Gå til hovedindhold

Kulde fra en sodavand

Inden du starter

Det kan du bruge:

  • En sodavand på flaske
  • En sodavandsåbner
  • En god lyskilde
  • En regnemaskine (som skal kunne regne med potenser)
  • Et stykke papir

Pris pr. forsøg:
8 kr.

Sådan gør du

  1. Send en sodavand rundt og bed eleverne kigge på væsken og kommentere hvad de ser. Formodentlig ser de ikke noget andet end farvet vand.
  2. Åbn den halvlunkne sodavand sådan at tilskuerne ser luften over sodavanden i modlys. Den giver lyd fra sig og det vælter op med bobler, kuldioxid (CO2), som går fra opløst tilstand til gas tilstand. Samtidig dannes der et kort øjeblik en lille tåge/sky i luften over sodavanden. Forsøget gentages indtil der er sodavand nok til alle.
  3. Beregn nu temperaturen over sodavanden, i det øjeblik den åbnes. Det gøres vha. nedenstående formler.

Hvad tror du?

  • Hvorfor falder temperaturen når trykket falder?

Forklaring

I en sodavand er der et stort overtryk på grund af den opløste kuldioxid (CO2) i sodavanden. Det er bobler af kuldioxid, som får en sodavand til at bruse, så det kilder i næsen. Afhængigt af sodavandsmærket og temperaturen af sodavanden er overtrykket i en sodavand i størrelsesordenen 2 atmosfærer. Da der er tale om overtryk, skal man lægge atmosfærens tryk på 1 atmosfære til for at få det faktiske tryk. Når sodavanden bliver åbnet falder trykket fra 3 atmosfærer til 1 atmosfære (=100 kPa). Trykfaldet får luften til at udvide sig, og samtidig afkøles den ganske meget. Hvor meget kan man regne ud ved hjælp af følgende formel. Men prøv først at lade eleverne gætte, hvor kold luften kortvarigt bliver lige over sodavanden:

p(-2/7) · T = konstant*, hvor p er trykket og T den absolutte temperatur i grader kelvin. Omregningen mellem grader celcius og grader kelvin er givet ved: T (oC) = T (K) - 273

Når p(-2/7) gange T er konstant betyder det, at p(-2/7) · T FØR sodavanden åbnes er lig med p(-2/7) · T EFTER sodavanden er blevet åbnet. Tal for en halvlunken sodavand er følgende:

p(før) = 3 atmosfærer = 300 kPa, T(før) = 25oC = 298 K og p(efter) = 1 atmosfære = 100 kPa. Herved opnås følgende sammenhæng:

300(-2/7) · 298 = 100(-2/7) · T

p(-2/7) er det samme som 1/p(2/7) og heraf følger, at:

1/300(2/7) · 298 = 1/100(2/7) · T

Ganges der nu med 100(2/7) på begge sider af lighedstegnet, fås:

100(2/7)/300(2/7) · 298 = T

Hvilket betyder, at temperaturen af gassen bliver:
T = 217,7 K ˜ -55oC
Trykket i en sodavand falder altså til 1/3 (fra 3 til 1 atmosfærer), når den åbnes. Og samtidig bliver luften kortvarigt isnende kold, minus 55o celcius.

EKS: Når man letter i en flyvemaskine er lufttrykket udenfor 1 atmosfære. I 10 km's højde, som er normal flyvehøjde for en jetpassagermaskine, er lufttrykket udenfor maskinen faldet til ca. 1/3 af trykket ved jordoverfladen. Inde i flyet fastholdes trykket på ca. 75% af 1 atmosfære, fordi kabinen er en såkaldt trykkabine, der opretholder et højt lufttryk. Så højt skal man altså op for at få det samme trykfald som i en sodavandsflaske, der åbnes. Udenfor flyet i godt 10 km's højde er luften også isnende kold, -40oC. Flyvehøjden 10 km er kun lidt mere end toppen af Mount Everest i Himalaya (8850 m), Jordens højeste punkt.

De fleste skyer dannes ved, at luft fra lave højder løftes op til højere højder. Luften bevæger sig derved fra et højt tryk til et lavt tryk. Når det sker, falder temperaturen og vanddampen i luften kan ikke længere holde sig som gasform. Den overskydende vanddamp fortættes og viser sig som skyer evt. med nedbør, eller i sodavanden som en lille tåge et kort øjeblik efter at den er åbnet.

* Formlen gælder for en såkaldt adiabatisk proces. Det vil sige en proces, hvor der ikke sker varmeudveksling med omgivelserne. Hvis sodavanden åbnes hurtigt, vil der være et kort øjeblik, hvor der endnu ikke har være udvekslet varme med omgivelserne, men allerede efter et sekund eller to er gassen blevet opvarmet og skyen fordampet igen.