Gå til hovedindhold

Brandvarm airhockey

De fleste har prøvet at spille airhockey. Men det er måske ikke alle, der har tænkt over, hvorfor pucken kan bevæge sig så let hen over bordet. Det er fordi, den i virkeligheden svæver på en luftpude og slet ikke er i kontakt med bordoverfladen. Det samme kan ske med vanddråber, hvis de ligger på en meget varm overflade. På den måde kan man lave sin helt egen version af brandvarm airhockey.
 

Teknologi eller teknisk udstyr der bruges i forsøget

Pipetter er teknisk udstyr. De bruges til at flytte væsker fra et sted til et andet. En plastikpipette eller en pipettebold presses sammen og pipettens spids placeres i væsken. Når pipetten eller bolden slippes skabes et undertryk i pippetten. Dette forårsager, at væsken bliver suget op i pipetten.

En bunsenbrænder er en analog lav-teknologi. Den har en ventil til lufttilførsel, som kan blandes med gassen inden afbrænding. Læs mere om bunsenbrænderen her

Inspiration til variable du kan arbejde med i forsøget

Prøv at dryppe vandet ned i en kold gryde. Din variabel er gryens temperatur.

Prøv at ændre på mængden af vand du hælder i gryden. Din variabel er mængden af vand.


Vejledning til forsøget


VIGTIGT - læs dette sikkerhedsafsnit inden du går i gang

Gryden bliver MEGET varm. Pas derfor godt på - og lad være med at gå rundt med gryden efter forsøget. Der må aldrig hældes mere end 5 ml (få dråber) vand i gryden ad gangen.

Materialer du skal bruge

  • En gryde
  • En engangspipette
  • En lille smule vand i et glas
  • Et komfur eller en bunsenbrænder

Aktivitetsvejledning

  1. Sæt gryden på et komfur eller en bunsenbrænder og tænd.
  2. Lad den tomme gryde stå et minuts tid på høj varme.
  3. Sug en lille mængde vand fra glasset op i pipetten og lad én dråbe dryppe ned i den varme gryde. Hvis dråben forsvinder med et svits, er gryden ikke varm nok endnu.
  4. Vent yderligere et par minutter.
  5. Prøv at tilsætte én dråbe vand igen. Hvis du nu ser dråben skøjte rundt oven på overfladen af gryden, er forsøget allerede i fuld gang. 
  6. Hæld nu ca. 3-5 ml vand fra pipetten ned i gryden. Du må aldrig hælde vand direkte fra glasset i så varm en gryde - brug pipetten.

Dataopsamling

Prøv at svare på følgende spørgsmål:

  • Hvorfor glider noget let på en pude af luft?
  • Ved du hvad gnidningsmodstand er?
  • Hvad tror du, der sker med vandet, når det forsvinder?
  • Hvis du prøver at dryppe vand i en kold gryde, virker det lidt som om, at vandet klistrer til grydens overflade. I den meget varme gryde perler vandet rundt som små eller større kugler. Kan du regne ud, hvorfor vandet kan bevæge sig så hurtigt?
  • Hvis du hælder for meget vand i, forsvinder vandet meget hurtigt. Hvorfor tror du, det sker?

Faglig forklaring

Vi siger normalt, at vand koger ved 100 grader celsius (ved et tryk på 1 atm). Vanddamp er en gas, der består af de vandmolekyler, der er sluppet fri af vandets overflade. Når vanddråben rammer den varme gryde, bliver der overført energi i form af varme fra gryden til dråben, så dråbens underside varmes op til kogepunktet og begynder at fordampe. Dampen danner nu en luft-pude (et damplag) under dråben, som løfter dråben en lille smule op i luften. Det er ikke mere end mellem 0,1 og 0,2 mm, men det er nok til, at der ikke længere er direkte kontakt mellem gryden og dråben.

Derfor fordamper dråben kun meget langsomt, og det er også derfor, at den kan fise hurtigt rundt – fuldstændigt som en puck i et spil airhockey! Man kalder det Leidenfrost-effekten efter Johann Gottlob Leidenfrost, der i 1756 var den første til at beskrive fænomenet i en artikel.

Tegningen illustrerer en dråbe væske på en varm overflade, der bliver holdt oppe af et lag damp:

Supplerende uddybning

Når vand fordamper, kommer det til at fylde 1000 gange mere end på væskefasen. Det er en del af forklaringen på, at der ikke behøver at fordampe ret meget vand, før der er nok til at lave et damplag/luftpude under dråben.

Over vandets normale kogepunkt bliver kontakten, og dermed varmeoverførslen mellem dråben og metallet, dårligere og dårligere indtil man til sidst når Leidenfrost-punktet. Her er der næsten ingen varmeoverførsel mellem gryden og dråben, fordi dampens varmeledningsevne er langt mindre end vandets.

Hvis I har mulighed for at måle temperaturen på panden med fx et lasertermometer, kan I undersøge, hvor stor indflydelse temperaturen har på levetiden af dråberne. Omkring Leidenfrost-punktet (som ca. er 200°C) ser man den længste levetid af dråberne.

Leidenfrost-effekten er også tydelig ved flydende nitrogen. Hældes det ud på en plan flade, bevæger det sig ligesom vandet, stort set uden gnidningsmodstand. Du kan se et eksempel på, hvordan flydende nitrogen bevæger sig på et bord her. Hvis man har et godt kamera, kan man iøvrigt være heldig at opfange nogle geometriske figurer, der opstår, når vandet oscillerer (bevæges periodisk). Man kalder dem for Leidenfrost-stjerner. Se fx. denne video.

En stærkt anbefalelsesværdig og velskrevet artikel af Jearl Walker om Leidenfrost-effekten kan læses i denne engelske artikel.

Temarelation
Taber man en vanddråbe på en 100 grader varm kogeplade, så fordamper den hurtigt. Men når pladen bliver dobbelt så varm, kan vanddråben bevæge sig på pladen i længere tid. At man over kogepunktet for vand skulle kunne holde vanddråber i flydende form med kun meget lille fordampning, er vist meget lidt intuitivt.