I dette forsøg kan du regne ud, hvor kold luften bliver lige over sodavanden, når den åbnes!
Beregn nu temperaturen over sodavanden, i det øjeblik den åbnes. Det gøres vha. formlerne under fanen “Faglig forklaring”.
Hvorfor falder temperaturen, når trykket falder?
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.
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.
p(-2/7) · T = konstant*, hvor p er trykket, og T den absolutte temperatur i grader kelvin. Omregningen mellem grader celsius 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 celsius.
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.
En lommeregner er en digital højteknologi, Den indeholder bl.a. en mikroprocessor, der ved et elektrisk input kan behandle signalet og spytte det ud ved output på displayet. Læs mere her
Prøv at veje sodavanden før og efter, du har åbnet den. Din variabel er, hvor længe du har haft den åben.
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.
Tilmeld dig Astras nyhedsbrev og få ny inspiration til din undervisning i naturfag og naturvidenskab - herunder de nyeste Testotek-undersøgelser