersom det kräver en viss vana med gasbrännare.

Vikten skall nudda vid vågen så den visar 0–5 g. När man värmer utvidgas tråden och vågen visar nära 100 g, men så fort man slutar uppvärmningen krymper tråden igen och vågen går tillbaka till 0–5 g.

Obs! Se upp med elden! När man håller en gasbrännare snett flammar den ibland upp. Använd gärna en brännare som är anpassad för att hållas i handen, t.ex. en brännare som används för crème brûlée.

s. 38 Hur överförs värme?

Golfströmmen och vattnet i ett vattenburet värmesystem fungerar också tack vare den stora energi som krävs att värma upp vattnet. Denna energi kommer omgivningen tillgodo när vattnet kyls ner tillbaka. Utan vattnets höga specifika värmekapacitet skulle varken Golfströmmen eller det vattenburna värmesystemet vara speciellt effektivt.

En direkt motsats kan nämnas, nämligen att man har vatten i kylsystem. Den energi som går åt att värma kylvattnet är den energi som annars skulle göra t.ex. en förbränningsmotor farligt het.

s. 40 Kan du segla på uppvindar?

Det här försöket kan vara svårt att få att fungera i ett laboratorium med god ventilation eftersom luften där cirkulerar maskinellt. Försök hitta något annat utrymme eller ge uppgiften som hemläxa. I stället för ett värmeelement (en radiator) kan man använda en spisplatta men då är det av brandsäkerhetsskäl mycket viktigt att vara försiktig och inte låta pappersspiralen nudda den varma plattan.

s. 42 Konstruera din egen termos.

Det här experimentet kan ni också göra som en uppfinnartävling. Vem gör den bästa termosen? 

s. 45 Läskburkarna

Det här experimentet kan läraren gärna göra som en demonstration eftersom det innehåller heta burkar och det finns en risk för att bränna sig om man är lite ovarsam. Samma burkar kan också användas för att illustrera hur de värms upp olika snabbt (se Tilläggsexperiment).

Videor:

Titta på videon om isolering. 

Titta på videon om växthuseffekten. 

s. 50 Undersök vattnets egenskaper vid olika temperaturer

Här behöver ni se upp för direkt eld mot bägaren, eftersom den lätt kan spricka. Använd hela, tjocka trådnät och en jämn, liten låga.

Diskutera temperaturkurvorna:

  • Varför är de olika branta? 
  • Vad händer med kurvan när vattnet smälter respektive kokar? 
  • Hur kan man på det här sättet se vid vilken temperatur vatten smälter respektive kokar?

Använd gärna en tillgänglig app eller ett kalkylprogram på datorn för temperaturkurvorna.

Video:

Titta på videon om experiment med vattentemperaturer. 

Visa gärna denna simulering av aggregationstillstånd för eleverna och låt dem själva testa att byta mellan olika ämnen, temperatur och aggregationstillstånd.

s. 53 Medicinmått i frysen

Tänk på att 20 ml vatten borde ge 22 ml is. Diskutera hur många procent större eller hur mycket större vattnet blir när det fryser. Jämför med en flaska som innehåller 1 liter vatten. Hur mycket större volym får isen? Fundera också på varför man inte kan frysa saft i glasflaskor.

Tilläggsexperiment till kapitel 2

Burklock 

Ni behöver lite hett vatten i en burk med metallock.

  1. Sätt en liten mängd riktigt hett vatten i en burk med metallock, dra fast locket medelhårt och placera burken kallt några timmar. Försök öppna burken. Varför är det svårt?
  2. Värm upp burken genom att låta hett vatten rinna över den. Vad händer?

Läskburkarna 2

Ni behöver de båda läskburkarna som används i experimentet Läskburkarna (s. 45), en termometer, en trefot till varje läskburk och en gasbrännare.

  1. Ta de båda läskburkarna du använde i experimentet på sidan 45. Sätt en termometer i båda burkarna och ställ dem på varsin trefot ca 20 cm från varandra. Ställ en gasbrännare mitt emellan burkarna och tänd på.
  2. Följ med hur luftens temperatur ändrar i burkarna. Vilken burk värms upp fortast?

Bildanalysfrågor

Här finns frågor som förslag till ganska fri bildanalys. Du kan använda frågeorden på pärmen, välja bland frågorna här under eller formulera helt egna frågor och funderingar.

s. 26 Inledningsbilden

Vad tror du att bilden vill visa?
Vilken del av bilden är varmast? (Obs! Solen finns mitt i bilden.)
Vilken bastutemperatur tycker du är lagom?
Vad påverkar hur mycket ånga du får i bastun?
Vilka olika termometrar finns på bilden?
Vilka andra termometrar känner du till?
Vilken temperatur är bäst för te, tycker du?
Varför har illustratören ritat att jordklotet svettas i växthuset?
Varför är växthuseffekten både bra och dålig?
Vilka gaser är växthusgaserna? / Vilka är gaserna som påskyndar växthuseffekten?
Vad har hänt med järnvägsrälsen?
Vilken betydelse har värme och kyla för din vardag?

Efter att ni har läst kapitlet:
Vilka nya ord och begrepp som du lärt dig hittar du i bilden?

s. 28 Löparbilden

Vad händer på bilden?
Vilken årstid handlar det om?
Hur känner sig åskådarna?
Vem av löparna har varmast?
Hur kan löparna svalka sig?
Vilka faktorer påverkar hur varma löparna känner sig?
Varför finns det vatten på vägen även om det finns snö i naturen?
Varför är det smart att klä sig i flera lager när det är kallt ute?

Efter att ni har läst kapitlet:
Vilka ord och begrepp som rör värme kan du använda när du beskriver bilden?

s. 44 Bild tagen med en värmekamera

Vad är det här för typ av bild?
Vilken typ av kamera har fotografen använt?
Vilken information ger det här fotot som ett vanligt foto inte ger?
Var i ansiktet är det varmast?
Var är det kallast?
Varför är inte håret varmt?
Varför lyser inte axlarna röda fast personen har varma kläder på sig?
Var kan man ha nytta av att använda en värmekamera? 
(Till exempel vid personigenkänning, säkerhet, värmeläckage i rör och installationer, fönster, dörrar, byggnader och vattenläckor.)
Till vad kan du använda en värmekamera t.ex. inom byggbranschen?
Vilken betydelse har användningen av värmekamera för samhället? 
Diskutera hur ni skulle gå tillväga om ni får i uppgift att göra ett experiment där ni testar olika vinterkläders förmåga att hålla värme.

Efter att ni har läst kapitlet:
Vilka ord och begrepp som rör värme kan du använda när du beskriver bilden?

s. 51 Aggregationstillstånden

Vad tror du bilden visar?
Vilket av de fyra tillstånden är mest obekant för dig?
Var kommer du i kontakt med vatten i de olika tillstånden?
Diskutera med en kompis och fundera ut två ämnen som i rumstemperatur är i fast form, två som är i vätskeform och två som är i gasform.
Var hittar vi ämnen i plasmaform?
Vilken skillnad i atomernas rörelse finns det mellan varje fas?
Varför börjar du frysa då du kommer upp ur vattnet även om det är en varm dag? Hur kan du förklara det fenomenet utgående från bilden om fasövergångar?

Efter att ni har läst kapitlet:
Förklara bilden så enkelt som möjligt, med så vanliga ord som möjligt.

Facit till uppgifterna på sidorna 56–57

1.
A) Värmestrålning: solen och bastuugnen.

Strömning: den varma luften i bastun strömmar uppåt, det varma kaffet i muggen gör att luften ovanför börjar strömma.

Värmeledning: värmen från elementen i ugnen leds till stenarna på ugnen och till ytterplåtarna på ugnen. Om du har varmt vatten i bastustävan så leds den värmen också upp längs med bastuskopans skaft. Det varma kaffet får muggen att värmas upp och muggen kan leda värmen vidare till underlaget. 

2.
A) metaller

B) trä, gaser tex luft, textilier (t.ex. bomull)

3.
Direktverkande el

  • Bra: Billig konstruktion.
  • Dåligt: Ganska stora uppvärmningskostnader, elproduktionen kan vara dålig för miljön och klimatet.

Oljepanna

  • Bra: Ofta vattenburet system där konsumenten samtidigt får sitt varma vatten i huset.
  • Dåligt: Ganska stora uppvärmningskostnader, olja är inte förnybart utan ett fossilt bränsle.

Flispanna eller vedpanna

  • Bra: Ved och flis är förnybara energikällor. 
  • Dåligt: Utsläpp från små flispannor och vedpannor är skadliga för miljön, även om de ved och flis inte ger lika mycket utsläpp som fossila bränslen.

Jordvärme

  • Bra: Billiga driftskostnader och bra för miljön.
  • Dåligt: Höga installationskostnader.

Luft eller vattenvärmepump

  • Bra: Bra för miljön.
  • Dåligt: Fungerar inte så bra om det är riktigt kallt.

Fjärrvärme

  • Bra: Bra för miljön om den centrala värmeproduktionen är miljövänlig.
  • Dåligt: Är inte tillgängligt överallt och kan vara dåligt för miljön om den centrala värmeproduktionen inte är miljövänligt konstruerad.

Solpanel 

  • Bra: Bra för miljön vid användning men här kan nämnas att konstruktionen och produktionen av solpaneler är en belastning för miljön.
  • Dåligt: Solen lyser kanske inte alla dagar i Finland.

4. 
Ca 38° Celsius.

7. 
Frågor att fundera på: 
Vad skulle hända med livet i våra sjöar om isen var tyngre än vattnet? 
Vilka skulle följderna vara för de djur som föder barn på isarna, t.ex. sälar och isbjörnar?
Hur skulle djur som livnär sig på fiskar få mat?

8.
A) Äggets vita och gula finns i flytande, alltså vätskeform, luftfickan under skalet finns i gasform, skalet finns i fast form.

B) Ett ägg med skal exploderar i mikrovågsugnen eftersom den flytande delen och speciellt gasdelen av ägget ökar mera i volym än skalet som är i fast form. Om du däremot knäcker ägget i ett glas så kan du tillreda det i mikrovågsugnen.

C) Ett hål i äggskalet gör att ägget inte går sönder då det kokar. Luften inuti skalet utvidgas mera än både vätskan och skalet och kan därför spränga skalet. Men om luften kan pysa ut spricker inte skalet.

Ordförklaringar

  • Aggregationstillstånd 
  • Atmosfären 
  • Bimetall 
  • Frostsprängning 
  • Fryspunkt 
  • Förnybara bränslen 
  • Icke förnybara bränslen 
  • Isolatorer 
  • Koldioxid 
  • Kondensation 
  • Smältpunkt 
  • Sublimering 
  • Värmeenergi 
  • Vätsketermometer 
  • Växthusgaser 
  • Ångbildning 
Bilaga

Pdf-dokument att skriva ut. Kontrollera inställningarna på din skrivare så att korten skrivs ut rätt. Ordet ska finnas på kortets ena sida och förklaringen på andra sidan.