Eleverne laver en model, hvor de ved hjælp af en lommelygte undersøger, hvorfor skyggen ‘peger’ i en bestemt retning, og hvordan skyggen kan ændre størrelse, afhængig af lysstrålens placering.
Man kan meget nemt foretage sammenlignende målinger på, hvor meget stråling forskellige prøver absorberer i en mikrobølgeovn. Metoden består i at placere en “detektor” bestående af en afmålt mængde tempereret vand i et glas inde i mikrobølgeovnen. Ved siden af detektoren placeres “prøven” i et andet glas. Dette kan for eksempel være et glas olie, is eller bare luft.
Skriv ned hvor meget temperaturen steg i detektoren for de forskellige prøver. Lav en tabel, der viser forskellene.
Prøv at læse lidt om de forskellige substanser du målte på og se, om du kan forklare forskellene i, hvor gode de var til at absorbere mikrobølgerne.
Når mikrobølgeovnen tændes, vil både detektor og prøve absorbere mikrobølgestrålingen, hvorved temperaturen stiger. Jo mere stråling, der absorberes i prøven, des mindre stråling vil der absorberes i detektoren.
I praksis lader man altså ovnen køre i et bestemt tidsrum, og så måler man detektorens temperaturstigning.
Mikrobølgerne påvirker alle polære molekyler, hvilket typisk vil betyde de vandmolekyler, der findes i vores madvarer. Vandmolekylet har en positiv og en negativ ende, og når molekylet udsættes for mikrobølgernes elektriske felt, vil det begynde at rotere i takt med, at feltet svinger. Disse svingninger omsættes til varme, idet vandmolekylerne “gnider” op ad hinanden (friktion).
Man kan nu måle, hvor gode/dårlige forskellige stoffer er til at absorbere mikrobølger. Prøv for eksempel at sammenligne et glas med is, olie, vand og luft. Vandet, som består af polære molekyler, vil absorbere mest stråling. Isen absorberer ikke ret meget, da vandmolekylerne ikke kan rotere frit i krystallen.
Da metalvæggene i mikrobølgeovnen reflekterer strålingen, vil der inde i ovnen dannes et kompliceret interferensmønster. Det betyder, at feltstyrken ikke er konstant inde i ovnen: Nogen steder er der kraftigt felt, og andre steder er der svagt felt. For at kompensere for dette placeres maden typisk på en roterende plade. Enkelte ovntyper har desuden en roterende metalpropel, der reflekterer strålingen rundt i ovnen.
“How microwave cooking works”(Howstuffworks.com)
Kort introduktion til mikrobølgeovne
Simulering af vandmolekyler udsat for mikrobølger
Kemisk forklaring af opvarmning med mikroovn
D.A. Wardle: “Absorption of microwaves in the microwave oven”, The Physics Teacher 39, 210 (2001). (Metode til at måle kvantitativt på mængden af absorberet stråling via temperaturændring i et glas vand). (https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.1367785).
PIRA DCS: 5N10.00 (Elektricitet og magnetisme: Elektromagnetisk stråling).
I forsøget benyttes en mikrobølgeovn, en analog høj-teknologi. En mikrobølgeovn varmer maden ved at bestråle den med mikrobølgestråler, der har en frekvens ved 2450MHz.
Mikrobølgerne påvirker alle polære molekyler, hvilket typisk vil betyde de vandmolekyler, der findes i vores madvarer. Polære molekyler har en positiv og en negativ ende, og når molekylet udsættes for mikrobølgernes elektriske felt, vil det begynde at rotere i takt med, at feltet svinger. Disse svingninger omsættes til varme, idet vandmolekylerne “gnider” op ad hinanden (friktion).
Prøv at udføre forsøget med forskelligt indhold i prøven. Din variabel er indholdet.
Virkningsfuld kompetenceorienteret naturfagsundervisning indeholder bl.a. elementer af problembaseret og elevstyret undervisning. Et greb, du som underviser kan bruge, er at implementere åbenhed ved at stilladsere undersøgelserne med frihedsgrader.
Problembaseret og elevstyret undervisning er kendetegnet ved, at eleverne arbejder selvstændigt med egne undersøgelser. Eleverne skal finde egne svar, og det skal ikke være givet på forhånd, hvad de skal. Eleverne skal ikke reproducere eller genskabe allerede eksisterende undersøgelser.
Som underviser udvælger du en grad af frihed samt hvilket trin, den skal implementeres i. Astra opdeler en undersøgelse i følgende seks trin, hvor du kan arbejde med implementering af frihedsgrader.