You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
KOSMOS<br />
GRUNDBOG B<br />
ERIK BOTH<br />
HENNING HENRIKSEN
Indhold<br />
Sol, Måne og stjerner · 6<br />
Himlen er over os · 8<br />
Solsystemet · 12<br />
Jorden og Månen · 16<br />
Formørkelser og tidevand · 20<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Truslen fra rummet · 24<br />
Magnetisme · 28<br />
Magneter · 30<br />
Magneter og elektrisk strøm · 35<br />
Anvendelse af magnetisme · 40<br />
Målemetoder i fysik · 43<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Hjertestarteren · 46<br />
Energi · 50<br />
Energiens mange former · 52<br />
Energibevarelse og varme · 55<br />
Energi i samfundet · 58<br />
Energiforbrug · 61<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Krop og energi · 64<br />
Lyd og lys · 68<br />
Lyd · 70<br />
Lys · 74<br />
Anvendelser af “lys” · 79<br />
Anvendelser af “lyd” · 83<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Alle regnbuens farver · 86
e<br />
5 P<br />
33 As<br />
16 S<br />
34 Se<br />
T k = –3<br />
d = 2,95 g/L<br />
2 Arsen<br />
8<br />
18<br />
4<br />
T : sublimerer<br />
14 °C<br />
m3 2 Selen<br />
8<br />
18<br />
5<br />
T = 221 °C<br />
s<br />
T = 685 °C<br />
k<br />
d = 4,79 g/cm 3<br />
sphor<br />
T = 44,2 °C<br />
s<br />
T = 280 °C<br />
k<br />
d = 2,34 g/cm<br />
Tellur<br />
3<br />
2 Sv<br />
8<br />
5<br />
T = 119 °C<br />
s<br />
T = 445 °C<br />
k<br />
d = 2,07 g/cm 3<br />
g/L<br />
Te<br />
2 Brom<br />
8<br />
18<br />
6<br />
T = –7,2 °C<br />
s<br />
T = 58,8 °C<br />
k<br />
d = 3,12 g/cm 3<br />
35 Br<br />
2 Iod<br />
8<br />
18<br />
18<br />
T = 114 °C<br />
s<br />
184 °C<br />
/cm 3<br />
18<br />
18<br />
7<br />
53 I<br />
2 K<br />
8<br />
18<br />
7<br />
T = –157 °C<br />
s<br />
T = –153 °C<br />
k<br />
d = 3,48 g/L<br />
36 Kr<br />
2<br />
8<br />
Xenon<br />
54 Xe<br />
T s = –11<br />
T k = –<br />
d =<br />
2<br />
Luft · 90<br />
Nitrogen og oxygen · 92<br />
Carbondioxid, CO 2 · 96<br />
Hydrogen · 99<br />
Ædelgasserne og kemisk binding · 102<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Kan kæmpeinsekterne komme igen? · 106<br />
Metaller og ioner · 110<br />
Metaller og legeringer · 112<br />
Metalteknologi · 116<br />
Ioner · 120<br />
Metallerne – udvinding og genbrug · 124<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Guld til nytte og til pynt · 128<br />
Syrer og baser · 132<br />
Syrer og baser · 134<br />
Syrer, pH og neutralisation · 138<br />
Katalysatorer og enzymer · 142<br />
Farlige stoffer · 145<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Syre i maven · 148<br />
Global miljøkemi · 152<br />
Fossile brændstoffer og biogas · 154<br />
Carbon-kredsløbet · 158<br />
Luftforurening og ozon · 162<br />
Drivhuseffekt og klimaændringer · 166<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Graffiti på himlen · 170<br />
Stikord · 174<br />
Litteratur · 176<br />
Fotoliste · 177<br />
Det periodiske system · 178
Forord<br />
Fra kaos til KOSMOS<br />
Naturvidenskabelig forskning drejer sig om at forstå verden.<br />
Ved at undersøge naturen får forskerne viden fx om opbygning<br />
af Solsystemet, om jordmagnetismen, om stoffets mindste<br />
bestanddele og om kemiske processer. Denne viden gør<br />
det muligt at forudsige, hvad der vil ske i bestemte situationer,<br />
der spænder så vidt som forudsigelser af tidspunktet for<br />
kommende solformørkelser og produkterne ved nye kemiske<br />
processer. Ved at lave eksperimenter spørger forskerne naturen.<br />
Og naturen giver et svar, der kan anvendes bl.a. til gavn<br />
for samfundet.<br />
I den anden bog i fysik- og kemisystemet KOSMOS er der<br />
både traditionelle og mere moderne emner. I fysik lærer man<br />
bl.a. om lyd og lys, om elektriske og magnetiske kræfter og om<br />
energi. I kemi lærer man om de kemiske stoffer i luften, om<br />
metallerne og om syrer og baser. Globale miljøproblemer<br />
behandles med dagsaktuelle emner som klimaændringer, forureningsbekæmpelse,<br />
genbrug og en bæredygtig energiforsyning.<br />
Astronomien behandler Universets og Solsystemets<br />
opbygning. I astronomi sættes vores tilværelse i perspektiv ved<br />
at betragte hændelser med en tidshorisont, der er langt, langt<br />
større end et menneskeliv. Samlet dækker kapitlerne de krav,<br />
der stilles til undervisningen i fysik/kemi.<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong> artiklen i kapitel 2, Hjertestarteren er skrevet af<br />
overlæge, dr.med. Steffen Helqvist, Rigshospi<strong>tale</strong>t.<br />
Fysik- og kemisystemet KOSMOS har en hjemmeside,<br />
www.kosmos.gyldendal.dk, med et væld af digi<strong>tale</strong> ressourcer.<br />
Hjemmesiden indeholder bl.a. videoer af grundbogens eksperimenter,<br />
animationer, illustrationer og opgaver, der støtter<br />
undervisningen i fysik/kemi.<br />
4
Sådan bruges bogen<br />
Appetitvækker<br />
Hvert kapitel indledes med en appetitvækker,<br />
hvor I kan læse en kort tekst om emnet. I appetitvækkeren<br />
findes også en række spørgsmål, der<br />
besvares i kapitlet.<br />
Grundbogens tekst<br />
I kan læse hvert kapitel som en sammenhængende<br />
tekst. På den måde kommer I gennem emnet<br />
på en overskuelig måde. I kan også vælge at bruge<br />
bogen som opslagsbog, efterhånden som I laver<br />
øvelser og eksperimenter.<br />
Nyttige oplysninger og sidehistorier<br />
Mange steder i bogen er der oversigter med forklaringer<br />
over de faglige ord, der bruges. Der er<br />
også små historier om fx opfindelser, videnskabsmænd<br />
eller moderne forskning.<br />
Eksperimenter og andre aktiviteter<br />
I kopimappen findes mange forskellige øvelser til<br />
hvert kapitel. I grundbogen findes også vejledninger<br />
til eksperimenter, som klassen kan lave<br />
sammen. Efter mange afsnit er der en lille rød trekant<br />
med en henvisning til øvelser, der passer til<br />
netop dette sted i teksten.<br />
Ikonet fortæller, at der er video af ekspe-<br />
<br />
rimentet på www.kosmos.gyldendal.dk,<br />
hvis skolen har købt abonnement. Videoen<br />
giver mulighed for eleverne til at se<br />
eksperimentet igen.<br />
5<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong><br />
Cafe <strong>Kosmos</strong> er artikler om forskellige emner inden<br />
for fysik, kemi og astronomi. Her kan I finde ny<br />
viden især om praktiske anvendelser af naturvidenskaben.<br />
I denne bog fortæller Cafe <strong>Kosmos</strong> om så<br />
forskellige emner som hjertestartere, guld og forurening<br />
fra jetfly.<br />
Det ved du nu<br />
Til sidst i hvert kapitel findes en oversigt over,<br />
hvad I nu ved efter at have læst kapitlet.<br />
Prøv dig selv<br />
Når I skal finde ud af, hvor meget I har lært, kan<br />
I bruge siden ‘Prøv dig selv…’. Ved at svare på<br />
spørgsmålene og arbejde med udfordringerne bliver<br />
det tydeligt, hvor meget I har lært.<br />
God fornøjelse med KOSMOS.<br />
Erik Both · Henning Henriksen
Sol, Måne
og stjerner<br />
HIMLEN OVER OS<br />
SOLSYSTEMET<br />
JORDEN OG MÅNEN<br />
FORMØRKELSER OG TIDEVAND<br />
CAFE KOSMOS: TRUSLEN FRA RUMMET<br />
I gamle dage kunne man ikke forstå, hvorfor Solen en sjælden<br />
gang formørkedes, så det blev mørkt et par minutter midt på<br />
dagen. Man kunne heller ikke forstå, hvorfor Månen skiftede<br />
form, og hvorfor alle stjerner bevægede sig i cirkelbaner omkring<br />
Nordstjernen. Nu kan alt dette forklares.<br />
Kapitlet beskriver vores plads i Solsystemet og i Universet.<br />
Kapitlet fortæller om Solen, om Månens faser og om stjernernes<br />
bevægelse. Tidevand, sol- og måneformørkelser forklares.<br />
Men kapitlet stiller også spørgsmål. Er der langt borte planeter<br />
som vores egen jordklode? Kan Jorden blive ramt af et stort<br />
himmellegeme?<br />
Hvad er et stjerneskud?<br />
Hvordan kan man finde ud af, at Jorden er rund?<br />
Hvad er et stjernebillede?<br />
Hvad er en meteor?<br />
Hvorfor er der tidevand?<br />
7
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
På billedet af nattehimlen har kameraet<br />
været åbent i fire timer. Stjernerne bevæger<br />
sig rundt i cirkelbuer, der alle har samme<br />
centrum Dette centrum ligger meget tæt<br />
ved Nordstjernen. Hvis stjernerne var synlige<br />
om dagen, ville man se, at hele turen rundt<br />
i cirklen tager et døgn.<br />
Himlen over os<br />
Kigger man om natten op mod himlen, kan man uden kikkert<br />
se mere end tusind lysende prikker. Er Månen ikke fremme,<br />
og har man været længe ude, så øjnene er vænnet til mørket,<br />
kan man se endnu flere. Om vinteren over to tusind stjerner.<br />
Men med gode kikkerter bliver det tal langt, langt større. I hele<br />
Universet er der så mange stjerner, at deres antal skal skrives<br />
som et tal med omkring 20 cifre!<br />
Stjernernes bevægelse<br />
Om natten kan man se, at stjernerne bevæger sig i cirkler på<br />
himlen. Om dagen bevæger Solen sig på samme måde. Solen<br />
er nemlig også en stjerne. Den er bare tættere på os. Der findes<br />
milliarder af stjerner, der er helt som “vores” sol.<br />
I meget gamle dage mente man, at Solen og stjernerne<br />
bevægede sig rundt om Jorden. Man troede, at det var højere<br />
magter, der styrede deres bevægelse. I dag ved vi, at bevægelsen<br />
hen over himlen skyldes, at Jorden drejer omkring sig selv.<br />
Solen og stjernerne flytter sig ikke. Det ser bare ud, som om<br />
de flytter sig.<br />
Her fra Jorden ser det ud, som om stjernerne bevæger sig i<br />
en cirkelbevægelse med centrum ved Nordstjernen. Det skyldes,<br />
at Jorden drejer om en akse, der går gennem Nord- og<br />
Sydpolen. Og Nordstjernen ligger på denne akse.<br />
En tur hele vejen rundt i cirklen varer et døgn, fordi en hel<br />
omdrejning af Jorden varer et døgn. Nordstjernen flytter sig<br />
ikke, men alle andre stjerner bevæger sig. Står man på<br />
Nordpolen, vil Nordstjernen stå lige over hovedet. Man siger,<br />
at Nordstjernen her står i zenit. Det punkt på himmelkuglen,<br />
der er lodret over et bestemt sted, kaldes nemlig zenit.<br />
Jorden roterer<br />
En tur rundt om Jorden ved Ækvator er på 40 000 km. På et<br />
døgn har en person på Ækvator altså flyttet sig 40 000 km.<br />
Farten er derfor næsten 1700 km/t. Det er dobbelt så hurtigt,<br />
som et jetfly bevæger sig. Her i Danmark er farten lavere,<br />
omkring 950 km/t. Drejer du på en globus, vil du opdage,<br />
hvorfor vi her i Danmark ikke bevæger os så hurtigt som folk<br />
ved Ækvator.<br />
8
Æ K V AT O R<br />
Altair<br />
SVANEN<br />
Vega<br />
Deneb<br />
Arcturus<br />
ANDROMEDA<br />
M31<br />
CASSIOPEIA<br />
Capella<br />
Nordstjernen<br />
LILLE BJØRN<br />
Castor<br />
STORE BJØRN<br />
(KARLSVOGNEN)<br />
LØVEN<br />
E K L I P T I K A<br />
Regulus<br />
Det er underligt at forestille sig, at Jorden roterer, uden at<br />
vi mærker den høje fart. Kører man i en bil med konstant fart,<br />
mærker man heller ikke, hvor hurtigt der køres. Man kan kun<br />
mærke ændringer i farten. I gamle dage kunne man ikke forestille<br />
sig, at man kunne bevæge sig så hurtigt uden at mærke<br />
det. Derfor troede man, at det var Solen og stjernerne, der flyttede<br />
sig.<br />
Stjernebilleder<br />
Kigger man op på himlen, ser stjernerne ud til at sidde i et fast<br />
mønster. Afstandene mellem stjernerne ændrer sig ikke. Derfor<br />
kaldes stjernerne også fiksstjerner. Det betyder faste stjerner,<br />
der ikke ændrer deres plads i forhold til de andre stjerner.<br />
Grupper af kraftigt lysende stjerner, der ligger tæt ved hinanden,<br />
har fået navne efter især dyr. Men fantasien skal være<br />
Aldebaran<br />
Bellatrix<br />
Pollux<br />
9<br />
ORION<br />
Betelgeuze<br />
TVILLINGERNE<br />
Procyon<br />
Rigel<br />
Astrologi<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Stjernene på den<br />
nordlige halvkulge<br />
Stjernekortet viser himlen,<br />
med Nordstjernen i centrum.<br />
Karlsvognen, Orion og<br />
Cassiopeia er de mest kendt<br />
stjernebilleder. De er også<br />
de nemmeste at finde. Det<br />
tågede bånd er Mælkevejen.<br />
Det er en såkaldt galakse.<br />
Dette navn stammer fra det<br />
græske ord for mælk.<br />
Mælkevejen kan nemlig<br />
med god fantasi ligne spildt<br />
mælk.<br />
I gamle dage troede man, at Solens og<br />
planeternes bevægelse havde betydning for<br />
hændelser her på Jorden. Det blev kaldt<br />
astrologi. Der findes stadig overtroiske<br />
mennesker, der mener, at det stjernebillede,<br />
der var lige bag Solen, det øjeblik de blev<br />
født, har betydning for, hvad der sker dem<br />
senere i livet. Astrologernes 12 ”stjernetegn”<br />
er navnene på de stjernebilleder,<br />
der for 2000 år siden var bag Solen i årets<br />
12 måneder.
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Et lysår<br />
Astronomerne benytter en særlig enhed<br />
for længde, nemlig et lysår. Det er den<br />
strækning, lyset bevæger sig på et år.<br />
1 lysår er 9 460 000 000 000 km eller<br />
9,46 · 1012 km.<br />
Afstanden til Månen er lille i denne enhed.<br />
Kun 4 · 10 –8 lysår eller 0,00000004 lysår.<br />
Det kan også skrives som 1,3 lyssekund.<br />
En laserstråle fra Jorden er altså 1,3 sekund<br />
om at nå op til Månen.<br />
Afstanden til den nærmeste stjerne er<br />
4,3 lysår. Med moderne teleskoper kan man<br />
se ud til stjernetåger, der ligger 13 milliarder<br />
lysår væk. Det er ca.<br />
120 000 000 000 000 000 000 000 000 m.<br />
Universet er meget stort.<br />
Mælkevejen<br />
Om vinteren kan man på klare nætter se<br />
et tåget bånd strække sig hen over himlen.<br />
Det er Mælkevejen, en samling af flere<br />
milliarder stjerner. Vores sol er blot en af<br />
Mælkevejens mange stjerner. Fordi alle stjerner<br />
i Mælkevejen ligger i et fladt område,<br />
ses Mælkevejen som et bånd på himlen.<br />
Det er helt på samme måde som det “flade<br />
solsystem”. Billedet viser en fjern galakse.<br />
Sådan ville Mælkevejen se ud, hvis man<br />
så på den fra en anden galakse langt borte<br />
i Universet.<br />
god, hvis man på himlen skal finde en lille bjørn, en svane eller<br />
en løve, som er nogle af de dyr, der har givet navn til stjernebilleder.<br />
I Danmark kan man se godt 60 stjernebilleder. Mest<br />
kendt er Karlsvognen, der er en del af Store Bjørn. Andre kendte<br />
stjernebilleder er Cassiopeia og Orion.<br />
Der er meget langt ud til stjernerne. Fra de nærmeste stjerner<br />
har lyset været mere end fire år undervejs til os. Fra de fjerneste<br />
synlige stjerner har turen varet omkring tusind år. Det er<br />
altså “lys fra gamle dage”, der stråler ned til os på en vinternat.<br />
Vi ser ikke disse stjerner, som de ser ud i dag, men som de var<br />
for tusind år siden.<br />
Lyset fra stjernerne bevæger sig hurtigt. I <strong>Kosmos</strong> Grundbog<br />
A blev fortalt, at lyset bevæger sig med farten 300 000 km/s.<br />
Kunne man sende en lysstråle rundt om Jorden, ville strålen<br />
kunne nå mere end syv gange rundt på bare et sekund.<br />
Kopiark 1.1 og 1.2<br />
Planeternes bevægelse<br />
Fiksstjernerne sidder på faste pladser på himlen. Fotograferer<br />
man himlen med et par dages mellemrum, vil man opdage, at<br />
nogle lysende prikker ikke sidder på faste pladser. Det er planeterne.<br />
Ordet planet betyder vandrestjerne. Planeterne lyser,<br />
fordi Solen skinner på dem.<br />
Planeterne flytter sig med forskellig fart på himlen. De fjerneste<br />
planeter bevæger sig kun langsomt i forhold til stjernerne.<br />
Alle syv planeter ser ud til at bevæge sig næsten i samme bane på<br />
himlen. Det skyldes, at Solsystemet er næsten helt “fladt”.<br />
Solen sidder i midten af Solsystemet, og alle planeter bevæger<br />
sig rundt om Solen i baner, der er ellipser. En ellipse er en<br />
fladtrykt cirkel. Alle planeter ligger i et fladt område, dvs. i<br />
samme plan. Den kaldes ekliptika.<br />
Jordens bevægelse<br />
Jorden er også en planet. Den bevæger sig derfor i samme plan<br />
som de andre planeter. Set fra Jorden bevæger Solen sig også<br />
rundt i ekliptika. Den tur varer nøjagtig et år.<br />
Man kan naturligvis ikke se stjernerne, mens Solen er på<br />
himlen. Solens lys er for kraftigt. Men kender man både stjernekortet<br />
og Solens bevægelse om dagen, kan man ud fra nattehimlen<br />
beregne Solens position i ekliptika. Så kan astrono-<br />
10
EKSPERIMENT<br />
merne helt præcist bestemme det stjernebillede, der ligger lige<br />
bag Solen.<br />
Vores sol ligger i udkanten af Mælkevejen, og de stjerner,<br />
der kan ses på himlen, er andre sole, der ligger tæt ved os i<br />
Mælkevejen. De ligger i det flade område, men lidt ”over eller<br />
under” Solen. Når man kigger på langs ind i Mælkevejen, ses<br />
mange stjerner. De danner det tågede bånd på himlen.<br />
En galakse er en samling af mange stjerner. Mælkevejen er<br />
det danske ord for “vores” galakse. Der findes milliarder af<br />
galakser. De nærmeste af dem kan ses med en almindelig kikkert,<br />
men de fjerneste kan kun ses med et stort teleskop. Fra<br />
nogle galakser har lyset været 13 milliarder år om at nå frem<br />
til os. Det er længe siden, for Solen og Jorden blev først dannet<br />
for 4,5 milliarder år siden.<br />
Kopiark 1.3<br />
11<br />
Tegn en planetbane<br />
Nyttige oplysninger<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Planeterne bevæger sig ikke i cirkelbaner, men<br />
følger ellipser, der er fladtrykte cirkelbaner.<br />
Tegn planetbaner på gulvet i klassen eller i<br />
skolegården. Benyt en snor, hvis ender er bundet<br />
sammen. Snoren lægges stramt rundt om to<br />
faste punkter. Det kan være to pinde, der holdes<br />
fast. Når et stykke kridt anbringes ved snoren,<br />
så de to dele af snoren er stramme, kan man<br />
tegne en ellipse.<br />
Hvis snorens samlede længde er 6,0 m, og afstandene<br />
mellem pindene er 10,0 cm, får ellipsen<br />
form som Jordens bane. Solen befinder sig ved<br />
den ene af pindene. Jorden har her størrelse som<br />
en lille appelsin. Skal man vise Mars’ bane, skal<br />
snoren være 9,0 m og afstanden mellem pindene<br />
84 cm. Mars’ bane er mere fladtrykt end Jordens.<br />
Man skal have et godt øjemål for at se, at<br />
banerne for Jorden og Mars ikke er cirkler.<br />
Måler man banens diameter forskellige steder,<br />
vil man opdage, at der ikke er <strong>tale</strong> om en cirkel.<br />
Hvis snorlængden er 6,0 m og afstanden mellem<br />
pindene er 2,7 m, får man en ellipse i stil med<br />
den bane en komet (se side 14) vil følge.<br />
Solen er en stjerne blandt milliarder af<br />
andre i Mælkevejen.<br />
På nattehimlen er der fiksstjerner. De sidder<br />
i et fast mønster, de såkaldte stjernebilleder.<br />
Mælkevejen, der ses som et tåget bånd på<br />
himlen, består af milliarder af stjerner. Solen<br />
ligger i udkanten af Mælkevejen.<br />
Planeter er himmellegemer, der bevæger sig<br />
rundt om Solen i ellipseformede baner.<br />
Planeterne flytter sig på nattehimlen tæt på<br />
en linje, der kaldes ekliptika.
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
I en brintbombe sker der samme proces som<br />
i Solens indre. Hydrogen omdannes til helium.<br />
I kemiske processer forsvinder grundstofferne<br />
ikke. Men er temperaturen meget høj, kan der<br />
foregå processer, hvor to atomkerner smelter<br />
sammen, og danner et nyt grundstof. Samtidig<br />
udvikles der megen energi i form af varme.<br />
Solsystemet<br />
Solsystemet består af Solen, otte planeter, et par dværgplaneter<br />
samt af mange kometer og asteroider. Solen sidder midt i<br />
Solsystemet. Det er tiltrækningskraften fra Solens store<br />
masse, der holder planeterne og de andre himmellegemer i<br />
deres baner. Og det er strålingen fra Solen, der er årsag til, at<br />
der findes liv på vores planet, Jorden.<br />
Solen<br />
Solen blev dannet for 4,5 milliarder år siden. Og den vil lyse i<br />
endnu ca. 5 milliarder år. Solen består næsten udelukkende af<br />
de to luftarter hydrogen og helium. Solen lyser, fordi hydrogen<br />
omdannes til helium. Den proces frigiver megen energi.<br />
Når alt hydrogen i Solens indre er brugt op, vil den først svulme<br />
voldsomt op. Derefter vil den trække sig sammen og blive<br />
til en såkaldt hvid dværg. Den bliver kold og vil ikke længere<br />
lyse. Det har astronomer fundet ud af ved at se på mange<br />
andre sole, dvs. stjerner. Alle stjerner med en størrelse som<br />
vores sol udvikler sig nemlig på samme måde.<br />
I Solens centrum er der meget varmt, omkring 16 millioner<br />
°C. På overfladen er temperaturen 5500 °C. Her er der ofte<br />
små områder, hvor temperaturen er lidt lavere end på resten<br />
af overfladen. Disse områder kaldes solpletter, fordi de ser<br />
mørkere ud end resten af Solen. Følger man solpletternes<br />
bevægelse gennem nogle dage, kan man se, at pletterne flytter<br />
sig. Det er Solen, der roterer.<br />
Solen har en rytme på ca. 11 år. Det betyder, at antallet af<br />
solpletter stiger og falder. Omkring 2011 vil der være mange<br />
solpletter. Omkring 2016 vil der være få.<br />
Kopiark 1.4<br />
De otte planeter<br />
Der kredser otte planeter om Solen. Planeterne er Merkur,<br />
Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. Indtil<br />
2006 var der ni planeter med Pluto som den yderste planet.<br />
Nu bliver Pluto kaldt en dværgplanet. De planeter, der ligger<br />
tæt ved Solen, er kun kort tid om en rundtur. Merkur bruger<br />
kun 88 dage for at komme rundt om Solen, mens den fjerneste<br />
planet, Neptun, bruger 164 år.<br />
12
EKSPERIMENT<br />
Solpletter<br />
Dværgplaneterne (der er i 2008 kun fire) er runde himmellegemer,<br />
der ikke er store nok til at blive kaldt rigtige planeter.<br />
Pluto har tidligere været en planet, men er nu en dværgplanet.<br />
Den ligger længere væk fra Solen end Neptun.<br />
Kopiark 1.5, 1.6, 1.7, 1.8 og 1.9<br />
Asteroider<br />
Asteroider er små himmellegemer, der findes i området<br />
mellem Mars og Jupiter. De består af sten, men er ikke kugleformede.<br />
Der findes antagelig mere end 1 million asteroider,<br />
der er større end 1 km i udstrækning. Den største er omkring<br />
500 km. Den er altså lidt større end Danmark.<br />
Astronomerne holder omhyggeligt øje med mange asteroider.<br />
Hvis en asteroide støder ind i eller bliver påvirket af tyngdekræfter<br />
fra andre himmellegemer, vil den få en ny bane.<br />
Skulle den komme så langt ud af kurs, så den får retning mod<br />
Jorden, har vi et problem.<br />
13<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
I et mørklagt lokale er det muligt at se solpletterne. En prismekikkert eller bedre en astronomisk kikkert sigter<br />
mod Solen. Kig ikke mod Solen gennem kikkerten, men brug kikkertens skygge til at se, om retningen er rigtig.<br />
Et par meter bag kikkerten kan man på en skærm eller en væg se et stort billede af Solen.<br />
Tegn solpletterne og omridset af Solen. Gentag målingen et par dage senere. Forsøg på den måde,<br />
at bestemme Solens omløbstid.<br />
Den amerikanske rumfartsorganisation, NASA, har en satellit, SOHO, der observerer Solen.<br />
Sammenlign klassens billede af Solen med SOHO’s optagelser, der kan findes på nettet.<br />
Solen har ikke den samme omløbstid overalt. Ved Solens ækvator vil en solplet have en omløbstid på ca. 25 døgn,<br />
mens omløbstiden i nærheden af Solens poler vil være omkring 35 døgn. Solen er altså ikke et fast legeme<br />
ligesom Jorden og Månen.<br />
PAS PÅ SOLEN<br />
Det er meget farligt, at se direkte på Solen.<br />
Kigger man bare et sekund direkte på<br />
Solen, kan det betyde delvis blindhed resten<br />
af livet. Øjets linse virker som et brændglas,<br />
der opvarmer øjets bagvæg meget kraftigt.
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Kometen Hale-Bobb var et flot syn på himlen i<br />
1997. Dens bane er meget aflang. Først om ca.<br />
4200 år vender den tilbage.<br />
Musik i rummet<br />
Voyager-rumskibene bringer lydoptagelser<br />
fra Jorden med ud i rummet. Så hvis rumskibene<br />
om 100 millioner år skulle blive fundet<br />
eller fanget af nogle rumvæsner, vil de bl.a.<br />
kunne høre hilsner fra Jorden på 60 forskellige<br />
sprog, musik fra en symfoni af<br />
Beethoven, fuglekvidder og hvalers sang.<br />
Rumvæsnerne vil da kunne få et indtryk af<br />
livet på Jorden mange millioner år tidligere.<br />
Stjerneskud<br />
Stjerneskud opstår, når små sten fra himmelrummet kommer<br />
ind i Jordens atmosfære. Her bliver de bremset op. De bliver<br />
glødende og fordamper. Hvis en større sten, en meteor, rammer<br />
Jordens atmosfære, brænder den måske ikke helt op. Den<br />
kaldes nu en meteorit.<br />
Der falder omkring et par hundrede meteoritter ned på<br />
Jorden hvert år. Men man skal være meget heldig for at finde<br />
en meteorit. De fleste falder i havet, der udgør 71 % af Jordens<br />
overflade. Der ligger mange meteoritter i jorden rundt i<br />
Danmark. Men de er svære at få øje på, fordi man nemt kan<br />
tro, at de bare er almindelige sten. Der faldt to små meteoritter<br />
ned i Århus i 1971. Tilsammen var deres masse omkring<br />
700 gram.<br />
For nogle milliarder år siden, da Solsystemet var ungt, var<br />
der langt flere himmellegemer. Jorden og Månen blev tit ramt.<br />
Da der senere kom liv på Jorden, fik sådanne træffere voldsomme<br />
konsekvenser. Flere gange er mange dyre- og plantearter<br />
pludselig forsvundet, antagelig efter at en komet eller asteroide<br />
har ramt Jorden.<br />
Kopiark 1.10<br />
Kometer<br />
Kometer er himmellegemer, der bevæger sig i meget aflange<br />
baner. En komet kommer med regelmæssige mellemrum en<br />
tur ind omkring Solen. Her bevæger den sig hurtigt rundt om<br />
Solen. Derefter tager den en tur langt ud i Solsystemet, hvor<br />
den vender om.<br />
Den mest kendte komet er Halleys komet, der blev set første<br />
gang for 2200 år siden. Den kommer med 76 års mellemrum<br />
ind forbi Solen. Den kunne i 1986 ses på nattehimlen<br />
med en lang “hale” af fordampet stof.<br />
Udforskning af planeterne<br />
I 1957 startede rumalderen med opsendelsen af en lille satellit,<br />
Sputnik. Senere, i 1977, blev to Voyager-rumskibe sendt op. De<br />
nåede Jupiter i 1979 og godt et år senere fløj rumskibene forbi<br />
Saturn. Voyager-rumskibene har nu forladt Solsystemet. Først<br />
om mere end 100 millioner år, kommer de i nærheden af en<br />
stjerne og måske et andet solsystem?<br />
14
En tur til Mars og Saturn<br />
Der er senere sendt adskillige rumskibe ud i Solsystemet for at<br />
udforske planeterne. To små fjernstyrede biler har i flere år<br />
kørt rundt på Mars. Omkring Saturn kredser en rumsonde,<br />
Cassini, der foretager målinger af bl.a. Saturns ringe og<br />
mange måner.<br />
Exoplaneter<br />
I 1995 fandt astronomer den første planet uden for vores solsystem.<br />
Planeten kredser omkring en anden stjerne, dvs.<br />
omkring “sin egen sol”.<br />
Indtil 2008 er der fundet omkring 300 planeter i andre solsystemer.<br />
De kaldes exoplaneter. Antallet af kendte exoplaneter<br />
vil stige kraftigt de kommende år. Der er indtil 2008 fundet<br />
fire planeter, hvor størrelsen og temperaturen er omtrent<br />
som på Jorden.<br />
Når astronomerne de kommende år får flere kikkerter i<br />
rummet og endnu bedre teknik, vil der bestemt komme spændende<br />
nyheder om planeter i fjerne solsystemer. Kan der mon<br />
være liv andre steder end på Jorden?<br />
Verdens centrum?<br />
I gamle dage troede man, at Jorden var centrum for hele<br />
Universet. Solen, Månen og stjernerne bevægede sig jo rundt<br />
om Jorden. I dag ved vi, at det er Jorden, der bevæger sig om<br />
Solen. Og Solen er heller ikke centrum i Universet. Solen er<br />
bare en stjerne i udkanten af Mælkevejen.<br />
Fortidens mennesker kunne ikke forestille sig andet, end<br />
at Jorden var centrum, og at alt på himlen drejede sig rundt<br />
om Jorden. Det kaldes det geocentriske verdensbillede (geo<br />
kommer fra det græske ord for Jorden). For over 2200 år siden<br />
havde græske naturfilosoffer sagt, at Solen var centrum for<br />
Jordens årlige bevægelse, og at Jorden drejede om sig selv. Men<br />
dette heliocentriske verdensbillede (helios er det græske ord<br />
for Solen) blev hurtigt glemt. Alle kunne jo med egne øjne se,<br />
at det ikke var rigtigt.<br />
Astronomen Nikolaus Kopernikus var den første, som i<br />
1543 igen påstod, at Solen sad i centrum, og at Jorden kredsede<br />
om Solen. Først i 1838 var kikkerterne blevet så gode, at<br />
alle kunne se, at Solen var i centrum.<br />
15<br />
Uranus<br />
Saturn<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Merkur<br />
Månen<br />
Mars<br />
Merkur<br />
Mars<br />
Solen<br />
Venus<br />
Jorden<br />
Jupiter<br />
Solen<br />
Jupiter<br />
Venus<br />
Jorden<br />
Månen<br />
Neptun<br />
Det geocentriske verdensbillede, som alle<br />
troede på i meget gamle dage, har Jorden<br />
i centrum. Udenom kredser Solen, planeterne<br />
og stjernerne.<br />
I dag ved vi, at det heliocentriske verdensbillede<br />
er det rigtige. Her kredser Jorden sammen<br />
med de andre planeter omkring Solen.<br />
Saturn
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
S<br />
N<br />
S<br />
Det er vinter i Danmark, når Jorden på sin tur<br />
rundt om Solen er til højre ved V. Et halvt år<br />
senere, når Jorden er ved S, har vi sommer.<br />
Jordens tur rundt om Solen varer 365,24 døgn.<br />
Hvert fjerde år, i skudåret, tilføjes en ekstra<br />
dag i kalenderen. På den måde undgås,<br />
at der om rigtig mange år vil blive sommer fx<br />
i december.<br />
Data for Solen, Månen<br />
og Jorden<br />
Solens masse 1,99 · 10 30 kg<br />
Solens radius 6,96 · 10 8 m<br />
Jordens masse 5,98 · 10 24 kg<br />
Jordens radius 6,37 · 10 6 m<br />
Månens masse 7,35 · 10 22 kg<br />
Månens radius 1,74 · 10 6 m<br />
Jordens omløbstid om Solen 365,24 døgn<br />
Månens omløbstid om Jorden 27,3 døgn<br />
Jordens afstand fra fra Solen 1,50 · 10 11 m<br />
Månens afstand fra Jorden 3,84 · 10 8 m<br />
S<br />
S<br />
23,5°<br />
F<br />
E<br />
N<br />
Jorden og Månen<br />
Jorden bevæger sig i en næsten cirkelformet bane omkring<br />
Solen. Turen rundt om Solen varer et år. Jorden drejer også<br />
om sig selv. På et døgn drejer Jorden sig en omgang om sin<br />
akse gennem Nordpolen og Sydpolen. Men Jordens akse ligger<br />
lidt skævt i forhold til den bane, Jorden følger rundt om<br />
Solen. Det betyder, at vi får årstider. Det betyder også, at der<br />
højt mod nord, fx i Nordnorge, er områder, hvor der kan være<br />
midnatssol. Her går Solen slet ikke ned om sommeren, men er<br />
på himlen døgnet rundt.<br />
Jorden på tur om Solen<br />
Jordens afstand til Solen er næsten ens hele året rundt. Det er<br />
derfor ikke afstanden til Solen, der er årsag til, at vi har årstider.<br />
På figuren ses, at Jordens omdrejningsakse ikke er vinkelret<br />
på den plan, som Jorden bevæger sig i på turen rundt om<br />
Solen. Omdrejningsaksen hælder 23,5°. Til venstre på tegningen<br />
ved S falder lyset fra Solen vinkelret ned på Jorden<br />
nord for Ækvator. Så har vi sommer i Danmark. Yderst til<br />
højre ved V falder sollyset vinkelret ned på Jorden syd for<br />
Ækvator. Så er der vinter i Danmark.<br />
Om vinteren kommer Solen i Danmark ikke så højt på<br />
himlen. Derfor er det koldt. Solen giver os mest varme, når<br />
den er højest på himlen, og det er den om sommeren. Men det<br />
er ikke den eneste grund til årstidernes skiften. Dagens længde<br />
betyder også meget.<br />
16<br />
N<br />
Solen<br />
V<br />
S<br />
N
EKSPERIMENT<br />
Årstiderne<br />
På tegningen ses også, at der ved V, dvs. når det er vinter i<br />
Danmark, slet ikke kommer solskin på den øverste del af den<br />
nordlige halvkugle. Her er det derfor nat døgnet rundt. Yderst<br />
til venstre ved S, dvs. når det er sommer i Danmark, er der solskin<br />
hele døgnet højt oppe på den nordlige halvkugle. Der er<br />
midnatssol. På selve Nordpolen er Solen oppe hele døgnet i et<br />
halvt år.<br />
Også i Danmark er der forskel på dagens længde. Om sommeren<br />
er Solen på himlen i længere tid end om vinteren. Det<br />
medvirker til, at temperaturen bliver højere om sommeren.<br />
Når Jorden er ved E og F, er dag og nat lige lange. De to dage<br />
om året, hvor det sker, kaldes jævndøgn. Der er jævndøgn<br />
omkring 21. marts og omkring 23. september. Lige inden<br />
sankthansaften, 21. eller 22. juni, er natten kortest. Det kaldes<br />
solhverv eller sommersolhverv. Et halvt år senere, omkring 21.<br />
eller 22. december, er dagen kortest. Så er der også solhverv,<br />
men denne gang vintersolhverv.<br />
Kopiark 1.11<br />
17<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Det er varmere om sommeren end om vinteren,<br />
fordi dagene er længere, og fordi Solens lys<br />
falder mere lodret ned på os. I et mørklagt lokale<br />
kan årstidernes skift vises med en globus og en<br />
kraftig lampe.<br />
Når lyset fra lampen rammer vandret ind mod<br />
globussen på tegningen, vil der være sommer i<br />
Danmark. Flyt globussen over på den modsatte side<br />
af lampen. Nu er det vinter i Danmark.<br />
Drej nu Jorden på globussen en omgang.<br />
Læg mærke til, om Danmark ligger i lys<br />
eller i skygge. Ved at se på, i hvor stor en<br />
del af en omdrejning Danmark ligger i<br />
skyggen, kan man finde nattens længde.<br />
Prøv også at bestemme nattens længde<br />
på det sted af banen, hvor der er vinter<br />
i Danmark.<br />
Nord for en bestemt breddegrad vil der slet ikke<br />
være solskin om vinteren. Denne breddegrad kaldes<br />
polarcirklen. Undersøg, om der er steder i Sverige,<br />
hvor det er mørkt døgnet rundt.
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Nymåne<br />
Halvmåne<br />
Fuldmåne<br />
Halvmåne<br />
Nymåne<br />
I toppen af dette billede af Månen ses mange<br />
kratere. De flade områder kaldes have. De<br />
består af størknet lava, som har oversvømmet<br />
det tidligere område med bjerge. I havene ses<br />
enkelte kratere, der er opstået, efter at lavaen<br />
er størknet.<br />
Fuldmåne og nymåne<br />
Månen bevæger sig rundt om Jorden, og undervejs skifter den<br />
udseende. Ved fuldmåne ses den som en cirkelskive. Omkring<br />
nymåne er den ganske tynd. Ser man godt efter, kan man dog<br />
se, at hele Månen stadig er der; blot er der ikke sollys på den<br />
“manglende” del. Der går 29,5 dage mellem to fuldmåner.<br />
Månens bjerge og ”have”<br />
På Månen er der bjerge og kratere. De ringformede bjerge<br />
består af det materiale, der er kastet op, når meteoritter har<br />
ramt Månen. Der er også store, flade områder, der kaldes<br />
“have”. De er dannet af smeltet lava, der kan være opstået, når<br />
meget store meteoritter har ramt Månen. Der er herved sket<br />
en opvarmning, så månematerialet er smeltet og har oversvømmet<br />
de nærliggende områder.<br />
Månens overflade er nærmest ørkenagtig. Den består især<br />
af sten. De fleste er meget små, helt som sand på Jorden. Disse<br />
sten i alle størrelser er resultatet af flere milliarder års meteoritnedslag.<br />
Da der ikke har været flydende vand eller en atmosfære<br />
på Månen, er de knuste materialer blevet liggende, hvor<br />
de er faldet ned.<br />
18
Månevandring, Apollo 16, 1972.<br />
Månens oprindelse?<br />
Der er flere forskellige teorier om Månens oprindelse. Den<br />
mest sandsynlige er, at Månen er et stykke af Jorden, der er<br />
slået af efter et sammenstød med en meget stor asteroide eller<br />
en lille planet på størrelse med Mars. Dette sammenstød er<br />
antagelig sket kort tid efter Jordens dannelse. I starten bevægede<br />
Månen sig tæt ved Jorden, men den har i tidens løb flyttet<br />
sig længere bort.<br />
Denne teori støttes af, at stofferne på Månen ligner stofferne<br />
på Jorden. Man kan også se, at der har været meget<br />
varmt, da Månen blev dannet. Man regner med, at Månen<br />
kort efter sin dannelse var dækket af et flere hundrede kilometer<br />
tykt hav af smeltede stoffer. En lang række stoffer, der<br />
nemt kan fordampe, findes nemlig ikke på Månen.<br />
19<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx<br />
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx<br />
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx<br />
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx<br />
Nyttige oplysninger<br />
Jorden bevæger sig i en ellipseformet bane<br />
om Solen. En tur rundt varer et år.<br />
Månen bevæger sig i en ellipseformet bane<br />
om Jorden. Der går 29,5 døgn mellem to<br />
fuldmåner.<br />
Ved jævndøgn er dag og nat lige lange.<br />
Ved vintersolhverv har man den korteste<br />
dag i året. Ved sommersolhverv har man<br />
den korteste nat i året.
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Jorden Månen<br />
Tegningen viser det rigtige størrelsesforhold<br />
mellem Jorden og Månen. Skulle Solen være<br />
med på tegningen, ville den være en kugle<br />
med en diameter på 58 cm. Og den skulle ligge<br />
62 m borte!<br />
Månen<br />
Jorden<br />
Kerneskygge<br />
Solen<br />
En måneformørkelse kan ses på natsiden af<br />
Jorden, når fuldmånen er i skyggen bag<br />
Jorden.<br />
Formørkelser og tidevand<br />
Månen skifter hele tiden udseende fra nymåne til fuldmåne.<br />
Men undertiden kan fuldmånen blive helt mørk et kort stykke<br />
tid. Den formørkes. Også Solen kan blive formørket.<br />
Måneformørkelse<br />
På den side af Jorden, hvor der er nat, strækker Jordens skygge<br />
sig langt ud i rummet. Når hele Månen bevæger sig ind i<br />
skyggen kommer der en total måneformørkelse. Andre gange er<br />
det kun noget af Månen, der bevæger sig ind i skyggen. Så<br />
kommer der en partiel måneformørkelse. Partiel betyder delvis.<br />
Måneformørkelser er sjældne, for ved de fleste fuldmåner<br />
bevæger Månen sig slet ikke ind i skyggen. Månen passerer<br />
over eller under skyggen. Der kan i gennemsnit ses en total<br />
måneformørkelse hvert andet år i Danmark. Men der er flere<br />
måneformørkelser. Halvdelen af formørkelserne foregår,<br />
mens det er dag i Danmark, så de kan kun ses på den anden<br />
side af Jorden, hvor der er nat.<br />
Solformørkelse<br />
Solen kan også blive formørket. Det sker, når Månen bevæger<br />
sig ind foran Solen og dækker for Solens lys. Ved en solformørkelse<br />
vil man i et lille område på Jorden ikke kunne se<br />
lyset fra Solen. Her er der en total solformørkelse.<br />
Solformørkelser vil ikke blive oplevet af så mange mennesker<br />
som måneformørkelser. I Danmark var der sidst en total<br />
solformørkelse i 1851. Og den næste kommer først i 2142.<br />
Solen og Månen ser ud, som om de har samme størrelse.<br />
De fylder lige meget på himlen. Solen er dog langt den største,<br />
men fordi den ligger længere væk, ser den mindre ud. Med de<br />
afstande, der er i Solsystemet, kan Månen lige netop dække<br />
for solskiven. Derfor opstår der kun skygge på Jorden i et cirkelformet<br />
område med en diameter op til ca. 200 km. Er man<br />
20
Jorden<br />
Månen<br />
Solen<br />
inden for dette område, ser man en total solformørkelse.<br />
Solen forsvinder helt bag Månen. Er man lidt uden for området,<br />
vil Månen kun dække en del af solskiven. Her ser man en<br />
partiel solformørkelse. Det kan opleves i Danmark næsten hvert<br />
andet år.<br />
Skyggeområdet flytter sig hurtigt hen over Jorden. Så en<br />
total solformørkelse kan normalt ses i et område, der kan<br />
være måske 10 000 km langt og ca. 100 km bredt. Det er kun<br />
en lille del af Jordens overflade. Det er derfor, at kun få mennesker<br />
kommer til at opleve en total solformørkelse.<br />
Ved en total solformørkelse bliver Solen langsomt dækket<br />
af Månen. Der går omkring en time fra Månen begynder at<br />
skygge for Solen, til den to<strong>tale</strong> formørkelse starter. Mens solskiven<br />
bliver mindre, begynder fuglene at søge nattely, og det<br />
bliver koldt.<br />
Under den to<strong>tale</strong> formørkelse, kan man se morgenrøde<br />
hele vejen rundt i horisonten. Der er jo stadig solskin langt<br />
borte. Enkelte kraftigt lysende stjerner kan også ses. Efter en<br />
kort periode, normalt et par minutter, kommer Solens lys<br />
langsomt igen.<br />
Mens Månen dækker for Solen, kan man se et lysende, uregelmæssigt<br />
område rundt om Solen. Dette område, Solens<br />
korona, kan normalt ikke ses på grund af det kraftige lys fra<br />
Solen. Men under en solformørkelse, når det kraftige lys er<br />
fjernet, ses koronaen. Koronaen er meget varme luftarter, der<br />
er det yderste af Solens atmosfære.<br />
Kopiark 1.12<br />
21<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
En solformørkelse kan kun ses i et smalt bånd<br />
på Jorden, hvor Månen skygger for Solens lys.<br />
Når solskiven er dækket af Månen, kan man se<br />
Solens korona.
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Månen Jorden<br />
På den del af Jorden der er tættest ved Månen,<br />
og på den del der er længst væk, forhøjes<br />
vandstanden. På siden nærmest Månen kan det<br />
forklares ved, at Månen her tiltrækker vandet<br />
mest. På ”bagsiden” kan det forklares ved, at<br />
vandet her tiltrækkes mindst, så det nærmest<br />
falder af. Den rigtige forklaring er dog langt<br />
mere kompliceret. Og fordi Jorden roterer, vil<br />
flodbølgen i virkeligheden ikke ligge som på<br />
tegningen, men komme med<br />
en forsinkelse.<br />
Nyttige oplysninger<br />
En solformørkelse finder sted, når Månen<br />
skygger for Solens lys. En total solformørkelse<br />
kan kun ses i et smalt bælte på<br />
Jorden.<br />
En måneformørkelse finder sted, når Månen<br />
ligger i skyggen bag Jorden. En måneformørkelse<br />
kan ses fra den halvdel af Jorden,<br />
hvor det er nat.<br />
Tidevandet opstår, fordi der er små forskelle<br />
i tiltrækningskraften fra Månen (og Solen).<br />
Tidevandet er højest, når der er flod, og<br />
lavest, når der er ebbe.<br />
Ved fuldmåne og ved nymåne er tidevandet<br />
særlig kraftigt. Det kaldes springflod.<br />
Tidevand<br />
To gange hvert døgn er der ved mange kyster højvande, og to<br />
gange er der lavvande. Det kaldes flod og ebbe. Det er især<br />
Månen, der er årsag til, at vandet stiger og falder.<br />
På den side af Jorden, der vender mod Månen, buler havoverfladen<br />
lidt op. På den anden side af Jorden er der også en<br />
bule. Det skyldes meget små forskelle i tiltrækningskraften<br />
fra Månen. Hvis hele Jorden var dækket af hav, ville bulen kun<br />
være omkring en halv meter høj. Landområderne medfører, at<br />
tidevandsbølgen nogle steder slet ikke når frem. Andre steder<br />
forstærkes den. Nogle steder, i tragtformede områder, kan forskellen<br />
mellem flod og ebbe blive 15 meter. Ved Bornholm er<br />
tidevandsbølgen så lille, at den næsten ikke bemærkes.<br />
Solen har lige som Månen en tilsvarende virkning på vandet.<br />
Solens virkning er dog ikke så stor, men står Solen,<br />
Månen og Jorden på linje, forstærkes effekten. Det sker ved<br />
fuldmåne og nymåne. Så bliver forskellen mellem flod og<br />
ebbe ekstra høj. Det kaldes springflod. Når der er halvmåne,<br />
modvirker kræfterne fra Solen og Månen hinanden. Så er tidevandsbølgen<br />
lille. Det kaldes nipflod.<br />
For mange milliarder år siden lå Månen meget tættere på<br />
Jorden end nu. Derfor havde tidevandsbølgen en højde på<br />
flere hundrede meter. Der blev brugt store energimængder de<br />
steder, hvor landjorden bremsede tidevandsbølgen. Det bevirkede,<br />
at Jorden kom til at rotere langsommere. Da Jorden blev<br />
dannet, var døgnet flere timer kortere end i dag.<br />
22
EKSPERIMENT<br />
Tidejord<br />
Tidevandsbølgen<br />
Der findes også “tidejord”. Jordoverfladen bølger nemlig op<br />
og ned i takt med tidevandet. Det er også Månen, der får jordoverfladen<br />
til at bule lidt op. Her i Danmark giver tidejorden<br />
en bølge på godt 10 cm. Det er ikke noget, man mærker i det<br />
daglige, men med følsomme måleinstrumenter kan tidejorden<br />
måles.<br />
Der er også tidejord på Månen. Det er Jordens tiltrækningskraft,<br />
der er årsagen. For flere millioner år siden var tidejorden<br />
på Månen meget stor. Bølgen var flere hundrede meter høj, så<br />
Månen blev æltet hele tiden. Det kostede så store energimængder,<br />
at Månen til sidst holdt helt op med at rotere. Det er derfor,<br />
Månen i dag altid vender samme side mod Jorden.<br />
23<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
I København er det vanskeligt at måle<br />
tidevandsbølgen. Ved Vesterhavet er<br />
der over en meter forskel på ebbe og<br />
flod. Men nogle steder i dybe bugter i<br />
udlandet kan forskellen være helt op til<br />
15 meter.<br />
Denne forskel kan vises i et bølgekar.<br />
Lav først en lille bølge ved at vippe med<br />
karret. Læg så en stor tragt ned i den<br />
ene ende af karret. Lav igen en bølge,<br />
der har samme størrelse som den første.<br />
I tragten, der skal forestille en bugt, vil<br />
bølgen blive meget højere.
MYSTERIET I TUNGUSKA<br />
Tirsdag d. 30. juni 1908 skete noget<br />
mærkeligt. I Kina så man tidligt om<br />
morgenen et stort himmellegeme<br />
bevæge sig hurtigt mod vest. Der<br />
var på himlen et lysende spor med<br />
en mørk hale. Få sekunder efter<br />
ramte himmellegemet ned i atmo-<br />
CAFE KOSMOS<br />
TRUSLEN<br />
FRA RUMMET<br />
Jorden er mange gange blevet ramt af store himmellegemer.<br />
Det har forårsaget død og ødelæggelse. Det var<br />
antagelig en stor meteorit, der var medvirkende til, at<br />
dinosaurerne uddøde for 65 millioner år siden. Kan det<br />
mon ske igen? Kan livet på Jorden ophøre, hvis Jorden<br />
rammes?<br />
19 år efter hændelsen i Tunguska kunne man se, at alle træer i et område<br />
større end Fyn var væltede. Træerne lå, så de alle pegede væk fra midten af det<br />
store område. Der var ikke noget krater. Og der blev ikke fundet rester af himmellegemet.<br />
sfæren over det kæmpestore, øde<br />
skovområde ved Den stenede<br />
Tunguska-flod i Sibirien.<br />
Rundt i verden skete der uforklarlige<br />
ting. Følsomme barometre i<br />
England viste pludselige og hurtige<br />
trykændringer. Seismografer, dvs.<br />
jordskælvsmålere, viste, at jorden i<br />
24<br />
Sibirien havde rystet. To dage senere<br />
blev det ikke mørkt om natten i<br />
København. Nætterne var så lyse,<br />
at det var muligt at læse avis. Alle<br />
undrede sig, men ingen vidste,<br />
hvad der var sket.<br />
Først 19 år senere, efter første verdenskrig<br />
og den russiske revolution,<br />
kom en ekspedition til området<br />
ved Tunguska-floden. Her kunne<br />
øjenvidner berette om en voldsom<br />
ildkugle og store skovbrande i<br />
1908.<br />
Senere undersøgelser tyder på, at<br />
en komet, især bestående af is,<br />
med en fart på over 10 km/s blev<br />
bremset i atmosfæren ca. 8 km<br />
oppe. Den voldsomme gnidning fik<br />
kometen til at fordampe. Der kom<br />
herved en eksplosion, der var mere<br />
end 500 gange større end de atombombeeksplosioner<br />
i Japan, der afsluttede<br />
anden verdenskrig i 1945.<br />
Den voldsomme trykbølge væltede<br />
eller knækkede træerne i området.<br />
Trykbølgen bevægede sig hele<br />
vejen rundt om Jorden. Der blev<br />
kastet en masse støv op i atmosfæren,<br />
hvor det højt oppe bevægede<br />
sig rundt om Jorden. Støvet<br />
var årsagen til de lyse nætter på<br />
den anden side af kloden. De små<br />
støvpartikler reflekterede sollyset<br />
ned til jorden.<br />
Der foregår stadig undersøgelser<br />
af sporene efter Tunguska-hændelsen.<br />
Nedfald fra eksplosionen kan<br />
findes omkring 40 meter nede i<br />
indlandsisen på Grønland og i tørv<br />
i området omkring Tunguska. Med<br />
bl.a. undersøgelser af isprøver og<br />
tørv får man en bedre viden om det<br />
himmellegeme, der heldigvis denne<br />
gang faldt ned i et øde skovområde<br />
og ikke i nærheden af et tætbefolket<br />
bysamfund.
Leonid Kulik var den første<br />
forsker, der i 1927 besøgte området<br />
ved Tunguska.<br />
KAN DET SKE IGEN?<br />
Jorden er de seneste milliarder år<br />
mange gange blevet ramt af andre<br />
himmellegemer. På et eller andet<br />
tidspunkt vil Jorden antagelig igen<br />
blive ramt af et stort himmellegeme.<br />
Det vil få voldsomme konsekvenser.<br />
Tunguska-hændelsen for<br />
hundrede år siden vil kunne gentage<br />
sig.<br />
Astronomerne holder øje med<br />
himlen for at opdage ukendte himmellegemer,<br />
der kunne være på vej<br />
mod Jorden. Og der holdes øje med<br />
alle de kendte. Der tænkes meget<br />
på, hvad der kan gøres, hvis man<br />
en dag finder et himmellegeme med<br />
kurs mod Jorden.<br />
Kan man sende et rumskib ud til<br />
himmellegemet og skubbe lidt til<br />
det? Eller skal der sprænges en<br />
brintbombe på himmellegemet, så<br />
det går i mange mindre stykker?<br />
Man kan måske skubbe det væk fra<br />
retningen mod Jorden? Det kan<br />
CAFE KOSMOS<br />
man, hvis himmellegemet ikke er<br />
for stort, og hvis man opdager det<br />
mange år inden sammenstødet<br />
med Jorden.<br />
STORE KONSEKVENSER<br />
En stor komet eller asteroide, der<br />
rammer Jorden, vil dræbe alle dyr<br />
og mennesker tæt ved nedslagsstedet.<br />
Rammer himmellegemet<br />
25<br />
ned i havet, vil der opstå kraftige<br />
tsunamier. Det er bølger, der stiger<br />
til en ufattelig højde, når de<br />
nærmer sig landjorden. Rammer<br />
himmellegemet på land, vil store<br />
mængder stof blive kastet op i<br />
luften. Det vil spærre for lyset fra<br />
Solen. Der er så risiko for, at en<br />
lang periode uden sollys kan<br />
ødelægge store dele af livet her på<br />
Jorden.<br />
Tunguska-kometen, der havde bevæget sig i rummet i millioner af år, ramte<br />
heldigvis et øde område i Sibirien. Var den på sin lange rejse blevet forsinket<br />
omkring 10 minutter, ville den have ramt storbyen Sankt Petersborg.
Solen er en stjerne blandt milliarder<br />
af andre i Mælkevejen.<br />
Mælkevejen, der ses som et<br />
tåget bånd på himlen, består af<br />
milliarder af stjerner. Solen ligger<br />
i udkanten af Mælkevejen.<br />
På nattehimlen er der fiksstjerner.<br />
De sidder i et fast mønster,<br />
de såkaldte stjernebilleder.<br />
Solsystemet består af Solen,<br />
otte planeter og mange mindre<br />
himmellegemer.<br />
De otte planeter i Solsystemet<br />
er Merkur, Venus, Jorden, Mars,<br />
Jupiter, Saturn, Uranus og<br />
Neptun.<br />
Planeter, asteroider og kometer<br />
bevæger sig i ellipseformede<br />
baner omkring Solen.<br />
Meteoritter er små himmellegemer,<br />
der er faldet ned på<br />
Jorden.<br />
Rumsonder er fløjet forbi alle<br />
planeterne.<br />
DET VED DU NU OM SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
HIMLEN OVER OS<br />
Planeter er himmellegemer, der<br />
bevæger sig rundt om Solen i<br />
ellipseformede baner.<br />
Planeterne flytter sig på nattehimlen<br />
tæt på en linje, der<br />
kaldes ekliptika.<br />
SOLSYSTEMET JORDEN OG MÅNEN<br />
Jorden bevæger sig i en ellipseformet<br />
bane om Solen. En tur<br />
rundt varer et år.<br />
Månen bevæger sig i en ellipseformet<br />
bane om Jorden. Der går<br />
29,5 døgn mellem to fuldmåner.<br />
Jordens akse er ikke vinkelret på<br />
den plan, hvor Jorden bevæger<br />
sig rundt om Solen. Jordens akse<br />
hælder 23,5°. Hældningen medfører,<br />
at vi får sommer og vinter.<br />
Ved jævndøgn er dag og nat lige<br />
lange.<br />
Ved vintersolhverv har man den<br />
korteste dag i året. Ved sommersolhverv<br />
har man den korteste<br />
nat i året.<br />
26<br />
FORMØRKELSER OG TIDEVAND<br />
En solformørkelse finder sted,<br />
når Månen skygger for Solens<br />
lys. En total solformørkelse kan<br />
kun ses i et smalt bælte på<br />
Jorden.<br />
En måneformørkelse finder sted,<br />
når Månen ligger i skyggen bag<br />
Jorden. En måneformørkelse<br />
kan ses fra den halvdel af Jorden,<br />
hvor der er nat.<br />
Tidevandet opstår, fordi der<br />
er små forskelle i tiltrækningskraften<br />
fra Månen (og Solen).<br />
Tidevandet er højest, når der er<br />
flod, og lavest, når der er ebbe.<br />
Ved fuldmåne og ved nymåne<br />
er tidevandet særlig kraftigt.<br />
Det kaldes springflod.
KAN DU HUSKE?<br />
Hvad er polarcirklen?<br />
Hvad er forskellen på en planet<br />
og en stjerne?<br />
Hvor længe kan Solen blive ved<br />
med at sende energi til os?<br />
Hvad er midnatssol?<br />
Hvor mange stjerner kan man<br />
se med det blotte øje?<br />
Hvad er Mælkevejen?<br />
PRØV DIG SELV<br />
Hvilken af disse planeter er<br />
sværest at få øje på? Merkur,<br />
Jupiter eller Saturn?<br />
Hvor vil du se Nordstjernen stå,<br />
når du befinder dig tæt ved<br />
Ækvator?<br />
Kan man se fuldmånen midt på<br />
dagen? Kan man se nymånen<br />
midt om natten?<br />
Er der fuldmåne eller nymåne<br />
ved en solformørkelse?<br />
Hvad er astrologi, og<br />
har det noget med<br />
astronomi at gøre?<br />
UDFORDRING<br />
Læs kapitel 1 i 1. Mosebog i<br />
Biblen. Er der noget i skabelsesberetningen,<br />
der stemmer med<br />
vor viden i dag?<br />
Find ud af, hvor langt væk fra<br />
Solen rumsonden Voyager 2 er<br />
kommet på forskellige tidspunkter.<br />
Fx i 1979, 1985, 2000 og 2050.<br />
27<br />
FORSTÅR DU?<br />
Forklar, hvorfor forskellen mellem<br />
flod og ebbe er meget større i<br />
London end i København.<br />
Forestil dig, at du for 150 år siden<br />
stod på en øde ø, hvor de indfødte<br />
aldrig havde været i kontakt<br />
med omverdenen. Hvordan<br />
ville du kunne overbevise dem<br />
om, at Jorden er rund?
Magnetisme<br />
MAGNETER<br />
MAGNETER OG ELEKTRISK STRØM<br />
ANVENDELSE AF MAGNETISME<br />
MÅLEMETODER I FYSIK<br />
CAFE KOSMOS: HJERTESTARTEREN<br />
Alle har som børn leget med magneter og følt de mærkelige<br />
tiltrækkende og frastødende kræfter. Selve Jorden er en stor<br />
magnet, der får et kompas til at vise retningen mod nord.<br />
Jordmagneten virker også på partikler fra Solen. Når de bevæger<br />
sig højt oppe i atmosfæren, opstår de smukke mønstre, der som<br />
nordlys kan ses bl.a. i Norge og engang imellem også i Danmark.<br />
Det er også jordmagneten, der om efteråret hjælper nogle<br />
trækfugle med at finde retningen mod syd, mod varmere lande.<br />
Magneter findes bl.a. på lågerne i køkkenskabe, i højt<strong>tale</strong>re,<br />
i elektromotorer, i vindmøllernes generatorer og på betalingskort.<br />
Magneter og magnetisme har mange anvendelser i det<br />
moderne samfund.<br />
Hvad er et kompas?<br />
Hvilke materialer tiltrækkes af en magnet?<br />
Hvad er en elektromagnet?<br />
Hvordan virker en højt<strong>tale</strong>r?<br />
Hvordan laver man elektrisk strøm i en vindmølle?<br />
29
MAGNETISME<br />
Stangmagneter har forskellige poler i de to<br />
ender. Poler med samme farve frastøder hinanden.<br />
Poler med forskellig farve tiltrækker<br />
hinanden. Men begge<br />
slags poler kan<br />
tiltrække ting<br />
af jern.<br />
Magneter i hjemmet<br />
og i fysik/kemi-lokalet.<br />
Magneter<br />
Magneter har været kendt i meget lang tid. I Kina har man for<br />
over to tusind år siden haft kompasser, der kunne vise retningen<br />
mod nord. I Europa har kompasser i 800 år været<br />
brugt ved rejser til søs.<br />
I Tyrkiet ligger en by, der hedder Manisa, men som tidligere<br />
havde det græske navn Magnesia. Her findes en jernmalm,<br />
magnetit, der blev brugt til at lave de første kompasser i Europa.<br />
Det er byen Magnesia, der har givet navn til ordene magnet og<br />
magnetisme.<br />
Nordpol og sydpol<br />
Begge ender på en stangmagnet kan tiltrække jern. Men magnetens<br />
to ender er alligevel forskellige. Enderne på to stangmagneter<br />
vil nemlig enten tiltrække eller frastøde hinanden.<br />
De to ender kaldes sydpol og nordpol. På tegningen er nordpolen<br />
rød, og sydpolen er hvid. To ens poler vil altid frastøde<br />
hinanden, mens to forskellige magnetiske poler, dvs. en nordpol<br />
og en sydpol, vil tiltrække hinanden.<br />
Hænges en magnet vandret op i en tynd tråd, vil magneten<br />
dreje sig, så enderne peger mod nord og syd. Det skyldes, at<br />
Jorden selv er en stor magnet, der virker med kræfter på magneten.<br />
Den ende af stangmagneten, der peger mod nord, er<br />
magnetens nordpol. Den tiltrækkes af jordmagnetens sydpol.<br />
Drysser man jernspåner på et stykke papir, der ligger over<br />
en stangmagnet, kan man se, at spånerne lægger sig i et mønster.<br />
Spånerne stråler ud fra de områder, hvor magneten er<br />
kraftigst, nemlig i enderne. I midten af stangen er den magnetiske<br />
virkning ikke så stor. Spånernes mønster viser retningen<br />
af den magnetiske kraft omkring magneten.<br />
Kopiark 2.1, 2.2 og 2.3<br />
Magnetiske stoffer<br />
Kun få grundstoffer bliver tiltrukket af magneter. Det er<br />
metallerne jern, nikkel og cobalt. Også et par andre grundstoffer,<br />
der kun findes i små mængder, kan blive tiltrukket.<br />
Men mange legeringer, dvs. blandinger af forskellige metaller,<br />
kan tiltrækkes.<br />
Magneter fremstilles som regel af en legering af alumini-<br />
30
um, nikkel, cobalt og jern. De hedder alnico-magneter pga. de<br />
tre stoffer i legeringen. De kraftigste magneter er dog lavet af<br />
legeringer, der indeholder et af de ret sjældne metaller neodym<br />
eller samarium.<br />
Magneter kan fremstilles i alle mulige faconer, så de kan<br />
bruges i legetøj, i højt<strong>tale</strong>re og som holdere på opslagstavler.<br />
Man kan også få skruetrækkere, der er gjort magnetiske, så de<br />
kan holde fast på skruer. På den måde kan man arbejde på steder,<br />
hvor det er svært at få plads til at holde på skruen.<br />
Småmagneter<br />
Stangmagneter har en pol i hver ende. Midten af en stangmagnet<br />
har ikke nogen pol. Men hvis man saver en magnet<br />
over på midten, vil man få to nye, mindre stangmagneter, der<br />
har poler i enderne. Der er altså opstået en nordpol og en sydpol<br />
på et sted, hvor der ikke tidligere var nogen magnetisk pol.<br />
Det kan forklares med en model, hvor magneten er opbygget<br />
af mange, ganske små magneter, der ligger parallelt. Alle<br />
med nordpolen i samme retning. De steder, hvor enderne på<br />
to småmagneter rører hinanden, ophæver nord- og sydpolen<br />
hinanden. Samlet er det, som om stangmagneten kun har to<br />
poler, én i hver ende.<br />
Hvert lille område i den store magnet virker altså som en<br />
magnet. Når alle disse småmagneter ligger i tilfældige retninger,<br />
er stoffet ikke magnetisk. Men hvis småmagneterne er<br />
blevet drejet, så de har fået samme retning, er stoffet blevet<br />
magnetiseret. Man har en magnet.<br />
31<br />
MAGNETISME<br />
Jernspånerne drejer sig, så de ligger i den<br />
retning, den magnetiske kraft virker.<br />
Spånerne viser magnetfeltet, dvs. retningen<br />
af den magnetiske kraft omkring en stangmagnet.<br />
Småmagnet<br />
Stangmagneten i midten er opbygget<br />
af mange småmagneter, der alle ligger<br />
med nordpolerne i samme retning.<br />
I et umagnetisk stof er der også småmagneter.<br />
De ligger hulter til bulter som<br />
vist nederst. Den nederste stang virker<br />
derfor ikke som en magnet.
MAGNETISME<br />
GBB-2.07<br />
Clipsene er blevet magnetiseret af den<br />
store magnet. Derfor kan clipsene holde fast<br />
i hinanden.<br />
De to magneter af neodym er så kraftige, at de<br />
nemt kan tiltrække hinanden gennem en finger.<br />
Sådan laver man en magnet<br />
Holder man to clips af jern i nærheden af hinanden, kan man<br />
ikke mærke nogen magnetisk kraft mellem dem. Jernet i clipsene<br />
er ikke magnetiseret. Småmagneterne peger i alle mulige<br />
retninger. Men hænger man en clips op under enden på en<br />
stangmagnet, bliver clipsen magnetiseret. Magnetfeltet fra<br />
stangmagneten drejer småmagneterne i clipsen. Clipsen<br />
under magneten kan nu holde fast i endnu en clips, der på<br />
den måde også bliver magnetiseret. Et magnetfelt kan altså<br />
dreje småmagneterne i et umagnetiseret stof, så stoffet bliver<br />
magnetisk.<br />
Trækker man enden af en stangmagnet hen over en clips,<br />
bliver clipsen til en meget svag magnet. Stangmagnetens pol<br />
har nemlig drejet småmagneterne, mens den blev flyttet.<br />
Kopiark 2.4 og 2.5<br />
Permanente magneter<br />
Nogle stoffer kan danne permanente magneter. Her bliver<br />
småmagneterne siddende i den retning, de fik, da stoffet blev<br />
magnetiseret.<br />
Andre stoffer, fx det jern clipsene er lavet af, er “bløde”<br />
magneter. Efter en magnetisering af disse stoffer vil småmagneternes<br />
tilfældige bevægelser igen gøre stofferne næsten<br />
umagnetiske.<br />
En permanent magnet kan være meget svær at afmagnetisere,<br />
mens det sker næsten helt af sig selv i de bløde magneter.<br />
I alle magnetiske stoffer forsvinder de magnetiske egenskaber,<br />
når temperaturen bliver for høj. Ved høj temperatur<br />
bevæger molekylerne i stoffet sig hurtigere. Derfor vil retningen<br />
af småmagneterne også ændre sig. Til sidst ligger de<br />
helt tilfældigt. Så ved en opvarmning kan permanente magneter<br />
meget nemt afmagnetiseres.<br />
Alnico-magneter og neodym-magneter holder deres stærke<br />
magnetisering, når de først er magnetiserede. Men varmer<br />
man magneterne op, forsvinder magnetiseringen. Det skyldes,<br />
at småmagneterne kommer til at bevæge sig hurtigere, og derfor<br />
ikke længere kan ligge i samme retning. Neodym-magneter,<br />
der er de stærkeste magneter, kan kun være magnetiske<br />
ved temperaturer under ca. 80 °C.<br />
Kopiark 2.6, 2.7, 2.8 og 2.9<br />
32
Magnetfeltet omkring en magnet<br />
En kompasnål, der er i nærheden af en stangmagnet, vil stille<br />
sig i forskellige retninger afhængig af, hvor den befinder sig.<br />
Den retning, som kompasnålens nordpol peger mod, viser<br />
magnetfeltets retning. Magnetfeltet kan tegnes som nogle linjer,<br />
der går fra magnetens nordpol til dens sydpol. En kompasnål<br />
vil altid dreje sig, så den følger magnetfeltets retning.<br />
Magnetfeltet omkring en stangmagnet og omkring Jorden<br />
er vist på tegningen. Formen af de to magnetfelter er ens.<br />
Magnetfeltet er dog langt kraftigere omkring en stangmagnet<br />
end omkring Jorden. Feltet ved de kraftigste magneter er mere<br />
end 10 000 gange større end det magnetfelt, Jorden frembringer<br />
i Danmark.<br />
Kopiark 2.10 og 2.11<br />
Trækfugle<br />
Hvert år rejser trækfugle flere tusind kilometer mod nord og<br />
syd for at følge det gode vejr. Hvordan finder trækfuglene vej?<br />
Mange af fuglenes ruter følger kystlinjer, men fuglene kan<br />
også navigere efter retningen til Solen og visse stjerner. Mange<br />
fuglearter har en slags indbygget kompas, der udnytter retningen<br />
af Jordens magnetfelt. Det kan vises ved at anbringe<br />
fuglene i et stort bur, hvori der er lavet et magnetfelt, hvis<br />
størrelse og retning kan ændres. Fuglene vil flyve i en bestemt<br />
retning i forhold til det magnetfelt, der er i buret.<br />
33<br />
Trækfugle<br />
S<br />
N<br />
MAGNETISME<br />
Det magnetiske felt fra en stangmagnet<br />
ligner det magnetiske felt omkring Jorden.<br />
Pilene viser retningen af kraften på en<br />
kompasnåls nordpol.<br />
Mange fuglearter, der om efteråret rejser<br />
mod syd, har et indbygget kompas. Dette<br />
kompas findes antagelig i øjet. Fuglene kan<br />
nemlig kun finde den rigtige retning, hvis<br />
de også udsættes for lys af bestemte farver.<br />
Hvordan fuglenes kompas virker, er endnu<br />
ikke helt opklaret.
MAGNETISME<br />
En flydende magnet<br />
Nyttige oplysninger<br />
Magneter har to poler, en nordpol og<br />
en sydpol.<br />
To ens poler frastøder hinanden.<br />
To forskellige poler tiltrækker hinanden.<br />
Magneter er omgivet af et magnetfelt,<br />
hvor feltlinjerne viser magnetfeltets retning.<br />
Jorden er omgivet af et magnetfelt.<br />
Nordlys<br />
Nordlys er et himmelfænomen, der kun sjældent opleves i<br />
Danmark. Nordlyset ser ud som et bølget tæppe med forskellige<br />
farver, der langsomt skifter udseende.<br />
Nordlys i Danmark kommer et par dage efter, at der har<br />
været særlig kraftig aktivitet på Solens overflade. Så udsendes<br />
mange elektrisk ladede partikler fra Solen. Når partiklerne<br />
efter en tur på ca. tre dage kommer frem til Jorden, vil de blive<br />
påvirket af magnetfeltet. Partiklerne vil bevæge sig i krumme<br />
baner, og en del af dem vil til sidst have retning ned mod<br />
Jordens overflade. Her vil de ramme toppen af atmosfæren i et<br />
stort ringformet område, der har centrum i den magnetiske<br />
sydpol. Ringen har en radius på flere tusind kilometer.<br />
Når de hurtige partikler fra Solen bliver bremset af oxygen-<br />
og nitrogenmolekyler højt oppe i atmosfæren, udsendes<br />
der lys. Nordlyset dannes mere end 100 kilometer oppe.<br />
Satellitter, der holder øje med Solen, kan se, når der er<br />
mange partikler på vej. Så udsendes et varsel om, at der et par<br />
dage senere vil kunne ses et kraftigt nordlys. Mens nordlys<br />
kun sjældent kan opleves i Danmark, er det et helt almindeligt<br />
himmelfænomen i bl.a. Norge.<br />
34<br />
Et barberblad magnetiseres, ved at en kraftig<br />
magnet flere gange stryges i samme retning<br />
hen over bladet. Med en magnetnål vises, at<br />
barberbladet er blevet magnetiseret.<br />
Læg forsigtigt et lille stykke avispapir på<br />
vandet i en skål. Læg barberbladet på papiret.<br />
Når papiret går til bunds, flyder barberbladet.<br />
Det vil nu som en flydende magnet indstille<br />
sig i retningen nord-syd.<br />
<br />
EKSPERIMENT
Magneter<br />
og elektrisk strøm<br />
To ens elektriske ladninger frastøder hinanden, men en positiv<br />
og en negativ ladning tiltrækker hinanden. Ens magnetiske<br />
poler frastøder hinanden, og forskellige poler tiltrækker<br />
hinanden. Er der mon en sammenhæng mellem elektriske og<br />
magnetiske fænomener?<br />
Ørsteds eksperiment<br />
Omkring 1800 havde den italienske fysiker Volta bygget det<br />
første batteri, der kunne sende elektrisk strøm gennem en ledning.<br />
På det tidspunkt mente man helt korrekt, at elektrisk<br />
strøm var ladninger, der bevægede sig i en ledning. Men man<br />
troede også, at magnetisme skyldtes et magnetisk stof, der på<br />
en alle anden måde fandtes i magneterne.<br />
I april 1820 udførte den danske professor H.C. Ørsted et<br />
forsøg i forbindelse med en forelæsning om strøm og magnetisme.<br />
Han holdt en tynd platintråd over en kompasnål. Når<br />
en stor strøm løb gennem tråden, kunne han se, at kompasnålen<br />
bevægede sig ganske lidt. Ørsted troede først, at det var<br />
strålingen fra den glødende tråd, der fik kompasnålen til at<br />
bevæge sig. Flere forsøg viste dog, at det var den elektriske<br />
strøm i ledningen, der påvirkede kompasnålen.<br />
Kopiark 2.12<br />
35<br />
MAGNETISME<br />
Hans Christian Ørsted, dansk fysiker og kemiker<br />
(1777-1851).<br />
Ørsted opdagede i 1820, at en elektrisk strøm<br />
påvirkede en magnetnål. Han var den første,<br />
der fremstillede aluminium.<br />
Ørsted var meget sproginteresseret. Han<br />
ønskede at bruge danske ord i stedet for de<br />
latinske, der blev meget benyttet i 1800-tallet.<br />
Ord som ilt, brint, rumfang, fortætning, billedkunst<br />
og nejsiger er alle opfundet af Ørsted.
MAGNETISME<br />
Den magnetiske kraft har en retning, som<br />
er vist med pilene. Retningen er tangent<br />
til cirklerne. En lille magnetnål vil stille sig<br />
i magnetfeltets retning.<br />
En ledning går gennem et hul i et stykke papir.<br />
På papiret er strøet jernspåner. Når der går en<br />
kraftig strøm gennem ledningen, vil jernspånerne<br />
på papiret vise retningen af magnetfeltet<br />
omkring ledningen.<br />
Elektrisk strøm laver magnetfelter<br />
Ørsted havde opdaget, at strømmen i en ledning påvirker en<br />
lille magnet. Han havde vist, at der var et magnetfelt omkring<br />
ledningen. Dette magnetfelt virker med kræfter på kompasnålen,<br />
så den vil stå vinkelret på strømmens retning. Det var<br />
på Ørsteds tid meget overraskende, at den magnetiske kraft<br />
havde denne retning.<br />
På billedet kan man se, at det magnetiske felt ligger i cirkler<br />
omkring ledningen. Magnetfeltets retning kan findes ved<br />
hjælp af højrehåndsreglen:<br />
Hold højre hånd let krummet<br />
omkring ledningen med<br />
tommelfingeren i strømmens<br />
retning. Magnetfeltet vil ligge<br />
rundt om ledningen i fingrenes<br />
retning. En magnetnåls nordpol<br />
vil blive påvirket i fingrenes<br />
retning. Sydpolen påvirkes i<br />
modsat retning.<br />
Jorden som magnet<br />
Jorden er en stor magnet med poler tæt på Nordpolen og<br />
Sydpolen. En kompasnåls nordpol peger mod nord. Da den<br />
tiltrækkes af en sydpol, må det være Jordens magnetiske sydpol,<br />
der ligger tæt ved den geografiske nordpol.<br />
Den magnetiske sydpol ligger ikke på Jordens geografiske<br />
nordpol, men i Det nordlige Ishav lidt nord for Canada. Der<br />
er derfor en forskel i den sande retning mod nord og den retning,<br />
et kompas viser. Denne forskel, der kaldes misvisningen,<br />
er i Danmark omkring 1°. Misvisningen var omkring 10° for<br />
100 år siden.<br />
Når Jorden opfører sig som en stangmagnet, er det fordi,<br />
der i Jordens indre er meget smeltet jern og nikkel. Metallerne<br />
bevæger sig, så det er som om, der løber kraftige elektriske<br />
strømme dybt nede i Jorden. Strømmene bevirker, at der dannes<br />
et magnetisk felt.<br />
Det er meget heldigt for livet her på Jorden, at der er et<br />
36
magnetfelt. Det betyder nemlig, at mange partikler fra Solen,<br />
som kan være skadelige for levende væsner, ikke når ned til os.<br />
De fanges i magnetfeltet højt over Jorden.<br />
Polvendinger<br />
De magnetiske poler ligger ikke fast. De flytter sig i øjeblikket<br />
ca. 50 km hvert år. Den magnetiske sydpol har forladt Canada<br />
og bevæger sig mod den geografiske nordpol. Når de magnetiske<br />
poler bevæger sig, skyldes det ændringer i den måde, de<br />
flydende metaller dybt nede i Jorden bevæger sig på.<br />
Når lavaen fra en vulkan størkner, vil små krystaller af jernlegeringer<br />
rette sig ind efter de magnetiske poler. Man kan derfor<br />
ved at undersøge lava fra fortidens vulkanudbrud sige noget<br />
om magnetfeltet i meget gamle dage. Undersøgelser viser, at der<br />
i gennemsnit med 240 000 års mellemrum sker en polvending.<br />
Den magnetiske nord- og sydpol skifter plads. Mens polvendingen<br />
finder sted, er Jordens magnetfelt næsten nul i en periode<br />
på måske 1000 år. Dyre- og plantelivet på Jorden er i disse<br />
perioder blevet udsat for en kraftig bestråling. Det kan have<br />
været årsag til, at nogle arter er uddøde, mens nye er opstået.<br />
Der er gået over 700 000 år siden den sidste polvending, så<br />
den næste er antagelig snart på vej. Men om “snart” er 1000<br />
eller 100 000 år ved ingen.<br />
Spoler laver store magnetfelter<br />
Sender man strøm gennem en ledning, der har form som en<br />
cirkel, viser højrehåndsreglen, at alle små stykker af ledningen<br />
midt i cirklen laver et magnetfelt med samme retning.<br />
Lægger man to cirkelformede ledninger oven på hinanden,<br />
fordobles magnetfeltet. Sender man strøm med en strømstyrke,<br />
der er dobbelt så stor gennem ledningen, bliver magnetfeltet<br />
også dobbelt så stort. Skal man lave et meget stort magnetfelt,<br />
må man altså bruge store strømstyrker og spoler med<br />
mange vindinger.<br />
Magnetfeltets styrke inde i spolen bestemmes af strømstyrken<br />
ganget med antallet af vindinger. Denne størrelse kaldes<br />
ampere-vindingstallet. Man siger, at en spole med 200 vindinger,<br />
der gennemløbes af 0,5 ampere, har 100 ampere-vindinger.<br />
Inde i en spole er der derfor et magnetfelt, der er meget<br />
større end magnetfeltet omkring en enkelt ledning.<br />
37<br />
– +<br />
4,5 V<br />
– +<br />
4,5 V<br />
– +<br />
4,5 V<br />
S N<br />
MAGNETISME<br />
Magnetfeltet fra en enkelt vinding er så lille,<br />
at magnetnålen næsten ikke ændrer retning.<br />
Men med flere vindinger bliver den magnetiske<br />
kraft større.<br />
Magnetfeltet uden om en spole har en<br />
form, der ligner feltet fra en stangmagnet.<br />
Noget kunne altså tyde på, at feltet fra<br />
stangmagneten bliver lavet af en masse<br />
cirkelformede strømme.<br />
S<br />
N<br />
N<br />
N<br />
S<br />
S
MAGNETISME<br />
Nyttige oplysninger<br />
En elektrisk strøm laver et magnetfelt.<br />
Jorden kan betragtes som en magnet med<br />
sydpolen liggende tæt ved den geografiske<br />
nordpol.<br />
Retningen af magnetfeltet fra strømmen i<br />
en ledning findes med højrehåndsreglen.<br />
En strømførende ledning påvirkes af et<br />
magnetfelt.<br />
Retningen af kraften på en ledning i et<br />
magnetfelt findes med lillefingerreglen.<br />
En elektromagnet er en spole med jernkerne.<br />
Magnetfelters styrke måles i enheden tesla. Feltet fra de<br />
kraftigste magneter er omkring 1 tesla. Tesla er en meget stor<br />
enhed, så derfor måles magnetfelter tit i millitesla, der er en<br />
tusindedel af en tesla. Feltet fra en køleskabsmagnet er omkring<br />
1 millitesla, dvs. 0,001 tesla. Feltet fra jordmagnetismen i Danmark<br />
er endnu svagere, kun ca. 0,05 millitesla. Denne værdi<br />
kan også skrives som 50 mikrotesla eller 0,000050 tesla.<br />
Spoler med jernkerne laver større magnetfelter<br />
Anbringer man et stykke jern i en spole, vil spolens magnetfelt<br />
gøre jernet magnetisk. Derfor er det både spolen og jernkernen,<br />
der danner magnetfeltet. Det viser sig, at magnetfeltet fra<br />
en spole med jernkerne kan blive mere end 1000 gange kraftigere<br />
end magnetfeltet fra spolen alene. En spole med jernkerne<br />
kaldes en elektromagnet.<br />
Magneter får ledninger til at bevæge sig<br />
Ørsted havde opdaget, at strømmen i en ledning kunne få en<br />
kompasnål eller en lille magnet til at bevæge sig. I England<br />
havde Michael Faraday hørt om Ørsteds eksperiment.<br />
Faraday lavede året efter, i 1821, det modsatte forsøg. Han<br />
holdt fast i magneten og opdagede så, at ledningen bevægede<br />
sig. Den opdagelse blev starten på en udvikling, der har givet<br />
os alle de elektriske maskiner, der findes i dag.<br />
Lillefingerreglen<br />
Der gælder også en regel for kraften på en ledning i et magnetfelt.<br />
Den kaldes lillefingerreglen:<br />
Anbring højre hånd<br />
med håndfladen mod<br />
nordpolen og med<br />
fingrene i strømmens<br />
retning.<br />
Lillefingeren<br />
vil så vise<br />
retningen af kraften<br />
på ledningen.<br />
38<br />
LARS
EKSPERIMENT<br />
Verdens mest simple elektromotor?<br />
Elektromotorer<br />
LARS<br />
En elektromotor kan se ud som på tegningen. En magnet<br />
laver et kraftigt magnetfelt i et område, hvor en cylinder kan<br />
dreje rundt. Omkring cylinderen er viklet en ledning. Når der<br />
løber en strøm i ledningen, vil den blive påvirket af en kraft,<br />
der får cylinderen til at dreje sig.<br />
Når cylinderen har drejet sig en kvart omgang, er der ikke<br />
længere en kraft, der kan få cylinderen til at rotere. For at<br />
maskinen skal blive ved med at køre, har man lavet en smart<br />
opfindelse. Der er anbragt flere ledninger, fx seks, rundt om<br />
cylinderen. Kontakter på akslen sørger for, at der kun løber<br />
strøm gennem en enkelt ledning ad gangen, nemlig den der<br />
sidder øverst og nederst på cylinderen. Når cylinderen er drejet<br />
et stykke, afbrydes strømmen i ledningen, og der kommer i<br />
stedet strøm i nabovindingen. På den måde kan elektromotoren<br />
blive ved med at rotere.<br />
39<br />
MAGNETISME<br />
En lille, men meget kraftig, neodym-magnet<br />
sættes fast på hovedet af en jernskrue. Herved<br />
bliver skruen magnetiseret, så den kan hænge i<br />
bunden af et batteri. Når en ledning fra toppen<br />
af batteriet rører siden af neodym-magneten,<br />
begynder skruen og magneten at rotere meget<br />
hurtigt. Mon det er verdens simpleste elektromotor?<br />
Motoren kører rundt, fordi der er et magnetfelt<br />
omkring skruen. Magnetfelter får strømførende<br />
ledninger til at bevæge sig. I dette forsøg er det<br />
skruen, der er ledningen, så den vil køre hurtigt<br />
rundt.<br />
En simpel elektromotor<br />
N<br />
Kraft<br />
Kraft<br />
S
MAGNETISME<br />
Tegningen viser huset på toppen af en vindmølle<br />
fra Vestas. Når vingerne roterer,<br />
sørger tandhjul i en gearkasse for, at akslen<br />
kommer til at rotere hurtigere. I den lyseblå<br />
generator laves den elektriske strøm.<br />
Møllens 44 meter lange vinger producerer<br />
en elektrisk effekt på 3 megawatt. Den kan<br />
få 50 000 almindelige pærer til at lyse<br />
samtidigt.<br />
Piezohøjt<strong>tale</strong>re<br />
Højt<strong>tale</strong>re kan bygges på andre måder.<br />
I elektriske lightere sidder en lille krystal,<br />
en piezoelektrisk krystal, der får en elektrisk<br />
spænding mellem enderne, når man trykker<br />
på den. Der kan så springe en gnist, der<br />
tænder lighteren. Den omvendte effekt<br />
findes også. En spænding over krystallens<br />
ender, får den til at ændre sin længde.<br />
Denne bevægelse kan frembringe en lyd,<br />
som bl.a. bruges ved simple ringetoner i<br />
mobiltelefoner.<br />
Anvendelse af magnetisme<br />
Magneter og magnetfelter bruges i mange apparater. Ingeniører<br />
og fysikere har siden Voltas, Ørsteds og Faradays opdagelser<br />
udviklet metoder, der kan anvende egenskaberne ved<br />
magnetfelterne. I dette afsnit fortælles om en række forskellige<br />
anvendelser.<br />
Generatorer<br />
Når vingerne på en vindmølle drejer rundt, får akslen en elektrisk<br />
generator til at rotere. Nogle generatorer virker helt som<br />
elektromotorer – bare lige omvendt. I en elektromotor får en<br />
elektrisk strøm en ledning til at bevæge sig. Ledningen er<br />
anbragt på en såkaldt rotor. I en generator opstår der en elektrisk<br />
strøm, når rotoren drejer, fx pga. møllevingernes bevægelse.<br />
Højt<strong>tale</strong>re<br />
I højt<strong>tale</strong>re sidder normalt en magnet med en meget speciel<br />
facon. Magneten er lavet som en cylinder, der i midten har en<br />
søjle. Magneten er lavet, så den ene pol sidder på cylinderen og<br />
den anden pol på søjlen i midten. Magnetfeltet går derfor gennem<br />
luften mellem søjlen og den ydre cylinder.<br />
I mellemrummet sidder en spole. Spolen er viklet på et let<br />
rør, der er i forbindelse med højt<strong>tale</strong>rens membran. Når der<br />
sendes en elektrisk strøm gennem spolen, vil ledningen blive<br />
påvirket. Spolen vil derfor bevæge sig i takt med strømstyrken<br />
i ledningen. Det får membranen til at svinge, så luften sættes<br />
i bevægelse. Der er altså lavet en lyd, der svinger i takt med<br />
ændringerne i strømstyrken.<br />
Det kraftige<br />
magnetfelt på<br />
spolen får<br />
membranen til at<br />
svinge i takt med<br />
strømstyrken<br />
i ledningerne.<br />
40<br />
Spole<br />
Magnet<br />
N<br />
S<br />
N<br />
Stel<br />
Membran
Magnetkort<br />
Tre<br />
magnetiske<br />
spor<br />
På bagsiden af sygesikringsbeviser og betalingskort er der en<br />
sort strimmel, den såkaldte magnetstribe. Her gemmes oplysninger,<br />
der bl.a. viser, hvem der er kortets ejer.<br />
Den magnetiske kode i kortet gemmes i tre bånd. I hvert<br />
bånd er der et par hundrede små striber. Her er der små partikler,<br />
der enten kan være magnetiske eller umagnetiske.<br />
Kaldes det umagnetiske område for 0 og det magnetiske<br />
område for 1, kan der i et magnetkort nemt gemmes 500<br />
såkaldte digi<strong>tale</strong> oplysninger. Når kortet føres gennem en<br />
kortlæser, fås derfor en talrække med tallene 1 og 0. Ved at<br />
lave en oversættelse fra nullerne og et-tallene til almindelige<br />
tal og bogstaver fås de oplysninger, der siger noget om kortets<br />
ejer. Bare 70 af disse digi<strong>tale</strong> oplysninger er nok til at angive<br />
både et bankkontonummer og et cpr-nummer, så der er god<br />
plads på magnetstrimlen.<br />
De enkelte små områder på magnetkortet er normalt lavet<br />
af et magnetisk stof, bariumferrit, der virker som en permanent<br />
magnet. Når oplysningerne først er indlæst på kortet, vil<br />
små magnetiske påvirkninger ikke kunne ændre informationerne.<br />
41<br />
En opfindelse<br />
ved strygebrættet<br />
MAGNETISME<br />
I det sorte bånd på et magnetkort gemmes<br />
oplysninger om kortets ejer. Der ligger tre<br />
striber, der hver kan indeholde flere hundrede<br />
små områder, der enten er umagnetiske eller<br />
magnetiseret. Ved at måle hvilke områder<br />
der er magnetiseret, kan man læse<br />
oplysningerne på magnetkortet.<br />
Forrest Parry, der i 1960-erne var ingeniør<br />
hos IBM, havde et forskningsprojekt for det<br />
amerikanske efterretningsvæsen, CIA.<br />
Projektet bestod i at udvikle en magnetkode,<br />
der kunne sidde på et plastickort. Parry<br />
fik anbragt den magnetiske information på<br />
et tyndt folie, men kunne ikke finde en lim,<br />
der både kunne holde foliet på plastickortet<br />
og klæbe et tyndt beskyttelseslag oven på<br />
foliet.<br />
Det problem plagede ham så meget, at<br />
hans kone bekymret spurgte, hvad der var<br />
galt. Da han forklarede sagen, foreslog hun,<br />
at man skulle prøve at smelte materialerne<br />
sammen med et varmt strygejern. Hun forsøgte<br />
straks, og det virkede! Store opfindelser<br />
kan altså godt laves, mens man ordner<br />
vasketøjet.
MAGNETISME<br />
Maglev-tog<br />
I Shanghai i Kina findes en jernbane, hvor<br />
magnetiske kræfter får togvognene til at<br />
svæve. Jernbanen i Shanghai er 30 km lang.<br />
Toget når en fart på over 400 km/t. Et sådant<br />
svævende tog kaldes et maglev-tog.<br />
Et maglev-tog starter sin tur med almindelige<br />
hjul, men elektromagneter laver frastødende<br />
kræfter, der både får toget til at svæve<br />
og til at bevæge sig frem. Toget svæver<br />
omkring 1 cm over skinnerne. Når toget<br />
svæver, er der færre gnidningskræfter.<br />
Ørsted-satellittens magnetiske måleinstrument<br />
må ikke påvirkes af de elektriske strømme, der<br />
løber i satellittens øvrige udstyr. Instrumentet er<br />
derfor anbragt i den lille kasse for enden af det<br />
otte meter lange, firkantede gitter.<br />
Ørsted-satellitten<br />
Magnetfeltet omkring Jorden afhænger af elektriske strømme<br />
dybt under overfladen. En meget præcis viden om magnetfeltets<br />
størrelse og retning kan derfor give forskerne et bedre<br />
kendskab til Jordens indre. En dansk satellit, Ørsted-satellitten,<br />
har siden 1999 kredset ca. 700 kilometer over Jorden.<br />
Satellitten måler magnetfeltet med meget stor nøjagtighed.<br />
Ørsted-satellitten er den første danske satellit. Mange danske<br />
fysikere og ingeniører har arbejdet med udviklingen af<br />
satellittens instrumenter. Da den blev opsendt, kunne den<br />
måle magnetfeltet omkring Jorden med den hidtil største nøjagtighed.<br />
Der er dog nu opsendt flere tilsvarende satellitter,<br />
der kan måle mere præcist.<br />
Ørsted-satellitten kan måle magnetfeltets størrelse med en<br />
usikkerhed på omkring 0,2 promille. Det er en nøjagtighed,<br />
der svarer til at måle en længde på 1 kilometer med en nøjagtighed<br />
på bare 20 centimeter. Med disse præcise målinger kan<br />
satellitten give oplysninger om elektriske strømme 3000 km<br />
nede i Jorden. Men satellittens målinger viser også de magnetfelter,<br />
der skyldes ladede partikler fra Solen. Det er de partikler,<br />
der laver nordlyset.<br />
Med Ørsted-satellittens målinger har man fået en mere<br />
præcis bestemmelse af, hvordan de magnetiske poler bevæger<br />
sig, og hvordan magnetfeltet i øjeblikket aftager i styrke.<br />
Satellitten bremses hele tiden ganske lidt af de få luftmolekyler,<br />
der er 700 km oppe. I 2018 vil Ørstedsatellitten<br />
komme ind i atmosfæren og brænde op.<br />
42
EKSPERIMENT<br />
Magnetfeltet fra en elektromagnet<br />
Målemetoder i fysik<br />
Mange målinger, der tidligere blev udført ved aflæsning af<br />
instrumenter, kan nu klares med dataloggere. Det er apparater,<br />
der automatisk gemmer måleresultaterne i en pc. Med<br />
tryk på et par taster kan målingerne derefter vises som grafer.<br />
Målinger vises i en tabel<br />
Ved målinger bør resultater angives i en tabel. Resultaterne af<br />
et eksperiment er vist i tabellen.<br />
Strømstyrke/ampere<br />
(Spole med<br />
200 vindinger)<br />
0,10<br />
0,21<br />
0,32<br />
0,41<br />
Magnetfelt/millitesla<br />
(Spole med<br />
200 vindinger)<br />
1,39<br />
2,87<br />
4,5<br />
5,7<br />
Magnetfelt/millitesla<br />
(Spole med<br />
400 vindinger)<br />
2,27<br />
I “hovedet” på tabellen anføres den størrelse, der måles, og<br />
den enhed, der benyttes. Man kan skrive “Strømstyrke/ampere”<br />
eller “Strømstyrke i ampere”. En af de målte strømstyrker<br />
er 0,41 ampere. I rubrikken i tabellen anføres dette tal uden<br />
5,8<br />
8,9<br />
11,4<br />
43<br />
MAGNETISME<br />
En spole med jernkerne sættes i forbindelse med en strømforsyning.<br />
Størrelsen af strømstyrken måles med et multimeter.<br />
Magnetfeltets styrke måles med en særlig føler, en såkaldt<br />
hall-sonde eller et teslameter, der forbindes med et andet<br />
multimeter.<br />
I dette eksperiment måles, hvordan magnetfeltet lige ved<br />
jernkernen afhænger af strømstyrken gennem spolen og af<br />
antallet af vindinger i spolen. Der bruges tre forskellige spoler.<br />
For hver spole benyttes ca. fem forskellige strømstyrker.<br />
Det undersøges, om magnetfeltet er<br />
proportionalt med ampere-vindingstallet. At magnetfeltet er<br />
proportionalt med ampere-vindingstallet betyder, at feltet<br />
vokser i samme takt som ampere-vindingstallet. Bliver amperevindingstallet<br />
tre gange større, skal magnetfeltet også<br />
blive tre gange større.
MAGNETISME<br />
Tegning af grafer<br />
Magnetfelt/millitesla<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5<br />
Strømstyrke/ampere<br />
Målepunkterne fra tabellen på side 43 er<br />
indsat i et koordinatsystem. Herefter er<br />
der tegnet den rette linje, der passer bedst<br />
til målingerne. Det kaldes en proportional<br />
sammenhæng.<br />
enhed. I den anden overskrift står “Magnetfelt/millitesla”. I<br />
rubrikkerne skrives derfor talværdien af magnetfeltet angivet<br />
i enheden millitesla. Det er vigtigt, at man altid i en tabel kan<br />
se, hvilke enheder der er benyttet.<br />
Når man laver målinger, skal man angive resultaterne med<br />
et antal cifre, der viser, hvor nøjagtig målingen er. Måler man<br />
fx højden af et ark A4-papir med en lineal, skal man ikke skrive<br />
29 cm eller 30 cm, men 29,6 cm eller 29,7 cm, fordi man<br />
måler med en usikkerhed på ca. 1 millimeter. Man må ikke<br />
skrive højden som 29,700 cm. Så ser det nemlig ud, som om<br />
man har målt afstanden meget nøjagtigt.<br />
Grafer<br />
Resultater fra målinger bør i mange tilfælde vises som grafer.<br />
Det giver en bedre forståelse af det målte, når man kan se<br />
resultaterne i en graf. Grafen overfor viser de målinger, der er<br />
angivet i tabellen.<br />
Ved pilespidserne på akserne skal man vise den størrelse,<br />
der er blevet målt, og den enhed, der er benyttet. På akserne<br />
skal desuden med små streger markeres de steder, der svarer<br />
til “pæne tal”. På grafen overfor er på førsteaksen (x-aksen)<br />
vist streger ved 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 og 0,5 ampere. På andenaksen<br />
(y-aksen) er markeret de lige værdier af magnetfeltet i millitesla.<br />
Når man tegner en linje gennem de målte punkter, skal<br />
linjen anbringes, så punkterne fordeler sig nogenlunde ligeligt<br />
på begge sider af linjen. Det vil give et resultat, der bedst<br />
svarer til målingerne. Man må ikke tegne fire små rette linjer,<br />
der går mellem de enkelte punkter. En sådan graf svarer ikke<br />
til den måde, elektromagneter opfører sig.<br />
Grafen viser en proportionalitet mellem strømstyrken og<br />
magnetfeltet. Læg mærke til hældningen af de to grafer. Grafen<br />
for spolen med de 400 vindinger har en hældning, der er dobbelt<br />
så stor som hældningen fra spolen med 200 vindinger.<br />
Kopiark 2.13<br />
Datalogging<br />
Ovenfor er beskrevet den klassiske metode, når målinger skal<br />
vises. Men med elektronisk dataopsamling kan det samme<br />
laves nemmere.<br />
44
EKSPERIMENT<br />
Magnetfeltet fra en elektromagnet<br />
målt med elektronisk dataopsamling<br />
Ved elektronisk dataopsamling skal benyttes en pc, et specielt<br />
dataopsamlingsprogram og en eller flere sonder, der kan<br />
måle de ønskede størrelser. Når måleresultaterne er gemt i<br />
pc’en, kan programmet lave tabeller og grafer. Desuden giver<br />
programmet en pæn præsentation af alle resultater.<br />
Datalogning kræver en række sensorer til måling af forskellige<br />
størrelser. Der findes sensorer, der kan måle fx temperatur,<br />
magnetfelt, strømstyrke, spænding, lys- og lydstyrke<br />
samt afstand fra sensoren til en genstand.<br />
Kopiark 2.14<br />
45<br />
Nyttige oplysninger<br />
Med datalogning registrerer en pc<br />
måleresultater. Pc’en kan derpå lave<br />
tabeller og grafer.<br />
MAGNETISME<br />
Kredsløbet bygges som vist på tegningen.<br />
En spole med jernkerne sættes i forbindelse<br />
med en strømforsyning. Størrelsen af strømstyrken<br />
måles med en strømsensor. Magnetfeltets<br />
størrelse måles med en magnetfeltsensor.<br />
De to sensorer forbindes med USB-stik til en pc.<br />
Der er installeret et specielt dataopsamlingsprogram<br />
på pc’en.<br />
På pc’ens skærmbillede vælges måleområder<br />
og enheder. Der hentes en tabel, hvor magnetfeltet<br />
vælges som datakilde. Strømstyrken<br />
anbringes i tabellens anden kolonne.<br />
Programmet startes ved at sætte et flueben<br />
ved startknappen. Der skrues nu langsomt op<br />
for strømstyrken. Når strømstyrken har nået<br />
fx 0,1 A, sættes et flueben ved den markering<br />
på skærmen, der registrerer en måling af<br />
magnetfeltet. Det samme gentages nu ved<br />
en række andre strømstyrker.<br />
Hele eksperimentet gentages med en spole,<br />
der har et andet vindingstal.<br />
Måleresultaterne er nu gemt. På skærmen<br />
markeres, at en graf ønskes oprettet. Vælg at<br />
strømstyrke og magnetfelt skal være førsteog<br />
andenakse på grafen. Ønskes en ret linje<br />
lagt ind på grafen, kan man vælge at lave en<br />
lineær tilpasning.
CAFE KOSMOS<br />
HJERTE-<br />
STARTEREN<br />
Ved de fleste hjertestop er hjertets pumpeevne sat<br />
ud af kraft, fordi hjertets muskulatur flimrer i stedet<br />
for at trække sig rytmisk sammen. Ved hurtig indgriben<br />
kan man ofte genoplive personen med et strømstød<br />
fra en hjertestarter.<br />
Man kan ikke øve brugen af hjertestarteren på en levende person.<br />
MINUTTERNE TÆLLER<br />
En person med hjertestop kan i<br />
mange tilfælde genoplives uden<br />
efterfølgende at være hjerneskadet<br />
- dog kun hvis der handles hurtigt.<br />
Hjernen begynder normalt at<br />
tage skade på grund af iltmangel<br />
efter ca. 5 minutters hjertestop.<br />
Ved de fleste hjertestop ”flimrer”<br />
hjertet uden at trække sig sammen.<br />
Denne såkaldte ventrikelflimren<br />
kan bringes til ophør ved at give et<br />
elektrisk stød. Det gives med en<br />
hjertestarter, som også kaldes en<br />
defibrillator. I alle ambulancer findes<br />
en hjertestarter, og det bliver<br />
mere og mere almindeligt, at der<br />
findes hjertestartere på steder,<br />
hvor der er mange mennesker, fx i<br />
lufthavne, idrætshaller og store<br />
virksomheder. Alle kan lære at<br />
betjene en hjertestarter. Så snart<br />
man har konstateret hjertestoppet,<br />
skal hjertemassage og vejrtrækning<br />
med mund-til-næse-metoden<br />
startes. Det elektriske stød med<br />
hjertestarteren skal gives, så hurtigt<br />
det er muligt. Når hjertet igen<br />
46<br />
pumper, dvs. når der kan føles puls,<br />
skal man stoppe med hjertemassagen.<br />
HJERTETS ELEKTRISKE SYSTEM<br />
Alle vores celler er omgivet af en<br />
cellemembran. I en hvilende hjertemuskelcelle<br />
er der en spændingsforskel,<br />
membranpotentialet, over<br />
membranen på – 90 mV. Et strømstød,<br />
som ændrer membranpotentialet<br />
med mindst 10 mV, medfører<br />
en pludselig ændring af dette til<br />
+ 30 mV. Det kaldes depolarisering<br />
og resulterer i en sammentrækning<br />
af hjertemuskelcellen.<br />
For at hele hjertet skal kunne pumpe,<br />
er det nødvendigt, at hjertemuskelcellerne<br />
trækker sig sammen<br />
samtidig. Derfor har hjertet et<br />
ledningssystem, som automatisk og<br />
rytmisk fremkalder en depolarisering.<br />
En depolarisering et sted breder<br />
sig meget hurtigt til alle andre<br />
hjertemuskelceller, så der sker en<br />
næsten samtidig sammentrækning<br />
af alle cellerne og dermed hele<br />
hjertemusklen.<br />
KRAFTIGT STRØMSTØD<br />
Både sygdomme i selve hjertet og<br />
udefra kommende påvirkninger af<br />
hjertet kan medføre problemer<br />
med de elektriske signaler i hjertet.<br />
De værste situationer, der kan<br />
opstå, er enten komplet ophør af<br />
den elektriske aktivitet, asystoli,<br />
eller en meget hurtig rytme med<br />
over 350 elektriske impulser pr.<br />
minut, ventrikelflimren. Ved både<br />
asystoli og ventrikelflimren er det<br />
ikke muligt for hjertet at trække<br />
sig sammen, hvilket medfører hjertestop.<br />
Der kan ikke føles puls, personen<br />
bliver bevidstløs, og vejrtrækningen<br />
ophører.
CAFE KOSMOS<br />
På billedet af den elektriske aktivitet i hjertet, ses øverst, at hjertet arbejder rytmisk<br />
med omkring 70 slag hvert minut. I midten er der <strong>tale</strong> om ventrikelflimren.<br />
Hjertets aktivitet er en uregelmæssig ”flimrelinje”. Ved asystoli ses nederst en<br />
streg helt uden udsving.<br />
Ved ventrikelflimren, men ikke ved<br />
asystoli, er det muligt at genoprette<br />
den normale tilstand med et<br />
kortvarigt, kraftigt elektrisk stød<br />
med jævnspænding. Det bevirker,<br />
at alle hjerteceller depolariseres<br />
samtidigt. Derved kan den onde<br />
cirkel brydes, så den normale hjerterytme<br />
kan gå i gang igen. Stødet<br />
gives ved, at man anbringer to<br />
store elektroder på personens<br />
brystkasse. Elektroderne er forbundet<br />
med kabler til hjertestarteren.<br />
Stødet varer 10-15 millisekunder.<br />
Det har en spænding på flere<br />
tusind volt. Energimængden er op<br />
til 360 joule.<br />
GODT AT VIDE<br />
Når der gives et stød til en person<br />
med hjertestop, er det vigtigt, at<br />
ingen af de omkringværende personer<br />
rører ved patienten. Det<br />
strømstød, som den raske derved<br />
risikerer at få, kan være livsfarligt.<br />
PÅ OG UDEN FOR HOSPITALET<br />
På hospi<strong>tale</strong>rs hjerteafdelinger er<br />
det almindeligt at overvåge patienternes<br />
hjerterytme. I tilfælde af, at<br />
der skulle opstå ventrikelflimren,<br />
kan der øjeblikkeligt gives et stød<br />
med en hjertestarter. Derfor overlever<br />
mange af disse patienter. Helt<br />
anderledes forholder det sig med<br />
personer, der får hjertestop uden<br />
Hjertestartere<br />
ligger tit i en taske,<br />
der også indeholder<br />
en båndoptager.<br />
Åbner man tasken,<br />
kan man høre en<br />
forklaring på, hvordan<br />
hjertestarteren<br />
skal bruges.<br />
47<br />
for hospi<strong>tale</strong>ts mure: Hvert år bliver<br />
4-5000 personer ramt af hjertestop<br />
uden for hospi<strong>tale</strong>rne, og de<br />
færreste af dem overlever. Der er<br />
således mange menneskeliv at<br />
redde ved at forbedre mulighederne<br />
for hurtig genoplivning.<br />
HJERTESTARTERE PÅ FILM<br />
I filmen Casino Royale forgiftes<br />
James Bond med en overdosis af<br />
den type hjertemedicin, der hedder<br />
digitalis. Dette kan bl.a. medføre<br />
hurtig hjerterytme eller ventrikelflimren,<br />
hvor behandlingen er et<br />
stød i kombination med medicin,<br />
der modvirker hjerterytmeforstyrrelse.<br />
Situationen i filmen er dog<br />
ikke realistisk, da man ikke kan<br />
blive forgiftet så hurtigt, som Bond<br />
bliver det, og man kan ikke blive så<br />
hurtigt rask igen.<br />
I mange film ser man tit den lille<br />
skærm, der viser patientens hjerterytme.<br />
Når skærmen i filmen kun<br />
viser en ret linje, er der <strong>tale</strong> om asystoli,<br />
dvs. hjertet slår slet ikke. Her<br />
hjælper hjertestarteren ikke – men<br />
skader heldigvis ikke. Alligevel vågner<br />
helten i filmen ofte op efter et<br />
elektrisk stød fra hjertestarteren.
En elektrisk strøm laver et<br />
magnetfelt.<br />
Jorden kan betragtes som en<br />
magnet med sydpolen liggende<br />
tæt ved den geografiske nordpol.<br />
Retningen af magnetfeltet fra<br />
strømmen i en ledning findes<br />
med højrehåndsreglen.<br />
DET VED DU NU OM MAGNETISME<br />
MAGNETER<br />
Magneter har to poler, en<br />
nordpol og en sydpol.<br />
MAGNETER KAN LAVE ELEKTRISK STRØM<br />
To ens poler frastøder hinanden.<br />
To forskellige poler tiltrækker<br />
hinanden.<br />
Magneter er omgivet af et<br />
magnetfelt, hvor feltlinjerne<br />
viser magnetfeltets retning.<br />
Jorden er omgivet af et<br />
magnetfelt.<br />
En strømførende ledning<br />
påvirkes af et magnetfelt.<br />
Retningen af kraften på en<br />
ledning i et magnetfelt findes<br />
med lillefingerreglen<br />
En elektromagnet er en spole<br />
med jernkerne.<br />
48<br />
ANVENDELSE AF MAGNETISME<br />
I en generator laves elektrisk<br />
strøm, når en spole bevæger sig<br />
i et magnetfelt.<br />
I en højt<strong>tale</strong>r får et magnetfelt<br />
en spole til at svinge. Spolen er<br />
i forbindelse med en membran,<br />
der laver lyden.<br />
MÅLEMETODER I FYSIK<br />
Med datalogning registrerer en<br />
pc måleresultater. Pc’en kan<br />
derpå lave tabeller og grafer.
PRØV DIG SELV<br />
KAN DU HUSKE? FORSTÅR DU?<br />
Tiltrækker eller frastøder ens<br />
magnetiske poler hinanden?<br />
Hvordan virker et kompas?<br />
Hvor ligger Jordens magnetiske<br />
nordpol?<br />
Hvad er en generator?<br />
Hvad er en elektromagnet?<br />
Der findes to slags kompasnåle.<br />
En inklinationsnål og en<br />
deklinationsnål. Brug internettet<br />
til at finde ud af forskellen på<br />
de to nåle.<br />
Du har to stænger, der ser helt<br />
ens ud. Den ene er en magnet.<br />
Den anden er ikke en magnet.<br />
Hvordan kan du finde ud af,<br />
hvilken stang der er magneten?<br />
Du må kun bruge de to stænger<br />
og intet andet.<br />
Lav en liste over de ting i dit<br />
hjem der indeholder magneter.<br />
I gamle dage sagde man, at en<br />
magnet ikke måtte holdes tæt<br />
ved et armbåndsur. Var der en<br />
god grund til dette råd?<br />
Hvorfor kan en køleskabsmagnet<br />
sidde fast på døren til et<br />
køleskab?<br />
Hovedet af et søm anbringes på<br />
nordpolen af en magnet.<br />
Vil sømmets spids nu blive en<br />
nordpol eller en sydpol?<br />
Kan man lave en magnet, der<br />
frastøder jern?<br />
UDFORDRING<br />
49<br />
Hvordan kan man afmagnetisere<br />
et søm, der er magnetiseret?<br />
En kompasnål står i retningen<br />
nord-syd. Over nålen holdes en<br />
ledning i retningen øst-vest.<br />
Strømmen i ledningen går<br />
fra vest mod øst. Hvordan vil<br />
kompasnålen bevæge sig?
Energi<br />
ENERGIENS MANGE FORMER<br />
ENERGIBEVARELSE OG VARME<br />
ENERGI I SAMFUNDET<br />
ENERGIFORBRUG<br />
CAFE KOSMOS: ENERGIEN I DIN KROP<br />
På en tur i en høj rutsjebane ændrer farten sig hele tiden.<br />
Energien skifter samtidig form. Men energien forsvinder ikke.<br />
Energien er en bevaret størrelse.<br />
Hver dag omsætter vi energi, for energi er nødvendig i<br />
samfundet. Energien kommer fra forbrænding af kul, olie og<br />
naturgas. Vi får dog også energi fra vedvarende energikilder<br />
som fx vindmøller, vandkraftanlæg, solfangere og biogasanlæg.<br />
Kapitlet diskuterer, hvor energien i fremtiden skal komme fra,<br />
når oliekilderne og kulminerne er tømte.<br />
Hvad er energi?<br />
Hvad er forskellen på temperatur og varme?<br />
Hvad betyder det, når der står 60 W på en elektrisk pære?<br />
Hvordan virker et vandkraftværk?<br />
Hvad er vedvarende energi?<br />
Hvorfor skader det miljøet, når vi bruger energi?<br />
Hvad er en varmepumpe?<br />
51
ENERGI<br />
Kraft<br />
Kræfter angives i enheden newton, der<br />
forkortes N. Tyngdekraften er et eksempel<br />
på en kraft. Andre kræfter er fx opdrift og<br />
gnidningskræfter.<br />
Tyngdekraften på en genstand findes ved<br />
at gange massen af genstanden angivet i<br />
kilogram med 9,8. Når det ikke er nødvendigt<br />
at regne nøjagtigt, ganger man med 10, så<br />
udregningen bliver nemmere. Resultatet er et<br />
tal, der viser kraften i enheden newton. Tallet<br />
9,8 kaldes tyngdeaccelerationen. Tallet er et<br />
udtryk for tyngdekraftens størrelse.<br />
Når tyngdekraften udfører et arbejde<br />
på et faldende æble, får det fart på. Det får<br />
bevægelsesenergi. Den energi bruges til at<br />
smadre æblet, når det rammer gulvet.<br />
Energiens mange former<br />
I fysik har mange ord en anden betydning end i hverdagen.<br />
Når en vægtløfter har mange kræfter, betyder ordet “kræfter”<br />
noget andet, end når fysikeren fortæller, at et æble på et bord<br />
er påvirket af flere kræfter.<br />
I hverdagssproget er ordet tryk det samme som pres eller<br />
klem. I fysikken betyder “tryk” den kraft, der virker på en<br />
flade med arealet en kvadratmeter.<br />
Ord som arbejde og energi har også forskellig betydning i<br />
hverdagen og i fysikken.<br />
Arbejde<br />
I hverdagssproget kan man arbejde med en hjemmeopgave<br />
eller arbejde i et supermarked, men i fysik udføres et arbejde<br />
kun, når en kraft virker på en genstand, der flyttes. Størrelsen<br />
af arbejdet findes ved at gange kraftens størrelse med den<br />
afstand, genstanden er flyttet.<br />
Når en genstand falder, udfører tyngdekraften et arbejde.<br />
Tyngdekraften på et æble med massen 0,1 kg er 1 newton. Når<br />
æblet falder 1 meter, har tyngdekraften udført et arbejde på<br />
1 newton gange 1 meter. Det er et arbejde på 1 N·m. Enheden<br />
N·m eller newton-meter kaldes joule, der forkortes J. Ordet er<br />
engelsk og ud<strong>tale</strong>s “djuul”. Arbejdet, som er udført af tyngdekraften<br />
på æblet, er altså 1 joule.<br />
En pige med massen 50 kg er påvirket af en tyngdekraft på<br />
ca. 500 newton. Når hun går 3 meter op ad en trappe, har hun<br />
udført et arbejde på 1500 newton-meter. Det er 1500 joule. En<br />
vægtløfter, der løfter 200 kg op til højden 2,0 m, udfører et<br />
arbejde på 4000 joule.<br />
Fødevarer skal mærkes med deres energiindhold. Det angives<br />
også i joule. I en 1,5 L sodavand er der omkring 2,7 MJ,<br />
dvs. næsten tre millioner joule. Det svarer til, at pigen skulle<br />
gå omkring 5 km op ad trappe!<br />
Intet arbejde uden en flytning<br />
Arbejde er noget, der udføres, når en ting flyttes. Man udfører<br />
derfor et arbejde, når man går op ad trappe, når man skubber<br />
en trillebør eller kaster en bold. Når du cykler, skal du trampe<br />
i pedalerne. Du udfører et arbejde ved at flytte pedalerne. Hver<br />
52
gang noget flytter sig, fordi det er påvirket af en kraft, bliver<br />
der udført et arbejde.<br />
For en fysiker er arbejdet nul, når der ikke sker en flytning.<br />
Man udfører altså ikke et arbejde, når man står stille og holder<br />
noget tungt, fx en skoletaske. Det strider dog mod alle<br />
erfaringer, fordi man bliver træt af at bære den tunge taske.<br />
Det skyldes, at kroppen bruger energi, fordi musklerne hele<br />
tiden skal være aktive for at holde tasken.<br />
Bevægelsesenergi<br />
Energi er også et ord, der har forskellig betydning i det daglige<br />
sprog og i fagsproget. I udtrykkene “hun har masser af<br />
energi” og “han bruger al sin energi foran skærmen” har ordet<br />
energi ikke samme betydning som i fysik. I fagsproget betyder<br />
energi en evne til at udføre et arbejde. Arbejdet kan bestå i at<br />
løfte ting, at cykle eller at sparke til en fodbold.<br />
Når en bold falder, vil tyngdekraften få den til at bevæge<br />
sig hurtigere og hurtigere. Bolden har energi, fordi den bevæger<br />
sig. Man siger, at bolden har bevægelsesenergi. Jo hurtigere<br />
bolden falder, jo større er bevægelsesenergien.<br />
Fysikere kalder også bevægelsesenergi for kinetisk energi.<br />
Det kommer fra det græske ord for bevægelse. En genstands<br />
bevægelsesenergi, Ekin, er<br />
Ekin = 1 · m · v 2<br />
2<br />
hvor m er genstandens masse og v dens fart. Altså en halv<br />
gange massen gange farten i anden. Massen skal indsættes i<br />
kilogram og farten i meter pr. sekund, hvis resultatet skal<br />
blive en energi med enheden joule.<br />
En fodbold med massen 0,40 kg, der har farten 15 m/s, har<br />
altså en bevægelsesenergi på<br />
1 2<br />
· 0,40 · (15)<br />
2<br />
Det giver 45 joule.<br />
Projektilet fra et gevær har en masse på 0,005 kg og en fart<br />
på 900 m/s. Det har en bevægelsesenergi på<br />
1 2<br />
· 0,005 · (900)<br />
2<br />
Det bliver 2025 joule, altså langt mere end fodboldens bevægelsesenergi.<br />
53<br />
På en skateboardbane skifter energien<br />
mellem beliggenhedsenergi og bevægelsesenergi.<br />
Øverst oppe har skateren beliggenhedsenergi.<br />
Den ændres til bevægelsesenergi<br />
i bunden, hvor farten er størst. Når<br />
skateren er højest oppe på den anden side,<br />
er energien igen blevet til beliggenhedsenergi.<br />
Mens skaterens fart “kun” er<br />
30 km/t, kan man i verdens største rutsjebaner<br />
nå en fart i bunden på 180 km/t.<br />
ENERGI
ENERGI<br />
Alle ting falder lige hurtigt<br />
Nyttige oplysninger<br />
Det arbejde, en kraft udfører på en genstand,<br />
er kraftens størrelse ganget med den<br />
strækning, genstanden flyttes.<br />
Arbejde angives i enheden joule, der forkortes<br />
J.<br />
Beliggenhedsenergi og bevægelsesenergi<br />
er to energiformer.<br />
Potentiel energi og kinetisk energi er<br />
de internationale navne for beliggenhedsog<br />
bevægelsesenergi.<br />
Alle ting falder lige hurtigt, når der ikke<br />
er luftmodstand.<br />
Beliggenhedsenergi<br />
I Norge og Sverige er der vandkraftværker. Her har dæmninger<br />
over floder skabt søer højt oppe. Man siger, at vandet i<br />
søerne har en beliggenhedsenergi, fordi det ligger højere oppe<br />
end vandet på den anden side af dæmningen. Beliggenhedsenergien<br />
kan bruges til at producere elektrisk strøm.<br />
Fysikere kalder også beliggenhedsenergi for potentiel energi.<br />
Potentiel betyder mulig. En genstands beliggenhedsenergi er<br />
E pot = m · g · h<br />
hvor m er genstandens masse, og h er den højde, genstanden<br />
er hævet. Størrelsen g er tyngdeaccelerationen, der har talværdien<br />
9,8 m/s 2 . Massen skal indsættes i kilogram og højden i<br />
meter, hvis resultatet skal blive en energi med enheden joule.<br />
En fodbold med massen 0,40 kg, der er sparket 11 m op, har<br />
fået en beliggenhedsenergi på 0,40 · 9,8 · 11. Det giver 43 joule.<br />
Kopiark 3.1, 3.2 og 3.3<br />
54<br />
I et langt glasrør er der et dun<br />
og et lille lod. Røret er lukket i<br />
begge ender, men gennem en<br />
hane kan det forbindes med en<br />
pumpe. Når røret vendes, vil<br />
loddet naturligvis falde hurtigst<br />
gennem røret.<br />
Det var luftmodstanden,<br />
der bremsede dunet.<br />
Røret tømmes nu for luft med en<br />
pumpe. Hanen lukkes, og røret<br />
vendes igen. Nu kommer dun og<br />
lod samtidigt ned til bunden.<br />
Når det kun er tyngdekraften,<br />
der virker, vil alle ting falde lige<br />
hurtigt.<br />
<br />
EKSPERIMENT
Energibevarelse og varme<br />
Energi kan skifte fra en form til en anden. Beliggenhedsenergi<br />
kan omdannes til bevægelsesenergi. For alle andre energiformer,<br />
fx varmeenergi, elektrisk energi og kemisk energi, gælder<br />
det også, at energien kan skifte form, men den kan ikke forsvinde.<br />
Vi forbruger altså ikke energien. Vi ændrer dens form.<br />
Energi forsvinder ikke<br />
I en rutsjebane i Tivoli skifter energien form hele tiden. Højt<br />
oppe er der beliggenhedsenergi, i bunden er der bevægelsesenergi.<br />
Til sidst stopper vognen i rutsjebanen, men energien<br />
er ikke forsvundet. Den har igen skiftet form. Nu er den<br />
blevet til varmeenergi. Bremserne i vognen er blevet varme.<br />
I gamle dage mente man, at varme var et stof. Et eller<br />
andet, der gik fra ilden og ind i gryden med vand. Omkring<br />
1840 blev det af flere forskere vist, at varme er en energiform,<br />
der opstår, når beliggenheds- og bevægelsesenergi forsvinder.<br />
Også arbejde kan blive omdannet til varmeenergi. Bøjer<br />
man en metalclips flere gange, går den til sidst i stykker. Det<br />
kaldes et træthedsbrud. Sætter man straks det sted, hvor clipsen<br />
brækkede, op mod læben, kan man mærke, at clipsen er<br />
blevet varm. Det arbejde, der er udført for at bøje clipsen, er<br />
blevet til varmeenergi, og temperaturen er derfor steget.<br />
Kopiark 3.4<br />
Naturlove<br />
Der er i naturvidenskaben en række forhold, der gælder overalt<br />
og til alle tider. Det er de såkaldte naturlove. En af disse<br />
naturlove siger, at energi ikke kan forsvinde. Energi kan skifte<br />
form, men den samlede energi er konstant. Det er en naturlov,<br />
at energien er bevaret.<br />
Det er også en naturlov, at massen er bevaret. Den naturlov<br />
bruges fx i kemien, hvor der skal være samme masse før og<br />
efter en kemisk proces. Det er også en naturlov, at ladning er<br />
bevaret. Der kan ikke pludselig opstå fx en positiv ladning.<br />
Hvad er varme?<br />
Varme er en energiform på samme måde som beliggenhedsenergi<br />
og bevægelsesenergi. Varme er ikke et eller andet<br />
55<br />
ENERGI<br />
Joule<br />
James P. Joule, engelsk fysiker (1818-1889).<br />
Joule var den første, der udførte præcise<br />
målinger af sammenhængen mellem varme<br />
og arbejde. Ved en række forsøg viste Joule,<br />
at varme ikke er et stof, men en energiform.<br />
Han har givet navn til energienheden joule.<br />
Joule havde et lod, der hang i en snor,<br />
som var i forbindelse med en propel. Når<br />
loddet bevægede sig ned, drejede propellen<br />
rundt i en beholder med vand. Her blev<br />
vandet opvarmet. Beliggenhedsenergien i<br />
loddet blev til bevægelsesenergi i propellen.<br />
Og til sidst blev energien til varmeenergi,<br />
der fik temperaturen i vandet til at stige.
ENERGI<br />
En gammel enhed<br />
Enheden for både arbejde, beliggenhedsenergi,<br />
bevægelsesenergi og varmeenergi er<br />
joule. Tidligere blev enheden kalorie brugt<br />
for varmeenergi. Denne enhed var bestemt<br />
ud fra, at en energimængde på 1 kalorie<br />
kunne opvarme 1 gram vand 1 °C. Der skal<br />
bruges 4,2 joule for at opvarme 1 g vand<br />
1 °C. Derfor er<br />
1 kalorie = 4,2 joule<br />
På mange madvarer kan man stadig se<br />
denne enhed. En kalorie skrives som 1 cal.<br />
I mange artikler om vægttab bruges dog<br />
tit en uheldig enhed, der forkortes kal.<br />
Det betyder 1000 cal.<br />
Lyset fra lampen til venstre rammer solcellerne<br />
i midten. I solcellerne omdannes strålingsenergien<br />
til elektrisk energi, der får propellen til at<br />
rotere.<br />
stof, der flyttes fra et varmt sted til et koldere. At noget er<br />
varmt betyder, at det har en højere temperatur end noget<br />
andet. Temperaturen stiger, når molekylerne bevæger sig hurtigere.<br />
Når molekylerne i en genstand bevæger sig, har de bevægelsesenergi.<br />
Derfor betyder en høj temperatur, at der er gemt<br />
mere bevægelsesenergi inde i genstanden. Varme er altså ikke<br />
et stof, der flyttes, men en energiform, der fortæller, at molekylerne<br />
bevæger sig hurtigt.<br />
Når du pumper dækket op i din cykel, mærker du, at pumpen<br />
bliver varm. Det skyldes, at stemplet i pumpen bevæger<br />
sig, og dermed skubber til molekylerne i luften, så de får en<br />
større fart.<br />
Når man gnider hænderne mod hinanden en kold vinterdag,<br />
bliver håndfladerne varmet lidt op. Hændernes bevægelse<br />
skubber til molekylerne i huden, så de får mere fart på.<br />
Bevægelsesenergien af hænderne, bliver til bevægelsesenergi<br />
hos molekylerne. Temperaturen vil stige.<br />
Strålingsenergi<br />
Næsten al energi her på Jorden er kommet fra Solen. Det er<br />
Solen, der var årsag til, at der allerede for mange hundrede<br />
millioner år siden groede planter. De er efterhånden omdannet,<br />
så vi nu kan bryde kul og pumpe olie op fra undergrunden.<br />
Det er Solen, der skaber det vejr, der får vindmøllerne til<br />
at levere elektrisk strøm.<br />
Energien fra Solen findes både i det synlige lys og i det<br />
infrarøde lys, dvs. “lys”, der ikke kan ses af mennesker. Læs<br />
mere om det i kapitel 4. Energien i strålingen får planter til at<br />
gro, så vi kan få føde og brændsel. Strålingsenergien kan fanges<br />
og udnyttes til opvarmning i solfangere og til at lave elektricitet<br />
i solceller.<br />
En solcelle virker som et element. Den får en lille spændingsforskel,<br />
når der lyses på den. Sætter man mange solceller<br />
i serie, får man et batteri.<br />
I en solfanger bruges strålingsenergien til at opvarme vand.<br />
På mange sydvendte hustage sidder nogle sorte kasser. Det er<br />
solfangere. I vandrør inde i kasserne bliver vandet opvarmet<br />
helt gratis.<br />
Kopiark 3.5 og 3.6<br />
56
EKSPERIMENT<br />
Lav ild som indianerne<br />
Med en boremaskine, et bræt og en pind, kan man sætte ild<br />
til små papirstykker. Spænd brættet fast på et bord med en<br />
skruetvinge. Pinden spændes fast i boremaskinen. Når pinden<br />
gnider mod træet på brættet, bliver der varmt. Det lugter<br />
svedent og ryger lidt. Når man har øvet sig, kan man måske<br />
få ild i små papirstykker i revnen, hvor pinden gnider.<br />
Bevægelsesenergien i pinden er omdannet til varmeenergi,<br />
der har hævet temperaturen.<br />
På den måde lavede naturfolk ild i gamle dage.<br />
De havde ikke boremaskiner, men brugte hænderne for at få<br />
pinden til at rotere hurtigt.<br />
Varmetransport<br />
Når to genstande med forskellig temperatur er i kontakt med<br />
hinanden, vil der transporteres varme fra den ene til den anden.<br />
Varme bevæger sig altid fra en højere til en lavere temperatur.<br />
Når en metalpind varmes op i den ene ende, får molekylerne<br />
her mere fart på. De vil så skubbe til molekylerne ved<br />
siden af, så de også får mere fart på. På den måde flyttes energi<br />
fra det varme til det kolde sted. Man kan derfor sige, at<br />
varme er en energi, der flytter sig fra et varmt til et koldt sted.<br />
Varme kan også stråle fra et varmt til et koldt sted. Alle kender<br />
den prikkende fornemmelse i huden, der kommer, når man<br />
er tæt ved en varm ovn. Den stråling, man mærker, er en slags<br />
lys, bare med en farve, der ikke kan ses af øjnene, se kapitel 4.<br />
Isolering<br />
Det er vigtigt at spare på energien til opvarmning af boliger.<br />
Det gør man ved at lægge isoleringsmaterialer under gulve, i<br />
vægge og på lofter. Isoleringsmaterialer er stoffer, som varmen<br />
har svært ved at gå igennem; de er dårlige varmeledere.<br />
Isoleringsmaterialer som rockwool og glasuld er lavet af<br />
meget tynde tråde af sten eller glas.<br />
Det er luften i isoleringsmaterialerne, der sørger for, at der<br />
ikke flyttes så meget varmeenergi. Det er derfor hullerne i termoundertøj<br />
og strikkede bluser, der gør, at man kan holde<br />
varmen om vinteren!<br />
Kopiark 3.7 og 3.8<br />
57<br />
Nyttige oplysninger<br />
ENERGI<br />
Det er en naturlov, at energien er bevaret.<br />
Varmeenergi dannes bl.a., når der er gnidningskræfter.<br />
Varmeenergi er et udtryk for molekylernes<br />
bevægelsesenergi.<br />
Varme er energi, der flytter sig fra steder<br />
med høj temperatur til steder med lav<br />
temperatur.<br />
Varmeenergi blev tidligere angivet i<br />
enheden kalorie, der forkortes cal.
ENERGI<br />
Billedet viser Europa om natten. Man kan se,<br />
hvor der bor mange mennesker, og hvor der<br />
bliver brugt energi til belysning.<br />
Effekt og mennesker<br />
En vægtløfter, der løfter 200 kg op til højden<br />
2 m, udfører, som vist side 52, et arbejde på<br />
4000 joule. Hvis han løfter vægten på 2 sekunder,<br />
er effekten<br />
4000 J<br />
2 s<br />
dvs. 2000 watt.<br />
Pigen, der går op ad trappe i eksemplet<br />
på side 52, udfører et arbejde på 1500 joule,<br />
når hun går 3 meter op. Hvis det varer<br />
6 sekunder, vil hendes effekt være<br />
1500 J<br />
6 s<br />
dvs. 250 watt. En så stor effektydelse kan<br />
man kun klare i kort tid. Toptrænede cykelryttere<br />
kan yde en effekt på 250 W i mange<br />
timer, mens almindelige mennesker kun kan<br />
klare det i kort tid.<br />
Energi i samfundet<br />
Vi bruger meget energi i samfundet. Huse skal opvarmes.<br />
Biler, tog, skibe og fly skal bevæge sig. Om aftenen skal der<br />
tændes lys. Alle maskiner og elektroniske apparater skal have<br />
tilført energi for at kunne fungere. Hvor kommer energien<br />
fra? Og hvad koster den?<br />
Effekt<br />
En energi kan omdannes hurtigt eller langsomt. Omdannes<br />
energien ved en kemisk proces i løbet af en brøkdel af et<br />
sekund, er der <strong>tale</strong> om en eksplosion. Omdannes energien<br />
langsomt, som ved madens forbrænding i kroppen, sker der<br />
en rolig energiudvikling. Den “fart”, en energiomdannelse<br />
foregår med, kaldes effekten. Helt præcist er effekt det samme<br />
som energiforbrug pr. tid.<br />
Da energi måles i enheden joule, må effekten have enheden<br />
joule pr. sekund eller joule/sekund. Den enhed kendes<br />
bedre under navnet watt, der forkortes W. Et tal med denne<br />
enhed står på el-pærer og alle apparater, der bruger elektrisk<br />
strøm.<br />
58
En tændt el-pære bruger energi. Den forbrugte energi kan findes,<br />
når man kender pærens effekt. Hvis en lavenergipære har<br />
effekten 16 watt, betyder det, at den bruger 16 joule hvert<br />
sekund. Hvis den er tændt i en time, dvs. i 3600 sekunder, har<br />
den brugt en energi på (16 J/s) · (3600 s) = 57 600 J.<br />
Kilowatt-timer<br />
Når man skal be<strong>tale</strong> for sit forbrug af elektricitet, er det ikke<br />
energienheden joule, der benyttes. Elektricitetsforbruget opgøres<br />
i enheden kilowatt-time. Denne enhed skrives som kWh.<br />
Her betyder k kilo, der er det samme som tusind. W betyder<br />
effektenheden watt. Størrelsen h betyder time. Det stammer<br />
fra det engelske ord hour.<br />
Hvis en lavenergipære på 16 W har været tændt i 1 time, har<br />
den brugt en energi på 16 watt gange 1 time, dvs. 16 watt- timer<br />
= 0,016 kWh. En kilowatt-time koster i 2008 omkring 1,80 kr.<br />
Lavenergipæren har altså på en time brugt energi for ca. 3 øre.<br />
Kopiark 3.9<br />
Maskiner og motorer<br />
De første maskiner, der omdannede varmeenergi til bevægelsesenergi,<br />
blev bygget i 1700-tallet i England. De blev kaldt<br />
dampmaskiner. De skulle sørge for, at pumper kunne trække<br />
vand op fra kulminer dybt nede under jorden. Tidligere var<br />
pumperne blevet trukket af heste.<br />
I dampmaskinerne blev vand varmet op i en kedel, så det<br />
fordampede. Når dampen blev afkølet i en cylinder, fortættedes<br />
dampen igen til vand. Ved denne tilstandsændring blev<br />
rumfanget mindre, og så faldt trykket. Trykfaldet fik stemplet<br />
i cylinderen til at flytte sig, så den store vippearm på toppen<br />
af maskinen bevægede sig. På den måde fik pumpen leveret<br />
energi til at løfte vandet op fra kulminen.<br />
Kopiark 3.10<br />
Brændværdi<br />
Ved forbrænding af en liter benzin dannes der en varmemængde<br />
på 31 MJ. Man siger derfor, at benzin har en brændværdi<br />
på 31 MJ pr. liter. Træ har en brændværdi på ca. 19 MJ<br />
pr. kg. I kroppen er brændværdien af næringsstofferne i føden<br />
næsten den samme som ved forbrænding af træ.<br />
59<br />
James Watt<br />
ENERGI<br />
I 1717 var dampmaskinerne meget store.<br />
Under den runde beholder, kedlen, blev der<br />
fyret med kul. Vandet i kedlen fordampede.<br />
I cylinderen over kedlen blev dampen igen<br />
fortættet til væske. Et stempel i cylinderen<br />
blev herved trukket nedad, så den anden<br />
ende af den store vippearm blev trukket op.<br />
På den måde kom der energi til pumperne<br />
nede i kulminen.<br />
James Watt, skotsk ingeniør (1736-1819).<br />
Watt opfandt flere forbedringer af de første<br />
dampmaskiner. Han startede et firma, der<br />
solgte dampmaskiner i hele Europa. Watt<br />
har givet navn til enheden for effekt.
ENERGI<br />
Dampmaskinen Fyld vand i dampmaskinen. Brug en sprittablet til<br />
opvarmning af vandet. Når vandet i kedlen er kommet i<br />
kog, vil det fordampe. Det vil komme til at fylde mere<br />
og kan derfor presse på stemplet i cylinderen. Stemplets<br />
bevægelse driver derefter det store svinghjul.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Effekt er et udtryk for, hvor hurtigt en<br />
energi omdannes fra en form til en anden.<br />
Effekt angives i enheden watt,<br />
der forkortes W.<br />
En kilowatt-time, der forkortes kWh,<br />
er en enhed for energi.<br />
Køleskabe og varmepumper<br />
I et køleskab bruges elektrisk energi til at drive en pumpe. Ved<br />
at fordampe og igen fortætte en væske flyttes der varme fra<br />
køleskabets frostboks og til en plade på bagsiden af køleskabet.<br />
Den elektriske energi er altså blevet brugt til at flytte varmeenergi.<br />
En varmepumpe er et anlæg, der kan bruges til opvarmning<br />
af boliger. En varmepumpe virker på samme måde som<br />
et køleskab. Der fjernes varme fra et koldt sted. Det kan være<br />
luften omkring huset. Og der tilføres varme til et sted, hvor<br />
temperaturen er højere. Ved varmepumpen er det ikke luften<br />
bag køleskabet, der opvarmes, men luften i huset. Og det<br />
kolde sted ligger uden for huset. Det er derfor en varmepumpe<br />
undertiden kaldes for et omvendt køleskab.<br />
60<br />
Find ud af, hvilken vej dampen følger, og hvad der får<br />
stemplet til at bevæge sig frem og tilbage i cylinderen.<br />
Find også ud af, hvad det er, der kører rundt på toppen<br />
af dampmaskinens cylinder.<br />
<br />
EKSPERIMENT
Energiforbrug<br />
Energi, miljø og klima er emner, der over hele verden diskuteres<br />
ivrigt. Hvis vi får vores energi ved afbrænding af gas, olie eller<br />
kul, tømmer vi undergrunden og forurener atmosfæren.<br />
Der <strong>tale</strong>s meget om en bæredygtig udvikling. Det betyder, at<br />
vi skal overlade Jorden til de kommende generationer i samme<br />
tilstand, som den har nu. Derfor vil der i de kommende år blive<br />
gjort en stor indsats for at udvikle nye og miljørigtige energikilder.<br />
Samfundets energikilder<br />
I Danmark bruger vi flere former for energi. Olie hentes op fra<br />
Nordsøen og sendes til land, hvor den laves om til bl.a. benzin.<br />
Fra Nordsøen kommer også naturgas, der via rør sendes<br />
rundt i landet. Naturgassen bruges til opvarmning af boliger.<br />
På elværkerne bruges gas, kul, olie eller halm som brændstof.<br />
Ved afbrændingen opvarmes vand i store kedler, så det fordamper.<br />
Den varme damp løber gennem turbiner, der er forbundet<br />
med generatorer, som laver en elektrisk strøm.<br />
Vi får også elektrisk strøm fra udlandet. Noget kommer fra<br />
Norge og Sverige, hvor vand fra opdæmmede søer får turbiner<br />
til at rotere i vandkraftværker. Lidt elektrisk strøm kommer<br />
også fra kernekraftværker i udlandet.<br />
Vandkraft er ikke noget, vi kan udnytte i Danmark. Det<br />
kræver store højdeforskelle. Det største danske vandkraftværk<br />
ved Tange Sø kan kun producere strøm til 1000 husstande.<br />
Når vinden blæser, kan vindmøllerne levere elektrisk strøm.<br />
Desværre kan vindmøllerne kun levere energi de dage, hvor<br />
vinden blæser kraftigt. Danmark er derfor afhængig af, at der<br />
kommer forsyninger af kul, olie og naturgas. Disse stoffer kaldes<br />
fossile brændstoffer. Fossil betyder “gravet op af jorden”.<br />
Vedvarende energikilder, som vindkraft, vandkraft, solceller,<br />
solfangere og biogasanlæg leverer energi, uden at der fjernes<br />
noget fra Jorden. De vedvarende energikilder stammer alle<br />
fra den energi, Solen udsender nu.<br />
Fossile brændstoffer<br />
De fossile brændstoffer er dannet i sumpskove for 200-300<br />
millioner år siden. Kullet er blevet dannet i en periode på over<br />
61<br />
ENERGI<br />
Danmark har de seneste tyve år været førende<br />
inden for fremstilling og brug af vindmøller. I<br />
starten var vindmøllerne små, men nu bygges<br />
der meget store havvindmøller. De største er<br />
over 100 meter høje, og møllevingerne er 45 m<br />
lange. En sådan vindmølle kan producere elektrisk<br />
strøm med en effekt på 3 MW. Det kan få<br />
næsten 200 000 sparepærer til at lyse.<br />
Tangeværket ved Bjerringbro er det største<br />
danske vandkraftværk. Det kan levere en<br />
effekt på 3 MW, der er det samme som en<br />
enkelt stor vindmølle kan yde.
ENERGI<br />
Spaltning af uran<br />
Yttrium<br />
Neutron<br />
Uran<br />
Iod<br />
Tre neutroner<br />
Når en neutron rammer en urankerne, kan<br />
kernen gå i to stykker, fx en yttriumkerne<br />
og en iodkerne. Ved spaltningen af uran er<br />
der et par neutroner i overskud. De kan<br />
starte en ny spaltning, når de rammer en<br />
anden urankerne. Ved omdannelsen af uran<br />
til to andre grundstoffer dannes der meget<br />
energi.<br />
100 millioner år. Nu brydes det i løbet af få hundrede år. Om<br />
der er kul, olie eller naturgas til 100, 200 eller 300 år er set i<br />
det store perspektiv ret ligegyldigt. Om 1000 år vil reserverne<br />
med garanti være tømt, hvis energiforbruget ikke ændres kraftigt.<br />
Derfor skal der tænkes på alternative energikilder.<br />
Vindkraft<br />
Når vinden blæser kraftigt, kan møllerne i Danmark dække<br />
næsten hele samfundets el-behov. Men vinden blæser ikke<br />
altid. Derfor skal der bygges almindelige elektricitetsværker,<br />
der kan klare el-forsyningen i stille vejr. I gennemsnit dækker<br />
vindenergien i 2007 omkring 18 % af Danmarks el-forbrug.<br />
Det er en ulempe ved vindmøllerne, at de ikke pynter i<br />
naturen. Og de støjer, så de bør ikke placeres tæt ved bebyggede<br />
områder. En sidste ulempe er, at vi ikke kan sælge strømmen<br />
til udlandet, når det blæser rigtig kraftigt. Så blæser det<br />
nemlig også i nabolandene, der derfor selv producerer meget<br />
vindmøllestrøm.<br />
Biobrændsel<br />
Der brændes halm i mange danske kraftværker. Halm og træ<br />
er biobrændsler, fordi de stammer fra planter. Korn kan omdannes<br />
til bioethanol, der bruges som brændstof i biler.<br />
Brug af korn som biobrændsel rummer dog et stort etisk<br />
problem. Kan vi tillade os, i en verden hvor mange sulter, ikke<br />
at bruge markerne til afgrøder, der kan bruges til produktion<br />
af fødemidler?<br />
Der foregår i øjeblikket en meget stor forskningsindsats<br />
for at finde effektive kemiske processer, der kan omdanne<br />
indholdet i biomassen til råstoffer, fx bioethanol.<br />
Kernekraft<br />
Ved kemiske processer bevares alle atomer. De forskellige atomer<br />
flytter fra et stof til et andet. Herved opstår den varmeenergi,<br />
som kulkraftværkerne bruger til at producere elektricitet.<br />
Det er en helt anden proces, der foregår i reaktoren på et<br />
kernekraftværk. Når et stort uran-atom med mange protoner<br />
og neutroner i atomkernen bliver ramt af en neutron, kan<br />
urankernen spaltes i to mindre stykker. Uran-atomet bliver til<br />
62
to andre grundstoffer. Ved denne spaltning udsendes der<br />
flere neutroner, der igen rammer andre urankerner, der herved<br />
spaltes. På den måde får man en kædeproces, der fortsætter,<br />
så længe der er tilstrækkeligt uran.<br />
Når atomkernen spaltes, frigøres der utrolig store energimængder.<br />
1 kg uran kan producere en energimængde, der er<br />
to millioner gange større end ved forbrænding af 1 kg carbon.<br />
Men der er en række problemer ved kernekraftværkerne.<br />
Nogle af de stoffer der dannes, når uran spaltes, kan bruges til<br />
fremstilling af kernevåben. Det er meget kraftige bomber, der<br />
udnytter samme proces som i reaktorerne. Processen foregår<br />
bare så hurtigt, at der kommer en ufattelig kraftig eksplosion.<br />
Fremtidens energi<br />
I 1700-tallet startede industrialiseringen, dvs. maskiner overtog<br />
det arbejde, mennesker tidligere havde udført. Det betød<br />
et øget forbrug af energi. Først blev energien skaffet ved forbrænding<br />
af kul, senere kom energien fra olien. Men kulminerne<br />
og de olieholdige lag i undergrunden vil før eller senere<br />
blive tømt. Oliepriserne er stigende, hvilket er et tegn på en<br />
begyndende mangel.<br />
Inden der er gået nogle hundrede år, må menneskene nødvendigvis<br />
gå over til at bruge nye energikilder.<br />
Der er kun én energikilde, der er ubegrænset. Det er energien<br />
fra Solen. I dag kan solceller producere elektrisk strøm<br />
fra Solens lys. Desværre er det kun 20 % af energien i lyset, der<br />
kan laves til elektrisk energi. Der er dog håb om, at man om<br />
nogle år vil kunne udnytte energien i lyset lidt bedre. Solceller<br />
producerer kun energi, når det er lyst. Vindmøller producerer<br />
kun energi, når vinden blæser. Der må derfor opfindes metoder<br />
til at lagre energien, indtil den skal bruges.<br />
En af lagringsmetoderne er at fremstille luftarten hydrogen.<br />
Det gøres ved elektrolyse, hvor en elektrisk strøm spalter<br />
vand i hydrogen og oxygen. Hydrogenet kan så lagres. Ved at<br />
bruge hydrogenet i en brændselscelle skabes igen energi.<br />
En af de store udfordringer til fremtidens kemikere og<br />
ingeniører vil være at udnytte biomassen til produktion af<br />
nødvendige råstoffer. Her skal udvikles nye metoder, så vi ikke<br />
længere er afhængige af olien.<br />
Kopiark 3.11 og 3.12<br />
63<br />
Nyttige oplysninger<br />
ENERGI<br />
Ud over elektrisk energi producerer kernekraftværket<br />
også meget spildvarme. For at undgå en<br />
opvarmning af floden bruges en stor del<br />
af spildvarmen til at fordampe vand, der som<br />
damp kommer ud af de to høje køletårne.<br />
De fossile brændstoffer stammer fra Jorden.<br />
Vedvarende energikilder er vindkraft,<br />
vandkraft, solceller, solfangere og biogasanlæg<br />
De vedvarende energikilder får deres energi<br />
fra Solen.
CAFE KOSMOS<br />
KROP<br />
OG ENERGI<br />
Det er nødvendigt at spise og drikke for at leve og<br />
kunne arbejde. I kroppen bliver føden omdannet,<br />
så musklerne kan udføre et arbejde. Føden bruges<br />
også til at holde kroppen varm. Din krop er en motor,<br />
der udfører et arbejde og sender spildvarme til<br />
omgivelserne. I kroppen er energien dog ikke bevaret<br />
på samme måde som i en motor. Får du mere energi<br />
ind gennem munden, end du skal bruge, så bliver<br />
kroppen tungere.<br />
Bjergrytteren Michael Rasmussen blev i 2007 smidt ud af cykelløbet Tour de France,<br />
fordi han ikke havde oplyst, hvor han opholdt sig i en periode inden løbet.<br />
64<br />
FORBRÆNDINGEN I KROPPEN<br />
Et menneske skal bruge næringsstoffer<br />
for at fungere. Næringsstofferne<br />
i kosten er kulhydrater, fedtstoffer<br />
og proteiner.<br />
I kroppen foregår en forbrænding<br />
af næringsstofferne. Processen ligner<br />
den, der sker, når træ brænder.<br />
I kroppen er det dog en ”kold forbrænding”<br />
uden flammer. Efter<br />
omdannelse i mund, mave og tarm<br />
vil næringsstofferne med blodet<br />
blive ført ud til cellerne, fx i musklerne,<br />
hvor der sker en forbrænding.<br />
Ved forbrændingen bliver næringsstofferne<br />
sammen med oxygenet til<br />
vand, carbondioxid, et stof med navnet<br />
ATP og nogle restprodukter.<br />
Ved processen dannes der varme, så<br />
kroppen kan holde sin temperatur.<br />
Carbondioxidet afgives med udåndingsluften.<br />
Restprodukterne bliver<br />
fjernet fra kroppen gennem afføring<br />
og urin. Stoffet ATP, adenosintriphosphat,<br />
gemmer energien i en<br />
form, som cellerne senere kan<br />
bruge.<br />
Ikke alle næringsstoffer forbrændes<br />
straks. Rundt i kroppen opbygges<br />
der depoter af kulhydrater og<br />
fedtstoffer. Herfra kan der senere<br />
frigøres ATP, når der er behov for<br />
mere energi, fx ved løb eller cykling.<br />
Spiser man for meget, bliver<br />
depoterne for store. Man tager på<br />
i vægt. Når man arbejder, tæres der<br />
på depoterne.<br />
KROPPEN SOM MOTOR<br />
En motor tilføres energi i form af fx<br />
benzin. Motoren bruger en del af<br />
brændstoffets energi til at udføre<br />
et arbejde. Resten af energien går
tabt, især som et varmespild. Kroppen<br />
fungerer også som en motor.<br />
Din krop skal hver dag have tilført<br />
energi på omkring 10 000 kJ (ti millioner<br />
joule). Proteiner og kulhydrater<br />
indeholder omkring 17 kJ/g,<br />
mens fedtstoffer indeholder omkring<br />
38 kJ/g. Det betyder, at kroppen<br />
hver dag skal have tilført ca. et<br />
halvt kilogram næringsstoffer.<br />
Aktive personer og børn i voksealderen<br />
skal spise mere. Får man for<br />
meget, bliver man tykkere, får man<br />
for lidt, bliver man tyndere. Men<br />
det går langsomt. Drikker man fx<br />
hver dag 0,5 L sodavand ud over de<br />
næringsstoffer, der er nødvendige,<br />
vil man i løbet af et år få en masse,<br />
der er næsten 10 kg højere, end ens<br />
naturlige masse. Det tager også<br />
lang tid at få kropsvægten ned,<br />
hvis man nøjes med at spise mindre.<br />
Dyrker man motion, går det<br />
meget hurtigere.<br />
Heldigvis er kroppen god til at regulere<br />
fødeindtagelsen. Sult- og<br />
mæthedsfornemmelser sørger for,<br />
at de fleste spiser netop den mængde,<br />
der er nødvendig. Dog er der<br />
en del kulhydratholdige næringsmidler,<br />
fx slik, chips og sodavand,<br />
CAFE KOSMOS<br />
der ikke giver en tilstrækkelig<br />
mæthedsfornemmelse. Får man for<br />
meget mad af denne type, er der<br />
risiko for overvægt.<br />
Energien fra forbrændingen benyttes<br />
til at holde kroppens hvilestofskifte<br />
i gang. Hjertet skal pumpe,<br />
organer som mave og lever skal<br />
arbejde. Kroppens celler skal<br />
opretholde elektriske spændingsforskelle<br />
over cellevæggene, så der<br />
kan løbe signaler i nerverne, og så<br />
stoffer kan transporteres ud og ind<br />
af cellerne. En stor del, ca. 7 MJ, af<br />
den daglige energimængde fra<br />
føden går til dette hvilestofskifte.<br />
KROPPENS EFFEKTFORBRUG<br />
Effekt er energi pr. tid. Når det<br />
daglige forbrug hos et menneske i<br />
hvile er 7 MJ, svarer det til en<br />
effekt på 7 MJ/døgn. Da 1 døgn =<br />
24·60·60 sekunder er hvileeffekten<br />
7 000 000 /(24·60·60) = ca. 80 watt.<br />
Det er lidt mere end forbruget i en<br />
almindelig el-pære.<br />
Dyrker man idræt, bliver forbruget<br />
hurtigt større. På mange kondicykler<br />
kan man indstille modstanden,<br />
så den svarer til en bestemt effekt.<br />
En toptrænet cykelrytter kan i flere<br />
65<br />
timer yde 300 watt. Ved cykling<br />
med pæn fart kræves en effekt på<br />
omkring 100 watt. De fleste vil nok<br />
mene, at en effektydelse omkring<br />
100 watt er ganske trættende.<br />
KROPPENS SPILDVARME<br />
Kroppens energi kommer ind med<br />
maden. Udfører man intet arbejde,<br />
bliver madens energi kun brugt til<br />
at holde kroppen i gang. Energien<br />
forsvinder som varme. Når man<br />
arbejder, bruger man mere energi,<br />
så der kræves en større energitilførsel.<br />
Der kommer også en større<br />
varmeafgivelse. Denne spilvarme<br />
afgives især som sved. På den måde<br />
styres kroppens temperatur. Der<br />
skal bruges varme, for at sveden<br />
kan fordampe. Herved afkøles kroppen.<br />
Biler og mennesker har det på<br />
samme måde: Uden energi kan der<br />
ikke udføres et arbejde.
ENERGIENS MANGE FORMER<br />
Det arbejde en kraft udfører<br />
på en genstand, er kraftens<br />
størrelse ganget med den<br />
strækning, genstanden flyttes.<br />
Arbejde angives i enheden<br />
joule, der forkortes J.<br />
Beliggenhedsenergi og<br />
bevægelsesenergi er to energiformer.<br />
Potentiel energi og kinetisk<br />
energi er de internationale<br />
navne for beliggenheds- og<br />
bevægelsesenergi.<br />
Alle ting falder lige hurtigt, når<br />
der ikke er luftmodstand.<br />
DET VED DU NU OM ENERGI<br />
ENERGI I SAMFUNDET<br />
Effekt er et udtryk for, hvor hurtigt en energi omdannes fra en form<br />
til en anden.<br />
Effekt angives i enheden watt, der forkortes W.<br />
Det er en naturlov, at energien<br />
er bevaret.<br />
Varmeenergi dannes bl.a., når<br />
der er gnidningskræfter.<br />
Varmeenergi er et udtryk for<br />
molekylernes bevægelsesenergi.<br />
En kilowatt-time, der forkortes kWh, er en enhed for energi.<br />
66<br />
ENERGIBEVARELSE OG VARME<br />
Varme er energi, der flytter sig<br />
fra steder med høj temperatur<br />
til steder med lav temperatur.<br />
Varmeenergi blev tidligere<br />
angivet i enheden kalorie, der<br />
forkortes cal.<br />
ENERGIFORBRUG<br />
De fossile brændstoffer stammer<br />
fra Jorden.<br />
Vedvarende energikilder er<br />
vindkraft, vandkraft, solceller,<br />
solfangere og biogasanlæg.<br />
De vedvarende energikilder får<br />
deres energi fra Solen.
PRØV DIG SELV<br />
KAN DU HUSKE? FORSTÅR DU?<br />
Hvad er enheden for energi?<br />
Hvad er enheden for effekt?<br />
Hvad er enheden for varmeenergi?<br />
Angiv mindst to naturlove.<br />
Angiv mindst fem energiformer.<br />
Hvad er en kalorie?<br />
Et lille barn i en gynge slippes<br />
lidt oppe. Hvis barnet sidder<br />
stille, vil gyngen til sidst<br />
standse. Hvad er der sket med<br />
barnets beliggenhedsenergi?<br />
Hvad vil det sige, at energien er<br />
en bevaret størrelse?<br />
UDFORDRING<br />
67<br />
Hvorfor bliver en cykelpumpe<br />
varm, når du pumper dit dæk<br />
op?<br />
Beskriv energiens vej fra Solen via<br />
en vindmølle til boligopvarmning.<br />
Brug oplysninger fra Energistyrelsen<br />
til at finde ud af, hvor meget<br />
energi der bruges i danske husholdninger<br />
i form af elektricitet.<br />
Hvad koster 1 megajoule energi,<br />
hvis man køber energien som<br />
benzin og som elektricitet?<br />
Hvor mange joule skal tilføres<br />
1 liter vand, hvis vandet skal<br />
opvarmes fra 20 til 100 °C?<br />
Hvilke energiformer findes i dit<br />
hjem?
Lyd og lys<br />
LYD<br />
LYS<br />
ANVENDELSER AF ”LYS”<br />
ANVENDELSER AF ”LYD”<br />
CAFE KOSMOS: ALLE REGNBUENS FARVER<br />
Det er herligt at være til koncert. Skønne rytmer og flotte<br />
lysvirkninger. Fra store højt<strong>tale</strong>re kommer musikkens dybe toner,<br />
der kan få glassene til at ryste. Nogle lamper udsender ultraviolet<br />
lys, som ikke kan ses. Men strålerne fra disse lamper får alligevel<br />
hvide bluser til at lyse med et underligt, blåligt skær.<br />
Vi sanser verden med øret og øjet. Vi hører lyd, og vi ser lys.<br />
Men der findes lyde, der ikke kan høres, og lys, der ikke kan ses.<br />
Med ekkoet fra de lyde, som vores øre ikke kan høre, kan man<br />
”se” et foster i moderens mave. En stor del af strålingen fra Solen<br />
kan heller ikke ses. Noget af dette usynlige lys rammer os som<br />
farlig UV-stråling, der kan skade huden.<br />
Hvorfor bruger mange mennesker briller?<br />
Hvordan opstår en regnbue?<br />
Hvad er et ekko?<br />
Hvad vil det sige, at toner er høje?<br />
Hvad er et lyslederkabel?<br />
69
LYD OG LYS<br />
I december 2004 dræbte en tsunami næsten<br />
250 000 mennesker langs kysterne ved Det<br />
Indiske Ocean. En tsunami er en helt særlig<br />
bølge i havet. Den kan opstå, når havbunden<br />
ved et jordskælv pludselig løfter sig. Der<br />
kommer en top på vandet over det sted, hvor<br />
jordskælvet foregår. Bølgetoppen vil nu bevæge<br />
sig til alle sider på havoverfladen med en fart<br />
som et jetfly, omkring 800 km/t. Farten bliver<br />
dog langt mindre, når bølgen kommer ind på<br />
lavt vand. Til gengæld bliver vandet skubbet<br />
sammen til en smal, men meget høj bølge.<br />
Bl.a. på Sumatra og i Thailand var bølgen over<br />
10 meter høj, da den ramte kysten.<br />
Frekvens måles i hertz<br />
Er der 1000 svingninger hvert sekund, siger<br />
man, at frekvensen er 1000 hertz. Enheden<br />
hertz betyder svingninger pr. sekund.<br />
Frekvensen 1000 hertz skrives kort som<br />
1000 Hz.<br />
1 hertz = 1 Hz = 1 svingning pr. sekund.<br />
Lyd<br />
Der er bølger på havet. Ved stranden har alle mærket, hvordan<br />
vandet bevæger sig op og ned, og hvordan bølgerne bevæger<br />
sig frem. Men der er også bølger mange andre steder. En guitarstreng,<br />
et stemmebånd eller en højt<strong>tale</strong>r kan lave bølger i<br />
luft. Det kaldes lyd.<br />
Lyd er bølger<br />
Når en guitarstreng svinger frem og tilbage, skubber den til<br />
luften. Derfor vil luften foran strengen blive presset sammen.<br />
Områder med lidt højere eller lidt lavere tryk vil nu bevæge sig<br />
væk fra guitaren. Det er helt ligesom bølger på vand, hvor bølgetoppe<br />
og –dale bevæger sig hen over vandoverfladen.<br />
Ved vandbølger er det forhøjninger på vandet, der bevæger<br />
sig frem. Ved lydbølger er det områder med høje og lave tryk,<br />
der bevæger sig. Lydbølger i luft bevæger sig hurtigt. Lydens<br />
fart er ca. 340 m/s. Det er svarer til ca. 1200 km/t.<br />
Frekvens<br />
Musik kan have høje eller dybe toner. En dyb tone betyder, at<br />
lydbølgen kun svinger få gange hvert sekund. Man siger, at<br />
frekvensen er lav. Frekvensen er antallet af svingninger hvert<br />
sekund. Ved de dybeste toner, der kan høres af mennesker, er der<br />
kun ca. 20 svingninger hvert sekund. De højeste toner, vi kan<br />
høre, har en frekvens på omkring 20 000 svingninger pr. sekund.<br />
70
EKSPERIMENT<br />
Bølgelængde<br />
På stranden kan man se, at afstanden mellem to bølgetoppe<br />
normalt er omkring et par meter. Denne afstand kaldes bølgelængden.<br />
Lydbølger har også en bølgelængde. Man kan finde<br />
bølgelængden for en lydbølge med frekvensen 50 hertz ved at<br />
undersøge, hvad der sker i et sekund. I den tid har bølgen bevæget<br />
sig 340 meter. Der er altså 50 bølgetoppe på de 340 meter.<br />
Derfor kan bølgelængden findes som 340 meter divideret med<br />
50. Det giver en bølgelængde på 6,8 meter.<br />
Bølgelængden kan altså findes ud fra udtrykket<br />
Bølgelængde =<br />
Måling af lydens fart<br />
Lydens fart<br />
Frekvens<br />
For en høj tone med frekvensen 17 000 hertz er bølgelængden<br />
bare 2 cm.<br />
Kopiark 4.1<br />
71<br />
LYD OG LYS<br />
Lydens fart findes ved at måle forskellen i ankomsttid for et lydsignal med to mikrofoner, der står lidt fra hinanden.<br />
To mikrofoner kobles til en impulstæller. Når et lydsignal “høres” af den ene mikrofon, starter impulstælleren.<br />
Når lydsignalet ”høres” af den anden mikrofon, stopper impulstælleren. Mens impulstælleren er åben, vil den<br />
“tælle” til 1000 i hvert sekund.<br />
Mikrofonerne skal stå ca. to meter fra hinanden. Afstanden mellem mikrofonerne måles nøjagtigt. En elev stiller<br />
sig på linje med mikrofonerne. Eleven slår to træstykker mod hinanden. Impulstælleren viser nu den tid, lyden har<br />
været om at bevæge sig fra den ene til den anden mikrofon.<br />
Lydens fart kan bestemmes, da<br />
Afstanden mellem mikrofonerne (i meter)<br />
Lydens fart =<br />
Tidsforskellen mellem mikrofonerne (i sekunder)<br />
Gentag eksperimentet et par gange.<br />
Brug også andre afstande mellem mikrofonerne.<br />
Fart, frekvens og bølgelængde<br />
For en bølge gælder følgende sammenhænge<br />
mellem fart, frekvens og bølgelængde:<br />
Bølgelængde = Fart<br />
Frekvens<br />
Frekvens = Fart<br />
Bølgelængde<br />
Fart = Bølgelængde · Frekvens
LYD OG LYS<br />
Det er vigtigt, at der er samme tryk på begge<br />
sider af trommehinden. Derfor er mellemøret i<br />
forbindelse med svælget gennem det eustakiske<br />
rør. Dette rør er normalt lukket, men åbnes,<br />
når man synker eller gaber. Når man har<br />
mellemørebetændelse, er det eustakiske rør<br />
helt lukket. Så gør det meget ondt, fordi<br />
trykket i mellemøret bliver lavt.<br />
Som en march<br />
Toner<br />
Sidste sats i Beethovens 9. symfoni<br />
De første toner i EU’s “nationalmelodi“,<br />
Ode an die Freude, som er skrevet af<br />
Ludwig van Beethoven. Hver prik svarer<br />
til en tone med en bestemt frekvens.<br />
Den node, der svarer til tonen a, ligger i<br />
næstnederste mellemrum på nodepapiret.<br />
En lyd, der kun består af en enkelt frekvens,<br />
kaldes en tone. Toner med en stor frekvens<br />
kaldes høje toner.<br />
En stemmegaffel er et U-formet metalstykke.<br />
Slår man på en stemmegaffel, udsender<br />
den en tone. Stemmegaflen står tit på en<br />
trækasse, der forstærker lyden.<br />
For at musik skal lyde godt, må alle instrumenter<br />
lave en lyd med samme frekvens,<br />
når en bestemt tone skal spilles. Musikerne<br />
stemmer derfor deres instrumenter, inden<br />
der skal spilles. Når instrumenterne stemmes,<br />
bruges en stemmegaffel med frekvensen<br />
440 Hz. Det er tonen a, der kaldes kammertonen.<br />
På en guitar spilles kammertonen<br />
med streng nr. 2. Denne streng skal derfor<br />
spændes, så den svinger med præcis 440 Hz.<br />
Øret<br />
Mennesker hører med to ører, men nogle insekter har det på<br />
en anden måde. De hører med benene! Hos mennesker får<br />
lydbølgerne trommehinden i øret til at svinge i takt med<br />
lyden. De små bevægelser forstærkes af nogle knogler i<br />
mellemøret, så svingningerne bliver 10 gange større. Det<br />
påvirker nu en anden hinde, som omslutter et væskefyldt<br />
område, der kaldes sneglen.<br />
I sneglen sidder ca. 30 000 små ”hår”, der kan registrere<br />
svingningerne. Hver tone påvirker kun bestemte hår. Disse<br />
sansehår eller sanseceller er i forbindelse med hjernen, der<br />
laver svingningerne om til sanseindtryk. Hos nogle insekter<br />
sidder sansehårene på benene. Det er derfor, man kan sige, at<br />
de hører med benene.<br />
Høreskader<br />
Hvis man udsættes for meget kraftige lyde eller voldsom støj,<br />
kan sansehårene tage skade. Og skaden kan ikke gøres god<br />
igen. Det er derfor vigtigt, at man i støjfyldte områder bruger<br />
høreværn, der dæmper lyden. Rockmusikere bruger øreprop-<br />
72<br />
Mellemøre<br />
Trommehinde<br />
Snegl<br />
Eustakisk rør
per, mens de er på scenen. Ellers vil de hurtigt miste meget af<br />
hørelsen.<br />
De sansehår, der mærker de høje toner, bliver mindre følsomme,<br />
når man bliver ældre. Derfor kan mange ældre have<br />
svært ved at høre fx høje ringetoner.<br />
Hvor kommer lyden fra?<br />
Alle mennesker har to ører. Det er en nyttig egenskab, fordi<br />
man herved kan bestemme retningen til det sted, en lyd kommer<br />
fra. Så kan man i tide undgå mange farer. Hvis der i fortiden<br />
har eksisteret dyr med kun ét øre, ville de hurtigt tabe<br />
kampen for overlevelse til dyr med to ører.<br />
Der er to grunde til, at vi kan bestemme retningen til det<br />
sted, en lyd kommer fra. Dels er lyden kraftigst i det øre, der<br />
er nærmest lydkilden. Dels er der en lille forskel i tid mellem<br />
lydens ankomst til ørerne. Kommer lyden fra siden, vil det ene<br />
øre høre lyden knap et millisekund, dvs. en tusindedel af et<br />
sekund, inden det andet. Øret og hjernen virker hurtigt nok<br />
til at opdage, hvor lyden kommer fra.<br />
Kopiark 4.2 og 4.3<br />
73<br />
LYD OG LYS<br />
Sansehårene på billedet til venstre svinger i<br />
takt med lydbølgerne. Billedet til højre viser<br />
samme område i øret hos en døv person.<br />
De regelmæssige grupper af små, parallelle<br />
sansehår findes ikke længere.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Lyd er en trykbølge, der i luft bevæger sig<br />
med en fart på ca. 340 m/s.<br />
Bølgelængden er afstanden mellem to bølgetoppe.<br />
En bølges frekvens er antallet af svingninger<br />
hvert sekund.<br />
Enheden for frekvens er hertz, hvor fx 1 Hz<br />
netop er 1 svingning pr. sekund.<br />
Menneskets øre kan høre frekvenser mellem<br />
20 Hz og 20 000 Hz.
LYD OG LYS<br />
Tier-potenser<br />
Præfiks Størrelse Tier-potens Forkortelse<br />
giga 1 000 000 000 10 9<br />
mega 1 000 000 10 6<br />
kilo 1000 10 3<br />
hekto 100 10 2<br />
deci 10 –1<br />
centi 10 –2<br />
milli 10 –3<br />
mikro 10 –6<br />
nano 10 –9<br />
1<br />
10<br />
1<br />
100<br />
1<br />
1000<br />
1<br />
1.000.000<br />
1<br />
1.000.000.000<br />
G<br />
M<br />
k<br />
h<br />
d<br />
c<br />
m<br />
µ (my)<br />
Bølgelængder for elektromagnetisk stråling<br />
røntgen<br />
n<br />
synligt lys<br />
Lys<br />
Hvad er lys? I gamle dage mente mange, at lys var små partikler,<br />
der bevægede sig bort fra lysende genstande. Hver partikel<br />
havde sin egen farve. Andre mente, at lys var en bølgebevægelse.<br />
Det har meget senere vist sig, at begge parter havde ret!<br />
Lys er bølger, men ligesom alle stoffer har en mindste enhed,<br />
et atom, så har lys også en mindste enhed, en foton.<br />
Lys som bølger<br />
Lys har forskellige bølgelængder. Øjet kan se lys med bølgelængder<br />
mellem 400 nm og 800 nm. Husk, at 1 nm = 1 nanometer<br />
= 10 –9 m, dvs. en milliardtedel af en meter eller en milliontedel<br />
af en millimeter. Det betyder, at der ligger omkring<br />
2000 bølgetoppe på en millimeter.<br />
Lysbølgen består af et magnetisk og elektrisk felt, der hele<br />
tiden ændrer størrelse. Lys er derfor en såkaldt elektromagnetisk<br />
stråling. Der findes mange andre slags elektromagnetisk<br />
stråling. Røntgenstråling, som bruges på hospi<strong>tale</strong>rne til at se<br />
brækkede knogler, har en meget mindre bølgelængde end lys.<br />
Strålingen i mikrobølgeovne og i de tv-signaler, der modtages<br />
af fx parabolantenner, har en meget længere bølgelængde.<br />
I kapitel 6 fortælles, at elektronerne i et atom ligger i skaller<br />
omkring atomkernen. Lys opstår, når en elektron springer<br />
fra en skal i atomet til en anden, der er tættere på kernen. Ved<br />
et elektronspring opstår en bølge, der bevæger sig med lysets<br />
fart, der er 300 000 km/s.<br />
radar og<br />
mikrobølgeovne<br />
Bølgelængde<br />
m<br />
10 1<br />
–3<br />
10 –12 10 –9 103 10 –6 106 ultraviolet lys<br />
infrarødt<br />
lys<br />
74<br />
tv<br />
mellem- og langbølgeradio
Spejling<br />
Indfaldsloddet<br />
Indfaldsvinkel Udfaldsvinkel<br />
Prøv at læse den mystiske overskrift i et spejl. Man siger, at<br />
overskriften er spejlvendt.<br />
Spejle har en blank overflade, der kaster lyset tilbage. Lyset<br />
reflekteres. Rammer en lysstråle en blank flade, vil strålen<br />
blive kastet tilbage, så den forlader fladen med en vinkel, der<br />
er den samme, som den ramte fladen med. Ved spejling gælder,<br />
at udfaldsvinklen er lige så stor som indfaldsvinklen.<br />
Kigger man i et spejl, ser man sit spejlbillede, der ligger bag<br />
spejlets overflade. Billedet er spejlvendt, dvs. venstre side af<br />
personen bliver til højre side på billedet i spejlet.<br />
Kopiark 4.4, 4.5, 4.6 og 6.2<br />
Lysets brydning<br />
Når en lysstråle går fra et stof og ind i et andet, fx fra luft til<br />
glas eller fra luft til vand, vil strålens retning blive ændret. Den<br />
brydes. På tegningen er vist en lysstråle fra en mønt på bunden<br />
af et glas vand. Strålen ændrer retning, når den kommer<br />
ud i luften. Derfor ser det for øjet ud, som om mønten ligger<br />
et stykke over bunden på glasset.<br />
Kopiark 4.7<br />
75<br />
LYD OG LYS<br />
Den linje, der står vinkelret på spejlet, kaldes<br />
indfaldsloddet. Vinklen mellem indfaldsloddet<br />
og en lysstråle, der rammer spejlet, kaldes indfaldsvinklen.<br />
Den tilsvarende vinkel for den<br />
spejlede stråle kaldes udfaldsvinklen. Udfaldsvinklen<br />
er altid lige så stor som indfaldsvinklen.<br />
Lysstråler fra mønten på bunden af glasset<br />
brydes i vandoverfladen. Det ser derfor ud som<br />
om mønten er tættere på overfladen, end den<br />
er i virkeligheden. Stikker man en blyant ned<br />
i vandet, ser det ud, som om blyanten knækker<br />
i overfladen.
LYD OG LYS<br />
Refleksbrikker<br />
I mørke skal man have refleksbrikker på<br />
cyklen, trøjen og skoletasken. Refleksbrikker<br />
består af en masse små ”trekantede spejle”.<br />
Disse spejle sender altid lyset tilbage i præcis<br />
samme retning, som det kom fra.<br />
På tegningen er vist en lysstråle, der<br />
rammer ind mod to spejle, der danner en ret<br />
vinkel, 90 °, med hinanden. Lysstrålen vil<br />
efter to spejlinger bevæge sig tilbage i<br />
samme retning, som den kom fra.<br />
Når lyset fra en billygte rammer refleksbrikken,<br />
vil lyset altid blive sendt tilbage til<br />
bilen.<br />
Når en lysstråle rammer et prisme, kan man<br />
se de farver, som lysstrålen indeholder.<br />
Prismer og farver<br />
Et glas-prisme er en trekantformet glasklods. Sendes en lysstråle<br />
ind mod prismet, vil lysstrålen brydes to gange. Både<br />
når den går ind i glasset, og når den går ud. Men der kommer<br />
desuden et overraskende fænomen, et farvespektrum. Det<br />
viser de farver, der var i lyset, som ramte prismet. De forskellige<br />
farver brydes nemlig forskelligt. Det røde lys brydes<br />
mindst. Det blå og violette brydes kraftigst. Midt i spektret<br />
ligger det gule og det grønne lys.<br />
Det lys, der kommer fra Solen, indeholder alle spektrets<br />
farver. De kan ses, ved at sende solstråler gennem et prisme.<br />
Lys fra en laser har kun én farve. Der kommer derfor kun en<br />
enkelt farve ud af et prisme, der rammes af en laserstråle.<br />
Kopiark 4.8<br />
76
EKSPERIMENT<br />
Brydning og total refleksion<br />
Linser<br />
Linser kan ligesom prismer afbøje lysstråler. I en linse bliver<br />
lys, der rammer ude i kanten, afbøjet mere, end det lys, der går<br />
gennem linsen tæt ved midten. Det betyder, at alt lyset fra et<br />
bestemt sted, der ligger langt fra linsen, vil blive samlet i et<br />
enkelt punkt, brændpunktet. En linse, der samler lyset, kaldes<br />
en samlelinse. Den er tykkest på midten.<br />
En samlelinse kan lave et billede af en genstand. Det benyttes<br />
i kameraer, hvor der dannes et billede, på en plade, der<br />
gemmer oplysninger om lysstyrke og farve. Også i øjet danner<br />
en samlelinse et billede af det, man ser. I et brændglas samles<br />
al energien fra sollyset i et lille punkt. Her bliver der så varmt,<br />
at man kan sætte ild i fx papir.<br />
Kopiark 4.9<br />
77<br />
LYD OG LYS<br />
Lyset fra en laser sendes ned mod vandoverfladen<br />
i et akvarium. Læg mærke til, hvordan<br />
brydningsvinklen er anderledes end indfaldsvinklen.<br />
Lysstrålen sendes derefter lodret ned mod<br />
et spejl på bunden af akvariet. Ved at dreje<br />
spejlet, kan man få lysstrålen til nedefra at<br />
ramme vandoverfladen under forskellige<br />
vinkler. Undersøg, hvad der sker, når spejlet<br />
drejes.<br />
Når strålen ikke kan komme op fra vandet,<br />
skyldes det en mærkelig effekt, der hedder<br />
total spejling eller total refleksion. En stråle<br />
nede fra vandet kan kun slippe ud i luften,<br />
når den danner en stor vinkel med overfladen,<br />
dvs. når indfaldsvinklen er lille.<br />
Den to<strong>tale</strong> refleksion kan også opstå, når<br />
lys sendes fra glas og ud til luften.<br />
Hvis man nede fra bunden af vandet i en<br />
svømmehal kigger op mod overfladen, kan<br />
man kun se gennem vandet i et cirkelformet<br />
område lige over hovedet. Længere ude i<br />
siden virker overfladen som et spejl. Det skyldes<br />
den to<strong>tale</strong> spejling.<br />
Stråler fra lysets flamme skærer hinanden i<br />
samme punkt. Her dannes et billede af lyset.<br />
Hvis lyset er langt fra linsen, ligger billedet i<br />
samme afstand fra linsen som brændpunktet.
LYD OG LYS<br />
Linsen i øjet danner et billede på nethinden.<br />
Nogle muskler kan trække i linsen, så dens<br />
brændvidde ændres lidt. På den måde kan man<br />
se skarpt på nære og fjerne ting. Hvis øjets linse<br />
ikke kan danne et skarpt billede på nethinden,<br />
må man bruge briller eller kontaktlinser. Med<br />
en samlelinse kan billedet flyttes længere frem<br />
i øjet. Med en spredelinse, som er en linse, der<br />
er tyndest på midten, flyttes billedet længere<br />
tilbage i øjet.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Lys er en bølge, der består af svingende<br />
elektriske og magnetiske felter.<br />
Sollyset er sammensat af alle spektrets far-<br />
ver, rød, orange, gul, grøn, blå og violet.<br />
Ved spejling er udfaldsvinklen lige så stor<br />
som indfaldsvinklen.<br />
En lysstråle brydes, når den går fra et materiale<br />
til et andet.<br />
Forskellige farver brydes forskelligt. Rød<br />
brydes mindst, og violet brydes mest.<br />
78<br />
Hornhinde<br />
Pupil<br />
Linse<br />
Regnbuehinde<br />
Glaslegeme<br />
Nethinde<br />
Synsnerve<br />
Øjet<br />
Øjet er et fantastisk organ. Lyset kommer ind i øjet gennem<br />
pupillen, der er den mørke åbning midt i øjet. Pupillen trækker<br />
sig sammen, hvis der er meget lys, mens den åbner sig i mørke.<br />
Bag pupillen sidder en linse, der bryder lyset, så der på nethinden<br />
dannes et billede af det, man ser. Nethinden er bagvæggen<br />
i øjet. Billedet på nethinden står på hovedet, men hjernen<br />
sørger for, at vi opfatter verden med den rigtige ende opad.<br />
På nethinden sidder over 100 millioner små celler, de<br />
såkaldte stave, der mærker, om der er lys eller mørke. Desuden<br />
er der ca. 7 millioner farvefølsomme celler i øjet. De hedder<br />
tappe. Der findes tre forskellige slags tappe, der hver kun<br />
registrerer farver i et bestemt farveområde. Én type ser især blå<br />
farver, en anden de grønne og den tredje de røde farver.<br />
Nervesignalerne fra de mange millioner tappe og stave bliver<br />
så i hjernen omdannet til et synsindtryk.<br />
Tappene, der reagerer på forskellige farver, sidder især i<br />
midten af det indre øjes bagside. Stavene sidder spredt over<br />
hele øjets bagside, men ikke i midten. Det betyder, at man kun<br />
kan skelne mellem forskellige farver i midten af synsfeltet. Til<br />
gengæld er mennesker meget følsomme over for ændringer i<br />
lysstyrke i udkanten af synsfeltet.<br />
Kopiark 4.10 og 4.11
Anvendelser af ”lys”<br />
Får man patent på en opfindelse, har man som den eneste lov<br />
til at udnytte den. Andre må ikke fremstille og dermed tjene<br />
penge på opfindelsen. I 1951 søgte den danske opfinder<br />
Holger Møller Hansen om at få patent på et nyt apparat. Hans<br />
patentansøgning blev afvist, fordi opfindelsen kun udnyttede<br />
kendt viden om total refleksion. Alligevel fik et japansk firma<br />
20 år senere patent på helt samme opfindelse. Holger Møller<br />
Hansens opfindelse var et endoskop.<br />
Et endoskop bruges af læger til at se ind i fx mavesækken. I<br />
endoskopet er der to tynde tråde af glas. Gennem den ene sendes<br />
der lys. Gennem den anden kan lægen kigge. I nogle endoskoper<br />
er den ene glastråd erstattet af en ledning til et minivideokamera.<br />
Ved at føre endoskopet gennem en blodåre kan<br />
lægen få det helt op til hjertet, så man også kan se det indefra.<br />
Lyslederkabler<br />
Da telefonsystemet blev indført, løb sam<strong>tale</strong>rne som elektriske<br />
signaler i ledninger af kobber. Der kunne kun føres én<br />
sam<strong>tale</strong> i hver ledning. Teknikken blev senere udviklet, så der<br />
kunne føres mange sam<strong>tale</strong>r på hver kobberledning.<br />
I dag er de fleste kobberledninger erstattet af tynde glastråde,<br />
de såkaldte lyslederkabler. Talen i telefonen kodes om<br />
til en række korte lysglimt. Hos modtageren omdannes disse<br />
lysglimt igen til <strong>tale</strong>. Lysglimtene er utrolig korte. De varer<br />
mindre end en milliardtedel af et sekund. Der er derfor plads<br />
til rigtig mange sam<strong>tale</strong>r i hvert lyslederkabel.<br />
79<br />
LYD OG LYS<br />
Sendes en lysstråle ind i en tynd glastråd, kan<br />
den ikke komme ud gennem siderne på tråden.<br />
Den bliver totalt reflekteret, hver gang den<br />
rammer trådens sider. Lysstrålen kan derfor<br />
bevæge sig langt inde i en glastråd.<br />
Bilmekanikere bruger også endoskoper.<br />
Her undersøges en bil for rust.<br />
I lyslederkabler reflekteres lyset på den indre<br />
overflade af den tynde glastråd. Lyset kan ikke<br />
slippe ud af trådens sider. Det er det samme,<br />
der foregår i de lamper, der i toppen har et<br />
bundt af tynde tråde.
LYD OG LYS<br />
Røntgenbillede af en hånd med dens mange<br />
små knogler. Hånden har et brud, hvor den røde<br />
ring er tegnet ind.<br />
Der forskes meget i udviklingen af bedre og billigere lyslederkabler.<br />
Et godt kabel kræver, at glasset er meget rent, så<br />
lyset ikke dæmpes. I de allerbedste glastyper har lyset kun<br />
mistet halvdelen af sin intensitet, når det har bevæget sig gennem<br />
15 km glas.<br />
I 2008 benyttes lyslederkabler til alle hurtige forbindelser<br />
til internettet. Glastråden i kablet er meget tynd. Diameteren<br />
er normalt mindre end 0,01 mm. Hvis en netforbindelse til en<br />
computer kan klare 10 gigabits/s (giga står for 10 9 ), betyder<br />
det, at der kommer 10 000 millioner lysglimt hvert sekund.<br />
Tidligere, da sendehastigheden var mindre, kunne man ikke<br />
se tv på computeren og heller ikke downloade store filer på<br />
kort tid.<br />
Kopiark 4.12<br />
Røntgenstråler<br />
Læger kan se ind i kroppen ved at udnytte lysledere i endoskoper,<br />
men læger kan også “se” med “lys”, der ligger uden for<br />
det synlige område. Røntgenstråler er stråling af helt samme<br />
type som lys, blot er bølgelængen meget kortere. Røntgenstråling<br />
kan bevæge sig gennem stoffer, der ikke er gennemsigtige<br />
for almindeligt lys. Sendes røntgenstråler mod en<br />
patient, vil der på den anden side af patienten kunne optages<br />
et skyggebillede, hvor der er tydelig forskel på knogler og<br />
muskler.<br />
UV-stråling<br />
Sollys består af lys med forskellige farver. Men sollyset indeholder<br />
også ultraviolet lys, der kaldes UV-lys. Det er lys med en<br />
bølgelængde, der er mindre end bølgelængden af synligt lys.<br />
Det er især de ultraviolette stråler, der gør kroppen solbrændt<br />
om sommeren. Nogle af bølgelængderne er meget farlige, fordi<br />
de kan fremkalde hudkræft. Derfor skal man bruge solcreme<br />
om sommeren. Kræftrisikoen er også årsagen til, at læger fraråder<br />
børn (og voksne) at benytte solarier. Lysstofrørene her<br />
udsender nemlig farlige ultraviolette stråler.<br />
Infrarødt lys<br />
Stråling med længere bølgelængde end rødt lys, såkaldt infrarødt<br />
lys, er også usynligt for mennesker. Varmelamper udsen-<br />
80
der både synligt rødt lys og usynlig varmestråling. Varmestråling<br />
er infrarødt lys. Fjernbetjeninger bruger infrarødt lys,<br />
tit med en bølgelængde på 900 nm. Da mennesker kun kan se<br />
lys i intervallet fra 400 nm til 800 nm, kommer der altså “usynligt<br />
lys” fra fjernbetjeningen. Digitalkameraer og mobiltelefonernes<br />
kameraer kan dog “se” dette lys. Det skyldes, at den<br />
komponent, fotochippen, der registrerer lyset, kan se i et lidt<br />
større bølgelængdeområde end det menneskelige øje. Prøv, om<br />
kameraet i din mobiltelefon kan “se” fjernbetjeningens usynlige<br />
lys.<br />
Lysdioder og andre lyskilder<br />
I slutningen af 1800-tallet blev stearinlys og petroleumslamper<br />
erstattet af elektriske pærer som lyskilde i boliger. Det var en<br />
revolution. Nu var det ikke længere en luksus at kunne læse<br />
om aftenen, når det var blevet mørkt.<br />
En elektrisk pære eller en glødelampe består af en meget<br />
tynd tråd af wolfram, der er snoet som en spiral. Tråden er<br />
anbragt i en glasbeholder, der er fyldt med en ædelgas, se kapitel<br />
5. En elektrisk strøm varmer tråden op, så den gløder.<br />
Herved udsender den lys, men desværre også megen energi i<br />
form af varme. Kun 5 % af den elektriske energi bliver til lys i<br />
glødelampen.<br />
81<br />
LYD OG LYS<br />
I en lysdiode eller en LED (Light Emitting Diode,<br />
lys udsendende diode) kommer lyset fra en lille<br />
krystal. Den lyser, når der løber en strøm gennem<br />
den. Uden om dioden er et plastmateriale,<br />
der spreder lyset i alle retninger.
LYD OG LYS<br />
Hvorfor er himlen blå?<br />
Når Solen står op, er der morgenrøde.<br />
Både Solen og skyerne ser røde ud. Det skyldes,<br />
at sollyset om morgenen skal bevæge sig<br />
langt gennem atmosfæren. Støvpartikler i<br />
atmosfæren spreder især de blå farver i sollyset,<br />
så derfor er der meget rødt lys tilbage<br />
i horisonten. Det er den samme spredning,<br />
der får himlen til at være blå om dagen.<br />
Fyld et stort bægerglas med vand, og anbring<br />
det på en overheadprojektor. Når projektoren<br />
er tændt, er der ingen forskel på farverne<br />
på skærmen og på siden af glasset.<br />
Hæld en lille smule mælk i vandet.<br />
Læg nu mærke til, om der er samme farve<br />
på skærmen og på siderne af glasset.<br />
Mælken virker på samme måde som støvpartiklerne<br />
i luften. Farverne på skærmen svarer<br />
til Solen ved solopgang eller solnedgang.<br />
Mælken spreder de blå farver, så der kommer<br />
et rødligt skær på skærmen, mens siderne i<br />
bægerglasset bliver svagt blåfarvede.<br />
Glassets sider svarer til den blå himmel.<br />
Nyttige oplysninger<br />
En lysleder er et meget tyndt rør af glas.<br />
Lys kan ikke slippe ud af lyslederen, fordi<br />
lyset bliver totalt tilbagekastet af glasoverfladen.<br />
Lyslederkabler er meget effektive til hurtig<br />
overførsel af store mængder information.<br />
Lysdioder skaber lys, uden at energien<br />
spildes som varme.<br />
Senere blev lysstofrør og energisparepærer opfundet. Her springer<br />
der 50 gange hvert sekund en gnist gennem en gas. På indersiden<br />
af glasset er der stoffer, som lyser, mens gnisten springer.<br />
Den slags lyskilder er mere økonomiske. Omkring 25 % af energien<br />
vil normalt blive omdannet til lys.<br />
Den nyeste lyskilde er lysdioden. I lysdioder udsendes lys,<br />
uden at der er en høj temperatur som i almindelige glødelamper<br />
Lysdioder vil antagelig blive fremtidens lyskilde. De har en<br />
meget lang levetid, op til 100 gange længere end glødelamper.<br />
I de bedste lysdioder bliver op mod halvdelen af den elektriske<br />
energi udsendt som lys. Der er dog i 2008 stadig uløste problemer.<br />
En lysdiode udsender kun lys med en bestemt farve,<br />
så der skal sættes flere forskellige typer sammen, for at man<br />
får et behageligt lys. Og lysdioder til boligoplysning er dyre.<br />
Kopiark 4.13<br />
82<br />
<br />
EKSPERIMENT
Anvendelser af ”lyd”<br />
I forrige afsnit blev fortalt, at der findes “lys”, der ikke kan ses<br />
af menneskets øje. Der findes også “lyd”, der ikke kan høres af<br />
menneskets øre.<br />
Ultralyd<br />
Ultralyd er lydsvingninger med toner, der er højere end 20 kHz<br />
(20 000 Hz). Ultralyd kan altså ikke høres, men opfører sig ellers<br />
som almindelig lyd. Ultralyden kan give et ekko, når den rammer<br />
en forhindring. Helt på samme måde som almindelig lyd,<br />
der kastes tilbage fra en mur.<br />
Flagermus “ser” om natten med lydbølger. Små flagermus<br />
kan udsende lyde med en frekvens på 50 000 Hz. Det er en<br />
tone, som mennesker ikke kan høre. Rammer “skriget” fra en<br />
flagermus et insekt, kastes lyden tilbage som et ekko.<br />
Flagermusen kan ud fra ekkoet bestemme, hvor insektet er.<br />
Øjnene på små flagermus er ikke særlig gode, så man kan derfor<br />
sige, at flagermus ser med lydbølger.<br />
83<br />
Lyd i en konkylie<br />
LYD OG LYS<br />
Holder du en konkylie op til øret, lyder det,<br />
som om havet bruser i den. Der er naturligvis<br />
ikke gemt lyde fra havet i konkylien. Det<br />
er derimod lyden fra dit strømmende blod,<br />
du hører! Konkylien skærmer for lyd udefra.<br />
Lyden fra det strømmende blod rammer<br />
konkylien, forstærkes og kastes som et ekko<br />
tilbage. Det vil lyde som en susen.<br />
Ultralyd benyttes af læger og jordemødre.<br />
Ultralyd kastes tilbage fra områder, hvor tætheden<br />
ændrer sig. Det er således muligt at se<br />
et foster i moderens mave. Helt på samme<br />
måde ligesom flagermusene ser deres føde.
LYD OG LYS<br />
Ved fartmålinger bruger politiet dopplereffekten.<br />
Frekvensen af det ekko, som bilen udsender,<br />
afhænger af, hvor hurtigt bilen kører. Det er<br />
dog ikke lyd, men radarstråling der bruges.<br />
GB8-4.32 Tegning af ambulance,<br />
der passerer en elev. Se<br />
http://www.cora.nwra.com/~we<br />
rne/eos/text/doppler_effect.htm<br />
l , hvor der er et fint eksempel.<br />
Spektrum 2 side 31 kan måske<br />
også inspirere.<br />
Frekvensen af et udrykningssignal stiger, når<br />
ambulancen nærmer sig, fordi bølgelængden<br />
bliver kortere.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Ultralyd er lyd med frekvenser over<br />
20 000 Hz.<br />
Dopplereffekten er den ændring i frekvens,<br />
der høres, når en lydgiver bevæger sig.<br />
Dopplereffekt<br />
Når en ambulance med udrykning kører forbi, kan man høre,<br />
at lyden ændrer sig. Det kaldes dopplereffekten opkaldt efter<br />
den østrigske fysiker Christian Doppler. Lyden fra sirenen har<br />
højere toner, dvs. en højere frekvens, mens ambulancen nærmer<br />
sig. Når ambulancen kører væk igen, hører man en dybere<br />
lyd. Noget i retning af: di-di, di-di, di-da, da-da, da-da.<br />
Hvis et horn udsender en lyd med frekvensen 50 Hz, modtager<br />
en lyttende person naturligvis 50 bølgetoppe hvert<br />
sekund. Men hvis hornet sidder i en ambulance, der kører hen<br />
mod dig, se tegningen, bliver lydbølgerne “presset sammen”.<br />
Bølgelængden bliver mindre og frekvensen højere. Når ambulancen<br />
er kørt forbi, bliver lyden “trukket ud”, og tonerne bliver<br />
dybere.<br />
Lys har ligesom lyd en dopplereffekt. Det er noget astronomerne<br />
bruger. Bølgelængden, dvs. farven, af lyset fra en stjerne<br />
ændrer sig, når stjernen bevæger sig. Ved præcist at undersøge<br />
lyset fra fjerne stjerner, kan astronomerne bestemme, hvor<br />
hurtigt stjernerne bevæger sig i forhold til os. Det viser sig, at<br />
næsten alle bevæger sig væk fra os. Universet udvider sig.<br />
Kopiark 4.14<br />
84
EKSPERIMENT<br />
Lyd plus lyd giver stilhed<br />
85<br />
LYD OG LYS<br />
Med en mikrofon, en forstærker og et<br />
oscilloskop kan man på en skærm se et<br />
billede af lydens svingninger. Et oscilloskop<br />
er en slags voltmeter med fjernsynsskærm.<br />
Det måler en elektrisk spænding.<br />
Derefter viser det spændingen på en<br />
skærm. På den måde kan man se, hvordan<br />
spændingen ændrer sig, når tiden<br />
går.<br />
Når du <strong>tale</strong>r, ser svingningerne helt tilfældige<br />
ud. Forsøg at synge eller fløjte<br />
en bestemt tone. Her bliver den bølgende<br />
bevægelse tydelig. Med en stemmegaffel<br />
ses en meget fin svingning på skærmen.<br />
Hvis du sætter en klemme nederst på en<br />
stemmegaffel, får den en tone med<br />
en frekvens, der er ændret en lille smule.<br />
Lyt til den lyd, der kommer fra to<br />
ens stemmegafler, hvor der er en klemme<br />
på den ene. Lydstyrken ændrer sig. Lyden<br />
skifter mellem at være kraftig og svag;<br />
svagere end lyden fra bare én stemmegaffel.<br />
Denne ændring har en frekvens,<br />
der er så lav, at man kan tælle svingningerne.<br />
På skærmen ses, at de to lydbølger<br />
samlet giver en ny bølge, hvis styrke<br />
varierer.<br />
Når de to bølger ”blandes sammen”,<br />
siger man, at de interfererer. Så lyd plus<br />
lyd kan godt give stilhed.<br />
Med en tonegenerator, der sender det<br />
samme signal til to højt<strong>tale</strong>re, kan et<br />
tilsvarende fænomen høres. Send en lyd<br />
med frekvensen 340 Hz ud gennem<br />
begge højt<strong>tale</strong>re. Denne lyd har en bølgelængde<br />
på 1,0 m. Stil de to højt<strong>tale</strong>re<br />
ca. 3 m fra hinanden på katederet.<br />
Sæt en finger eller en øreprop i det ene<br />
øre, og find de steder i klassen, hvor<br />
lyden er kraftigst. På disse steder i klassen<br />
ankommer bølgetoppene fra de to højt<strong>tale</strong>re<br />
samtidigt. Også i dette eksperiment<br />
interfererer bølgerne.
CAFE KOSMOS<br />
ALLE<br />
REGNBUENS<br />
FARVER<br />
Naturen skaber vidunderlige farver. Røde roser, grønne<br />
blade og den blå himmel. Skinner solen, mens der<br />
er små regndråber i luften, kan man se alle spektrets<br />
farver i regnbuen. Sæbebobler og oliehinder kan også<br />
vise dette farvespektrum.<br />
Med regnbuen afslører naturen alle<br />
de farver, der er i lyset fra Solen.<br />
Rød, orange, gul, grøn, blå og violet<br />
ligger efter hinanden i regnbuen.<br />
For at forstå hvordan regnbuer opstår,<br />
skal man bruge viden om brydning<br />
og total tilbagekastning.<br />
REGNBUEN<br />
Små regndråber har form som kugler.<br />
Lys, der rammer en regndråbe,<br />
vil blive brudt, når det rammer, og<br />
når det igen forlader dråben. Det er<br />
på samme måde som i en linse. Men<br />
86<br />
Solstråler<br />
Vanddråber<br />
lidt af lyset, der rammer i et smalt<br />
område yderst på dråben, vil opføre<br />
sig anderledes. Det bliver brudt, når<br />
det rammer dråben. Derefter bliver<br />
det spejlet på bagsiden af dråben.<br />
Når lyset igen forlader dråben, bliver<br />
det brudt endnu en gang. Da<br />
lysets farver brydes forskelligt, vil<br />
farverne fra denne stråle komme ud<br />
i lidt forskellige retninger.<br />
På tegningen ses to vanddråber. Hver<br />
vanddråbe rammes af en vandret<br />
solstråle netop på det sted, hvor den<br />
vil blive totalt tilbagekastet af<br />
dråbens bagside. Ud af hver dråbe<br />
er vist en rød og en blå lysstråle.<br />
Pigen, der kigger op mod himlen, vil<br />
se den røde stråle fra den ene dråbe<br />
i en retning, der er lidt forskellig fra<br />
retningen til den blå stråle, der kommer<br />
fra den anden dråbe.<br />
På tegningen kommer sollyset vandret<br />
ind mod vanddråberne. Det er<br />
altså enten solnedgang eller solopgang.<br />
Der vil da komme en regnbue,
der har form som en halvcirkel med<br />
centrum i horisonten lige modsat<br />
retningen til Solen. Når man kigger<br />
mod en regnbue, har man altså altid<br />
Solen i ryggen.<br />
Der er tit mærkelige lysforhold på<br />
himlen, når der er regnbuer. På den<br />
udvendige side af regnbuen er der<br />
mørkere end indenfor. Det skyldes<br />
igen regndråberne. Den del af lyset,<br />
der rammer dråberne lige i midten,<br />
bevæger sig gennem dråberne.<br />
Rammer lyset lidt væk fra midten, vil<br />
det blive brudt og dermed spredt i<br />
mange forskellige retninger. Noget<br />
af det spredte lys kommer tilbage til<br />
iagttageren. Fra de mørke områder<br />
på himlen, er lyset gået lige gennem<br />
dråberne, og er altså ikke blevet<br />
kastet tilbage.<br />
SÆBEBOBLERS FARVE<br />
I sæbebobler kan man se de samme<br />
farver som i regnbuen. Men forklaringen<br />
på disse farver er en anden.<br />
På tegningen er vist en ganske tynd<br />
hinde på en sæbeboble. Der er også<br />
vist en lysstråle, der rammer hinden.<br />
Noget af strålen spejles af hindens<br />
overside. En anden del af strålen går<br />
gennem hinden og bliver spejlet af<br />
dens underside. Det lys, der bevæger<br />
sig væk fra boblen, er altså sammensat<br />
af to stråler, der har bevæget sig<br />
en forskellig længde.<br />
I eksperimentet side 85 blev vist,<br />
hvorledes to lydbølger kunne udslukke<br />
hinanden, når en bølgetop<br />
ramte øret samtidig med en<br />
bølgedal. Lys kan på samme måde<br />
udslukkes eller forstærkes. Hvis den<br />
ene af de to lysstråler har bevæget<br />
sig en afstand, der netop er en bølgelængde<br />
længere end den afstand,<br />
den anden stråle har bevæget sig, vil<br />
de to stråler forstærke hinanden.<br />
CAFE KOSMOS<br />
Spejling i en sæbehinde<br />
Da farverne ikke har samme bølgelængde,<br />
vil de enkelte farver forstærke<br />
hinanden i forskellige retninger,<br />
hvor forskellen i vejlængde<br />
er en, to eller tre bølgelængder. Når<br />
boblen, lige inden den går i stykker,<br />
bliver helt tynd, vil den se sort ud.<br />
Farverne forsvinder. Hinden er nu<br />
87<br />
blevet så tynd, at de to lysstråler ikke<br />
kan forstærke hinanden.<br />
Olie er et stof, der ikke kan opløses i<br />
vand. Når olie spildes på våd asfalt,<br />
vil det lægge sig i en tynd hinde på<br />
vandet. I denne hinde kan man se<br />
det samme farvespil som i sæbeboblerne.<br />
Og forklaringen på de<br />
forskellige farver er helt den samme.<br />
LAV FARVER MED PAINT<br />
Der findes mange farver. Langt flere<br />
end de farver, der kan ses i regnbuen.<br />
Øjet kan kende forskel på<br />
over en million forskellige farver.<br />
Når en rose har en særlig rød farve,<br />
så skyldes det, at nogle af farverne<br />
fra sollyset bliver kraftigere opsuget<br />
end den røde farve. Den farve, man<br />
ser, er altså summen af en mængde<br />
forskellige farver, der hver har sin<br />
intensitet.<br />
Med computeres tegneprogrammer,<br />
fx Paint, laves nye farver ved at<br />
blande de tre farver, rød, grøn og blå.<br />
I denne bog er alle billeder lavet ved<br />
at blande de fire farver cyan (blå),<br />
magenta (purpurrød), gul og sort.
Lyd er en trykbølge, der i luft<br />
bevæger sig med en fart på<br />
ca. 340 m/s.<br />
Bølgelængden er afstanden<br />
mellem to bølgetoppe.<br />
En bølges frekvens er antallet<br />
af svingninger hvert sekund.<br />
DET VED DU NU OM LYD OG LYS<br />
LYD<br />
LYS<br />
Enheden for frekvens er<br />
hertz, hvor fx 1 Hz netop er<br />
1 svingning pr. sekund.<br />
Menneskets øre kan høre<br />
frekvenser mellem 20 Hz og<br />
20 000 Hz.<br />
Lys er en bølge, der består af<br />
svingende elektriske og magnetiske<br />
felter.<br />
Sollyset er sammensat af alle<br />
spektrets farver, rød, orange,<br />
gul, grøn, blå og violet.<br />
Ved spejling er udfaldsvinklen<br />
lige så stor som indfaldsvinklen.<br />
En lysstråle brydes, når den går<br />
fra et materiale til et andet.<br />
Forskellige farver brydes<br />
forskelligt. Rød brydes mindst,<br />
og violet brydes mest.<br />
88<br />
ANVENDELSER AF ”LYS”<br />
En lysleder er et meget tyndt<br />
rør af glas. Lys kan ikke slippe<br />
ud af lyslederen, fordi lyset<br />
bliver totalt tilbagekastet af<br />
glasoverfladen.<br />
Lyslederkabler er meget effektive<br />
til hurtig overførsel af store<br />
mængder information.<br />
Lysdioder laver lys, uden at<br />
energien spildes som varme.<br />
ANVENDELSER AF ”LYD”<br />
Ultralyd er lyd med frekvenser<br />
over 20 000 Hz.<br />
Dopplereffekten er den<br />
ændring i frekvens, der høres,<br />
når en lydgiver bevæger sig.
Hvorfor kan lys ikke slippe ud<br />
af et tyndt glasrør?<br />
Hvorfor er afstanden i kilometer<br />
til et lyn en tredjedel af det<br />
tal, man kan nå at tælle til,<br />
mellem lynet ses, og tordenbraget<br />
høres?<br />
Hvilken fordel er der ved at se<br />
med to øjne i stedet for med<br />
kun et?<br />
Du står foran et spejl. Bag din<br />
ryg hænger et ur. I spejlet står<br />
viserne, som om klokken er<br />
17.10. Hvad er klokken i virkeligheden?<br />
Kammertonen har en frekvens<br />
på 440 Hz. Hvad er bølgelængden<br />
for kammertonen?<br />
PRØV DIG SELV<br />
KAN DU HUSKE? UDFORDRING<br />
FORSTÅR DU?<br />
Hvad betyder frekvens?<br />
Hvad er bølgelængde?<br />
Hvad er dopplereffekt?<br />
Hvad er ultralyd?<br />
Hvorfor har du to ører?<br />
Hvad er et ekko?<br />
89<br />
Brug din viden om indfalds- og<br />
udfaldsvinkler til at vise, at en<br />
lysstråle sendes tilbage i den<br />
retning, den kom fra, når den<br />
reflekteres i to spejle, der står<br />
vinkelret på hinanden. Tegn<br />
stråler, der kommer ind mod<br />
spejlene fra forskellige retninger.<br />
I et spejl er billedet spejlvendt,<br />
dvs. ”venstre er blevet til højre”.<br />
Men hvorfor er "op" ikke blevet<br />
til "ned"?<br />
I spejlkabinetter findes spejle,<br />
der får dig til at se lille og tyk<br />
ud. Hvordan er disse spejle<br />
lavet?
Luft<br />
NITROGEN OG OXYGEN<br />
CARBONDIOXID, CO 2<br />
HYDROGEN<br />
ÆDELGASSERNE OG KEMISK BINDING<br />
CAFE KOSMOS: KAN KÆMPEINSEKTERNE KOMME IGEN?<br />
For en astronaut er det fantastisk at se ned på Jorden. Fra nogle<br />
hundrede kilometers højde ses luften omkring Jorden som et<br />
tyndt, lyseblåt lag. Den blå farve opstår, når sollyset spredes<br />
i luften omkring Jorden. Normalt siger man, at rummet begynder<br />
i en højde af 100 km over Jordens overflade, og under denne<br />
højde findes 99,99999 % af al luft på Jorden. I forhold til Jordens<br />
størrelse er luftlaget meget tyndt. Hvis Jorden var på størrelse<br />
med en fodbold, ville luftlaget kun være 1-2 mm tykt.<br />
Hvilke stoffer findes i luften?<br />
Kan man som bjergbestiger komme op på de højeste bjerge<br />
uden at medbringe luft i trykflasker?<br />
Hvad er et molekyle?<br />
Hvordan giver man kunstigt åndedræt på hospi<strong>tale</strong>rne?<br />
Kan luften i klassen være årsag til, at elever gaber i skolen?<br />
91
LUFT<br />
På toppen af de højeste bjerge – i syv til<br />
otte kilometers højde – kan man kun<br />
overleve en dag. Bjergbestigere, der klatrer<br />
derop, må medbringe luft i trykflasker, eller<br />
klatre ned igen samme dag.<br />
Nitrogen og oxygen<br />
Luften omkring Jorden kaldes atmosfæren. Den atmosfæriske<br />
luft er sammensat af forskellige luftarter. Der er mest af de to<br />
luftarter, nitrogen og oxygen. Overalt på Jorden indeholder<br />
luften 78 % nitrogen, N 2, og 21 % oxygen, O 2. Oxygen er den<br />
vigtigste luftart. Den bruges af mennesker og dyr til ånding.<br />
Luft i højden<br />
Luften er tættest ved Jordens overflade og bliver hurtigt tyndere<br />
højere oppe, dvs. afstanden mellem luftmolekylerne bliver<br />
større med højden. I en højde af kun fem km er luften så<br />
tynd, at de fleste mennesker vil føle ubehag. Man er nødt til at<br />
trække vejret hurtigere for at få nok oxygen til kroppen.<br />
Ved jordoverfladen har en kubikmeter luft massen 1,2 kg.<br />
92
På verdens højeste bjerg, Mount Everest, er luften meget tyndere.<br />
En kubikmeter luft har der en masse på kun 0,4 kg.<br />
De fleste større passagerfly flyver i 10 kilometers højde,<br />
fordi luften her er så tynd, at man bruger mindre brændstof.<br />
For at passagererne kan overleve, presser man luften uden for<br />
flyet sammen, før den blæses ind i kabinen. Her sidder man i<br />
et lufttryk, der svarer til at være i lidt over to kilometers højde.<br />
Astronauter er så langt oppe, at de må medbringe deres<br />
egen luft. Da astronauterne var på Månen, måtte de også medbringe<br />
al luft, for Månen har slet ingen atmosfære.<br />
Kopiark 5.1<br />
Nitrogen<br />
Den største del, 78 %, af den atmosfæriske luft består af luftarten<br />
nitrogen, N2. I hver indånding er altså over tre fjerdedele<br />
af luften nitrogen. Det optages ikke i kroppen, men forsvinder<br />
ud igen ved udåndingen. Livet på Jorden er tilpasset<br />
netop mængdeforholdet mellem luftens oxygen og nitrogen.<br />
Oxygen reagerer let med andre stoffer, man siger, at oxygen er<br />
reaktivt. Nitrogen fortynder det meget reaktive oxygen. Liv<br />
kunne ikke eksistere, hvis der kun var oxygen i luften.<br />
Nitrogen har svært ved at reagere med andre stoffer, for den<br />
kemiske binding mellem de to nitrogen-atomer er en af de stærkeste,<br />
der kendes. Uanset, hvor hårdt nitrogenmolekylet støder<br />
ind i andre molekyler, brydes bindingen mellem nitrogenatomerne<br />
næsten aldrig. Nitrogenmolekylet er derfor meget stabilt.<br />
Oxygen<br />
Oxygen reagerer let med andre stoffer. Når et stof brænder, er<br />
det netop en reaktion mellem stoffet og oxygen. Mange af de<br />
stoffer, der findes på Jorden, kan derfor opfattes som forbrændingsprodukter.<br />
Vand, H2O, dannes ved forbrænding af hydrogen.<br />
Carbondioxid, CO2, dannes ved forbrænding af carbon.<br />
Mange steder på Jorden findes der store forekomster af<br />
mineraler, der indeholder oxygen. De er dannet ved, at luftens<br />
oxygen har reageret med jern og andre grundstoffer. I Jordens<br />
tidlige historie er meget oxygen derfor blevet fjernet fra atmosfæren<br />
og bundet i jorden. Oxygen udgør næsten halvdelen af<br />
alle atomer i jordskorpen.<br />
Kopiark 5.2 og 5.3<br />
93<br />
Luften omkring Jorden<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
km<br />
Ubemandet ballon<br />
LUFT<br />
Jetfly
O 2<br />
LUFT<br />
Påvisning af oxygen<br />
Man kan undersøge, om en luftart er oxygen, ved<br />
at bruge en glødende træpind. Man tænder en<br />
træpind, og når den har brændt et stykke tid, pustes<br />
flammen ud. Den glødende træpind sættes ned<br />
i den ukendte luftart, og hvis træpinden bryder<br />
i brand, så er luftarten oxygen. Hvis gløden går ud,<br />
så er luftarten måske nitrogen, N2, eller<br />
carbondioxid, CO2. CO 2<br />
Fotosyntese<br />
Luftens oxygen dannes af planter ved en proces, der hedder<br />
fotosyntese. Ved fotosyntesen omdanner planterne ved hjælp<br />
af sollyset luftens carbondioxid, CO 2, til oxygen, O 2, som frigives<br />
til luften. Carbon-atomet fra carbondioxid bruges til at<br />
opbygge næringsstoffer til nye plantedele, så planten kan<br />
vokse og formere sig. Næringsstoffet er sukkerstoffet glukose,<br />
der har den kemiske formel: C 6H 12O 6.<br />
Den kemiske reaktion for fotosyntesen kan skrives som:<br />
sollys + 6 H 2O + 6 CO 2 ➝ C 6H 12O 6 + 6 O 2<br />
Halvdelen af Jordens oxygen er dannet i verdenshavene ved<br />
fotosyntese af plankton. Den anden halvdel produceres ligeledes<br />
ved fotosyntese, men på landjorden af træer, græs og<br />
andre planter.<br />
Kopiark 5.4<br />
Oxygenkredsløbet<br />
Hvis der ikke var liv på Jorden, ville der ikke være oxygen i luften.<br />
Det er planterne, der har skabt luftens oxygenindhold på<br />
21 %. Det er så meget, at det ville tage Jordens befolkning omkring<br />
en million år at opbruge alt det oxygen, der er i atmosfæren.<br />
Et menneske vil i løbet af sit liv forbruge ca. 12 millioner<br />
liter oxygen. Det svarer til luftmængden i en normal skole.<br />
Hvis oxygenindholdet blev mindre end 21 %, ville fugle<br />
ikke have energi nok til at flyve, og vi ville ikke kunne løbe.<br />
94<br />
<br />
EKSPERIMENT
EKSPERIMENT<br />
Luftens oxygenindhold<br />
Hvis oxygenindholdet faldt til bare 17 %, ville vi føle, at vi blev<br />
kvalt. Det ville blive en helt anden verden, end den vi kender.<br />
Hvis oxygenindholdet blev større end 21 %, ville der lettere<br />
kunne opstå brande. Jorden ville blive hærget af enorme skovbrande.<br />
Der ville opstå nye former for liv, som fx kæmpestore,<br />
skræmmende insekter. Det kan du læse mere om i dette kapitels<br />
Cafe <strong>Kosmos</strong>: Kan kæmpeinsekterne komme igen?<br />
Kopiark 5.5<br />
Fremstilling af luftarter<br />
De fleste luftarter fremstilles af den atmosfæriske luft. Ved passende<br />
trykændringer og afkøling får man temperaturen ned på<br />
ca. –200 °C. Herved får man en flydende blanding af nitrogen<br />
og oxygen. Ved langsom opvarmning fordamper de enkelte<br />
luftarter ved hvert deres kogepunkt. Først fordamper nitrogen,<br />
der har et kogepunkt på –196 °C. Tilbage har man flydende<br />
oxygen, der har et kogepunkt på –183 °C.<br />
-<br />
-<br />
95<br />
Nyttige oplysninger<br />
Den atmosfæriske luft er betegnelsen for<br />
luften omkring Jorden.<br />
LUFT<br />
Sæt en lille elastik om et bredt glasrør ca. 8 cm<br />
fra enden af røret. Røret er åbent i begge ender.<br />
Glasrøret sættes ned i et bægerglas. Der hældes<br />
fortyndet natriumhydroxid i, til væsken når op<br />
til elastikken. Et lille stearinlys smeltes fast i bunden<br />
af en glødeske, og stangen på glødeskeen<br />
fastgøres i hullet på en gummiprop, der passer<br />
til glasrøret. Hullet stoppes til med modellervoks.<br />
Stearinlyset tændes, og når det brænder fint,<br />
sættes proppen hurtigt ned i røret. På et tidspunkt<br />
går lyset ud. Langsomt ser man, at væsken<br />
stiger op i glasrøret. Når væsken ikke stiger<br />
mere, tegnes med en vandfast pen en streg på<br />
røret, der viser, hvor højt væsken er nået, og en<br />
streg ud for den nederste del af proppen.<br />
Ved forbrændingen bruges luftens oxygen.<br />
Derfor stiger væsken i røret. Ved hjælp af en<br />
lineal og ud fra elastikkens og de to stregers placering<br />
kan man bestemme, hvor stort luftrumfanget<br />
var før og efter forbrændingen. Heraf<br />
kan man udregne, hvor meget oxygen der blev<br />
brugt ved forbrændingen af stearinlyset.<br />
Atmosfæren indeholder 78 % nitrogen, N2, og 21 % oxygen, O2. Ilt er et ældre dansk navn for oxygen.<br />
Kvælstof er et ældre dansk navn for nitrogen.<br />
Oxygen udgør næsten halvdelen af alle<br />
atomer i stofferne i jordskorpen.<br />
Oxygen påvises med en glødende træpind.<br />
Ved fotosyntese omdanner planterne i hav<br />
og på land carbondioxid til oxygen.
LUFT<br />
780 L nitrogen<br />
210 L oxygen<br />
0,4 L carbondioxid<br />
10 L argon og andre ædelgasser<br />
Den atmosfæriske luft<br />
Tegningen viser mængdeforholdet af de<br />
vigtigste luftarter i den atmosfæriske luft.<br />
Argon og de andre ædelgasser er beskrevet<br />
på side 102.<br />
Dødens dal<br />
Carbondioxid er en tung luftart. Mange steder<br />
i verden – især i vulkanske områder –<br />
siver der carbondioxid ud af jorden. Det kan<br />
samle sig i huller og hulninger, hvor mindre<br />
dyr og også mennesker kan blive kvalt.<br />
Begrebet ”Dødens dal”, der kendes fra flere<br />
steder, har ofte vist sig at have denne årsag.<br />
I 1986 omkom 1700 mennesker på én<br />
gang i Afrika. De boede omkring søen Nyos<br />
i Cameroun. Uden varsel steg der enorme<br />
mængder af carbondioxid op af søen. Med<br />
en fart på 20-50 km/t løb den tunge gas ud<br />
over landskabet omkring søen; gassen fortrængte<br />
den atmosfæriske luft, så folk blev<br />
kvalt. Stort set alle dyr og mennesker i en<br />
afstand af op til 23 km fra søen døde.<br />
Carbondioxid, CO 2<br />
De 99 % af atmosfæren består af oxygen og nitrogen. Der er<br />
yderligere lidt under 1 % af luftarten argon, Ar. Resten af luften<br />
– ca. 0,1 % – består af over 200 forskellige luftarter. Noget<br />
er vanddamp, H 2O, noget er carbondioxid, CO 2. Argon spiller<br />
ingen rolle for livet, men carbondioxid, CO 2, bruges i planternes<br />
fotosyntese, hvorved planterne kan vokse.<br />
Carbondioxid<br />
Luftarten carbondioxid, CO2, er kun nummer fire af de mest<br />
forekommende luftarter i atmosfæren. Den atmosfæriske luft<br />
indeholder kun ganske lidt carbondioxid, 0,0385 %. Det svarer<br />
til, at der i 1 liter luft kun er 0,385 mL carbondioxid.<br />
Carbondioxid har ingen lugt.<br />
Carbondioxid dannes bl.a. ved forbrænding. Den kommer<br />
ud af skorstene og udstødningsrør på biler. Indholdet af carbondioxid<br />
i luften er derfor større i storbyer og industriområder<br />
end ude på landet eller ude på havet. Blandt andet derfor<br />
er luften bedre ude på landet end i byerne.<br />
Kopiark 5.6, 5.7 og 5.8<br />
Carbondioxid er en tung luftart<br />
Carbondioxid er en meget tung luftart. Det udnyttes ved<br />
slukning af brande. Der er carbondioxid i de såkaldte kulsyreslukkere.<br />
Når carbondioxid sprøjtes ud over det brændende<br />
stof, vil carbondioxid synke ned og herved skubbe luften væk.<br />
Så er det brændende stof ikke længere i kontakt med luftens<br />
oxygen, og ilden vil gå ud.<br />
Kopiark 5.9<br />
96
EKSPERIMENT<br />
<br />
EKSPERIMENT<br />
Påvisning af carbondioxid<br />
Man kan påvise carbondioxid, CO2, på to måder,<br />
med kalkvand eller med en CO2-indikator. Med kalkvand: Kalkvand er en opløsning af<br />
calciumhydroxid, Ca(OH) 2. Carbondioxid bobles<br />
igennem kalkvandet, og de to stoffer danner et<br />
fast stof, calciumcarbonat, CaCO3. Den kemiske<br />
reaktion er Ca(OH) 2 + CO2 ➝ CaCO3 + H2O. Når der er kommet tilstrækkeligt meget carbondioxid<br />
ned i kalkvandet, bliver opløsningen<br />
uklar.<br />
Med CO2-indikator: En opløsning af<br />
CO2-indikator er rød til rødviolet. Når man<br />
bobler carbondioxid gennem opløsningen,<br />
bliver den gul.<br />
Carbondioxid i luften<br />
og i udåndingsluften<br />
97<br />
LUFT<br />
Luftarten carbondioxid kan påvises med kalkvand.<br />
Når mængden af carbondioxid, der er<br />
kommet ned i kalkvandet, er blevet stor nok,<br />
bliver opløsningen uklar. Der dannes et fast<br />
stof, calciumcarbonat, CaCO3. Ved hjælp af en vandluftpumpe suges atmosfærisk<br />
luft igennem kalkvand. Hvor lang tid går<br />
der, før opløsningen bliver uklar?<br />
Der bygges et åndingsapparat. Man suger luft<br />
ind og puster luften ud igen gennem glasrøret.<br />
Når man suger luften ind, bobler den atmosfæriske<br />
luft i glasset til venstre; når man puster<br />
luften ud, bobler udåndingsluften i glasset til<br />
højre.<br />
Hvad fortæller forsøget om indholdet af<br />
carbondioxid i den atmosfæriske luft og i<br />
udåndingsluften?<br />
Det tager meget lang tid, før kalkvandet i forsøget<br />
med vandluftpumpen bliver uklart.<br />
Det viser, at der ikke er ret meget carbondioxid<br />
i luften. Det varer til gengæld ikke ret længe,<br />
før udåndingsluften gør kalkvandet uklart.<br />
Det viser, at der er meget carbondioxid i vores<br />
udåndingsluft.
LUFT<br />
Sæler og hvaler trækker vejret ligesom<br />
mennesker, men de kan holde til at have<br />
større mængder af carbondioxid i blodet.<br />
Derfor kan hvaler opholde sig under<br />
vand i op til to timer.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Ved åndingen optages oxygen, og der udskilles<br />
carbondioxid, CO2, gennem lungerne.<br />
Carbondioxid er en tung luftart.<br />
Kalkvand og CO2-indikatoren kan påvise<br />
carbondioxid.<br />
Carbondioxid gør os<br />
dårligt tilpas<br />
I mindre lokaler, hvor der er mange mennesker,<br />
og hvor der ikke luftes ud, vil indholdet<br />
af carbondioxid i luften stige. Vores udåndingsluft<br />
har nemlig et indhold af carbondioxid<br />
helt oppe på 4,5 %. Allerede når<br />
mængden af carbondioxid i luften kommer<br />
op på 0,5 %, bliver vi påvirket. Vi bliver<br />
trætte og begynder at gabe.<br />
Indholdet af carbondioxid i et lukket rum<br />
bør ikke overstige 0,1 %. Derfor er det vigtigt,<br />
at man i skolerne får luftet lokalerne ud<br />
efter hver time. Det er altså ikke sikkert, at<br />
eleverne gaber, fordi undervisningen er<br />
kedelig.<br />
Ånding<br />
Når vi tager en indånding, optages luftens oxygen gennem<br />
lungerne i blodet. Det transporterer oxygen ud til hver eneste<br />
celle i kroppen. Blodet transporterer også næringsstoffer fra<br />
maden ud til cellerne. Her sker en forbrænding af næringsstofferne<br />
med det oxygen, som vi fik fra luften ved indåndingen.<br />
Forbrændingen foregår dog uden ild og flammer og<br />
ikke ved en høj temperatur, men ved kroppens temperatur på<br />
37 °C. Ved forbrændingen af maden i kroppen dannes varme,<br />
så vi ikke fryser, og energi, så vi kan bevæge os.<br />
Den kemiske reaktion ved forbrændingen af stoffet glukose<br />
kan skrives som: C 6H 12O 6 + 6 O 2 ➝ 6 CO 2 + 6 H 2O + energi.<br />
Carbon-atomerne i madens molekyler reagerer med oxygen<br />
og bliver til carbondioxid, CO 2. Hydrogen-atomerne i<br />
maden reagerer også med oxygen og bliver til vand, H 2O.<br />
Blodet transporterer derefter carbondioxid tilbage til lungerne,<br />
hvorfra det udåndes. Derfor er der mindre oxygen i vores<br />
udåndingsluft end i indåndingsluften, mens der er mere carbondioxid<br />
i udåndingsluften end i indåndingsluften.<br />
Når et menneske holder vejret, kommer der mere og mere<br />
carbondioxid i blodet. Det udløser en refleks, der får os til at<br />
tage en indånding, for det er mængden af carbondioxid i blodet,<br />
der styrer vejrtrækningen.<br />
Kopiark 5.10<br />
Gæring<br />
Når man skal bage brød, blander man gær i dejen. Gær består<br />
af gærceller, der er levende organismer. De “spiser” sukkeret i<br />
dejen, og udskiller luftarten carbondioxid. Det får brødet til at<br />
hæve. Når brødet sættes i ovnen, dræber den høje temperatur<br />
gærcellerne.<br />
Alle drikkevarer, der indeholder alkohol, har været gennem<br />
en gæringsproces. Gæren omdanner sukker til CO2 og alkohol.<br />
I ølproduktionen er det sukkeret i kornsorten byg, der omdannes.<br />
I vinproduktionen er det sukkeret i vindruerne, der omdannes.<br />
Under gæringen slipper en masse CO2 ud til omgivelser.<br />
I øl er det let at se, at der er dannet CO2 ved gæringen, for<br />
når man hælder øl op i et glas, dannes der en masse luftbobler<br />
i væsken. Herved dannes skummet i glasset.<br />
Kopiark 5.11<br />
98
Hydrogen<br />
Grundstof nr.1 er hydrogen. Det findes som et to-atomigt molekyle<br />
med formlen H 2. Det er det letteste molekyle, der eksisterer.<br />
Ingen andre molekyler har så lille en masse. Derfor er<br />
hydrogen en luftart. Hydrogen har ingen farve, og det har<br />
ingen lugt. Der er kun lidt frit hydrogen på Jorden, men der er<br />
masser af kemiske forbindelser, der indeholder hydrogen, fx<br />
vand.<br />
Der er ikke hydrogen i atmosfæren<br />
Det er tyngdekraften, der holder atmosfæren fast på Jorden.<br />
Luftarter med store og tunge molekyler findes især ved jordoverfladen,<br />
mens lette molekyler kan findes højere oppe.<br />
Hydrogen er en meget let luftart; meget lettere end almindelig<br />
luft. En liter almindelig luft har en masse på ca. 1,2 g. Hydrogens<br />
densitet er ca. fjorten gange mindre. Hydrogenmolekylerne<br />
er så lette, at Jordens tyngdekraft ikke kan fastholde<br />
dem. Alt hydrogen i atmosfæren vil derfor stige til vejrs<br />
og før eller senere forsvinde ud i verdensrummet. På denne<br />
måde mister Jorden luftarter, men Jorden bliver ikke lettere,<br />
99<br />
Brint og brintsamfundet<br />
LUFT<br />
Et ældre dansk navn for hydrogen er brint.<br />
Navnet bruges ofte ved om<strong>tale</strong> af fremtidsvisionen<br />
”brintsamfundet”, hvor det er tanken,<br />
at man skal bruge brændselsceller, der<br />
frembringer elektricitet ved at forbrænde<br />
hydrogen. Det sker uden forurening. Det<br />
eneste forbrændingsprodukt er vanddamp.<br />
Fremstilling af hydrogen<br />
Da der ikke er hydrogen i atmosfæren,<br />
må det udvindes på en anden måde. Det<br />
kan gøres ved elektrolyse af vand. Ved en<br />
elektrolyse sender man elektrisk strøm<br />
gennem vand tilsat lidt svovlsyre, der får<br />
reaktionen til at ske hurtigere. Herved<br />
spaltes vandet i hydrogen og oxygen.<br />
På de dannede luftmængder kan man se,<br />
at der dannes dobbelt så meget hydrogen<br />
som oxygen, for i vandmolekylet er<br />
der to hydrogen-atomer, men kun et<br />
oxygen-atom. Hydrogen opbevares<br />
i trykbeholdere.
LUFT<br />
Hindenburg<br />
I 1936 byggede man i Tyskland den kæmpemæssige<br />
zeppeliner Hindenburg. Det var et<br />
245 meter langt luftskib med 16 enorme<br />
poser med hydrogen.<br />
Mandag d. 3. maj 1937 fløj Hindenburg<br />
fra Tyskland med kurs mod USA. Ingen flyvemaskiner<br />
kunne dengang flyve så langt.<br />
Lige før landingen, ganske få meter over<br />
jorden, opstod der brand, og alt hydrogen<br />
brændte i en voldsom brand.<br />
Herefter stoppede man al flyvning med<br />
luftskibe båret oppe af hydrogen. Det var alt<br />
for farligt. På grund af eksplosionsfaren må<br />
man i dag kun bruge hydrogen til luftballoner,<br />
der sendes op af meteorologer og andre<br />
forskere.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Grundstof nr. 1 er hydrogen, H 2.<br />
Den letteste luftart er hydrogen.<br />
Hydrogen kan brænde. Ved forbrændingen<br />
reagerer hydrogen med oxygen, og der dannes<br />
vanddamp.<br />
Knaldgas er en blanding af hydrogen og ren<br />
oxygen. Blandingen eksploderer ved antændelse.<br />
for hver dag falder der op til 10 000 ton støv og meteoritter fra<br />
verdensrummet ned på Jorden.<br />
Kun planeter, der er meget større og dermed tungere end<br />
Jorden, kan fastholde hydrogen. På de store planeter, Jupiter<br />
og Saturn, er der hydrogen, og langt størstedelen af Solen består<br />
af hydrogen. I verdensrummet er hydrogen det grundstof,<br />
der er mest af.<br />
Hydrogen kan brænde<br />
Hydrogen kan brænde. Ved forbrændingen reagerer hydrogen<br />
med atmosfærens oxygenindhold. Ved reaktionen mellem de<br />
to luftarter dannes der vanddamp. Reaktionen kan skrives:<br />
Hydrogen + oxygen ➝ vanddamp<br />
Med kemiske formler skrives reaktionen:<br />
2 H 2 + O 2 ➝ 2 H 2O<br />
Af reaktionen ses, at to hydrogenmolekyler reagerer med et<br />
oxygenmolekyle og danner to vandmolekyler. På grund af den<br />
høje temperatur er det vanddamp, der dannes. Lidt senere, når<br />
luften er afkølet, fortætter vanddampen til vanddråber.<br />
Kopiark 5.12 og 5.13<br />
Hydrogen brænder uden flamme<br />
Når hydrogen brænder, ses der ingen flamme, som ved andre<br />
stoffer der brænder. De fleste andre brændende stoffer lyser,<br />
fordi der i flammen er små glødende partikler af carbon, der<br />
udsender lys. Hvis man ser en flamme, når hydrogen brænder,<br />
kommer lyset fra glødende småpartikler, der findes som forurening<br />
i luften.<br />
Knaldluft og knaldgas<br />
Man kan sagtens have en blanding af hydrogen og luft sammen,<br />
uden at hydrogen brænder. Men ved den mindste gnist<br />
eksploderer blandingen. Derfor kaldes en blanding af hydrogen<br />
og luft for knaldluft.<br />
En blanding af hydrogen og ren oxygen giver ved antændelse<br />
en endnu kraftigere eksplosion. En sådan blanding kaldes<br />
knaldgas.<br />
Kopiark 5.14 og 5.15<br />
100
EKSPERIMENT<br />
<br />
EKSPERIMENT<br />
Påvisning af hydrogen<br />
Man kan let undersøge, om en luftart er hydrogen.<br />
Hydrogen vil brænde, når man sætter en brændende<br />
træpind hen til hydrogen. Man opsamler noget af<br />
luftarten i et reagensglas. Når man tager proppen af<br />
reagensglasset, skal bunden af glasset vende opad,<br />
for hydrogen er lettere end den omgivende luft.<br />
Helt rent hydrogen vil brænde roligt. På grund af<br />
varmeudviklingen vil man høre en lyd, nærmest<br />
”blob”. Hvis der ikke er helt rent hydrogen i<br />
reagensglasset, men også noget af den atmosfæriske<br />
luft, vil hydrogen brænde i en eksplosion, og man vil<br />
høre en hvinende lyd eller et knald, når hydrogen<br />
antændes.<br />
101<br />
Hydrogen kan ”æg”splodere<br />
LUFT<br />
Man skal bruge et udpustet æg. Det skal have<br />
et hul på ca. 2-3 mm i diameter i den spidse<br />
ende af ægget, og et i bunden på ca. 3-4 mm.<br />
Det lille hul tapes til, og ægget fyldes med<br />
hydrogen gennem et langt smalt glasrør, der<br />
stikkes gennem det store hul helt op til toppen<br />
af ægget. Ægget sættes ned på den afskårne<br />
top af en sodavandsflaske af plastic.<br />
Fjern tapen, og sæt straks en tændt tændstik<br />
hen over hullet. Der høres formentlig en lille<br />
lyd, ”blob”, og derefter ser der ikke ud til at ske<br />
mere. MEN!<br />
Efter nogen tid eksploderer ægget, ”BOOM”.<br />
Når tapen tages af, strømmer der hydrogen ud.<br />
Det antændes og brænder, men flammen<br />
kan næsten ikke ses eller høres. Efterhånden,<br />
som der strømmer mere og mere hydrogen ud<br />
foroven af ægget, trækkes der luft ind gennem<br />
det nederste hul. På et tidspunkt er der kommet<br />
så meget oxygen ind i ægget, at flammen kan<br />
slå ned gennem det øverste hul og antænde<br />
hydrogen-luft-blandingen inde i ægget.
LUFT<br />
Gas<br />
Ofte bruger man betegnelsen gas i stedet<br />
for ordet luftart. Ordet gas blev opfundet<br />
for 400 år siden, og det blev valgt, fordi<br />
det lyder lidt som det græske ord, kaos.<br />
Luftmolekylerne bevæger sig nemlig tilfældigt<br />
rundt, støder ind i hinanden og ændrer<br />
derfor hele tiden retning. De bevæger sig<br />
kaotisk. Det modsatte af kaos er orden.<br />
Det græske ord for orden er kosmos,<br />
navnet på denne bog.<br />
Helium<br />
Helium er det grundstof, der er næstmest af<br />
i Universet. 11,3 % af alle atomer er heliumatomer.<br />
Der er dog mest af luftarten hydrogen;<br />
88,6 % af alle atomer er hydrogen.<br />
Resten af grundstofferne udgør kun 0,1 %.<br />
Luftskibe<br />
Da helium kun vejer 1/7 af luft og samtidig<br />
ikke kan brænde, bruges det i luftballoner<br />
til meteorologiske observationer. Sådanne<br />
balloner er nået op i 28 kilometers højde.<br />
Hvis man vil undersøge atmosfæren endnu<br />
højere oppe, bruger man det lettere, men<br />
også brandfarlige, hydrogen.<br />
I et luftskib fyldt med helium kan en kubikmeter<br />
helium bære en last på et kilogram.<br />
Ædelgasserne<br />
og kemisk binding<br />
I luften findes små mængder af ædelgasserne. Det er de<br />
grundstoffer, der står i det periodiske systems 8. hovedgruppe.<br />
De er alle luftarter. Det er helium, neon, argon, krypton,<br />
xenon og radon.<br />
Grundstofsymbolerne er He, Ne, Ar, Kr, Xe og Rn.<br />
Ædelgasserne<br />
Den ædelgas, der er mest af i luften, er argon. Der er lidt mindre<br />
end 1 % i luften. Af de andre ædelgasser er der meget mindre.<br />
I 1 m3 luft er der ca. 10 liter argon, men kun 24 mL af de<br />
andre ædelgasser tilsammen. Når man vil udvinde en liter<br />
xenon af luften, skal man fange alle xenon-atomer i en mængde<br />
luft, der svarer til en meget stor skole.<br />
Ædelgasserne har fået deres navn, fordi de opfører sig lidt<br />
som de ædle metaller, guld og sølv. Guld er meget lidt reaktivt<br />
og har svært ved at danne kemiske forbindelser med andre<br />
grundstoffer. Derfor findes guld ofte frit i naturen. På samme<br />
måde danner ædelgasserne næsten ingen kemiske forbindelser<br />
med andre grundstoffer. De kan ikke brænde, og man kan<br />
hverken smage eller lugte dem.<br />
Helium<br />
Helium er syv gange lettere end den atmosfæriske luft. Kun<br />
grundstof nr. 1, hydrogen, er lettere. Helium er dobbelt så tungt<br />
som hydrogen, men da hydrogen er meget brændbart, benyttes<br />
helium i situationer, hvor der er brug for en let gas, bl.a. i luftskibe.<br />
Når man i fx Tivoli kan købe balloner, der skal holdes med en<br />
snor, for at de ikke stiger til vejrs, så er disse balloner fyldt med<br />
helium. Helium kan ikke brænde, og det er helt ugiftigt.<br />
Helium har fået sit navn efter Solen, der på græsk hedder<br />
Helios. Navnet skyldes, at nogle astronomer i 1868 ved en analyse<br />
af solstrålerne opdagede et ukendt grundstof på Solen.<br />
Grundstoffet blev opkaldt efter Solen og fik navnet helium.<br />
Først 26 år efter fandt man grundstoffet helium her på Jorden.<br />
Forskellige steder siver der helium op af jorden. Her opsamler<br />
man helium.<br />
102
Radon<br />
Jo højere atomnummer ædelgassen har, jo tungere er den.<br />
Helium er derfor den letteste, radon den tungeste. Radon er<br />
samtidig radioaktivt, og da der kommer radon op af jorden og<br />
ud af beton, kan der i huse samles så meget radon, at det kan<br />
være skadeligt. Når man indånder luft med for meget radon,<br />
kan man risikere at få lungekræft. Derfor er det vigtigt at få<br />
luftet godt ud, især i kældre.<br />
Argon<br />
Fordi der er mest af argon i luften, er argon den ædelgas, der er<br />
billigst at udvinde. Derfor bruges netop argon som beskyttelsesgas<br />
ved svejsning. Når man smelter metaller, der skal svejses<br />
sammen, leder man argon ned over det smeltede metal. Herved<br />
fjerner man luftens oxygen, der ellers ville reagere med det<br />
smeltede metal og hindre svejsningen.<br />
Argon, krypton, xenon og neon udvindes som et biprodukt<br />
ved fremstilling af oxygen og nitrogen.<br />
Krypton, xenon og neon<br />
Krypton og xenon bruges til at fylde i elektriske pærer, der skal<br />
lyse ekstra kraftigt, fx landingslys i lufthavne. Hvis der var<br />
almindelig luft i glaskolben, ville glødetråden brænde over<br />
efter få sekunder. Med krypton eller xenon holder glødetråden<br />
længere. Lysstyrken bliver større, for xenon er en dårlig varmeleder.<br />
Med xenon får glødetråden en højere temperatur, så den<br />
lyser kraftigere.<br />
Neon kendes fra de mange lysreklamers neonrør. De røde<br />
farver kommer fra luftarten neon, som er fyldt i rørene. Når<br />
der sendes strøm gennem luftarten, lyser den rødt.<br />
Kopiark 5.16<br />
En- og fler-atomige molekyler<br />
Ædelgasserne findes altid som enkelte atomer, der bevæger sig<br />
frit i luften. Ædelgassernes molekyler består således af kun et<br />
enkelt atom; man siger, at molekylerne er en-atomige. Alle<br />
andre luftarters molekyler består af mere end ét atom; de er<br />
fler-atomige.<br />
I næste kapitel på side 117 forklares, hvorfor ædelgassernes<br />
molekyler er en-atomige.<br />
103<br />
Lysreklamer<br />
LUFT<br />
De fleste lysreklamer er glasrør fyldt med<br />
luftarten neon. Når man sender strøm gennem<br />
luften i røret, udsender neon orangerødt<br />
lys. Ægget er et klart glasrør med<br />
neon. Den gule høne er gule glasrør med<br />
neon. En blå farve kommer fra kviksølvdamp<br />
i et klart glasrør. En grøn farve kommer<br />
fra kviksølv i gule glasrør.
LUFT<br />
Molekylemodeller<br />
Hydrogen Oxygen Nitrogen Carbondioxid Vand<br />
Mono, di og tri<br />
I kemisprog bruger man ofte de internationale<br />
betegnelserne mono, di, tri for en, to,<br />
tre.<br />
Molekyler kan være<br />
• en-atomige (mono-atomige)<br />
• to-atomige (di-atomige)<br />
• tre-atomige (tri-atomige)<br />
I mange molekyler er der langt flere atomer<br />
– nogle molekyler har flere tusinde.<br />
I navnet carbondioxid fortæller stavelsen di,<br />
at der er to oxygen-atomer i molekylet.<br />
Et oxygenmolekyle indeholder to atomer; derfor skrives<br />
den kemiske formel for oxygen som O 2. Oxygenmolekylet er<br />
to-atomigt. Et nitrogenmolekyle indeholder også to atomer,<br />
og den kemiske formel for nitrogen skrives N 2. Nitrogenmolekylet<br />
er to-atomigt.<br />
Når vi trækker vejret, er det molekyler, der kommer ned i<br />
lungerne. Nitrogen- og oxygenmolekyler er to-atomige, mens<br />
ædelgassen argon indåndes som enkelte atomer.<br />
Carbondioxidmolekylet har den kemiske formel CO 2.<br />
Molekylet er tre-atomigt, for det indeholder tre atomer; et carbon-atom<br />
og to oxygen-atomer. Da carbondioxidmolekylet<br />
indeholder to forskellige grundstoffer, er det en kemisk forbindelse.<br />
Vandmolekylet, H 2O, er også tre-atomigt. Det er også<br />
en kemisk forbindelse.<br />
Molekylemodeller og kemisk binding<br />
I molekylebyggesættet er det kugler, der skal forestille atomer.<br />
Oxygen-atomets kugle er rød, nitrogen-atomets blå, carbon<br />
sort og hydrogen hvid. Der er huller i kuglerne, og der skal sættes<br />
plasticpinde eller fjedre i hullerne, når man skal sætte atomer<br />
sammen til et molekyle. Et molekyle er kun korrekt bygget,<br />
hvis alle huller er fyldt ud.<br />
Når man skal bygge et hydrogenmolekyle, skal man sætte<br />
to hvide kugler sammen med en grå plasticpind. Pinden forestiller<br />
den kemiske binding, der holder de to hydrogen-atomer<br />
sammen. Da der kun er et hul i de hvide kugler, kan der kun<br />
sættes en pind i. Det byggede hydrogenmolekyle kan derfor<br />
skrives som H-H.<br />
104
EKSPERIMENT<br />
Luften i en el-pære En pære sættes i en fatning og forbindes til en stikkontakt.<br />
Tænd for strømmen for at se, at pæren fungerer. Sluk derefter<br />
for strømmen.<br />
I de røde kugler, der forestiller oxygen-atomer, er der to<br />
huller. Når man skal bygge oxygenmolekylet, O 2, skal man derfor<br />
sætte to pinde i. Det byggede oxygenmolekyle kan derfor<br />
skrives som O=O.<br />
Antallet af pinde eller fjedre mellem to atomer i et molekyle<br />
viser antallet af kemiske bindinger, der holder de to atomer<br />
sammen. I hydrogenmolekylet er der derfor en enkelt-binding,<br />
mens der i oxygenmolekylet er en dobbelt-binding.<br />
I nitrogen-atomets blå kugle er der tre huller. Nitrogenmolekylet,<br />
N 2, skal altså samles med tre pinde. De to nitrogenatomer<br />
er bundet sammen af en såkaldt tripel-binding.<br />
Carbondioxid er en kemisk forbindelse mellem carbon og<br />
oxygen, CO 2. Formlen viser, at der i molekylet er ét carbonatom<br />
og to oxygen-atomer. De tre atomer i molekylet ligger i<br />
forlængelse af hinanden med carbon-atomet i midten; atomerne<br />
kommer i rækkefølgen OCO. Molekylemodellen viser, at<br />
bindingen mellem carbon-atomet og oxygen-atomerne er en<br />
dobbeltbinding, for molekylet skal bygges som O=C=O.<br />
Vandmolekylet, H 2O, bygges med atomerne i denne rækkefølge:<br />
H-O-H. Man ser, at der kun er enkeltbindinger i vandmolekylet.<br />
Kopiark 5.17 og 5.18<br />
105<br />
Nyttige oplysninger<br />
LUFT<br />
En bunsenbrænder tændes, og der åbnes helt for lufthullet.<br />
Flammen sættes ind mod glasset af pæren, og flammen holdes<br />
på det samme sted. Lidt efter vil man se glasset bule ud.<br />
Når man opvarmer mere, opstår der et lille hul i glasset.<br />
Nu slukkes bunsenbrænderen. Stikkontakten tændes.<br />
Hvad sker der?<br />
Når en elektrisk pære fremstilles, fjerner man den atmosfæriske<br />
luft i pæren og erstatter den med en blanding af luftarterne<br />
nitrogen og argon. Glødetråden er af metallet wofram.<br />
Hvis der er oxygen i pæren, vil metallet ved den høje temperatur<br />
straks reagere med oxygen, så glødetråden brænder<br />
over. Da der blev hul i pæren, kom der noget atmosfærisk luft<br />
ind i pæren, og der var nok oxygen til, at metaltråden straks<br />
brændte over.<br />
Gas er en anden betegnelse for ordet luftart.<br />
Ædelgasserne er de grundstoffer, der står i<br />
det periodiske systems 8. hovedgruppe. Det<br />
er helium, neon, argon, krypton, xenon og<br />
radon.<br />
Argon er det grundstof, der er tredjemest<br />
af i atmosfæren, 1 %.<br />
Helium er det grundstof, der er næstmest<br />
af i Universet.<br />
Et molekyle er den mindste del af et stof,<br />
der kan eksistere selvstændigt.<br />
Mono, di, tri er kemisprog for en, to, tre.<br />
Ædelgassernes molekyler er en-atomige,<br />
mens H2, N2 og O2 er to-atomige<br />
Hydrogenmolekylet er bundet sammen af<br />
en enkeltbinding.<br />
Oxygenmolekylet har en dobbeltbinding.
CAFE KOSMOS<br />
KAN<br />
KÆMPEINSEKTERNE<br />
KOMME IGEN?<br />
For 300 millioner år siden fandtes der insekter med en<br />
masse på flere kilogram. Der var enorme edderkopper,<br />
kolossale kakerlakker og skræmmende store skorpioner.<br />
Nogle af de flyvende insekter havde et vingefang på<br />
næsten en meter. Hvis der i dag kom en sådan kæmpestor,<br />
blodsugende myg flyvende ind ad vinduet, ville de<br />
fleste få en voldsom forskrækkelse. En tilsvarende guldsmed<br />
ville kunne tygge mindre pattedyr.<br />
I dag er det tungeste insekt den afrikanske goliatbille.<br />
Den kan have en masse på op til 100 g.<br />
Det største insekt er en vandrende pind. Den har en<br />
kropslængde på over 30 cm, og med benene strakt<br />
måler den over en halv meter.<br />
Hovedet af en guldsmed.<br />
106<br />
En helt ny variant af en vandrende<br />
pind blev fundet i 2008.<br />
VERDENS STØRSTE INSEKT<br />
I 2007 fandt man en forstenet skorpion,<br />
der havde levet for 390 millioner<br />
år siden. Denne skorpion er<br />
det hidtil største insekt, som er fundet.<br />
Skorpionen var større end et<br />
menneske – 2,5 m lang. Dens klo<br />
var 46 cm lang.<br />
Dengang havde disse insekter ikke<br />
nogen naturlige fjender; de regerede<br />
Jorden. Det gør insekterne<br />
sådan set stadigvæk, for der findes<br />
langt flere insekter på Jorden, end<br />
der findes andre dyr og mennesker.<br />
Når insekterne dengang var større,<br />
skyldes det, at luftens oxygenindhold<br />
var helt oppe på måske 35 %,<br />
hvor det i dag er på 21 %. Da oxygenindholdet<br />
i luften faldt, uddøde<br />
kæmpeinsekterne.<br />
I dag ville disse kæmpeinsekter ikke<br />
kunne flyve, for med det lavere oxygenindhold<br />
i luften ville de yderste<br />
led af insekternes ben ikke få nok<br />
oxygen. Da insekterne ikke har et<br />
blodkredsløb, kan der i dag kun<br />
transporteres oxygen nok til insektben,<br />
der er kortere end ca. 15 cm.<br />
HVORDAN KOM OXYGEN<br />
I ATMOSFÆREN?<br />
For ca. 4,5 milliarder år siden blev<br />
Jorden dannet ved at store mæng-
Verdens største insekt<br />
– havskorpionen.<br />
der kosmisk stof samledes. Det blev<br />
til Solen, Jorden og de andre planeter.<br />
Jorden var dengang rødglødende,<br />
men da temperaturen faldt<br />
til under 100 °C, blev der dannet<br />
hav på overfladen. Der var oxygen<br />
på Jorden, for der var vand på<br />
Jorden, men oxygen var bundet i<br />
vandmolekylerne. Der var ikke oxygen<br />
i atmosfæren.<br />
I den første halvdel af Jordens historie<br />
var der næsten intet frit oxygen<br />
i atmosfæren. Det frie oxygen blev<br />
dannet, når vandmolekyler i atmosfæren<br />
blev spaltet af lyn og sollys.<br />
Vandmolekylerne blev spaltet til<br />
hydrogen, H 2, og oxygen, O 2. De<br />
lette hydrogenmolekyler steg til<br />
vejrs i atmosfæren, og da Jordens<br />
tyngdekraft ikke kan holde fast på<br />
dem, forsvandt de ud i rummet. De<br />
tungere oxygenmolekyler blev tilbage<br />
i atmosfæren.<br />
Et vigtigt skift i Jordens historie<br />
skete for ca. to milliarder år siden.<br />
CAFE KOSMOS<br />
Der begyndte at komme oxygen<br />
fra Jordens overflade op i atmosfæren.<br />
Nogle blågrønalger, der<br />
havde eksisteret i mere end en milliard<br />
år, begyndte nu at danne oxygen.<br />
Og det hævede indholdet af<br />
oxygen i atmosfæren markant.<br />
Dengang var oxygen gift for de<br />
levende organismer. Det var fx bakterier.<br />
Mange af dem findes stadig,<br />
for de fleste bakterier behøver ikke<br />
oxygen for at leve, og mange nulevende<br />
bakterier dør, hvis de får for<br />
meget oxygen.<br />
Det stigende oxygenindhold var en<br />
gigantisk forurening, der var årsagen<br />
til massedød af levende væsener.<br />
Kun de, der kunne tåle den<br />
større mængde oxygen, overlevede.<br />
Livsvilkårene skiftede totalt, og<br />
der kom nye former for liv, som<br />
bedre kunne tåle de nye forhold.<br />
Det åbnede en dør til den udvikling,<br />
som resulterede i kæmpeinsekterne<br />
og senere mennesket, og<br />
den verden vi kender i dag.<br />
Dyrkning af bakterier.<br />
107<br />
DRIVHUSEFFEKTEN<br />
Når der for mere end 300 millioner<br />
år siden, da kæmpeinsekterne levede,<br />
var så meget oxygen i luften,<br />
skyldes det måske, at der var ekstra<br />
meget carbondioxid i luften. Det<br />
brugte planterne til fotosyntese,<br />
og den faste jord var dækket af en<br />
urskov af grønne planter. Ved fotosyntesen<br />
omdannede planterne<br />
carbondioxid til oxygen.<br />
Efterhånden blev mængden af carbondioxid<br />
i luften mindre. Det fik<br />
temperaturen på Jorden til at falde<br />
så meget, at der kom istider, hvor<br />
store dele af Jorden bl.a. Danmark<br />
var dækket af is. Det er nemlig<br />
således, at mængden af carbondioxid<br />
i atmosfæren er afgørende<br />
for temperaturen her på Jorden. I<br />
dag har vi det problem, at mængden<br />
af carbondioxid i atmosfæren<br />
er stigende, og derfor stiger temperaturen<br />
på Jorden. Det skyldes<br />
drivhuseffekten. Den kan du læse<br />
meget mere om i kapitel 8.
Den atmosfæriske luft er en<br />
blanding af forskellige luftarter.<br />
Der er 78 % nitrogen og 21 %<br />
oxygen samt små mængder af<br />
andre luftarter.<br />
Ved ånding bruges det indåndede<br />
oxygen til forbrænding<br />
af carbon i føden. Herefter<br />
udåndes carbondioxid.<br />
Den atmosfæriske luft indeholder<br />
kun ca. 0,0385 % carbondioxid.<br />
Carbondioxid er en tung<br />
luftart. Den synker ned gennem<br />
luften og lægger sig på jorden.<br />
Hydrogen er grundstof nr. 1.<br />
Hydrogen er den letteste<br />
luftart.<br />
DET VED DU NU OM LUFT<br />
NITROGEN OG OXYGEN<br />
CARBONDIOXID, CO 2<br />
HYDROGEN<br />
Nitrogen er et meget stabilt<br />
molekyle, der er svært at få til<br />
at reagere.<br />
Halvdelen af alle atomer i jordskorpen<br />
er oxygen.<br />
Man kan bruge en glødende<br />
træpind til at afgøre, om en<br />
luftart er oxygen. I oxygen vil<br />
træpinden bryde i brand.<br />
Ved fotosyntese omdanner<br />
planterne ved hjælp af sollyset<br />
luftens carbondioxid til oxygen.<br />
Man kan bruge en CO 2-indikator<br />
eller kalkvand til at afgøre,<br />
om en luftart er carbondioxid.<br />
Der er ikke hydrogen i atmosfæren.<br />
Hydrogen kan fremstilles ved<br />
elektrolyse af vand.<br />
Knaldgas er en blanding af<br />
hydrogen og oxygen.<br />
Hydrogen påvises ved at sætte<br />
en brændende træpind hen til<br />
en lille prøve i et reagensglas.<br />
108<br />
ÆDELGASSERNE<br />
OG KEMISK BINDING<br />
Ædelgasserne er helium, neon,<br />
argon, krypton, xenon og<br />
radon.<br />
Helium er den letteste af ædelgasserne.<br />
Ædelgassernes molekyler indeholder<br />
kun ét atom.<br />
Molekylerne er en-atomige.<br />
Hydrogen, oxygen og nitrogen<br />
danner to-atomige molekyler.<br />
H 2, O 2 og N 2.<br />
Vandmolekylet, H 2O, og carbondioxidmolekylet,<br />
CO 2, er<br />
tre-atomige.<br />
I et hydrogenmolekyle, H 2, er<br />
der en enkeltbinding mellem<br />
hydrogen-atomerne.<br />
I et oxygenmolekyle, O 2, er der<br />
en dobbeltbinding mellem oxygen-atomerne.
PRØV DIG SELV<br />
KAN DU HUSKE? FORSTÅR DU?<br />
Hvor mange procent oxygen og<br />
nitrogen er der i atmosfæren?<br />
Hvilke andre luftarter er der i<br />
atmosfæren ud over oxygen og<br />
nitrogen?<br />
Hvilken kemisk formel har et<br />
oxygenmolekyle?<br />
Hvor mange atomer er der i<br />
ædelgassernes molekyler?<br />
Med hvilken slags binding er de<br />
to atomer i hydrogenmolekylet,<br />
H 2, bundet sammen?<br />
Med hvilken slags binding er de<br />
to atomer i oxygenmolekylet,<br />
O 2, bundet sammen?<br />
Hvordan kan man påvise<br />
luftarten hydrogen?<br />
Hvorfor er oxygen en meget<br />
vigtig luftart?<br />
Hvilke forskelle er der på oxygen<br />
og nitrogen?<br />
Forklar, hvorfor man kan påvise<br />
oxygen med en glødende<br />
træpind.<br />
Hvordan kan man påvise<br />
luftarten carbondioxid, CO 2?<br />
Hvordan kan man påvise<br />
luftarten hydrogen?<br />
109<br />
UDFORDRING<br />
Hvor mange liter oxygen er der i en<br />
kubikmeter luft (1000 liter)?<br />
Hvordan kan man sammenligne<br />
fotosyntese og ånding?<br />
Hvilke problemer må der være med<br />
at trække vejret i en rumkabine?<br />
Hvor stor skal mængden af oxygen<br />
og carbondioxid være?
Metaller
og ioner<br />
METALLER OG LEGERINGER<br />
METALTEKNOLOGI<br />
IONER<br />
METALLER – UDVINDING OG GENBRUG<br />
CAFE KOSMOS: GULD – TIL NYTTE OG TIL PYNT<br />
Der findes ikke så meget af metallerne guld og sølv. Derfor er<br />
de dyre. Da de også er smukke og meget holdbare, bliver de<br />
brugt til smykker. Men metaller har mange vigtige funktioner.<br />
I dette kapitel kan du læse, hvordan det moderne samfund er<br />
afhængigt af metaller. De har været en helt afgørende<br />
forudsætning for samfundets udvikling. Når forskerne finder<br />
nye specielle egenskaber for et metal eller en legering, kommer<br />
der udvikling i teknologien. Der vil blive gjort opfindelser, som<br />
ingeniørerne udvikler til nye anvendelser. Metallerne har<br />
en lovende fremtid.<br />
Hvilke metaller kender du?<br />
Hvilke egenskaber er vigtige for trådene i en brødrister?<br />
Hvor bruger man lette metaller, dvs. metaller med lille densitet?<br />
Hvilke metaller kan man finde i et køkken?<br />
Hvordan ser genstande af jern, kobber og aluminium ud, når de er<br />
nye, og når de er gamle?<br />
111
METALLER OG IONER<br />
Det flydende metal<br />
Kviksølv har tidligere været brugt i<br />
termometre. De må ikke længere sælges,<br />
for kviksølv er et sundhedsfarligt metal.<br />
Tandlægerne har i mange år fyldt huller i<br />
tænderne ud med amalgam, der kan være<br />
en blanding af sølv, tin og kobber med<br />
kviksølv. Amalgamfyldninger er også<br />
forbudt nu.<br />
Glødetråden<br />
i en elektrisk pære<br />
Når pæren er tændt, er glødetrådens temperatur<br />
mellem 2000 og 3000 °C. Ved denne<br />
temperatur er langt de fleste metaller smeltet.<br />
Glødetråden er lavet af metallet wolfram,<br />
der har det højeste smeltepunkt af<br />
metallerne, over 3400 °C.<br />
Metaller og legeringer<br />
Cykler, biler, flyvemaskiner, skibe, tog, togskinner og store<br />
broer laves af metaller, og i vores hverdag er der massevis af<br />
genstande, der indeholder metal. Vores hverdag kunne ikke<br />
fungere uden de muligheder, som metalgenstande giver os.<br />
Nogle gange har vi metallerne lige foran os. Vi kan se dem, og<br />
vi kan røre ved dem. Andre gange er de overtrukket med plastic<br />
eller har fået en gang maling.<br />
Me<strong>tale</strong>genskaber<br />
Jern, aluminium, guld og sølv er metaller. I naturen findes 70<br />
grundstoffer, der er metaller. Ved stuetemperatur er de faste,<br />
dog ikke kviksølv, som er flydende. De fleste metaller bliver først<br />
flydende ved meget høj temperatur. De har højt smeltepunkt.<br />
Metallerne har metalglans, dvs. de har en blank, skinnende<br />
overflade. Metalglansen skyldes, at den blanke metaloverflade<br />
kaster næsten alt lys tilbage. De fleste metaller er grålige, men<br />
når overfladen pudses, bliver de sølvskinnende. Guld er dog<br />
gult, og kobber er rødt.<br />
Metallerne har nogle specielle egenskaber, som kan udnyttes<br />
forskellige steder.<br />
• Metallerne er gode elektriske ledere, dvs. elektrisk strøm<br />
løber let gennem dem. Især kobber bruges til ledninger.<br />
• Metallerne er gode varmeledere, dvs. varmeenergi flyttes let<br />
gennem metallet. Det udnyttes fx, når varme skal trænge<br />
gennem bunden i en gryde.<br />
• Metallerne er stærke, men alligevel forholdsvis nemme at<br />
bearbejde. Man kan forme metaller til den form, man<br />
ønsker.<br />
Ca. 20 grundstoffer har ikke me<strong>tale</strong>genskaber. Disse grundstoffer<br />
kaldes ikke-metaller. Det er fx svovl, oxygen, nitrogen og<br />
carbon. Dog kan carbon i form af grafit lede elektrisk strøm.<br />
I det periodiske system bagest i bogen er der en rød trappelinje<br />
fra øverste venstre hjørne ned til nederste højre hjørne.<br />
På venstre side af trappelinjen har vi metallerne, mens grundstofferne<br />
til højre for trappelinjen er ikke-metallerne.<br />
Kopiark 6.1<br />
112
Letmetaller og tungmetaller<br />
Nogle metaller er meget tunge, mens andre er lette. Derfor<br />
deles metallerne op i to grupper: letmetaller og tungmetaller.<br />
Letmetallerne har en densitet på under 5 g/cm 3 . Titan, aluminium<br />
og magnesium er letmetaller. De bruges ofte til bygning<br />
af flyvemaskiner. Det letteste metal er grundstof nr. 3, lithium.<br />
Det kan flyde på vand.<br />
Jern og kobber er tungmetaller. Tungmetallerne har typisk<br />
en densitet fra 7 til 11 g/cm 3 , men nogle er meget tungere.<br />
Guld har en densitet over 19 g/cm 3 . De tungeste metaller er<br />
osmium og iridium. Hvis man fylder en 1 liters mælkekarton<br />
med et af disse metaller, får den en masse på over 22 kg.<br />
Densitet af metaller<br />
Letmetaller<br />
densitet mindre end 5 g/cm 3<br />
Lithium 0,53 g/cm 3<br />
Magnesium 1,7 g/cm 3<br />
Aluminium 2,7 g/cm 3<br />
Titan 4,5 g/cm 3<br />
Tungmetaller<br />
densitet større end 5 g/cm 3<br />
Zink 7,1 g/cm 3<br />
Jern 7,8 g/cm 3<br />
Kobber 9,0 g/cm 3<br />
Guld 19,3 g/cm 3<br />
Ædle og uædle metaller<br />
Mange metaller er ikke blanke og ser ikke ud til at have metalglans.<br />
Det skyldes, at der på overfladen er dannet en kemisk<br />
forbindelse mellem metallet og fx luftens oxygen. Hvis man<br />
sliber det yderste lag af, ses det blanke metal nedenunder. For<br />
mange metaller vil overfladen kort efter igen blive mat, fordi<br />
metal-atomerne på overfladen danner en kemisk forbindelse<br />
med andre stoffer.<br />
Disse metaller kaldes uædle metaller. Når man fx kigger på<br />
et stykke jern, ser man ikke jernet selv, men en kemisk forbindelse<br />
mellem jern og oxygen.<br />
Nogle metaller har dog altid en blank overflade. De kaldes<br />
ædelmetaller. Det er fx guld, platin og sølv. Atomerne af disse<br />
grundstoffer er så stabile, at de sjældent reagerer med andre<br />
stoffer. Derfor kan vi finde disse metaller i naturen. Alle andre<br />
metaller kan ikke findes rene i naturen. De findes som forskellige<br />
kemiske forbindelser, der slet ikke ligner metaller.<br />
Kopiark 6.2<br />
113<br />
METALLER OG IONER<br />
I køkkenet udnytter vi metallernes egenskaber.<br />
Guld<br />
Grundstofsymbolet Au er en forkortelse af<br />
det latinske navn aurum efter Aurora, der<br />
var morgenrødens gudinde, Navnet guld<br />
kommer fra det oldnordiske goll.<br />
I et menneske er der 0,07 mg guld. I havvand<br />
findes der millioner af ton guld, men<br />
koncentrationen er så lille, at det aldrig vil<br />
kunne be<strong>tale</strong> sig at udvinde guld af havvand.
METALLER OG IONER<br />
Aluminium og titan<br />
Alt på et fly skal være så let som muligt.<br />
Derfor laves flyvemaskiner af aluminium,<br />
for det er et letmetal. Aluminium er dog ikke<br />
stærkt. Derfor bruger man en aluminiumlegering,<br />
der fx indeholder 95 % aluminium<br />
mens resten er en blanding af kobber og<br />
magnesium med små mængder af jern,<br />
nikkel og silicium.<br />
Understellet skal dog være utrolig stærkt.<br />
Det skal kunne holde til en hård landing.<br />
Her bruger man titan. Det er også et letmetal,<br />
men dog tungere end aluminium.<br />
Til gengæld er det lige så stærkt som stål.<br />
Men det er meget dyrere.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Me<strong>tale</strong>genskaber er metalglans, høj elektrisk<br />
ledningsevne og høj varmeledningsevne.<br />
Tungmetallerne, fx jern og kobber, har en<br />
densitet over 5 g/cm3 .<br />
Letmetallerne, fx magnesium og aluminium,<br />
har en densitet under 5 g/cm3 .<br />
Ædelmetallerne, fx guld, platin og sølv,<br />
reagerer sjældent med andre stoffer.<br />
En legering er en sammensmeltning af to<br />
eller flere metaller.<br />
Legeringer<br />
En legering er en sammensmeltning af to eller flere metaller.<br />
Herved får man nogle egenskaber, som de oprindelige metaller<br />
ikke har. Faktisk bruger man sjældent de rene metaller. Fx<br />
er guldsmykker aldrig rent guld. De er lavet af en legering,<br />
hvor der er blandet andre metaller i guldet. Det kan du læse<br />
mere om i Cafe <strong>Kosmos</strong>: Guld – til nytte og til pynt.<br />
Brug af helt rene metaller<br />
Metal<br />
Kobber<br />
Aluminium<br />
Tin<br />
Chrom<br />
Kopiark 6.3<br />
Stål og rustfrit stål<br />
Jerns egenskaber kan forbedres ved at tilsætte andre stoffer, så<br />
man får en legering. Rent jern er ikke særlig hårdt, men hvis<br />
der kommer carbon-atomer ind i jernet, bliver det meget hårdt.<br />
Man kan derfor forøge hårdheden ved at tilsætte carbon (0,15-<br />
1,5 %), når man vil lave jern om til det hårdere stål.<br />
Karosseriet i biler fremstilles af stålplader, der skal bøjes til<br />
den ønskede form. Stålet må derfor ikke være for hårdt. Det<br />
har et carbonindhold på op til 0,25 %. Maskiner og værktøj<br />
skal være hårdere. Derfor har de et carbonindhold på omkring<br />
0,5 %. Meget hårdt stål får man med op til 1,5 % carbon. Hårdt<br />
stål bruges til bor og skæreværktøj, der kan bore og skære i jern<br />
og andre mere bløde metaller.<br />
Man fremstiller rustfrit stål ved at blande metallerne nikkel<br />
og chrom i stål. Det forøger stålets modstandsdygtighed over<br />
for angreb af vand, sved og andre kemikalier. Køkkenvaske,<br />
knive, gafler og skeer er ofte af rustfrit stål.<br />
Kopiark 6.4<br />
114<br />
Brug<br />
Elektriske ledninger og<br />
vandrør. I et enfamiliehus<br />
er der omkring 200 kg<br />
kobber.<br />
Alufolie til indpakning af<br />
madvarer.<br />
Belægning indvendig i<br />
konservesdåser.<br />
Belægning udvendig på<br />
vandhaner m.m.<br />
Egenskab<br />
Kan tåle at bøjes.<br />
Fremragende elektrisk<br />
leder.<br />
Kan tåle at bøjes.<br />
Reagerer ikke kemisk<br />
ved kontakt med mad.<br />
Ikke giftigt.<br />
Ruster ikke.
EKSPERIMENT<br />
Vi laver ”sølv”- og<br />
”guld”-mønter<br />
I en dansk 50-øre er der en hel del kobber,<br />
og mønten er da også kobberfarvet.<br />
Vi kan forvandle den først til en sølvfarvet<br />
mønt og derefter til en guldfarvet mønt.<br />
I stedet for en rigtig mønt kan man<br />
bruge et stykke kobber som ”mønt”.<br />
Kobberet skal være helt blankt.<br />
”Mønten” vaskes i sæbe og skylles ren<br />
i vand.<br />
En halv spatelfuld zinkpulver eller zinkgranulat<br />
hældes i 20 mL vand i et lille<br />
bægerglas. En stor spatelfuld zinkchlorid,<br />
ZnCl2, hældes oveni, og der røres rundt,<br />
til alt zinkchlorid er opløst. Glasset<br />
opvarmes, til væsken koger. ”Mønten”<br />
lægges ned i væsken, og kogningen<br />
fortsættes i ca. 2 minutter eller mere.<br />
Herefter tages ”mønten” op med en<br />
digeltang. Nu er ”mønten” flot sølvskinnende.<br />
Derefter holdes ”sølvmønten”<br />
ind i flammen fra en bunsenbrænder,<br />
og som ved et trylleslag forvandler<br />
”sølvmønten” sig til en ”guldmønt”.<br />
115<br />
METALLER OG IONER<br />
Der er selvfølgelig hverken en sølveller<br />
guldbelægning på mønten, for der<br />
er hverken sølv eller guld til stede.<br />
Den sølvfarvede mønt opstår, fordi der<br />
afsættes et ganske tyndt lag af det<br />
sølvfarvede zink oven på mønten.<br />
Når mønten derefter opvarmes, smelter<br />
zinklaget, for zinks smeltepunkt ligger<br />
lige over 400 °C, og gasflammens<br />
temperatur er på mindst 800 °C.<br />
Det smeltede zink trænger ind i<br />
kobberlaget, så overfladen af kobbermønten<br />
omdannes til legeringen<br />
messing, der har en flot skinnende<br />
guldfarve.
METALLER OG IONER<br />
Prins Joachim får sit navn præget i guldtryk på<br />
det første eksemplar af den nye salmebog.<br />
Solen i Skive<br />
Rundt om byen Skive har man i rundkørsler<br />
placeret 11 "stjerner". Her ser Dronning<br />
Margrethe den største, Solen. Kuglen er<br />
over 6 m høj. Overfladearealet er 135 kvadratmeter.<br />
Solen er belagt med 30 000 stykker<br />
bladguld.<br />
Metalteknologi<br />
Metaller bruges meget, fordi ingen andre stoffer er så stærke<br />
og samtidig så lette at forme. Der er flere metoder, man kan<br />
bruge, når man vil forme metaller.<br />
Trækning<br />
Kobbertråd til elektriske ledninger, ståltråd og andre former<br />
for metaltråde fremstilles ved med stor kraft at trække en<br />
metalstang gennem et hul, der er lidt mindre end stangen.<br />
Herved bliver stangen lidt tyndere. Således trækkes stangen<br />
igennem fx 9-10 huller, der bliver mindre og mindre. På denne<br />
måde bliver stangen tyndere og tyndere, og til sidst har man<br />
en metaltråd i den tykkelse, man ønsker.<br />
Materialet, som tråden glider igennem og presses sammen<br />
af, skal være meget hårdt, og det skal kunne klare det store<br />
slid, når kilometer efter kilometer af metaltråd fremstilles.<br />
Her bruger man bl.a. ædelsten, som fx agat.<br />
Guld er det metal, der er nemmest at trække ud til en lang<br />
tråd. Et gram guld har et rumfang svarende til størrelsen af en<br />
vanddråbe, og dette lille stykke guld kan trækkes ud til en<br />
tråd på tre kilometer.<br />
Bladguld<br />
Guld er også det metal, der kan bankes tyndest. Man starter<br />
med et kvadratisk, papirtyndt (0,02 mm) stykke guld, der<br />
lægges i en maskine, som banker det tyndere. Guldstykket<br />
klippes op i nye kvadrater, der yderligere bankes ned i tykkelse.<br />
Det gentages flere gange, og til sidst er tykkelsen kun<br />
en titusindedel millimeter (0,0001 mm). Tykkelsen svarer til<br />
3-400 atomer. Det er bladguld. Stykkerne er typisk 8 x 8 cm.<br />
Man kan ikke tage et stykke bladguld op med fingrene, for<br />
guldet vil klæbe til fingrene. Det vil gå i stykker, og det vil være<br />
svært at fjerne igen. Bladguld tages op med en fin pensel,<br />
hvorefter det placeres på det materiale, der skal forgyldes.<br />
Guldet holdes fast på penslen af en smule fedt. Det kommer<br />
på penslen, ved at man trækker penslen hen over håret eller<br />
kinden.<br />
Bladguldet kan også holdes fast på penslen, hvis den gøres<br />
lidt elektrisk ved at gnide den på en særlig klods.<br />
116
Valsning<br />
For de fleste metaller kan en tyk plade af metallet presses til<br />
en tynd plade. Det foregår i en valse, hvor metalpladen presses<br />
ind mellem to metalruller af et hårdere metal. Rullerne skal<br />
kunne yde et meget stort tryk på metallet. For hver gang pladen<br />
har været igennem rullerne, gøres afstanden mellem rullerne<br />
mindre, indtil pladen er blevet så tynd, som den skal<br />
være.<br />
Inden valsningen kan man opvarme metallet. Så går det<br />
hurtigere, for metallet bliver blødere ved opvarmning. Hvis<br />
man vil have en pæn overflade på metallet, valses det uden<br />
opvarmning. Det gør man fx, når man fremstiller aluminiumsplader<br />
eller alufolie til køkkenet.<br />
Hærdning<br />
Når et metal har været smeltet, og det afkøles, begynder<br />
metallet at størkne flere steder samtidig. Der dannes små<br />
krystaller af metal i det smeltede metal. Efterhånden, som<br />
størkningen skrider frem, vil de størknede områder mødes, så<br />
der bliver grænseflader mellem krystallerne. Selv om metallerne<br />
altså ser helt glatte ud på overfladen, så er de opbygget<br />
af små metalkrystaller.<br />
117<br />
Zinkkrystaller<br />
METALLER OG IONER<br />
Ved valsning af stål til grove plader har<br />
stålet en temperatur på omkring tusind<br />
grader.<br />
Urtepotten er af zink. Man ser store<br />
krystaller på overfladen. Normalt er metalkrystaller<br />
så små, at man kun kan se dem i<br />
et mikroskop, men zink er et af de metaller,<br />
der kan danne store krystaller. Lysmaster<br />
er lavet af jern med et overtræk af zink.<br />
Det er ofte nemt af se store krystaller af<br />
zink på overfladen af sådanne genstande.
METALLER OG IONER<br />
Krystaller i meteoritter<br />
Når man finder en sten med meget jern og<br />
nikkel, kan den komme ude fra rummet.<br />
Disse sten er afkølet ekstremt langsomt, og<br />
de har derfor en helt speciel krystalstruktur,<br />
som ikke findes på Jorden.<br />
På Danmarks Tekniske Museum støber børn<br />
tinsoldater. Flydende 400 grader varmt tin<br />
hældes i støbeformen<br />
Man kan få små krystaller i et metal, hvis man smider det<br />
varme metal direkte ned i fx koldt vand. Herved vil metallet<br />
størkne så hurtigt, at krystallerne ikke får tid til at vokse. Et<br />
sådant metal med små krystaller bliver ofte meget hårdt,<br />
mens et metal, der er afkølet langsomt, får større krystaller og<br />
derfor bliver mere blødt.<br />
Hårdhed<br />
Det er vigtigt at kunne fremstille et hårdt metal. Metallet på<br />
skæret af en kniv eller en saks skal selvfølgelig være hårdere<br />
end det materiale, der skal skæres. Ved at bruge et meget hårdt<br />
metal, kan man slå huller i et blødere metal. I fagsproget siger<br />
man, at man stanser huller i et metal.<br />
I industrien benytter man flere forskellige metoder til<br />
undersøgelse af metallers hårdhed. Ved én metode trykker<br />
man med en bestemt kraft spidsen af en diamant ned i metallet,<br />
hvorefter man måler, hvor stort et areal diamantspidsen<br />
har dannet i overfladen af metallet (Vickers-hårdheden).<br />
Ved en anden metode presser man en hærdet stålkugle ned<br />
i metallet, hvorefter man måler diameteren af den fordybning,<br />
der er dannet i metallet (Brinell-hårdheden).<br />
Kopiark 6.5<br />
Støbning<br />
Når man skal støbe, smelter man metallet, og hælder det derefter<br />
ned i en støbeform, hvor metallet afkøles og størkner.<br />
Formen er lavet i to halvdele, så den kan åbnes, lige så snart<br />
det flydende metal er størknet. Herefter kan det størknede<br />
metal tages ud af formen. På denne måde er det hurtigt at<br />
fremstille mange metalgenstande. Man kan støbe alt lige fra<br />
små maskindele til store statuer.<br />
Støbeformen skal kunne tåle det smeltede metals høje<br />
temperatur. En støbeform til fremstilling af fx en skibsskrue<br />
til et stort skib bygges af sand og cement. Til mindre metalgenstande<br />
til fx en bilmotor bruger man en form, der kan genbruges,<br />
men det kan selvfølgelig kun lade sig gøre, hvis formen<br />
har et højere smeltepunkt end det smeltede metal, man<br />
hælder ned i den.<br />
Hvis en form er lavet af jern, kan man støbe genstande af<br />
aluminium, kobber og zink i den.<br />
118
EKSPERIMENT<br />
En synål slås igennem<br />
en ”kobbermønt”<br />
Svejsning<br />
Når man vil lave en virkelig holdbar samling mellem to stykker<br />
metal, svejses de sammen. Man holder de to stykker tæt sammen<br />
og opvarmer derefter kanterne, så metallerne smelter sammen.<br />
Det er ofte jern, der svejses, men aluminium kan også svejses.<br />
Opvarmningen kan ske ved autogensvejsning, hvor man<br />
laver en svejseflamme ved at brænde en blanding af gassen<br />
acetylen og ren oxygen. Temperaturen i svejseflammen bliver<br />
mere end 2000 °C.<br />
Opvarmningen kan også ske ved elektrosvejsning, hvor man<br />
sender en kraftig strøm igennem samlingen mellem de to metaller.<br />
Den elektriske strøm opvarmer metallet, så det smelter.<br />
Lodning<br />
Ved lodning laver man også en holdbar forbindelse mellem to<br />
metalstykker, men uden at smelte metallerne. Man bruger et<br />
loddemetal. Det kan være loddetin. Det er en legering af tin<br />
og sølv. Den skal kun opvarmes til nogle få hundrede grader<br />
celsius, før den smelter. Loddetinnet opvarmes af en loddekolbe.<br />
Loddetin bruges til lodning af tynde metalstykker og<br />
elektroniske komponenter.<br />
Loddemetallet skal have et smeltepunkt, der er lavere end<br />
smeltepunkterne af de metaller, der skal bindes sammen. Loddemetallet<br />
varmes op, til det smelter, og det får lov at løbe ned i<br />
mellemrummet mellem de to metalstykker. Når loddemetallet<br />
størkner igen, er de to metalstykker bundet sammen.<br />
Kopiark 6.6 og 6.7<br />
119<br />
METALLER OG IONER<br />
Brug en bidetang til at klippe enden med øjet af<br />
en synål. Synålen skal klippes, så den er ca. 2 mm<br />
længere end en korkprop fra fx en vinflaske. Evt.<br />
skal et stykke af proppen skæres af. Tryk derefter<br />
synålen ned gennem en korkprop, så spidsen af<br />
nålen lige akkurat stikker lidt ud, mens den<br />
tykke ende af nålen er lige i overfladen af proppen.<br />
Læg ”mønten” på et stykke træ. Sæt proppen<br />
oven på mønten med spidsen af nålen mod<br />
mønten, og slå. Jernet i synålen er hårdere end<br />
møntens metal. Nålen knækker ikke. Den holdes<br />
på plads af korkproppen.<br />
Svejsning af stålrør til fjernvarme.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Bladguld har en tykkelse på en titusindedel<br />
millimeter.<br />
Hærdning af stål foregår ved hurtig afkøling<br />
af det varme stål.<br />
Støbning foregår i en støbeform.<br />
Svejsning foregår ved at kanterne på to<br />
stykker metal opvarmes, så kanterne smelter<br />
sammen.<br />
Lodning kræver et loddemetal med lavere<br />
smeltepunkt end de to metalstykker, der<br />
skal loddes sammen.
METALLER OG IONER<br />
Elektronfordelingen<br />
i atomerne<br />
Grundstof nr. 2,<br />
helium<br />
Grundstof nr. 6,<br />
carbon<br />
Grundstof nr. 7,<br />
nitrogen<br />
Grundstof nr. 12,<br />
magnesium<br />
Grundstof nr. 17,<br />
chlor<br />
2n 2<br />
2 protoner<br />
6 protoner<br />
7 protoner<br />
12 protoner<br />
17 protoner<br />
Formlen viser, hvor mange elektroner der<br />
maksimalt kan være i den n´te skal. n er<br />
skallens nummer.<br />
2<br />
2, 4<br />
2, 5<br />
2, 8, 2<br />
2, 8, 7<br />
Ioner<br />
I naturen er det kun ædelmetallerne, der kan findes som frit<br />
metal. Alle andre metaller findes i kemiske forbindelser som<br />
metal-ioner. Hvad er ioner?<br />
Elektronerne i atomerne<br />
Alle atomer er opbygget af de tre partikler: protoner, neutroner<br />
og elektroner. Protonerne og neutronerne findes i atomkernen,<br />
mens elektronerne findes i skaller omkring atomkernen.<br />
Man kan forestille sig elektronerne i baner omkring<br />
atomkernen, lidt som planeterne bevæger sig omkring Solen.<br />
Protonerne er positive, mens elektronerne er negative. Da<br />
atomet skal være neutralt, er der lige så mange elektroner,<br />
som der er protoner. I fx et atom af grundstof nr. 17, chlor, er<br />
der 17 protoner i kernen, og 17 elektroner rundt om kernen.<br />
I den elektronskal, der er nærmest kernen, kan der kun<br />
være to elektroner. I næste elektronskal, 2. skal, kan der være<br />
otte elektroner. I 3. skal kan der være i alt 18 elektroner. Det<br />
maksimale antal elektroner i en skal kan angives ved udtrykket<br />
2n2 , hvor n er skallens nummer.<br />
Grundstof nr. 17, chlor, har 17 elektroner. Der er to i første<br />
skal, otte i anden og syv i tredje skal. Det skrives 2, 8, 7.<br />
I den yderste skal er der dog aldrig mere end højst otte elektroner.<br />
I grundstoffernes periodiske system bagest i bogen kan<br />
man se elektronfordelingen for alle grundstofferne. Helt til venstre<br />
er angivet periodenummeret. Det fortæller, hvor mange<br />
elektronskaller der er i et bestemt grundstof. Fx er grundstof<br />
nr. 26, jern, placeret ud for 4. periode. Det er fordi, jernatomet<br />
har elektroner fordelt på fire elektronskaller.<br />
Elektronfordelingen<br />
i et jernatom<br />
Jernatomet har 2 elektroner<br />
i inderste skal, 8 i anden,<br />
14 i tredje og 2 i fjerde skal.<br />
Elektronfordelingen er 2, 8, 14, 2.<br />
120<br />
Jern<br />
26 Fe<br />
T = 1540 °C<br />
s<br />
T = 2760 °C<br />
k<br />
d = 7,87 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
14<br />
2
Dannelse af metal-ioner<br />
Grundstof nr. 11 er natrium. Det kemiske symbol for natrium-atomet<br />
er Na. Atomet har 11 protoner i kernen og 11 elektroner<br />
udenom. Da der er lige mange protoner og elektroner,<br />
er atomet neutralt.<br />
Natriums elektronfordeling er ikke stabil. De 11 elektroner<br />
er fordelt med to i 1. skal, otte i anden og en i 3. skal.<br />
Elektronen i 3. skal er kun løst bundet, og der skal kun lidt<br />
energi til, for at elektronen løsrives fra atomet. Hvis det sker,<br />
vil antallet af protoner i kernen stadigvæk være 11, men nu er<br />
der kun 10 elektroner. Hele atomet har derfor en elektrisk ladning<br />
på 1+. Derfor kaldes det ikke længere et atom, men en<br />
ion. En ion er altså et atom med en elektrisk ladning. Det<br />
kemiske symbol for natrium-ionen er Na + .<br />
Reaktionen for dannelse af en natrium-ion skrives:<br />
Na ➝ Na + + e – , hvor e – er symbolet for en elektron.<br />
Kopiark 6.8 og 6.9<br />
Ædelgasreglen<br />
Elektronfordelingen for natrium-atomet er 2, 8, 1. Ved ændringen<br />
af natrium-atomet til ionen Na + , skiftede fordelingen<br />
til 2, 8. Herved får ionen otte elektroner i yderste skal, og<br />
dermed er ædelgasreglen opfyldt. Ædelgasreglen siger, at atomer<br />
med samme elektronfordeling som en ædelgas er særlig<br />
stabile. Ædelgasserne har netop otte elektroner i yderste skal.<br />
Alle andre atomer har færre. Dog har den første ædelgas,<br />
grundstof nr. 2, helium, kun to elektroner. Faktisk bør ædelgasreglen<br />
udtrykkes på følgende måde: Ioner med samme elektronfordeling<br />
som en ædelgas er særlig stabile.<br />
Magnesium, grundstof nr. 12, har elektronfordeling 2, 8,<br />
2. Magnesium-atomet har heller ikke en stabil elektronfordeling.<br />
De to elektroner i tredje skal er kun løst bundet. Hvis<br />
magnesium-atomet mister disse to elektroner til et andet stof,<br />
dannes en magnesium-ion, Mg2+ . Denne ion har netop otte<br />
elektroner i anden skal, som nu er blevet yderste skal. Herved<br />
er ædelgasreglen opfyldt for ionen Mg2+ . Vi får aldrig dannet<br />
fx ionerne Mg + eller Mg3+ , for i disse ioner er ædelgasreglen<br />
ikke opfyldt.<br />
Reaktionen for dannelse af en magnesium-ion skrives:<br />
Mg ➝ Mg2+ +2 e –<br />
121<br />
Natriumatom<br />
Ædelgasreglen<br />
METALLER OG IONER<br />
Dannelse af en natrium-ion<br />
Når et natrium-atom mister en elektron,<br />
bliver det til en natrium-ion.<br />
Natriumion<br />
Ioner med samme elektronfordeling som en<br />
ædelgas er særlig stabile.<br />
Dannelse af en magnesium-ion<br />
Når et magnesium-atom mister to elektroner,<br />
bliver det til en magnesium-ion.<br />
Na<br />
11<br />
Natrium<br />
Na<br />
+<br />
11<br />
Magnesiumatom<br />
2<br />
8<br />
1<br />
2<br />
8<br />
12+<br />
Mg<br />
12<br />
Magnesium<br />
2+<br />
Mg<br />
12<br />
Magnesium-ion<br />
2<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
Magnesiumion<br />
12+<br />
Natrium<br />
og<br />
magnesium<br />
Elektronfordelingen<br />
i atomer og<br />
ioner af<br />
natrium og<br />
magnesium.
METALLER OG IONER<br />
Det periodiske system<br />
H<br />
He<br />
Li Be<br />
B C N O F Ne<br />
Na Mg<br />
Al Si P S Cl Ar<br />
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr<br />
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe<br />
Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn<br />
Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg UubUutUuqUup<br />
Ioner<br />
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu<br />
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr<br />
Alle metallerne danner positive ioner.<br />
Natrium-ionen har formlen Na + .<br />
Ikke-metallerne danner oftest negative<br />
ioner.<br />
Oxid-ionen har formlen O 2– .<br />
Chlorid-ionen har formlen Cl – .<br />
Hydrogen er et ikke-metal, men danner<br />
ionen H + .<br />
Nyttige oplysninger<br />
Ædelgasreglen: Ioner med samme elektronfordeling<br />
som en ædelgas er meget stabile.<br />
Metallerne danner positive ioner, når metalatomet<br />
afgiver elektroner.<br />
Ikke-metallerne danner negative ioner, når<br />
atomet optager elektroner.<br />
Metal-ioner lyser med en særlig flammefarve,<br />
når de opvarmes til høj temperatur.<br />
1., 2. og 3. hovedgruppe i det periodiske system<br />
Alle atomer af grundstofferne i 1. hovedgruppe har netop én<br />
elektron i yderste skal. Den mistes let, og ionerne vil derfor<br />
alle få en positiv ladning på én. Fx bliver hydrogen, H, til en<br />
hydrogen-ion, H + . lithium, Li, til en lithium-ion, Li + , og kalium,<br />
K, til en kalium-ion, K + .<br />
Atomerne i 2. hovedgruppe har to løst bundne elektroner<br />
i yderste skal. Når de mistes, har de dannede ioner opfyldt<br />
ædelgasreglen. Fx bliver et calcium-atom, Ca, til en calciumion,<br />
Ca 2+ .<br />
I 3. hovedgruppe bliver fx aluminium, Al, til en aluminium-ion,<br />
Al 3+ . Reaktionen kan skrives: Al ➝ Al 3+ + 3 e – .<br />
Ikke-metallernes ioner<br />
Hydrogen er placeret i 1. hovedgruppe, men det er en helt<br />
usædvanlig placering for et ikke-metal. Størstedelen af ikkemetallerne<br />
findes i 5., 6. og 7. hovedgruppe. Det er fx nitrogen,<br />
oxygen og chlor.<br />
Oxygen-atomet har seks elektroner i yderste skal. Hvis det<br />
mister disse seks elektroner, vil atomet blive til en ion med<br />
ædelgasreglen opfyldt, men ikke-metallerne afgiver sjældent<br />
elektroner. De optager elektroner, fx fra metal-atomer. Derfor<br />
optager oxygen-atomet to elektroner og får herved otte elektroner<br />
i yderste skal. Oxygen-atomet bliver til en negativ ion,<br />
en oxid-ion, O2– . Hermed er ædelgasreglen opfyldt.<br />
På samme måde optager grundstof nr. 17, chlor, en enkelt<br />
elektron. Chlor står i 7. hovedgruppe, fordi chlor-atomerne<br />
har syv elektroner i yderste skal. Ved at optage en elektron bliver<br />
chlor-atomet til en chlorid-ion, Cl – .<br />
Reaktionerne for dannelse af en oxid-ion og en chlorid-ion<br />
kan skrives således: O + 2 e – ➝ O2– og Cl + e – ➝ Cl – .<br />
Kopiark 6.10 og 6.11<br />
Reaktionsskemaer<br />
Et reaktionsskema viser, hvilke stoffer der reagerer med hinanden,<br />
og hvilke nye stoffer der dannes ved reaktionen. De<br />
stoffer, der reagerer med hinanden, kaldes reaktanter. De stoffer,<br />
der dannes, kaldes produkter. Man kan skrive et symbolsk<br />
reaktionsskema på denne måde: reaktanter ➝ produkter.<br />
122
EKSPERIMENT<br />
Magnesium reagerer med luftens oxygen og med vanddamp.<br />
Jern reagerer med luftens oxygen.<br />
Flammefarver<br />
Når metaller brænder, udsender de et kraftigt lys. Magnesium<br />
og jern udsender hvidt lys, men nogle metaller udsender farvet<br />
lys. Man kalder det metallernes flammefarve.<br />
Det udnytter man i fyrværkeri. I krudtet har man tilsat<br />
kemiske stoffer, der indeholder ioner af forskellige metaller,<br />
så man på den mørke nattehimmel får røde, grønne, gule og<br />
violette farver.<br />
Kopiark 6.12<br />
123<br />
METALLER OG IONER<br />
Et stykke magnesiumbånd på ca. 10 centimeters<br />
længde holdes med en digeltang. Magnesiumbåndet<br />
holdes ind over en bunsenbrænderflamme,<br />
så den nederste ende af magnesiumbåndet<br />
antændes. Hold det brændende magnesium<br />
hen over en keramisk flise. Kig ikke direkte på<br />
flammen, for lyset er meget kraftigt.<br />
Ved reaktionen mellem magnesium og luftens<br />
oxygen dannes der et fast, hvidt stof, magnesiumoxid,<br />
MgO.<br />
Hæld lidt vand i bunden af et bægerglas. Der<br />
fyldes oxygen i glasset, og en glasplade lægges<br />
over. Noget ståluld rulles sammen til en kugle.<br />
Med en digeltang holdes stålulden ind i<br />
bunsenbrænderflammen, indtil stålulden gløder.<br />
Glaspladen fjernes, og kuglen føres hurtigt ned<br />
i bægerglasset.<br />
Ved reaktionen med oxygen brænder jernet til<br />
det faste stof jern-oxid, Fe2O3. Man ser, at der<br />
falder glødende stumper af jern-oxid og små<br />
dråber af glødende, smeltet jern ned i vandet.
METALLER OG IONER<br />
Fordelingen af grundstoffer<br />
i Jordens overflade<br />
Magnesium 2%<br />
Jern 2%<br />
Calcium 3%<br />
Hydrogen 3%<br />
Aluminium 7%<br />
Silicium 21%<br />
Oxygen 62%<br />
Metallerne<br />
– udvinding og genbrug<br />
Jern er det billigste metal. Aluminium er tre gange så dyrt som<br />
jern. Kobber er fire gange dyrere end jern. Sølv er 1000 gange<br />
dyrere, mens guld er 30 000 gange dyrere. Prisen afhænger af,<br />
hvor meget der findes i jordskorpen, og hvor dyrt det er at<br />
udvinde metallerne. I jorden er der meget mere aluminium<br />
end jern, men aluminium er meget dyrere at fremstille.<br />
Metallernes forekomst<br />
I Jordens skorpe, dvs. den alleryderste del af Jorden, både land<br />
og hav, er der mest af grundstoffet oxygen og næstmest af silicium.<br />
Begge stoffer er ikke-metaller, og de findes i forskellige<br />
kemiske forbindelser i jorden. Hydrogen får så høj en placering,<br />
fordi der er masser af havvand, og hydrogen er en del af<br />
vandmolekylet. Hvis man ser på hele Jorden, kommer jern ind<br />
på en førsteplads. Det skyldes, at der er masser af jern inde<br />
midt i Jorden.<br />
Det er meget få metaller, der findes som rene grundstoffer.<br />
De fleste findes som kemiske forbindelser i sten. En sådan sten,<br />
der indeholder et metal, kaldes en malm. Hvis indholdet af<br />
metallet i malmen er for lille, vil omkostningerne ved at<br />
udvinde metallet måske blive for store. Selv hvis metalindholdet<br />
i malmen er højt, kan det ikke be<strong>tale</strong> sig at udvinde det,<br />
hvis den samlede forekomst af metallet i området er for lille.<br />
Miner<br />
Nogle metaller kan man grave ud på jordoverfladen i en åben<br />
mine, men ofte må man grave lange gange nede i jorden. Bl.a.<br />
derfor er der enorme udgifter forbundet med minedrift. Der<br />
skal også bygges en stor fabrik, beboelsesområder, veje og evt.<br />
en havn.<br />
På Grønland har man fundet flere forekomster af metal,<br />
men det har hidtil været for dyrt at anlægge miner i større<br />
målestok. Hvis isen i Nordhavet fortsætter med at smelte, bliver<br />
Grønland langt mere interessant til minedrift. I Syddanmark<br />
er der ingen udvinding eller fremstilling af metal. Vi<br />
importerer alt.<br />
124
Udvinding af metal – ristning og reduktion<br />
Nogle ganske få metaller findes i kemiske forbindelser, der<br />
kun skal opvarmes lidt for at spaltes, så det rene metal bliver<br />
frit. Det er fx kviksølv. Ved opvarmning af nogle kviksølvforbindelser<br />
flyder det rene kviksølv ud.<br />
Andre kemiske forbindelser med fx kobber skal opvarmes<br />
kraftigt. Ved opvarmningen reagerer luftens oxygen med kobberforbindelsen,<br />
så der dannes et kobber-oxid. Det kalder<br />
man en ristning. For derefter at fjerne oxygen fra kobberet<br />
blander man kobber-oxidet med glødende kul. Carbon-atomerne<br />
i kullet fjerner oxygen fra kobber-oxidet, så der dannes<br />
carbondioxid og det rene metal. Denne proces kaldes en<br />
reduktion. Jern fremstilles også ved en reduktion.<br />
Kopiark 6.13<br />
Fremstilling af jern<br />
Jern udvindes ofte af jernmalmen, magnetit, der er et jern-oxid<br />
med formlen Fe2O3. Jernmalmen blandes med kul og kalk i en<br />
højovn, der kan være op til 40 meter høj og 10 m bred.<br />
I højovnen brændes kullet af, og den dannede luftart carbonmonoxid,<br />
CO, reagerer med jern-oxidet, så der dannes<br />
smeltet, glødende jern. Det løber ned gennem højovnen og<br />
kan aftappes forneden. Efterhånden som jernet aftappes, og<br />
kullet brænder, fylder man mere kul og jernmalm ind foroven<br />
i højovnen.<br />
Fremstilling af aluminium - elektrolyse<br />
Aluminium er det metal, der er mest af i Jordens overflade.<br />
Der er aluminium i hver eneste håndfuld jord, men indholdet<br />
er ofte for lille, til at det kan be<strong>tale</strong> sig at udvinde det.<br />
Nogle metaller, som fx aluminium, er så kraftigt bundet i<br />
de kemiske forbindelser, at man kun kan få det rene metal ud<br />
ved elektrolyse. Her sender man elektrisk strøm gennem den<br />
smeltede sten. Det kræver meget elektrisk energi, og det er derfor<br />
en dyr proces.<br />
Aluminium udvindes af mineralet bauxit, der indeholder<br />
op til 40 % aluminium-oxid, Al2O3. Bauxit skal smeltes, men<br />
da det har et smeltepunkt på ca. 2000 °C, vil det kræve meget<br />
energi. Det løses ved at blande bauxit med stoffet kryolit, for<br />
125<br />
Lag af fast<br />
elektrolyt<br />
METALLER OG IONER<br />
Højovn – fremstilling af jern<br />
Jernmalm,<br />
stenkul og<br />
kalk<br />
Varm luft<br />
Smeltejern<br />
Indervæg<br />
af grafit<br />
Stålbeholder<br />
Gasser<br />
Aluminiumfremstilling<br />
Bauxit i smeltet kryolit<br />
Slagger<br />
Elektrode af<br />
grafit<br />
Smeltet aluminium,<br />
der synker til bunds.
METALLER OG IONER<br />
Aluminiums stærke hinde<br />
Hjørnet af et 3-4 mm tykt stykke<br />
aluminium holdes ind i en bunsenbrænderflamme.<br />
I løbet af kort tid kan<br />
man se, hvordan metallet i hjørnet<br />
bliver flydende, men det flyder ikke ud.<br />
Man kan se, hvordan det flydende<br />
metal holdes på plads af en hinde.<br />
Hvis man tager en knappenål og<br />
prikker hul på hinden, løber der<br />
flydende metal ud af hullet. Her ser<br />
man, hvordan rent aluminium ser ud.<br />
Det yderste lag på et stykke aluminium<br />
består af aluminium-oxid, Al2O3. Det har et smeltepunkt på over<br />
2000 °C, mens aluminium smelter<br />
allerede ved 660 °C.<br />
Aluminiums stærke overflade<br />
Oxygen (O 2 )<br />
Aluminium<br />
Aluminium<br />
Luftens oxygen kan<br />
ikke komme igennem<br />
det beskyttende lag.<br />
Aluminium reagerer<br />
med oxygen og danner<br />
et beskyttende<br />
lag af aluminium-oxid,<br />
Al O . 2 3<br />
herved falder smeltepunktet for blandingen næsten tusind<br />
grader. Så spares megen energi. Ved elektrolysen spaltes aluminium-oxidet,<br />
så man får det rene aluminium.<br />
Korrosion<br />
Med undtagelse af ædelmetallerne reagerer alle metaller med<br />
luftens oxygen. Denne reaktion kaldes korrosion. Jern er også<br />
udsat for korrosion. Man siger, at jernet ruster.<br />
Mange metaller, som fx aluminium, reagerer med luft og<br />
vand, men på disse metaller dannes der en beskyttende hinde<br />
af metal-oxid. Et nyt stykke aluminium er helt blankt, men<br />
efter nogle måneder bliver overfladen mat. Overfladen er blevet<br />
til aluminium-oxid, og denne hinde er meget stærk. Den<br />
beskytter det underliggende aluminium mod yderligere angreb.<br />
I rustfrit stål danner chrom-atomerne på overfladen et lag af<br />
chromoxid. Det beskytter jernet nedenunder. Jern har det desværre<br />
ikke på samme måde, men danner rust.<br />
126<br />
<br />
EKSPERIMENT
Rust<br />
Jern er det metal, der bruges mest. Der er meget af det, det er<br />
billigt at udvinde, og det er let at bearbejde. Det har dog en<br />
stor ulempe. Det tåler ikke luft og vand. Jern ruster, og rusten<br />
forhindrer ikke, at jernet ruster videre neden under den først<br />
dannede rust<br />
Man kan beskytte jern mod rust på flere måder. Den mest<br />
simple er ved en overfladebehandling. Man kan ved fremstilling<br />
af jerngenstanden lægge et beskyttende lag af et andet<br />
metal udenpå. Det kan være zink, chrom eller nikkel. Man<br />
kan også male hele jerngenstanden. Det hindrer luft og vand<br />
i at komme i kontakt med metallet. Der er flere andre metoder.<br />
De bliver beskrevet i <strong>Kosmos</strong> C.<br />
Kopiark 6.14 og 6.15<br />
Genbrug af metaller<br />
Der er ikke ubegrænsede mængder af metaller i jorden, og den<br />
ene mine efter den anden bliver tømt. Derfor forsøger man at<br />
indsamle brugte metaller og genbruge dem. Det bliver heldigvis<br />
lettere, for jo mindre der er af et metal, jo dyrere bliver det.<br />
Så det kan be<strong>tale</strong> sig at indsamle metalaffald.<br />
Det er ikke nemt at genbruge metaller. Metalaffaldet skal<br />
indsamles og transporteres til en genbrugsfabrik, og her skal<br />
hvert metal skilles fra alle andre metaller og stoffer. I første<br />
omgang sorterer man i hånden. Derefter bruger man en kraftig<br />
magnet, der opsamler alle jerngenstande.<br />
Jern bliver der ikke mangel på foreløbig, for man har allerede<br />
fundet nye, store forekomster, men kobber kan der blive<br />
mangel på, for man har ikke fundet tilstrækkeligt med nye<br />
forekomster. Måske er der kun kobber til 100 års forbrug. Det<br />
vil give os problemer, for vi kan ikke undvære kobber til elektriske<br />
ledninger. Derfor genbruges meget kobber, og man regner<br />
med, at ca. 80 % af alt kobber, som man har fundet, stadig<br />
er i brug.<br />
Aluminium er dyrt at fremstille, og derfor indsamler man<br />
gammelt aluminium som fx sodavands- og øldåser. Det er<br />
nemlig langt billigere at smelte det hele om end at fremstille<br />
nyt aluminium.<br />
I en almindelig personbil kan der ud over jern være fx<br />
45 kg aluminium, 10 kg bly, 5 kg zink og 9 kg kobber.<br />
127<br />
Nyttige oplysninger<br />
Det billigste metal er jern.<br />
METALLER OG IONER<br />
Malm er mineraler med et højt indhold af et<br />
metal.<br />
Aluminium er det hyppigst forekommende<br />
metal i jordskorpen.<br />
Ved ristning opvarmes malmen kraftigt i fri<br />
luft.<br />
Ved reduktion opvarmes malmen sammen<br />
med fx kul.<br />
Korrosion er betegnelsen for metallers reaktion<br />
med vand og luft.<br />
Rust dannes, når jern reagerer med luft og<br />
vand.
CAFE KOSMOS<br />
GULD<br />
TIL NYTTE OG TIL PYNT<br />
Alle ved, at guld er meget dyrt. Alligevel kan det i<br />
moderne huse be<strong>tale</strong> sig at isolere med guld.<br />
Mønter af helt rent guld bruges kun som investering. De gemmes i en bankboks.<br />
ENERGIRUDER<br />
Det koster rigtig mange penge at<br />
opvarme vore huse om vinteren.<br />
Myndighederne kræver, at nybyggede<br />
huse skal være mere energibesparende<br />
end tidligere. Derfor er<br />
kravene til husenes isolering sat op.<br />
I vægge, gulve og især i lofterne<br />
skal tykkelsen af isoleringsmaterialet<br />
være større og større. Men det<br />
meste varme ryger ud af vinduerne.<br />
Man kan spare energi ved at bruge<br />
termoruder med flere lag glas og<br />
med varmeisolerende luftarter som<br />
ædelgassen argon i lagene mellem<br />
glassene, men rigtige ”energiru-<br />
der” får man ved bl.a. at bruge guld.<br />
Et af glassene i ruden har fået en<br />
tynd belægning af fx guld. Laget af<br />
guld er så tyndt, at man ser lige<br />
gennem det, men guldlaget har<br />
den funktion, at det reflekterer den<br />
varmestråling (den infrarøde stråling),<br />
der kommer fra den varme<br />
stue. Varmen kastes tilbage.<br />
KOGT ASTRONAUT<br />
Opdagelsen af at guld kaster varmestråling<br />
tilbage, blev efterprøvet<br />
af astronauter. Deres visir på hjelmen<br />
er belagt med et sådan tyndt<br />
lag guld. De kan sagtens se ud gennem<br />
det, men når vi ser astronau-<br />
128<br />
To astronauter på rumvandring.<br />
Den anden spejles i guldet i visiret.<br />
ten udefra, virker visiret som et<br />
spejl. Det reflekterer 98 % af den<br />
kraftige varmestråling i Solens lys.<br />
Vi mærker ofte varmen fra Solen,<br />
men her på Jordens overflade er<br />
sollyset blevet dæmpet af atmosfæren.<br />
Ude i rummet rammes astronauten<br />
direkte af lyset og den<br />
infrarøde stråling fra Solen ville få<br />
huden på astronautens ansigt til at<br />
koge. Af samme årsag beskytter<br />
man satellitter mod for kraftig<br />
opvarmning ved at pakke dem ind i<br />
tyndt guldfolie.<br />
GULD I SOLBRILLER<br />
Denne teknologi er blevet brugt<br />
som mode. Glassene på nogle solbriller<br />
er belagt med et meget<br />
tyndt lag rent guld. Man ser fint<br />
gennem glassene, men udefra virker<br />
de som et gul-farvet spejl.<br />
GULDLEGERINGER<br />
Der er guld i en iPod, i en telefon, i<br />
en pacemaker og i rumraketter.<br />
Elektronikindustrien bruger mere<br />
end 150 ton guld om året. Guld er<br />
nemlig en god elektrisk leder. I en<br />
computerchip forbindes det indre
CAFE KOSMOS<br />
En turist foran Peterskirken i Rom. Glassene på solbrillerne har en tynd<br />
belægning af guld<br />
af chippen med ydre ledninger ved<br />
lodninger med guld. Det bruges<br />
også til overfladebelægning af kontakter.<br />
Andre metaller vil ved<br />
sådanne kontaktpunkter danne<br />
kemiske forbindelser, som fx oxider,<br />
der ikke leder den elektriske strøm.<br />
Det sker ikke med guld. Guldoverfladen<br />
ændres ikke ved, at der slår<br />
gnister fra overfladen, og ædelmetaller<br />
danner ikke kemiske forbindelser<br />
på overfladen ved kontakt<br />
med andre stoffer.<br />
GULDSMYKKER<br />
Ædelmetallerne er velegnede som<br />
smykker. Metallerne reagerer ikke<br />
med hud, vand, sæbe, og hvad de<br />
ellers kommer i kontakt med. Men<br />
da guld er blødt, kan man ikke<br />
bruge rent guld som smykker. Det<br />
vil få mærker af stød og slag. Det<br />
bøjes nemt og får ridser.<br />
I guldsmykker har man blandet et<br />
hårdere metal i guldet. Oftest tilsætter<br />
man kobber, der er hårdere<br />
end guld. På grund af kobbers røde<br />
farve får sådanne guldsmykker en<br />
mere rødlig farve. Legeringen hvidguld<br />
har en mere hvid farve end<br />
guld. Det skyldes, at man i stedet<br />
for kobber har tilsat sølv, det sølvfarvede<br />
nikkel eller det dyre, sølvfarvede<br />
platin. Noget af det bedste<br />
at fylde i huller i tænderne er guld.<br />
For at gøre det hårdere bruger man<br />
en legering med platin.<br />
For at vide, hvor meget guld der<br />
faktisk er i et guldsmykke, har man<br />
indført betegnelsen karat. Et helt<br />
rent stykke guld har 24 karat. Et 18<br />
karat smykke indeholder kun 75 %<br />
rent guld. I et sådant smykke har<br />
man præget tallet 750 ned i bagsiden<br />
af smykket. Det fortæller, hvor<br />
mange promille (tusindedele) rent<br />
guld der er i smykket.<br />
I Danmark må man sælge guldsmykker,<br />
hvor kun en tredjedel er<br />
rent guld, dvs. 8 karat. I Frankrig er<br />
det kun tilladt at sælge guldsmykker<br />
på mindst 18 karat, men i<br />
Tyskland må man sælge guldsmykker<br />
på kun 4 karat. Her er kun 16 %<br />
rent guld.<br />
PRISEN PÅ GULD<br />
Prisen på guld går op og ned.<br />
Specielt i tider med uro, krige og<br />
129<br />
naturkatastrofer går prisen på guld<br />
op. I urolige tider vil mange købe<br />
guld i håb om, at det kan holde sin<br />
værdi i modsætning til aktier og<br />
obligationer. Set over lang tid har<br />
guld altid været en god investering.<br />
Priserne stiger stadig, for det bliver<br />
stadig sværere at grave mere guld<br />
op. For at finde mere guld må man<br />
grave længere og længere ned i<br />
jorden. Det er rentabelt, hvis blot<br />
der kan udvindes 10 g guld af et ton<br />
malm. Endelig er der også blevet<br />
større efterspørgsel rundt om i verden,<br />
fx på grund af den voksende<br />
velstand i bl.a. Kina og Indien.<br />
I 2007 steg prisen på guld med 32 %.<br />
En terning på 1 cm 3 koster omkring<br />
2000 kr. Der udvindes mere end<br />
2000 ton om året. I alt er der hidtil<br />
udvundet så meget guld, at det<br />
samlet ville fylde en terning med en<br />
sidelængde på 20 m.<br />
Danmarks Nationalbank har i mange<br />
år ejet den samme mængde<br />
guld. Det er 67 ton guld til en værdi<br />
af over otte milliarder kroner. Størstedelen<br />
af det danske guld opbevares<br />
i London, mens resten er placeret<br />
i hhv. Fort Knox i USA, i<br />
Schweiz og i Nationalbanken i København.<br />
I USA har man den største<br />
mængde af guld.
DET VED DU NU OM METALLER OG IONER<br />
METALLER OG LEGERINGER METALTEKNOLOGI IONER<br />
Metallerne har metalglans,<br />
og de er gode elektriske ledere.<br />
De er også gode varmeledere.<br />
Grundstofferne deles op i<br />
metaller og ikke-metaller.<br />
Metallerne deles op i<br />
letmetaller og tungmetaller.<br />
Ædelmetallerne er fx guld,<br />
platin og sølv.<br />
Legeringer er en sammensmeltning<br />
af to eller flere metaller.<br />
Stål er jern med omkring 1 %<br />
carbon.<br />
Rustfrit stål er stål med nikkel<br />
og chrom.<br />
Messing er en legering af zink<br />
og kobber<br />
Jern er det billigste metal.<br />
I jorden er der meget mere aluminium<br />
end jern<br />
Aluminium er meget dyrt at<br />
udvinde.<br />
Malm er navnet på sten, der<br />
indeholder meget af et metal.<br />
I Danmark er der ingen udvinding<br />
eller fremstilling af metaller.<br />
Jern ruster. Aluminium danner<br />
en beskyttende hinde af aluminium-oxid.<br />
Metaltråde fremstilles ved<br />
trækning.<br />
Bladguld er omkring<br />
0,0001 mm tykt.<br />
Metalplader gøres tyndere ved<br />
valsning.<br />
Ved hærdning bliver metaller<br />
hårdere.<br />
Ved svejsning smeltes metaller<br />
sammen<br />
METALLERNE – UDVINDING OG GENBRUG<br />
130<br />
En positiv ion dannes ved, at et<br />
atom afgiver en eller flere elektroner.<br />
Metallerne danner positive<br />
ioner.<br />
En natrium-ion har det kemiske<br />
symbol Na + , en magnesium-ion<br />
Mg 2+ .<br />
En negativ ion dannes ved, at<br />
et atom modtager en eller flere<br />
elektroner.<br />
Ikke-metallerne danner negative<br />
ioner.<br />
En chlorid-ion har det kemiske<br />
symbol Cl – , en oxid-ion O 2– .<br />
Ædelgasreglen siger, at ioner<br />
med samme elektronfordeling<br />
som en ædelgas er særlig stabile.
Hvilke tre egenskaber har<br />
metallerne?<br />
Nævn nogle letmetaller og<br />
nogle tungmetaller.<br />
Hvad er en legering?<br />
Hvad er stål?<br />
Hvad er messing?<br />
Hvilke metaller kan man finde<br />
i en bil?<br />
KAN DU HUSKE?<br />
FORSTÅR DU?<br />
PRØV DIG SELV<br />
Hvad er det, der gør nogle<br />
metaller til ædelmetaller?<br />
Hvorfor skal et loddemetal<br />
have et lavt smeltepunkt?<br />
Hvorfor har alle metallerne<br />
positive ioner?<br />
Hvorfor danner metallerne i<br />
1. hovedgruppe positive ioner<br />
med ladningen 1+?<br />
Hvorfor er aluminium dyrere<br />
at fremstille end jern?<br />
131<br />
UDFORDRING<br />
Undersøg dit værelse for<br />
metaller. Lav en liste over, hvad<br />
de bliver brugt til, og find ud<br />
af, hvilket metal der er <strong>tale</strong> om.<br />
Hvilke metaller er Eiffeltårnet<br />
i Paris, Frihedsgudinden i<br />
New York og Den lille Havfrue<br />
i København lavet af?<br />
Søg på internettet for at finde<br />
ud af, hvilke legeringer euromønterne<br />
indeholder.
Syrer
og baser<br />
SYRER OG BASER<br />
SYRER, pH OG NEUTRALISATION<br />
KATALYSATORER OG ENZYMER<br />
FARLIGE STOFFER<br />
CAFE KOSMOS: SYRE I MAVEN<br />
Når mange mennesker hører ordet syre, forbinder de det med<br />
noget farligt. Det kan være rigtigt, for syrer kan være farlige,<br />
men der er masser af syrer, som vi spiser med fornøjelse, og som<br />
er vigtige for kroppens funktion. Vi kan lide den syrlige smag i<br />
æbler, appelsiner, ananas og yoghurt. Men under køkkenvasken<br />
eller gemt i et andet skab har de fleste hjem også syrer, man skal<br />
passe på. Det kan være syrer, som bruges til afkalkning af<br />
vandhaner og fliser i badeværelset. Og mange mennesker<br />
arbejder med rigtig stærke syrer. Hvis man ikke ved, hvordan<br />
man skal omgås syrer, kan det blive farligt.<br />
Hvilke madvarer er sure?<br />
Hvilke former for syrligt slik kender du?<br />
Hvordan fjerner man kalk i en vandhane eller på væggen<br />
i en bruseniche?<br />
Hvorfor smager det surt, når man har kastet op?<br />
Hvad er en katalysator til en bil?<br />
133
SYRER OG BASER<br />
Trivialnavne<br />
for nogle organiske syrer<br />
De organiske syrer har ofte navn efter,<br />
hvad man har fundet dem i. Disse navne<br />
kaldes trivialnavne.<br />
• Syren i æbler hedder æblesyre<br />
• Syren i vindruer hedder vinsyre<br />
• Syren i citroner hedder citronsyre<br />
• Syren i eddike hedder eddikesyre<br />
• Syren i mælkeprodukter hedder<br />
mælkesyre<br />
• Syren i vand med ”brus” hedder kulsyre<br />
De organiske syrers<br />
kemiske navne<br />
Når en kemiker læser en syres kemiske navn<br />
ved hun straks, hvordan syren er opbygget.<br />
Til gengæld er navnene blevet meget længere,<br />
så man bruger ofte trivialnavnene.<br />
• Kulsyres kemiske navn er carbonsyre<br />
• Eddikesyre: ethansyre<br />
• Mælkesyre: 2-hydroxypropansyre<br />
• Vinsyre: 2,3-dihydroxybutandisyre<br />
• Citronsyre:<br />
2-hydroxy-1,2,3-propantricarboxylsyre<br />
Syrer og baser<br />
Alle sure madvarer indeholder en syre. Den syrlige smag i<br />
frugter og i forskellige mælkeprodukter kommer fra forskellige<br />
syrer. Citroner, eddike og kærnemælk indeholder hver sin<br />
syre. I de syrlige frugter beskytter syren frugterne mod angreb<br />
af bakterier.<br />
Nogle kemiske stoffer har en virkning modsat syrerne.<br />
De kaldes baser. De findes sjældent i mad, for baser er ofte<br />
farlige.<br />
Syren i maden er en organisk syre<br />
Når man vil fremstille yoghurt, kærnemælk og tykmælk tilsætter<br />
man mælkesyrebakterier til mælken. Der dannes mælkesyre,<br />
når mælkesyrebakterierne nedbryder det sukker, der<br />
findes i mælken. Mineralvand med brus, øl og champagne har<br />
en svag syrlig smag, der kommer fra syren kulsyre. Den opstår<br />
i vandet, når man leder luftarten carbondioxid, CO2, ned i<br />
vand. Spiseeddike indeholder omkring fire til syv procent<br />
eddikesyre. Syrer i madvarer er næsten altid de såkaldte organiske<br />
syrer. Organisk betyder, at de kommer fra levende organismer,<br />
dvs. planter eller dyr.<br />
Alle de organiske syrer i frugter og andet spiseligt er opløst<br />
i vand. Men kemikerne kan fremstille de rene syrer. Nogle af<br />
dem er væsker, mens andre er faste stoffer. Citronsyre er et<br />
hvidt pulver, mens eddikesyre er en væske. I en butik får man<br />
citronsyre i en papirindpakning eller i en bøtte, mens eddikesyre<br />
sælges i en flaske.<br />
Uorganiske syrer – stærke og svage syrer<br />
De fleste syrer i planter og dyr kaldes organiske syrer, mens<br />
syrer, der fremstilles af mineraler, kaldes uorganiske syrer. De<br />
uorganiske syrer kan ikke findes i større mængde i naturen. De<br />
fremstilles alle teknisk.<br />
Alle de organiske syrer betegnes som svage syrer, og de fleste<br />
af dem er ikke farlige. Det er derimod nogle af de uorganiske<br />
syrer, fx svovlsyre, saltsyre og salpetersyre. Disse tre syrer<br />
betegnes som stærke syrer. Svovlsyre har den kemiske formel<br />
H2SO4, saltsyre har formlen HCl og salpetersyre HNO3. Kopiark 7.1<br />
134
Fortyndede og koncentrerede syrer<br />
De uorganiske syrer er altid opløst i vand. Hvis der kun er lidt<br />
syre opløst, kaldes syren fortyndet. Hvis der er opløst så meget<br />
syre i vandet, som det er muligt, kaldes syren koncentreret.<br />
Man skal ikke smage på de uorganiske syrer, men hvis man<br />
smagte på en meget fortyndet uorganisk syre, ville den også<br />
smage surt. Der er dog en uorganisk syre, som mange tit drikker.<br />
Den er tilsat cola for at give den sure smag. Det er phosphorsyre,<br />
H 3PO 4.<br />
Baser<br />
Nogle kemiske stoffer har en virkning modsat syrerne. De kaldes<br />
baser. Dem er vi ikke vant til at smage. Man siger, at de<br />
smager lud-agtigt. Lud er et gammelt ord for sæbe.<br />
Det er dog ikke en god ide at smage på baser, for mange af<br />
dem er farlige. Vinduesrens, afløbsrens og sæbe til opvaskemaskiner<br />
indeholder baser, man ikke skal smage på. Baserne<br />
har den egenskab, at de kan opløse fedt.<br />
En meget brugt base hedder natriumhydroxid. Den har den<br />
kemiske formel NaOH. Natriumhydroxid er et fast stof, der let<br />
opløses i vand. Når man køber afløbsrens, er der natriumhydroxid<br />
i. Hvis køkken- eller håndvasken er tilstoppet, hældes<br />
afløbsrens i. Basen opløser fedtet, så fedtproppen løsnes.<br />
Mange rengøringsmidler indeholder ammoniak, NH3. Ammoniak er luftart, der let opløses i vand. I laboratoriet kaldes<br />
denne opløsning ammoniakvand, og den er en base.<br />
Vinduesrens indeholder ammoniak. Det kan fjerne fedtet på<br />
ruderne. I butikkerne kan man købe en koncentreret opløsning<br />
under navnet salmiakspiritus. Den kan man selv fortynde.<br />
Hydroxid-ionen, OH –<br />
I basen natriumhydroxid er det faste natriumhydroxid,<br />
NaOH, sammensat af to ioner: en natrium-ion, Na+, og en<br />
hydroxid-ion, OH – . I basen ammoniakvand har luftarten<br />
ammoniak, NH3, reageret med vandet og har dannet stoffet<br />
ammoniumhydroxid, NH4OH. Det er i vandet i to ioner: en<br />
ammonium-ion, NH +, 4 og en hydroxid-ion, OH – .<br />
Både natriumhydroxid og ammoniakvand indeholder<br />
således den samme ion, hydroxid-ionen, OH – . Denne ion findes<br />
i alle vandige opløsninger af baser.<br />
135<br />
SYRER OG BASER<br />
Kemisk formel for nogle<br />
uorganiske syrer<br />
• Svovlsyre, H2SO4 • Saltsyre, HCl<br />
• Salpetersyre, HNO3 • Phosphorsyre, H3PO4 Kemisk formel for nogle<br />
baser<br />
• Natriumhydroxid, NaOH<br />
• Ammoniakvand, NH3
SYRER OG BASER<br />
Brønsteds syre- og<br />
basedefinition<br />
Johannes N. Brønsted,<br />
dansk professor i kemi (1879-1947).<br />
Brøndsted har givet den definition på syrer<br />
og baser, som bruges overalt i verden.<br />
Nyttige oplysninger<br />
En hydrogen-ion, H + , opstår, når et hydrogen-atom,<br />
H, mister sin elektron.<br />
En hydroxid-ion, OH – , er en kemisk forbindelse<br />
af et oxygen-atom og et hydrogenatom<br />
med en ekstra elektron.<br />
En syre kan fraspalte hydrogen-ioner, H + .<br />
En base kan optage hydrogen-ioner.<br />
OH – -ionen findes i mange baser.<br />
Stærke syrer er svovlsyre, saltsyre og<br />
salpetersyre.<br />
Definition på syrer og baser<br />
Alle syrer indeholder hydrogen. Det er der mange andre stoffer,<br />
der også gør, men i syrerne kan dette hydrogen fraspaltes<br />
som en hydrogen-ion, H+. Hvis en syre kommer i kontakt<br />
med en base, vil syren miste en hydrogen-ion til basen. Dvs. en<br />
syre er et stof, der indeholder hydrogen-ioner, der kan fraspaltes.<br />
De to baser, ammoniumhydroxid, NH 4OH, og natriumhydroxid,<br />
NaOH, indeholder begge en hydroxid-ion, OH – .<br />
Den kan optage netop en hydrogen-ion fra en syre. Herved<br />
bliver hydroxid-ionen til et vandmolekyle. Reaktionen skrives:<br />
H+ + OH – ➝ H 2O. Dvs. en base er et stof, der kan optage en hydrogen-ion.<br />
Kopiark 7.2<br />
Indikatorer – påvisning af syre eller base<br />
En opløsning med en syre kaldes en sur opløsning, mens en<br />
opløsning med en base kaldes en basisk opløsning. Man kan<br />
påvise, om en opløsning indeholder en syre eller en base, dvs.<br />
om opløsningen er sur eller basisk. Det gøres med indikatorpapir,<br />
der er papir, der har været dyppet i en indikator.<br />
En indikator er et stof, der ændrer sin farve alt efter om<br />
den er i en sur eller en basisk opløsning. En meget kendt indikator<br />
er lakmus. Det er et planteudtræk med den egenskab, at<br />
det bliver rødt i en sur opløsning og blåt i en basisk opløsning.<br />
Kopiark 7.3, 7.4 , 7.5, 7.6, 7.7, 7.8 og 7.9<br />
Lakmus<br />
Fotoet viser en sur og en basisk opløsning,<br />
der har fået tilsat et par dråber af indikatoren<br />
lakmus. Den sure opløsning bliver farvet rød;<br />
den basiske blå.<br />
136
EKSPERIMENT<br />
Et springvand af base<br />
En spiseskefuld af ammoniumchlorid, NH4Cl, og en spiseskefuld af calciumhydroxid, Ca(OH) 2,<br />
rystes godt sammen i en konisk kolbe. Byg den<br />
viste opstilling, og opvarm forsigtigt kolben.<br />
Ved opvarmning vil de to stoffer reagere med<br />
hinanden og danne ammoniak, NH3 , der stiger<br />
op i den øverste, rundbundede kolbe.<br />
Når det vurderes, at der er meget ammoniak i<br />
kolben, sættes en prop i kolben. Gennem proppen<br />
er der et langt tilspidset glasrør og en lille<br />
pipette med en gummibold, der er fyldt med<br />
vand. Glasrøret holdes ned i en stor glasskål<br />
fyldt med vand. I vandet er der nogle dråber<br />
af indikatoren phenolphthalein.<br />
137<br />
SYRER OG BASER<br />
Gummibolden trykkes sammen, så der kommer<br />
noget vand ind i kolben. Det starter reaktionen.<br />
Vandet stiger op i glasrøret, og sprøjter med stor<br />
kraft ind i kolben. Når vandet kommer ind<br />
i kolben, bliver det rødt.<br />
Vandet suges op i kolben, fordi luftarten ammoniak,<br />
der er letopløselig i vand, opløses i vandet<br />
fra gummibolden. Herved opstår der et kraftigt<br />
undertryk i kolben, så vandet fra skålen suges<br />
op. Når ammoniakken opløses i vandet, dannes<br />
basen ammoniakvand.<br />
Vandet farves rødt, fordi indikatoren phenolphthalein<br />
er rød i en basisk opløsning.
Svovl<br />
Luft<br />
SYRER OG BASER<br />
Fremstilling af svovlsyre<br />
SO 2<br />
O 2<br />
SO 2<br />
O 2<br />
Dannelse af<br />
svovldioxid<br />
Kongevand<br />
Katalysator<br />
Dannelse af<br />
svovltrioxid<br />
Svovlsyre<br />
SO 3<br />
SO 3<br />
H 2 SO 4<br />
Vand<br />
De fleste metaller danner hydrogen, når<br />
de reagerer med syre. Dog ikke de ædle<br />
metaller, guld, platin og sølv. De kan dog<br />
opløses i kongevand. Det er navnet på en<br />
blanding af koncentreret salpetersyre og<br />
saltsyre. Kongevand kan opløse “metallernes<br />
konge”, guld.<br />
Syrer, pH og neutralisation<br />
Der bruges meget store mængder af de uorganiske syrer, for<br />
den kemiske industri er en af verdens største. Det tænker vi ikke<br />
meget over i Danmark, for vi har ikke en stor kemisk industri.<br />
Vi importerer det meste. Andre store industrier, som bilfabrikker<br />
og elektronikvirksomheder, bruger mange kemiske produkter.<br />
Svovlsyre<br />
Svovlsyre, H2SO4, er det kemikalie, der fremstilles mest af i<br />
verden. Det meste bruges til at fremstille kunstgødning. Det<br />
bruges også til fremstilling af vaskemidler og til fremstilling<br />
af det hvide farvestof, titandioxid, TiO2, i hvid maling.<br />
Akkumulatoren i en bil er fyldt med koncentreret svovlsyre.<br />
Akkumulatoren fungerer som et stort batteri, der leverer den<br />
elektriske strøm, der skal starte bilen.<br />
Svovlsyre fremstilles af grundstofferne svovl, S, oxygen,<br />
O2, og vand. Svovl er et gult stof, som nogle steder i verden<br />
kan hentes op fra undergrunden. Man får dog også meget<br />
svovl fra råolie. Svovlet fjernes, inden man omdanner olien til<br />
benzin.<br />
Når man brænder svovl, bliver det til luftarten svovldioxid:<br />
S + O2 ➝ SO2. Svovldioxid kan reagere videre med oxygen og danne det<br />
faste stof svovltrioxid, SO3. Ved opløsning i vand bliver det til<br />
svovlsyre: H2O + SO3 ➝ H2SO4. Koncentreret svovlsyre er en klar væske, der består af 98 %<br />
H2SO4 og kun 2 % vand.<br />
Syrer og metaller<br />
I 1766 hældte englænderen Henry Cavendish noget svovlsyre<br />
over et stykke jern. Det brusede, og der blev dannet en luftart.<br />
Det var grundstoffet hydrogen, der hermed blev opdaget. Da<br />
hydrogen er så let en luftart, fandt man hurtigt ud, at det<br />
kunne bruges til at få en ballon op at flyve. Kort efter opdagelsen<br />
af hydrogen blev de første balloner fyldt med hydrogen<br />
sendt op i Paris. Det tog fire dage at fylde de første balloner<br />
med hydrogen.<br />
Kopiark 7.10<br />
138
Saltsyre<br />
Saltsyre fremstilles ud fra grundstoffet chlor, Cl. Man starter<br />
fremstillingen af saltsyre med saltvand. Det er vand med<br />
opløst NaCl. Ved at sende elektrisk strøm gennem saltvandet<br />
frigives grundstoffet chlor. Chlor har en karakteristisk lugt,<br />
der kendes fra mange svømmehaller. Det er en giftig og ætsende<br />
gul-grøn luftart med et to-atomigt molekyle, Cl 2. Det lader<br />
man reagere med luftarten hydrogen, H 2, så der dannes en ny<br />
luftart, hydrogenchlorid, HCl. Den opløses nemt i vand. Den<br />
vandige opløsning af hydrogenchlorid kaldes saltsyre.<br />
Det kemiske symbol for saltsyre skrives ofte bare som HCl,<br />
men man skal huske, at saltsyre er en opløsning af luftarten<br />
HCl i vand. Luftarten HCl hedder hydrogenchlorid, mens<br />
hydrogenchlorid opløst i vand hedder saltsyre.<br />
pH<br />
Indikatoren lakmus kan kun fortælle, om en opløsning er sur<br />
eller basisk, dvs. om den indeholder en syre eller en base. Hvis<br />
man vil vide, hvor meget syre eller base der er i vandet, bruger<br />
man den såkaldte pH-skala. Den går fra 0 til 14. Helt rent<br />
vand har en pH-værdi på 7. I sure opløsninger er pH-værdien<br />
mindre end 7. I basiske opløsninger er pH større end 7.<br />
En sur opløsning indeholder mange hydrogen-ioner, H+,<br />
og jo lavere pH-værdien er, jo flere hydrogen-ioner er der i<br />
opløsningen. I basiske opløsninger er der mange hydroxidioner,<br />
OH – , og jo højere pH-værdien er, jo flere hydroxidioner<br />
er der i opløsningen. I to opløsninger med en forskel på<br />
én pH, fx pH = 3 og 4, er der i opløsningen med pH = 3 netop<br />
10 gange så mange H+-ioner, som i opløsningen med pH = 4.<br />
Hver gang pH-værdien falder en enhed, er der ti gange så<br />
mange H+-ioner.<br />
pH-skalaen giver altså et mål for mængden af hydrogenioner<br />
og hydroxid-ioner. Ved pH lig 7 er der lige mange hydrogen-ioner<br />
og hydroxid-ioner. Derfor er vand neutralt.<br />
Stærke syrer har ofte en lav pH-værdi, selv i fortyndede<br />
opløsninger. Svage syrer har sjældent lav pH-værdi, med mindre<br />
de er koncentrerede.<br />
En sur opløsning med lille pH-værdi indeholder mange<br />
hydrogen-ioner. pH-værdien er højere i opløsninger med<br />
færre hydrogen-ioner. I en basisk opløsning med høj pH-<br />
139<br />
Fremstilling af saltsyre<br />
Saltsyre<br />
Luftarten<br />
hydrogenchlorid<br />
Luftarten chlor<br />
Saltvand<br />
pH´s fader<br />
SYRER OG BASER<br />
Der tilsættes vand<br />
Der tilføres hydrogen, og<br />
hydrogen reagerer med chlor<br />
Der sendes strøm gennem<br />
vandet (elektrolyse)<br />
Søren P.L. Sørensen,<br />
dansk professor i kemi (1868-1939).<br />
Sørensen har opfundet pH-skalaen, som alle<br />
kemikere bruger. Ude i verden kaldes Søren<br />
P.L. Sørensen for pH´s fader.
SYRER OG BASER<br />
0 1 2 3 4 5 6<br />
pH-skala<br />
7 8 9 10 11 12 13 14<br />
Stærkt<br />
sur<br />
H<br />
Cl<br />
+<br />
–<br />
+<br />
–<br />
Cl –<br />
–<br />
H 2 O<br />
Neutralisation<br />
Svagt<br />
sur<br />
Na +<br />
Na +<br />
OH –<br />
Tegningen viser, hvad der sker, når saltsyre<br />
neutraliseres med natriumhydroxid<br />
+<br />
Nyttige oplysninger<br />
pH-skalaen går fra 0 til 14.<br />
–<br />
Rent vand har en pH-værdi på 7.<br />
+<br />
Sure opløsninger har pH mellem 0 og 7.<br />
Basiske opløsninger har pH mellem 7 og 14.<br />
En syre kan neutraliseres med en base<br />
Neutral<br />
værdi er ikke ret mange hydrogen-ioner, men der er mange<br />
hydroxid-ioner.<br />
En opløsnings pH-værdi kan måles med et pH-meter. Når<br />
man sætter føleren ned i opløsningen, kan man direkte aflæse<br />
pH-værdien. På hospi<strong>tale</strong>r bruges et pH-meter til at måle<br />
pH-værdien i blod. pH-værdien skal ligge tæt på 7,4.<br />
pH-værdier kan også vises med indikatorpapir. Papiret får<br />
forskellig farve afhængig af pH-værdien af opløsningen, som<br />
dryppes ned på papiret. Den slags indikatorpapir kaldes en<br />
universal-indikator.<br />
Kopiark 7.11 og 7.12<br />
Neutralisation<br />
Syrer og baser reagerer med hinanden. Hvis man langsomt<br />
hælder en base i en syre, vil pH stige. Når pH når op på 7, har<br />
basen neutraliseret syren. Opløsningen er blevet neutral.<br />
Når en syre og en base blandes, vil hydrogen-ionerne, H+,<br />
fra syren reagere med hydroxid-ionerne, OH – , fra basen. Det<br />
bliver til vand. Reaktionen skrives: H+ + OH – ➝ H2O. Ved neutralisationen forsvinder både syre- og base-egenskaberne.<br />
Når man neutraliserer saltsyre, HCl, med basen natriumhydroxid,<br />
NaOH, sker følgende reaktion:<br />
HCl + NaOH ➝ H2O + NaCl.<br />
Der dannes vand og natriumchlorid, der er opløst i vandet.<br />
Dvs. ved reaktionen mellem saltsyre og natriumhydroxid dannes<br />
almindeligt, uskadeligt saltvand.<br />
Hvis man har for meget mavesyre, kan man spise piller<br />
med en base, som fx natron, NaHCO3, eller aluminiumhydroxid,<br />
Al(OH) 3.<br />
Kopiark 7.13, 7.14 og 7.15<br />
140<br />
Svagt<br />
basisk<br />
Stærkt<br />
basisk
EKSPERIMENT<br />
Natrium – et farligt stof<br />
En bred glasskål fyldes med vand til 1 centimeters<br />
højde. Lidt phenolpthalein og en dråbe sulfo hældes i.<br />
Skålen sættes på en overheadprojektor, der fokuseres,<br />
så vandoverfladen står skarpt på skærmen. En beskyttelsesskærm<br />
sættes tæt på skålen, og eleverne flyttes ned<br />
bagest i klassen.<br />
Et stykke natrium tages op med en pincet og lægges på<br />
et tørt filtrerpapir. Et stykke natrium på størrelse med<br />
en halv ært skæres af. Oxidlaget skæres af. Det rene<br />
stykke natrium tages med pincetten, og ved at banke<br />
pincetten mod kanten af skålen kastes stykket ned på<br />
vandoverfladen. Natriumstykket flyder på vandet, for<br />
natrium er lettere end vand.<br />
Man ser, hvordan natriumstykket straks bevæger sig<br />
rundt på vandoverfladen. Der opstår så meget varme,<br />
at natriumstykket smelter. Det er altså en dråbe flydende<br />
natrium, der bevæger sig hen over vandet. Der, hvor<br />
natriumstykket har været, kommer der en rød streg i<br />
vandet. Måske dannes der en flamme ved natriumstykket.<br />
141<br />
SYRER OG BASER<br />
Når alt natrium har reageret, dyppes et stykke indikatorpapir<br />
i vandet. Farven på papiret viser, at vandet er<br />
blevet basisk.<br />
Den kemiske reaktion kan skrives:<br />
2 Na + 2 H2O ➝ H2 + 2 NaOH<br />
Ved reaktionen dannes basen natriumhydroxid, NaOH,<br />
der gør vandet basisk. Den røde streg i vandet kommer<br />
fra phenolphthalein, der er en indikator. Den er farveløs<br />
i en neutral opløsning, men rød i en basisk.<br />
Ved reaktionen mellem vand og natrium dannes også<br />
hydrogen. Det skubber natriumstykket rundt, og hvis<br />
der dannes en flamme, er det hydrogen, der brænder.
SYRER OG BASER<br />
Ammoniak-katalysatorens<br />
virkemåde<br />
Ved fremstilling af ammoniak, NH3, reagerer<br />
N2 med H2. Nitrogen-molekyle<br />
Katalysator<br />
Hydrogenmolekyler<br />
Molekyler af nitrogen og hydrogen rammer<br />
overfladen af katalysatoren.<br />
Katalysator<br />
Hydrogenatomer<br />
Nitrogenatom<br />
Bindingerne i molekylerne brydes, og atomerne<br />
hænger fast på overfladen af katalysatoren.<br />
Katalysator<br />
Ammoniakmolekyle<br />
Nitrogen-atomer og hydrogen-atomer bindes<br />
sammen og danner ammoniak.<br />
Katalysator<br />
Ammoniak-molekylerne løsrives fra overfladen<br />
af katalysatoren.<br />
Katalysatorer og enzymer<br />
Kemiske reaktioner kan foregå hurtigt, som fx en eksplosion.<br />
Her er reaktionshastigheden stor. Reaktionshastigheden kan<br />
være meget lille, som fx når jern ruster. På fabrikker, der fremstiller<br />
kemiske stoffer, vil man gerne have, at reaktionshastigheden<br />
ikke er for lille, for ellers kan produktionen ikke be<strong>tale</strong><br />
sig. Man kan øge reaktionshastigheden med katalysatorer og<br />
enzymer.<br />
Fremstilling af ammoniak<br />
Ammoniak, NH3, fremstilles ved, at man leder luftarterne<br />
nitrogen, N2, og hydrogen, H2, hen over en katalysator med<br />
findelt jern. Det danske firma Haldor Topsøe A/S leverer<br />
katalysatorer til omkring halvdelen af alle ammoniakfabrikker<br />
i verden.<br />
Kopiark 7.16<br />
Katalysatorer<br />
En katalysator er et stof, som tilsættes de stoffer, der skal reagere<br />
med hinanden. Katalysatoren får reaktionen til at ske på<br />
en anden, hurtigere måde, men katalysatoren bliver ikke forbrugt<br />
ved reaktionen. Bagefter er mængden af katalysatoren<br />
den samme. Der findes mange forskellige katalysatorer, for<br />
en katalysator kan virke ved en reaktion, men ikke ved en<br />
anden.<br />
Ofte kan man ved at bruge en katalysator få en reaktion<br />
til at gå lige så hurtigt, som hvis man havde varmet stofferne<br />
op. Herved sparer man mange penge, for opvarmning er<br />
dyr. Brug af katalysatorer gør derfor produkterne billigere<br />
for forbrugerne. Når man bruger en katalysator, kan man<br />
ofte fremstille stoffer ved en lavere temperatur. Det gør produktionen<br />
mere sikker. Der sker ikke så let ulykker, brand og<br />
eksplosioner.<br />
Det er ofte metaller, der bruges som katalysator, men<br />
man kan også bruge syrer. Ved fremstilling af kunstige duftstoffer<br />
går reaktionen hurtigere, hvis man hælder noget syre<br />
i blandingen. Duftstofferne kan lugte af fx æbler, ananas og<br />
bananer.<br />
Kopiark 7.17<br />
142
Enzymer<br />
Enzymer findes i levende organismer, og de virker ved bestemte<br />
biologiske reaktioner. Selv om enzymer findes i levende<br />
organismer, så er enzymer ikke levende, som fx bakterier og<br />
gærceller.<br />
Et enzym fungerer ligesom en katalysator, for enzymet øger<br />
reaktionshastigheden. Enzymer fungerer bedst i et lille temperaturområde,<br />
og de ødelægges, hvis temperaturen bliver for<br />
høj eller for lav. Samtidig fungerer hvert enzym bedst ved en<br />
bestemt pH-værdi.<br />
Menneskekroppen fungerer ved hjælp af enzymer. Når man<br />
tygger på et stykke brød, smager det af brød, men hvis man<br />
beholder brødet i munden et stykke tid, smager brødet sødt.<br />
Brødet indeholder stivelse, og det skal nedbrydes til sukker, for<br />
at kroppen kan fordøje det. Denne nedbrydning sker allerede i<br />
mundhulen, for spyttet indeholder et enzym, der hedder amylase.<br />
Det virker som katalysator ved omdannelsen af stivelse til<br />
sukker.<br />
Hydrogenperoxid<br />
Hydrogenperoxid, H2O2, er en klar væske. Den er ustabil og<br />
omdannes til vand og oxygen. Hydrogenperoxid sælges ofte<br />
under det gamle navn brintoverilte. En 3 % opløsning af hydrogenperoxid<br />
sælges som Oxydol. I hydrogenperoxidmolekylet<br />
er atomerne bundet sammen i rækkefølgen H-O-O-H. Ved<br />
hjælp af en katalysator eller et enzym spaltes hydrogenperoxid<br />
let til vand og oxygen. Reaktionen skrives:<br />
2 H 2O 2 ➝ 2 H 2O + O 2<br />
Når oxygen dannes på denne måde, er det meget reaktivt og<br />
angriber mange stoffer.<br />
Hvis man har fået et lille sår eller en blist i munden, kan<br />
man ved at skylle munden med hydrogenperoxid få slået bakterier<br />
i såret eller blisten ihjel, for amylasen i spyttet er et<br />
enzym, der spalter hydrogenperoxid.<br />
Det dannede oxygen angriber og ødelægger overfladen af<br />
bakterierne. Det angriber også vores mundhule, men vi kan<br />
godt tåle at miste nogle celler, da vi er meget større end bakterierne.<br />
Kopiark 7.18<br />
143<br />
pH-værdier i kroppen<br />
Spyt,<br />
pH omkring 7<br />
Mavesaft,<br />
pH = 1-2<br />
Tyndtarmssaft,<br />
pH = 8-9<br />
Enzymer i vaskepulver<br />
SYRER OG BASER<br />
Spiserør<br />
Lever<br />
Mave<br />
Næsten alle vaskemidler til tøjvask indeholder<br />
enzymer. De skal nedbryde pletter af madrester,<br />
fedt, blod og snavs.<br />
Tyktarm<br />
Tyndarm
SYRER OG BASER<br />
Hydrogenperoxid<br />
Tre reagensglas fyldes halvt med en<br />
3 % hydrogenperoxid-opløsning. I det<br />
ene glas hældes lidt smuldret tørgær.<br />
I det andet lidt af en rå kartoffel.<br />
I det tredje lidt af en kogt kartoffel.<br />
I de to første glas ses en tydelig<br />
gasudvikling. Ved at sætte en glødende<br />
træpind ned i glassene kan man vise, at<br />
det er oxygen, der dannes. I det tredje<br />
glas sker der ikke noget.<br />
Tørgær og kartofler indeholder<br />
enzymet katalase, der spalter<br />
hydrogenperoxid. I den kogte kartoffel<br />
er enzymet ødelagt, fordi temperaturen<br />
ved kogningen har været for høj for<br />
enzymet. Det er blevet ødelagt.<br />
Nyttige oplysninger<br />
En katalysator er et stof, som får en reaktion<br />
til at gå hurtigere. Katalysatoren bliver<br />
ikke forbrugt ved reaktionen.<br />
Enzymer dannes i levende organismer.<br />
Enzymer fungerer som en katalysator.<br />
Hydrogenperoxid, H2O2, kan frigive oxygen.<br />
Hvis man vil se ud som en filmstjerne, skal tænderne være helt<br />
hvide. De kan få misfarvninger af te, kaffe og cigaretter, men<br />
det kan fjernes med hydrogenperoxid. Det omdanner farvestofferne.<br />
Blegningen skal imidlertid ske under sagkyndig vejledning<br />
hos en tandlæge, for hydrogenperoxid er ætsende ved<br />
høje koncentrationer. Når man hos damefrisøren vil have<br />
afbleget håret, bruger man en koncentreret opløsning af<br />
hydrogenperoxid. Hvide striber i mørkt hår laves også ved<br />
affarvning med hydrogenperoxid.<br />
144<br />
<br />
EKSPERIMENT
Farlige stoffer<br />
Når man arbejder med kemikalier, skal man være klar over, at<br />
nogle stoffer er helt uskadelige, mens andre er farlige for os.<br />
Da ingen kan forventes at kende alle kemiske stoffer, har man<br />
besluttet, at beholdere med farlige stoffer skal være mærket<br />
med advarsler på etiketten.<br />
Mærkning af farlige stoffer<br />
En etiket på en beholder med et farligt stof, som en syre eller en<br />
base, skal give brugeren information om, hvordan stoffet er farligt.<br />
Disse informationer eller advarsler kan deles op i tre trin.<br />
Første advarsel på et farligt stof er et orangefarvet faresymbol.<br />
Herved kan man med det samme se, på hvilken måde<br />
stoffet i beholderen er farligt. Man kan fx se, om stoffet er<br />
brandfarligt, giftigt, skadeligt for miljøet eller om det ætser<br />
huden, som farlige syrer gør. Fx viser en masse flammer, at<br />
stoffet nemt bryder i brand. Der er brandfare. Et dødningehoved<br />
viser, at stoffet er giftigt.<br />
Farebetegnelse<br />
Anden advarsel er en farebetegnelse. Det er en tekst eller nogle<br />
bogstaver, som står under faresymbolet. Teksten giver en yderligere<br />
beskrivelse af stoffets farlighed, for et faresymbol kan have<br />
flere betydninger. Under faresymbolet for brandfare kan der fx<br />
stå Meget brandfarlig eller Yderst brandfarlig. De tilsvarende forkortelser<br />
er F og Fx. Bogstavet F står for det engelske ord “flammable”,<br />
der betyder brandfarlig. Fx betyder “extra flammable”. En<br />
flaske med sprit skal være mærket “Meget brandfarlig”, mens en<br />
beholder med lightergas skal være mærket “Yderst brandfarlig”.<br />
R- og S-sætninger<br />
Den tredje advarsel eller oplysning er de såkaldte R- og S-sætninger,<br />
som skal stå på etiketten på beholderen. R står for risiko,<br />
og S for sikkerhed. Disse sætninger skal læses inden man<br />
bruger stoffet, for sætningerne fortæller nøjere om risikoen ved<br />
brug af stoffet, og hvordan man på en sikker måde kan håndtere<br />
stoffet. Fx kan der her stå, at stoffet ikke må komme i nærheden<br />
af åben ild, og at man skal bære beskyttelsesbriller.<br />
Kopiark 7.19<br />
145<br />
Faresymboler<br />
Tx<br />
Meget giftig<br />
C<br />
Ætsende<br />
Fx<br />
Yderst<br />
brandfarlig<br />
N<br />
Miljøfarlig<br />
T<br />
Giftig<br />
Xi<br />
Lokalirriterende<br />
F<br />
Meget<br />
brandfarlig<br />
SYRER OG BASER<br />
Xn<br />
Sundhedsskadelig<br />
E<br />
Eksplosiv<br />
O<br />
Brandnærende
SYRER OG BASER<br />
Koncentreret svovlsyre<br />
– et meget farligt stof<br />
Ca. 10 mL koncentreret svovlsyre hældes i et 50 mL<br />
måleglas. Læg et stykke filtrerpapir på en glasplade.<br />
Dyp en træpind i svovlsyren, og læg den på glaspladen<br />
ved siden af filtrerpapiret. Hæld en dråbe<br />
koncentreret svovlsyre ned på filtrerpapiret.<br />
Hæld flormelis op til 50 mL-stregen i et højt, smalt<br />
250 mL bægerglas. Hæld resten af svovlsyren ud<br />
over sukkeret. Efter kort tid ser man, hvordan<br />
sukkeret bliver helt sort og vokser op af glasset.<br />
Sukkeret og papiret bliver hurtigt brun/sort. Det ser<br />
ud, som om det er blevet brændt. Den koncentrerede<br />
svovlsyre er stærkt vandsugende. Den trækker vand<br />
ud af organiske stoffers molekyler. Når vandet er<br />
trukket ud, er resten mest carbon. Det er et sort stof.<br />
Ved reaktionen dannes så meget varme, at vandet<br />
fordamper. Dampen fylder mere end vandet, og det<br />
får sukkermassen til at hæve.<br />
Fortynding af syrer<br />
H O 2<br />
vand<br />
Ved fortynding af koncentrerede syrer eller<br />
baser skal man altid hælde syren eller basen<br />
ned i rigeligt vand. Man må aldrig hælde<br />
vand ned i syren eller basen.<br />
Koncentrerede syrer og baser<br />
En koncentreret syre indeholder så meget syre, som der kan<br />
opløses i vand. I fx koncentreret saltsyre er næsten halvdelen af<br />
syren stoffet, HCl, mens resten er vand. Saltsyre fremstilles ved<br />
at opløse luftarten HCl i vand, men det er ikke muligt at opløse<br />
mere HCl i koncentreret saltsyre. Hvis man forsøger, vil luftarten<br />
HCl boble op af saltsyren igen.<br />
De stærke syrer er i koncentreret form meget farlige, og selv<br />
de fortyndede syrer er ætsende. De skal behandles på den rigtige<br />
måde, for at man ikke kommer til skade. Det gælder ikke de<br />
organiske syrer. I fortyndet tilstand er de uskadelige. Koncentreret<br />
eddikesyre indeholder ca. 30 % eddikesyre; resten er vand.<br />
Koncentreret eddikesyre er mærket med faresymbolet ætsende.<br />
Eddike til madlavning er en fortyndet eddikesyre med omkring<br />
5 % eddikesyre. Den er helt ufarlig og skal ikke have noget faresymbol.<br />
I skolen må eleverne ikke arbejde med koncentrerede syrer<br />
og baser, men lærerne må godt. Læreren må fortynde de koncentrerede<br />
syrer og baser. Det skal gøres på den rigtige måde,<br />
ellers er det meget farligt.<br />
146<br />
<br />
EKSPERIMENT
Fortynding af syrer og baser<br />
Man må aldrig hælde vand i koncentrerede syrer. Der opstår så<br />
megen varme ved fortyndingen, at temperaturen stiger til over<br />
100 °C. Herved vil vandet koge. Det omdannes til damp, der<br />
fylder meget mere end vandet, og den koncentrerede syre eller<br />
base vil med stor kraft blive sprøjtet op af beholderen. Ved i stedet<br />
at hælde den koncentrerede syre langsomt ned i en større<br />
mængde vand, kan man holde temperaturen under 100 °C, så<br />
der ingen kogning sker.<br />
Hvis man hælder vand ned i fortyndede syrer eller baser,<br />
opstår der ikke kogning. Men det er alligevel klogt at huske, at<br />
det altid er sikkert at hælde en syre i vand, aldrig vand i en syre.<br />
På et senere tidspunkt efter skolen kan man komme i en situation,<br />
hvor man skal fortynde en koncentreret syre, så er det godt,<br />
at man husker, at man aldrig må komme vand i en syre.<br />
Uheld med syrer og baser<br />
Hvis man alligevel får syre eller base på fingrene i skolens kemilokale,<br />
skal man ikke blive forskrækket, for her bruges kun fortyndede<br />
syrer og baser. Man går stille og roligt hen til vandhanen<br />
og skyller fingrene i et stykke tid. Ved at skylle med vand<br />
mindskes koncentrationen af det ætsende stof.<br />
Kopiark 7.20<br />
Gasflasker med hydrogen<br />
Når der skal bruges hydrogen i større mængder, får man det<br />
leveret i kraftige stålbeholdere, der kaldes gasflasker. Gasflasker<br />
med det brandfarlige hydrogen skal have rød maling på flasken,<br />
for at man kan skelne dem fra gasflasker med andre luftarter.<br />
For at der kan være mest muligt hydrogen i flasken, presser<br />
man så meget hydrogen ind, at trykket er helt oppe på 200<br />
gange atmosfæretrykket.<br />
På grund af det høje tryk sidder der en reduktionsventil på<br />
gasflasken. Den sørger for, at når man åbner hanen for at aftappe<br />
noget hydrogen, så kommer hydrogen ud med et meget lavere<br />
tryk. Reduktionsventilen reducerer trykket. Åbner man for<br />
hanen uden at reducere trykket, kan stålbeholderen flyve af<br />
sted som en raket. Ved hjælp af reduktionsventilen kan man få<br />
et tryk, der kun er lidt over den atmosfæriske lufts tryk. Så siver<br />
hydrogen stille og roligt ud af flasken.<br />
147<br />
Metallet natrium<br />
er et farligt stof<br />
SYRER OG BASER<br />
På etiketten af en beholder, der indeholder<br />
natrium, skal være følgende mærkning.<br />
To faresymboler: brandfarlig og ætsende.<br />
En farebetegnelse under hvert af<br />
faresymbolerne: F og C.<br />
For natrium er der følgende<br />
R-sætninger og S-sætninger:<br />
R14 Reagerer voldsomt med vand<br />
R15 Reagerer med vand under dannelse<br />
af yderst brandfarlige gasser<br />
R34 Ætsningsfare<br />
S1 Opbevares under lås<br />
S2 Opbevares utilgængeligt for børn<br />
S5 Opbevares under petroleum<br />
S8 Emballagen skal opbevares tørt<br />
S43 Brug tørt sand ved brandslukning.<br />
Brug ikke vand.<br />
S45 Ved ulykkestilfælde eller ved<br />
ildebefindende er omgående<br />
lægebehandling nødvendig;<br />
vis etiketten, hvis det er muligt.<br />
Nyttige oplysninger<br />
Et farligt stof skal altid være mærket med et<br />
faresymbol.<br />
R-sætninger fortæller, hvilke risici (farer)<br />
der er ved at bruge det farlige stof.<br />
S-sætninger fortæller, hvordan man sikkert<br />
skal omgås det farlige stof.<br />
Ved fortynding skal man altid hælde syren<br />
eller basen ned i vand. Aldrig vand i syren<br />
eller basen.<br />
Koncentreret svovlsyre er specielt farligt,<br />
fordi syren også er vandsugende.<br />
Gasflasker med hydrogen er mærket med<br />
rød farve på grund af brandfaren.
SYRE<br />
I MAVEN<br />
CAFE KOSMOS<br />
Der er ofte bakterier i maden. For at beskytte os<br />
er kroppen indrettet, så bakterierne i maden straks<br />
kommer i et syrebad, der dræber alle bakterierne.<br />
Der sker i maven.<br />
I maven er der omkring en liter<br />
mavesaft. Den indeholder en fortyndet<br />
saltsyre med en meget lav<br />
pH-værdi på 0,9-2. Vi kan tåle at<br />
have saltsyre i maven, for slimhinden<br />
på indersiden af mavesækken<br />
beskytter os mod syren.<br />
Man kan smage den sure mavesaft,<br />
når man kaster op. Man mærker den<br />
også, når man har sure opstød. Det<br />
får man ofte, når maven producerer<br />
for meget mavesaft. Maven producerer<br />
mere saltsyre, hvis man er stresset,<br />
får for meget kaffe eller alkohol<br />
og for fed eller krydret mad.<br />
REFLUX<br />
Øverst i mavesækken ved den nederste<br />
ende af spiserøret sidder en<br />
lukkemuskel. Den åbnes, når vi spiser,<br />
og skal ellers være lukket. Hvis<br />
den svigter, kan den ætsende<br />
mavesyre flyde op i spiserøret. Det<br />
kalder lægerne reflux. Det gør ondt.<br />
Alle babyer oplever det, når de gylper,<br />
og det sker tit, for lukkemusklen<br />
fungerer dårligt hos babyer.<br />
Mange voksne, mindst hver tiende,<br />
får med alderen reflux. Det kan<br />
give betændelse i spiserøret, der<br />
kan udvikle sig til spiserørskræft.<br />
148<br />
LAMMEGRIBBENS OG<br />
KROKODILLENS MAVESYRE<br />
Lammegribben har et vingefang på<br />
op til 2,8 m. Den lever i bjergområder,<br />
hvor den yngler i 1-2 kilometers<br />
højde. Den kan ses i Alperne<br />
og Pyrenæerne, men den er også<br />
blevet observeret flere gange i<br />
Danmark. Lammegribbens mavesyre<br />
indeholder så meget saltsyre, at<br />
den kan opløse et jernsøm på<br />
nogle få timer. Det kan menneskets<br />
mavesyre ikke. Krokodillernes mavesaft<br />
er lige så sur, som lammegribbens.<br />
Det er nødvendigt, for krokodillen<br />
og lammegribben spiser kød<br />
og knogler uden at tygge dem.<br />
Knoglerne opløses af den kraftige<br />
saltsyre.<br />
DRONTEN<br />
En dronte er en fugl. På engelsk<br />
hedder den dodo. Dronten uddøde<br />
for omkring 250 år siden, men den<br />
er berømt i dag. Måske fordi den så<br />
underlig ud, men også fordi drontens<br />
historie er trist, fyldt med<br />
menneskets uforstand og brutalitet.<br />
Dronten er den første dyreart,<br />
som mennesket udryddede.
Udstoppet dronte.<br />
Drontens historie fortæller os, at<br />
der i naturen er sammenhænge,<br />
som er vigtige, og hvis vi ændrer på<br />
forhold i naturen, kan der opstå<br />
konsekvenser, som vi ikke havde<br />
forudset. Først mere end 200 år<br />
efter at dronten var uddød, opdagede<br />
man, hvor vigtig den var.<br />
Dronten levede på den lille ø Mauritius<br />
øst for den store ø Madagaskar<br />
ud for Afrikas østkyst. Dronten<br />
var større end en svane, men<br />
den kunne ikke svømme, og den<br />
kunne ikke flyve. Dronten havde<br />
levet på øen i mere end to tusind<br />
år. Den havde ingen naturlige fjender,<br />
så dronten havde ikke lært at<br />
frygte og flygte fra mennesker, og<br />
den var så langsom, at den var let<br />
at fange.<br />
Dronten blev opdaget af portugisiske<br />
søfolk, der landede på Mauritius<br />
i 1507. Øen var ubeboet indtil<br />
1638, hvor hollandske nybyggerne<br />
medbragte dyr, som aldrig havde<br />
været på øen før. Det var hunde,<br />
CAFE KOSMOS<br />
katte og grise, men også rotter og<br />
aber. Dyrene angreb dronterne og<br />
spiste deres æg og unger. Efterhånden<br />
blev de alle spist.<br />
I 1973 opdagede man, at en bestemt<br />
træart på Mauritius var ved<br />
at uddø. Der var nogle hundrede<br />
store træer tilbage, og disse træer<br />
var formentlig mere end 300 år<br />
gamle. Dette tidspunkt faldt sammen<br />
med udryddelsen af dronten.<br />
149<br />
Frugterne fra træerne havde en<br />
tyk, hård skal, og man har tidligere<br />
ment, at kernen af frugten kun<br />
kunne spire, hvis frugterne var blevet<br />
spist af dronterne, for de levede<br />
af frugt, bær og planter. Deres<br />
mavesaft skulle have været så<br />
stærk, at den kunne nedbryde skallen<br />
på frugten. Når frøene derefter<br />
kom ud af tarmsystemet, kunne de<br />
spire. Ingen andre dyr på øen<br />
havde en så kraftig mavesyre, så<br />
udryddelsen af dronterne medførte<br />
en ændring af bevoksningen på<br />
øen.<br />
Ikke alle forskere er enige om årsagen<br />
til de manglende træer, men<br />
det har vist sig, at hvis man tvangsfodrede<br />
kalkuner med træets frugter,<br />
kunne de spire efter at være<br />
kommet ud af kalkunernes fordøjelsessystem.<br />
Træarten var reddet.<br />
Drontens historie viser, at der er<br />
sammenhænge i naturen, som vi<br />
ikke kender. Selv dyr, som vi kun<br />
oplever som skadedyr, har måske<br />
en vigtig funktion for andre levende<br />
væsener. Dronten er således blevet<br />
et symbol på den skade, mennesket<br />
kan gøre på miljøet.<br />
Drontens kranium, som er opbevaret på Zoologisk Museum i København.
DET VED DU NU OM SYRER OG BASER<br />
SYRER OG BASER SYRER, pH OG NEUTRALISATION<br />
Organiske syrer findes i planter<br />
og dyr. Uorganiske syrer er<br />
fremstillet af mineraler.<br />
Svovlsyre, H 2SO 4, saltsyre, HCl,<br />
og salpetersyre, HNO 3, er<br />
stærke syrer.<br />
Basen ammoniakvand indeholder<br />
ammoniak, NH 3, opløst i<br />
vand.<br />
Basen natriumhydroxid har<br />
formlen NaOH.<br />
Alle syrer indeholder hydrogen,<br />
der kan fraspaltes som en<br />
hydrogen-ion, H+.<br />
De fleste baser indeholder en<br />
hydroxid-ion, OH – .<br />
I en sur opløsning er der mange<br />
hydrogen-ioner, H+.<br />
I en basisk opløsning er der<br />
mange hydroxid-ioner, OH – .<br />
Svovlsyre, H 2SO 4, er det<br />
kemikalie, der fremstilles mest<br />
af i verden.<br />
De fleste metaller danner<br />
hydrogen, når de reagerer med<br />
syre.<br />
Saltsyre, HCl, fremstilles ved at<br />
opløse luftarten hydrogenchlorid,<br />
HCl, i vand.<br />
pH-skalaen går fra 0-14.<br />
En sur opløsning har en pHværdi<br />
mellem 0 og 7. En basisk<br />
opløsning mellem 7 og 14.<br />
Rent vand har en pH-værdi på 7.<br />
På etiketten af et farligt stof<br />
skal der være et orangefarvet<br />
faresymbol. Det viser, om stoffet<br />
er fx brandfarligt, giftigt,<br />
skadeligt for miljøet, eller om<br />
det er ætsende.<br />
R- og S-sætninger på etiketten<br />
fortæller om risikoen ved brug<br />
af stoffet, og hvordan man skal<br />
håndtere stoffet sikkert.<br />
Ved fortynding af koncentrerede<br />
syrer eller baser skal man<br />
150<br />
KATALYSATORER OG ENZYMER<br />
FARLIGE STOFFER<br />
Man kan neutralisere en syre<br />
ved at hælde base i den. Når<br />
pH når op på 7, er syren neutraliseret.<br />
Når en syre og en base blandes,<br />
vil hydrogen-ionerne, H+, fra<br />
syren reagere med hydroxidionerne,<br />
OH – , fra basen. Det<br />
bliver til vand.<br />
En katalysator får en reaktion<br />
til at gå hurtigere, uden at<br />
katalysatoren bliver forbrugt.<br />
Et enzym øger reaktionshastigheden<br />
i biologiske reaktioner.<br />
Næsten alle vaskemidler til tøjvask<br />
indeholder enzymer.<br />
Hydrogenperoxid, H 2O 2, spaltes<br />
let til vand og oxygen.<br />
altid hælde syren eller basen<br />
ned i vand.<br />
Hvis man får noget syre eller<br />
base på huden, skal man skylle<br />
det væk med vand.
Hvad indeholder syrer, der gør dem sure?<br />
Hvilken ion findes i de fleste baser?<br />
Hvad er formlen for svovlsyre og saltsyre?<br />
Hvilken pH-værdi har helt rent vand?<br />
Hvad er en indikator?<br />
Hvordan smager baser?<br />
Hvilken farve har indikatoren lakmus<br />
i en sur opløsning?<br />
Hvis man drypper lidt citronsaft i te, bliver teen lysere.<br />
Hvad kan forklaringen være?<br />
Undersøg, hvilke syrer og baser der er hjemme hos dig.<br />
Hvorfor må man under ingen omstændigheder hælde<br />
rester af syrer eller baser på flasker, der bruges til<br />
drikkevarer?<br />
Planlæg et forsøg, der viser, hvorfor man ikke kan<br />
neutralisere saltsyre med sukkervand.<br />
PRØV DIG SELV<br />
KAN DU HUSKE?<br />
FORSTÅR DU?<br />
UDFORDRING<br />
151<br />
Hvorfor dannes der vand, når en syre reagerer med<br />
en base?<br />
Hvad er forskellen på hydrogenchlorid og saltsyre?<br />
Hvad er forskellen på en sur og en basisk opløsning?<br />
Hvad er formålet med R- og S-sætninger på etiketter<br />
på beholdere med farlige stoffer?<br />
Hvis man har fået syre på huden, hvorfor er det så<br />
ikke en god ide at neutralisere syren ved at hælde<br />
noget base på huden.
Global
miljøkemi<br />
FOSSILE BRÆNDSTOFFER OG BIOGAS<br />
CARBON-KREDSLØBET<br />
LUFTFORURENING OG OZONLAGET<br />
DRIVHUSEFFEKT OG KLIMAÆNDRINGER<br />
CAFE KOSMOS: GRAFITTI PÅ HIMLEN<br />
Der er næsten 900 millioner biler i verden. Hvis man satte dem<br />
i en række, ville den kunne nå rundt om Jorden ca. 70 gange.<br />
Bilerne bruger meget brændstof, og behovet vil endda stige, for<br />
der vil komme endnu flere biler. I vækstlande som Kina og Indien<br />
vil flere få råd til at købe en bil. Det kan føre til højere benzinpriser,<br />
for der er begrænsninger på, hvor meget olie der findes.<br />
Prisen er ikke det eneste problem, for ved afbrænding af brændstof<br />
dannes der CO2 . Det store udslip af CO2 til atmosfæren<br />
er en medvirkende årsag til den globale opvarmning. Det vil<br />
medføre klimaændringer, der kan betyde voldsomme ændringer<br />
af livsvilkårene for mange mennesker – også i Danmark.<br />
Hvorfra kommer naturgassen i Danmark?<br />
Hvad bruger man solcreme til?<br />
I medierne hører vi tit om drivhuseffekten. Hvad er det?<br />
Bliver klimaet i Danmark og resten af verden varmere?<br />
153
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Kulmine i Rusland<br />
Havvand<br />
Ikke-porøs sten<br />
Gas<br />
Olie<br />
Vand<br />
Ikke-porøs sten<br />
Olie og gas i jorden<br />
Olie og gas findes altid under et tæt lag af<br />
sten. Det gør, at olien og gassen ikke kan sive<br />
op gennem jorden. I et lag af en porøs sten<br />
findes naturgassen øverst. Under den findes<br />
olien, og nederst vand, for vand er tungere<br />
end olie.<br />
Fossile brændstoffer<br />
og biogas<br />
Kul, olie og naturgas er fossile brændstoffer. Ordet fossil betyder<br />
”udgravet”, dvs. noget, der kan graves op af jorden. Over<br />
90 % af verdens energi bliver produceret ved afbrænding af<br />
fossile brændstoffer. Der bruges derfor store mængder af kul,<br />
olie og naturgas. Så selvom der i jorden er store mængder, vil<br />
de på et tidspunkt slippe op, og det vil resultere i, at vi vil<br />
miste 90 % er verdens energi. Det er derfor nødvendigt at finde<br />
nye energiformer.<br />
Fossile brændstoffer<br />
For 200-300 millioner år siden var næsten hele Jorden dækket<br />
af hav. Når dyr og planter i havet døde, sank de til bunds, og<br />
efter millioner af år blev der opbygget tykke lag af dyre- og<br />
planterester. De er senere blevet dækket af ler, sten og sand,<br />
så de lå tørt og varmt og under stort tryk. Herved blev molekylerne<br />
i dyre- og planteresterne langsomt omdannet til olie<br />
og naturgas.<br />
Kul er dannet lidt på samme måde, men kul stammer fra<br />
planter, der har groet på landjorden. Kul må man grave op af<br />
jorden. Mange steder i verden er der store kulminer, hvorfra<br />
der hentes enorme mængder af kul op. Kullene bliver brugt til<br />
opvarmning og ved fremstilling af elektricitet.<br />
Olie og naturgas<br />
Olien og gassen ligger ikke i store huller eller søer nede i jorden.<br />
Olien og gassen findes i porøse sten, dvs. sten, der er fyldt<br />
med små huller. Sandsten og kalksten har netop mange små<br />
huller, og her kan man finde olie og naturgas.<br />
Da olien ligger langt nede i jorden, er der et stort tryk fra<br />
alle stenene ovenover. Derfor er trykket på naturgassen også<br />
meget stort. Når man borer et hul ned til olien, vil det enorme<br />
tryk fra naturgassen presse olien gennem de porøse stenlag<br />
hen til borehullet, hvor olien vil stige op gennem borerøret.<br />
Efterhånden som olien hentes op, vil trykket falde, så man<br />
i gennemsnit kun får ca. 60 % af olien op.<br />
Kopiark 8.1<br />
154
Olie og naturgas i Danmark<br />
I undergrunden under Nordsøen mellem Danmark og<br />
England/Skotland er der olie og naturgas. Der udvindes så<br />
meget olie og gas i Nordsøen, at Danmark i mange år har kunnet<br />
sælge noget af den til udlandet. Omkring 12 % af olien bruges<br />
til fremstilling af benzin, mens 70 % bliver til fyringsolie,<br />
der bruges til opvarmning, og dieselolie, der bruges til alle<br />
lastbiler og nogle personbiler. Resten af olien bruges til fremstilling<br />
af råvarer til industrien, plastprodukter og andre<br />
kemiske produkter.<br />
Naturgassen sendes i rørledninger ind til Jylland og videre<br />
ud over hele Danmark. Gassen anvendes i industrien, til<br />
boligopvarmning og til produktion af el og varme i små og<br />
store kraftvarmeværker. Næsten halvdelen af befolkningen får<br />
dækket deres energiforbrug af naturgas.<br />
Naturgassen fra Nordsøen dækker en fjerdedel af det danske<br />
energiforbrug. Herudover er der en betydelig eksport af<br />
naturgas til Sverige og Tyskland. Man regner med, at vi kan<br />
udvinde olie i Nordsøen i omkring 15 år endnu. Naturgassen<br />
vil række til 18-20 år.<br />
Naturgas lugter ikke, og derfor tilsætter man et stof, der<br />
lugter af rådne æg. Det er nemlig vigtigt hurtigt at opdage et<br />
udslip af naturgas, for naturgas er brændbar, og den kan<br />
eksplodere. Naturgas kan dog ikke brænde eller eksplodere,<br />
hvis der ikke er oxygen til stede.<br />
Naturgas indeholder flere forskellige stoffer, men der er<br />
over 90 % af luftarten methan, CH 4. Det er den brændbare gas<br />
i naturgas. Den kemiske reaktion for forbrænding eller<br />
eksplosion af methan skrives som:<br />
CH 4 + 2 O 2 ➝ CO 2 + 2 H 2O<br />
Kopiark 8.2 og 8.3<br />
Biogas<br />
Biogas opstår overalt i naturen. Gassen opstår ved forrådnelse<br />
af døde planter og døde dyr. Biogas består af mest methan,<br />
CH4, og lidt mindre CO2. Det er nogle mikroorganismer,<br />
som fx bakterier, der omdanner det organiske stof til<br />
biogas, men der dannes kun biogas, hvor luftens oxygen ikke<br />
kan komme til.<br />
155<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Natbillede af boreplatform i Nordsøen.<br />
Forsyningsskibet ankommer.
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Naturgas kan eksplodere<br />
Forsøget viser, hvor meget naturgas der skal<br />
være i luften, før naturgassen eksploderer.<br />
Et tændt fyrfadslys sættes ned i en 5 L tom<br />
plasticbøtte, fx til maling.<br />
En tom urinpose fyldes helt med naturgas<br />
fra gashanen. Enden af slangen sættes<br />
ned på bunden af malerbøtten, og<br />
låget lægges løst oven på bøtten.<br />
Nu presses gassen stille og roligt ud af posen<br />
ned i bøtten. På et tidspunkt eksploderer<br />
gassen, og låget ryger op i luften.<br />
Ved at kende malerbøttens rumfang, og<br />
vurdere mængden af naturgas der blev presset<br />
ud af urinposen, kan man bestemme, hvor<br />
mange procent naturgas der var i luften ved<br />
eksplosionen.<br />
Her starter produktionen af biogas.<br />
Nede i bunden af moser, søer og sumpe kan der dannes<br />
sumpgas. Det er bare et andet navn for biogas. Hvis man stikker<br />
en pind ned i bunden af en sump, kommer der af og til<br />
bobler op til overfladen. Luften i boblerne kan brænde, for de<br />
indeholder methan.<br />
Biogasanlæg<br />
I biogasanlæg samler man madrester, urin og afføring fra køer,<br />
svin og mennesker. Blandingen af urin og afføring kaldes<br />
gylle. Den pumpes ind i nogle store, lufttætte beholdere, der<br />
opvarmes til 40-50 °C. Man sørger for, at gyllen har en bestemt<br />
pH-værdi. Herved får bakterierne den temperatur og surhedsgrad,<br />
hvor de hurtigst producerer biogas. Den dannede biogas<br />
stiger til vejrs og kan opsamles. Den kan man nu bruge på<br />
samme måde som naturgas.<br />
Fordele ved biogas<br />
Der er kun begrænsede mængder af olie, naturgas og kul i jorden.<br />
Olien og naturgassen er formentlig brugt op inden for de<br />
156<br />
<br />
EKSPERIMENT
næste 50 år, men der er kul nok til flere hundrede år. Da der<br />
bliver mindre af olie og naturgas, må man finde andre energikilder.<br />
Her kan man bruge biogas som erstatning for fossile<br />
brændstoffer.<br />
Når biogassen er fjernet fra gyllen, kan man bruge resten<br />
som gødning, og den er meget bedre end den ubehandlede<br />
gylle, som landmændene ellers spreder på markerne som gødning.<br />
I Danmark har vi i 2008 tyve store biogasanlæg og mange<br />
flere små. Hvert år behandler de tilsammen over en million<br />
ton husdyrgødning og næsten en halv million ton organisk<br />
affald fra husholdningsaffald, fra industrier som slagterier og<br />
fra de kommunale rensningsanlæg. Halvanden million ton<br />
lyder af meget, men det er kun 5 % af gyllen, der bruges til biogas.<br />
Hvis vi i Danmark udnyttede alt det organiske affald, der<br />
produceres, ville vi få så meget biogas, at det ville dække 14 %<br />
af Danmarks elproduktion og 19 % af fjernvarmen. Biogassen<br />
kan således være med til begrænse vores forbrug af fossile<br />
brændstoffer.<br />
157<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
I 2007 startede verdens største biogasanlæg<br />
i Foulum i Jylland. Den danske fødevareminister<br />
sagde ved indvielsen: ”Ambitionen<br />
er, at det nye biogasanlæg skal bidrage til<br />
at bringe Danmark i det globale førerfelt<br />
inden for udnyttelsen af energi og næringsstoffer<br />
i husdyrgødning og andre former<br />
for biomasse.”<br />
Nyttige oplysninger<br />
Fossile brændstoffer er kul, olie og naturgas.<br />
Naturgas indeholder mest af det brændbare<br />
stof methan, CH4. Rådnende organiske stoffer, der ikke er<br />
i kontakt med oxygen, danner biogas.<br />
Biogas indeholder mest af methan, CH 4.<br />
Gylle er en blanding af urin og afføring.<br />
Et kraftvarmeværk producerer både elektricitet<br />
og fjernvarme.
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Der graves enorme mængder af kul.<br />
Det brændes, og herved dannes der carbondioxid.<br />
Denne reaktion er en del af det store<br />
carbon-kredsløb, der i medierne ofte kaldes<br />
kulstof-kredsløbet.<br />
Carbon-kredsløbet<br />
Vand deltager i et kredsløb, hvor vand skifter tilstandsform til<br />
is og vanddamp. Vandet i søer og have fordamper hele tiden.<br />
Vanddampen bliver til skyer på himlen. Når det regner, kommer<br />
vandet tilbage til jorden. Mange grundstoffer kan også<br />
deltage i et kredsløb. Det er dog anderledes end vands kredsløb.<br />
Ofte starter et grundstof med at være i en kemisk forbindelse,<br />
hvorefter det så flyttes til en anden, en tredje og flere<br />
andre kemiske forbindelser for til sidst igen at ende i den<br />
kemiske forbindelse, hvor det startede. Atomer af grundstoffet<br />
carbon deltager i et sådant kredsløb.<br />
Carbon-kredsløbet<br />
Grundstoffet carbon (kulstof) findes i mange forskellige<br />
kemiske forbindelser. I luften findes carbon som carbondioxid,<br />
CO2. Ligeledes er der i havene opløst store mængder af<br />
carbondioxid. I jorden findes carbon i forskellige sten som<br />
kalksten og marmor. De har formlen CaCO3. I alle levende<br />
væsner, menneskene, dyr og planter, findes carbon. De fossile<br />
158
ændstoffer, olie, kul og naturgas, indeholder også carbon.<br />
Carbon-atomerne er ikke for altid bundet i et bestemt stof. Et<br />
enkelt carbon-atom kan flyttes fra et stof til et andet. Det sker<br />
i et evigt kredsløb, der kaldes carbon-kredsløbet.<br />
CO2 fjernes ved fotosyntese<br />
Carbondioxid, CO2, fjernes fra luften ved fotosyntesen i planterne.<br />
De optager CO2 fra luften, og ved hjælp af sollyset<br />
omdannes luftens CO2 til oxygen, O2, som frigives til luften.<br />
Carbon-atomet fra CO2 ender i sukkerstoffet glukose, der har<br />
den kemiske formel: C6H12O6. Ved fotosyntesen fjernes CO2 fra luften, mens planterne vokser sig større.<br />
Reaktionen for fotosyntesen kan skrives:<br />
sollys + 6 H 2O + 6 CO 2 ➝ C 6H 12O 6 + 6 O 2<br />
Halvdelen af fotosyntesen foregår i verdenshavene ved hjælp<br />
af plankton. Den anden halvdel sker på landjorden ved hjælp<br />
af træer, græs og andre planter.<br />
Kopiark 8.4<br />
CO2 optages i vand<br />
Vanddråber i luften optager CO2 fra luften. Når CO2 opløses<br />
i vand, dannes den svage syre kulsyre, H2CO3. Man kunne tro,<br />
at pH i regnvand er 7, og at regnvand derfor er neutralt. Men<br />
på grund af indholdet af CO2 i luften er regnvand lidt surt.<br />
pH-værdien af regnvand er altid mindre end 5,6.<br />
Der er opløst store mængder CO2 i verdenshavene. I havene<br />
i kolde områder, fx ved Grønland og ud for Norges kyst,<br />
har overfladevandet større densitet end vandet længere nede.<br />
Derfor vil overfladevandet synke ned til større dybder, og vandet<br />
vil tage det opløste CO2 med sig. Det bruges af dyr i vandet<br />
til at opbygge deres skeletter og skaller.<br />
Når dyrene dør, ender skeletterne og skallerne på bunden af<br />
havet. Gennem millioner af år kan der dannes tykke lag, hvor<br />
skallerne presses sammen til kalksten. Ved senere foldninger af<br />
jordskorpen kan disse lag komme op over havoverfladen som<br />
bjerge af kalksten. Under næsten hele Danmark ligger der et<br />
tykt kalkstenslag, der er dannet på denne måde.<br />
Kopiark 8.5 og 8.6<br />
159<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Man kan se, at verdens koralrev er ved at dø.<br />
De bliver mindre. Man ved ikke, hvad det<br />
skyldes. Måske er det fordi, der i de sidste<br />
hundrede år er kommet mere CO2 i luften.<br />
Det har gjort havet mere surt, så kalken i koralrevene<br />
går i opløsning.<br />
Muslingeskaller indeholder kalk i form af<br />
calciumcarbonat, CaCO3. Farverne kommer<br />
fra forskellige andre stoffer, ofte forbindelser<br />
med jern.
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Nyttige oplysninger<br />
Carbon-kredsløbet beskriver, hvordan carbon-atomer<br />
kan flyttes fra et stof til et<br />
andet. Det sker i et evigt kredsløb.<br />
Fotosyntesen i planterne omdanner ved<br />
hjælp af sollys luftens carbondioxid til oxygen.<br />
Carbon-atomet fra CO2 ender i sukkerstoffet<br />
glukose.<br />
Reaktionen for fotosyntesen kan skrives:<br />
sollys + 6 H2O + 6 CO2 ➝ C6H12O6 + 6 O2 Regnvand er ikke neutralt. På grund af indholdet<br />
af CO2 i luften er pH-værdien af helt<br />
ren regn 5,6.<br />
Fotosyntese<br />
Forskellige kilder der frigiver CO 2<br />
Kul, olie, benzin og naturgas indeholder alle carbon. Når de<br />
brænder, dannes der CO 2.<br />
Forbrændingen af kul kan skrives som:<br />
C + O 2 ➝ CO 2<br />
Den største del af naturgas er methan, der har formlen CH 4.<br />
Forbrændingen af methan kan skrives som:<br />
CH 4 + 2 O 2 ➝ CO 2 + 2 H 2O<br />
Ved skovbrande frigives der også CO 2.<br />
Når dyr og mennesker spiser planter og anden føde, nedbrydes<br />
stofferne i føden. De stoffer, der indeholder carbon, ned-<br />
160<br />
Carbonkredsløb
EKSPERIMENT<br />
Benzin brænder<br />
I en konisk kolbe med bred hals hældes lidt mættet kalkvand<br />
eller CO2-indikator. Der hældes lidt heptan på en forbrændingsske.<br />
Heptanen antændes, og forbrændingsskeen føres ned<br />
i kolben. Når benzinen er brændt, tages skeen op. Der sættes<br />
en prop i kolben, der rystes.<br />
Hvis der er brugt mættet kalkvand, dannes der bundfald.<br />
Hvis der er brugt CO2-indikator, vil den skifte farve fra rød til<br />
gul. Det viser, at der er dannet CO2 ved forbrændingen.<br />
Formlen for heptan er C7H16. Ved forbrændingen dannes<br />
der CO2. Reaktionen kan skrives:<br />
C7H16 + 11 O2 ➝ 7 CO2 + 8 H2O brydes til CO 2, der udåndes. For sukkerstoffet glukose kan<br />
reaktionen skrives som:<br />
C 6H 12O 6 + 6 O 2 ➝ 6 CO 2 + 6 H 2O + energi<br />
Når dyr og planter dør, nedbrydes de også. Det sker ved, at<br />
bakterier og andre mikroorganismer nedbryder større molekyler<br />
til mindre, så der dannes CO 2.<br />
Nogle vulkaner kan udsende CO 2. Hvis lavaen ved et udbrud<br />
strømmer op gennem et lag af kalksten, vil lavaens høje<br />
temperatur spalte kalkstenen, der bl.a. omdannes til CO 2.<br />
Herved kan der sendes enorme mængder af CO 2 op i luften.<br />
161<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Den 18. maj 1980 eksploderede vulkanen<br />
Mount St. Helens i USA. Det blev det største<br />
vulkanudbrud i USA´s historie. Under<br />
udbruddet udsendte vulkanen hver dag<br />
enorme mængder CO2. Den mængde CO2, som verdens vulkaner<br />
udsender, svarer til ca. 3 % af den mængde,<br />
der frigives ved afbrænding af fossile<br />
brændstoffer.
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Når lynet slår ned, spaltes luftmolekyler i<br />
lynets bane. Når oxygenmolekylerne spaltes,<br />
kan de samles igen til den farlige luftart<br />
ozon.<br />
O 2 – Oxygen O 3 – Ozon<br />
Det livsnødvendige oxygen, har formlen O2. Det farlige ozon har formlen O3. Luftforurening og ozon<br />
Ozon er en luftart. Den er ekstrem farlig, men den er også livsnødvendig.<br />
Ved jordoverfladen vil vi helst være fri for den,<br />
men højt oppe i atmosfæren beskytter den livet på Jorden.<br />
Ozon stopper nemlig Solens farlige ultraviolette stråling.<br />
Ozon<br />
Efter et kraftigt tordenvejr kan man lugte ozon. Det dannes,<br />
når lynet slår ned. Man kan også lugte ozon ved el-kontakter,<br />
der tændes og slukkes. Ozon er en luftart med en stikkende<br />
lugt. Navnet ozon kommer fra græsk, hvor ozein betyder “at<br />
lugte”. Det er skadeligt at indånde ozon i større mængder, for<br />
ozon er et meget reaktivt molekyle; næsten alle stoffer vil reagere<br />
med det.<br />
På sin vej gennem luften rammer lynet en masse oxygenmolekyler,<br />
der spaltes i oxygen-atomer. Når disse atomer støder<br />
ind i et oxygenmolekyle, vil der dannes et ozonmolekyle. Molekylet<br />
har formlen O3. Det er opbygget af tre oxygen-atomer.<br />
Reaktionerne for dannelse af ozon kan skrives således:<br />
lyn + et oxygenmolekyle ➝ to oxygen-atomer<br />
Et oxygen-atom + et oxygenmolekyle ➝ et ozonmolekyle<br />
Skrevet med formler ser reaktionerne således ud:<br />
lyn + O 2 ➝ 2 O<br />
O + O 2 ➝ O 3<br />
De giftige NOX-er Når et lyn brager gennem luften, bliver temperaturen omkring<br />
lynets bane så høj, at alle luftmolekylerne kan splittes ad i atomer.<br />
Det gælder også nitrogen. De frie nitrogen-atomer kan<br />
reagere med oxygen-atomerne, så der dannes kemiske forbindelser<br />
mellem nitrogen og oxygen. Det er fx nitrogen-oxid,<br />
NO, og nitrogen-dioxid, NO2. Disse stoffer er meget giftige. De<br />
kaldes NOX-er. X-et står for antallet af oxygen-atomer i molekylet.<br />
Stofferne skrives af og til som NOX.<br />
Denne spaltning af luftmolekyler sker også andre steder,<br />
hvor temperaturen er meget høj. I benzin- og dieselmotorer<br />
162
trækkes der luft ind til forbrændingen, hvor luftens oxygen skal<br />
bruges. Ved den høje temperatur under forbrændingen spaltes<br />
nitrogen-atomerne, så der dannes nitrogen-oxider. De sendes ud<br />
i luften med udstødningsgassen. På samme måde dannes der<br />
nitrogen-oxider ved alle forbrændinger. Selv når man hygger sig<br />
med tændte stearinlys, dannes de giftige nitrogen-oxider.<br />
Kopiark 8.7<br />
Ozon ved jordoverfladen<br />
Ozon dannes også, når sollys rammer forurening i luften, især<br />
NOX-er. Lyset slår NOX-molekylet i stykker, så der frigives et<br />
oxygen-atom. Det kan bindes til et oxygenmolekyle, så der dannes<br />
ozon. Reaktionen kan skrives, når NOX-molekylet er NO2: NO 2 + O 2 ➝ NO + O 3<br />
Hvor der kører mange biler, dannes der meget NO X, og dermed<br />
også meget ozon. Derfor er der mere ozon i luften i byerne<br />
end ude på landet. På en sommerdag med meget sollys og<br />
vindstille stiger mængden af ozon i byerne.<br />
I Danmark er vi ikke så hårdt ramt af ozon, men i det sydlige<br />
Europa, hvor sollyset er meget kraftigere, kan man opleve,<br />
at øjnene klør, og det river i næsen.<br />
Mængden af ozon i luften er to- til tredoblet i de sidste<br />
hundrede år. Det skyldes forurening fra menneskene.<br />
Kopiark 8.8, 8.9 og 8.10<br />
Ozonlaget<br />
Ozon ved jordoverfladen er forurening, men det er det ikke<br />
højt oppe i atmosfæren. I 10 til 50 kilometers højde findes ozon<br />
som en del atmosfæren. Her ligger ozonlaget.<br />
Ozon i ozonlaget dannes af sollyset. Når Solens ultraviolette<br />
stråling rammer et oxygenmolekyle, spaltes det i to oxygen-atomer.<br />
De frie oxygen-atomer vil, når de rammer et oxygenmolekyle,<br />
reagere med dette og danne et ozonmolekyle.<br />
Således er det Solens stråling, der hele tiden danner ozonmolekyler<br />
i ozonlaget.<br />
Skrevet med formler ser reaktionerne således ud:<br />
Ultraviolet stråling + O 2 ➝ 2 O<br />
og: O + O 2 ➝ O 3<br />
163<br />
Ozonlaget<br />
60 km<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Stratosfære<br />
(15-50 km)<br />
Ozonlag<br />
(10-50 km)<br />
Troposfære<br />
(Op til 15 km)<br />
Lange flyvninger<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Meteorologisk<br />
luftballon<br />
Flyvning over længere strækninger foregår<br />
ofte i 10 til 15 kilometers højde. Under<br />
flyvningen tages der frisk luft ind i kabinen<br />
fra luften uden for flyet. Men ozonen i<br />
luften vil få passagererne til at hoste og<br />
give dem smerter i brystet. Derfor lader<br />
man luften passere filtre, der spalter ozonmolekylerne<br />
til oxygen.
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Solcreme<br />
Når UV-indekset er højt, skal man undgå<br />
sollyset i middagstimerne. Man kan beskytte<br />
sig med solcreme. Den kan indeholde det<br />
faste stof titandioxid, der stopper al solstråling,<br />
eller et kemisk stof, der kun stopper<br />
den farlige ultraviolette stråling.<br />
Ozonlaget beskytter os<br />
Faktisk er der ikke ret meget ozon i ozonlaget. Der er kun et<br />
ozonmolekyle pr. 2,5 millioner luftmolekyler. Hvis man kunne<br />
samle alt ozon og flytte det ned til Jordens overflade, ville dette<br />
ozonlag kun være 3 millimeter tykt. Men selv om der ikke er<br />
meget ozon, så er det ozonlaget, der beskytter alle levende væsner<br />
på Jorden mod den del af Solens stråling, som er ekstra farlig.<br />
Man kan sige, at ozonlaget er jordens ”solbrille”.<br />
Den farligste del af Solens ultraviolette stråling opfanges<br />
af ozonlaget. Når et ozonmolekyle rammes af ultraviolet stråling,<br />
opfanges strålingen af ozonmolekylet, der spaltes, så der<br />
dannes et oxygenmolekyle og et frit oxygen-atom:<br />
Ultraviolet stråling + et ozonmolekyle ➝<br />
et oxygenmolekyle + et frit oxygen-atom<br />
Skrevet med formler ser det sådan ud:<br />
Ultraviolet stråling + O 3 ➝ O 2 + O<br />
Ozonlaget stopper stort set al farlig stråling. Et væsen, der<br />
ikke kunne se det almindelige lys, som vi kan, men kun den<br />
farlige ultraviolette stråling, ville ved at kigge op i himlen<br />
midt på dagen, kun se mørk nat.<br />
Nedbrydning af ozonlaget<br />
For ca. halvtreds år siden lykkedes det at fremstille nogle helt<br />
nye stoffer, de såkaldte CFC-gasser. Det er nogle kemiske stoffer,<br />
der indeholder grundstofferne Carbon, Fluor og Chlor.<br />
CFC-gasserne viste sig at have nogle fremragende egenskaber.<br />
De var meget modstandsdygtige over for andre stoffer. Derfor<br />
kunne man blande dem med alle andre stoffer, uden at de reagerede<br />
med disse. Ikke engang oxygen reagerede de med, for<br />
stofferne kunne ikke brænde. De blev derfor bl.a. brugt som<br />
kølemiddel i køleskabe og som drivmiddel i spraydåser.<br />
Først mange år senere opdagede man, at gasserne er så<br />
holdbare, at når de kommer ud i atmosfæren, bliver de der i<br />
årevis. Før eller siden når de helt op til ozonlaget, og her er et<br />
stof, ozon, der er så reaktivt, at det kan spalte CFC-gasserne.<br />
Problemet er så, at ozonmolekylerne i ozonlaget forsvinder. Det<br />
er så uheldigt, at et enkelt CFC-molekyle kan spalte i titusindvis<br />
af ozonmolekyler.<br />
164
EKSPERIMENT<br />
Ozon og nitrogendioxid<br />
Den viste opstilling bygges. En stor kolbe spændes fast<br />
og anbringes over to bukkede stålstænger, der er sat<br />
fast i isolerende polstænger. Afstanden mellem den<br />
nederste del af stålstængerne skal være ca. en centimeter.<br />
Den øverste del af stængerne må ikke røre glasset i<br />
kolben.<br />
Der tændes for stikkontakten. Den ene polstang skubbes<br />
hen mod den anden, til der springer en gnist. Ved<br />
Hul i ozonlaget<br />
Det har vist sig, at der er forsvundet så mange ozonmolekyler, at<br />
Solens farlige ultraviolette stråling kan slippe gennem ozonlaget<br />
og nå helt ned til Jordens overflade. Man siger, at ozonlaget er<br />
blevet tyndere, eller at der er “hul i ozonlaget”.<br />
Et tyndere ozonlag giver mere ultraviolet stråling på Jordens<br />
overflade. Mange flere mennesker vil få hudkræft og dø af det.<br />
100 000 mennesker dør hvert år af hudkræft. Problemet er størst<br />
på den sydlige halvkugle, hvor ozonlaget er tyndest. Der vil<br />
komme flere øjensygdomme og vores immunsystem vil forringes,<br />
så vi oftere bliver syge. For dyrene vil det gå på samme<br />
måde. Ligeledes vil planterne tage skade af strålingen.<br />
Man regner med, at høstudbyttet i Danmark er faldet med<br />
10 % på grund af det højere ozonindhold i luften, for ozon skader<br />
planternes celler.<br />
165<br />
Nyttige oplysninger<br />
Ozon har formlen O 3.<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
derefter at trække polstangen lidt tilbage, dannes der<br />
en lysbue, som klatrer op mellem stålstængerne. Efter<br />
et stykke tid kan man se en rødbrun luftart i kolben.<br />
Der slukkes for stikkontakten og ledningerne fjernes.<br />
Ved at lugte forsigtigt til kolbens munding kan man<br />
lugte en blanding af ozon, O3, og nitrogendioxid, NO2, der er den rødbrune luftart. De dannes på grund af<br />
den høje temperatur i gnisterne. Ved den høje temperatur<br />
kan oxygen- og nitrogenmolekyler i luften spaltes,<br />
så der kan dannes ozon og nitrogendioxid.<br />
NOX-er er et fællesnavn for mange giftige<br />
kemiske forbindelser mellem nitrogen og<br />
oxygen. X-et står for antallet af oxygen-atomer<br />
i molekylet.<br />
Ozonlaget ligger i atmosfæren i 10 til 50<br />
kilometers højde.<br />
Den farlige ultraviolette stråling fra Solen<br />
mindskes af ozonlaget.<br />
”Hul i ozonlaget” er et udtryk for, at ozonlaget<br />
et bestemt sted på Jorden er blevet tyndere.<br />
CFC-gasserne nedbryder ozonlaget.
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Mængden af CO 2 i luften er nu højere, end<br />
den har været den sidste halve million år, og<br />
den stiger stadig. Er det en vigtig årsag til den<br />
globale opvarmning?<br />
Drivhuseffekt<br />
og klimaændringer<br />
Drivhuseffekten er et emne, der diskuteres meget i medierne.<br />
Hvad er drivhuseffekten, og hvad kan man gøre for at mindske<br />
drivhuseffekten? Betyder den voksende udledning af carbondioxid,<br />
CO 2, at den globale opvarmning vil ødelægge<br />
Jordens klima?<br />
Carbondioxid er et affaldsprodukt<br />
Det meste carbondioxid, CO2, dannes ved afbrænding af de<br />
fossile brændstoffer, naturgas, olie og kul. Man kan med<br />
moderne anlæg få mere nyttig energi ud af forbrændingen,<br />
men man kan ikke hindre dannelsen af carbondioxid. På<br />
verdensplan dannes der 36 milliarder ton om året. Alt dette<br />
ender i atmosfæren.<br />
I de sidste hundrede år er der kommet flere og flere mennesker<br />
på Jorden, og der er kommet mere og mere industri.<br />
Det kræver mere opvarmning, og derfor er CO2-indholdet i<br />
luften steget så meget, at det er højere, end det har været i<br />
mere end den sidste halve million år. Der produceres så store<br />
mængder af CO2, at planterne ikke kan nå at optage det ved<br />
fotosyntesen.<br />
CO 2-neutrale brændstoffer<br />
0,0400 %<br />
0,0350<br />
0,0300<br />
166<br />
CO 2 – indholdet i luften målt i procent<br />
1000 1200 1400<br />
Årstal<br />
1600 1800 2000<br />
CO2- neutrale brændstoffer er ikke fossile brændstoffer. Biogas er<br />
et såkaldt CO2-neutralt brændstof. Det betyder, at der ved<br />
afbrænding udledes samme mængde CO2, som der ville komme,<br />
hvis biomassen fik lov til at blive omdannet i naturen.
Drivhuseffekten<br />
Det er Solens stråler, der opvarmer Jorden. Men Jorden udsender<br />
også stråling. Om natten udsender den varme jordoverflade<br />
usynlig varmestråling, infrarød stråling, ud mod rummet.<br />
Heldigvis er der mange stoffer i atmosfæren, der opfanger<br />
denne stråling. Ellers ville strålingen forsvinde ud i verdensrummet,<br />
og Jordens natside ville blive voldsomt afkølet. Nu<br />
ender jordoverfladens varmestråling i atmosfæren, som kan<br />
opvarme jordoverfladen.<br />
Denne opvarmning af Jorden kaldes drivhuseffekten, fordi<br />
opvarmningen foregår på samme måde som i en gartners<br />
drivhus. Glasset i et drivhus lader Solens lys og varmestråling<br />
komme ind til planterne, men den varmestråling, som planterne<br />
og jorden derefter udsender, kan ikke komme ud gennem<br />
glasset. Og så stiger temperaturen i drivhuset.<br />
De luftarter, der opfanger Jordens varmestråling er vanddamp,<br />
carbondioxid, ozon og methan. De kaldes drivhusgasser.<br />
Vanddamp i atmosfæren bidrager mest til drivhuseffekten.<br />
Derefter kommer CO 2, der bidrager med omkring 20 %.<br />
Hvis vi ikke havde drivhusgasserne i atmosfæren, ville vi få<br />
nogle voldsomme temperaturskift fra dag til nat, og temperaturen<br />
på Jorden ville være ca. 30 grader lavere.<br />
Der dannes ikke kun drivhusgasser ved afbrænding af fossile<br />
brændstoffer. Der er enorme arealer, hvor der dyrkes ris,<br />
og rismarker skal være oversvømmet. Derfor dannes der<br />
meget biogas på bunden af rismarkerne, og herved kommer<br />
der meget methan op i atmosfæren. Når dyr og mennesker<br />
prutter, kommer der også meget metan, og da der er mange<br />
køer, grise, får og geder, kommer der meget store mængder<br />
methan herfra.<br />
Kopiark 8.11 og 8.12<br />
Vanddamp og skyer<br />
I en ørken kan luften være meget tør; den indeholder kun lidt<br />
vanddamp. Andre steder i verden kan der være megen vanddamp<br />
i luften. Indholdet af vanddamp i luften betegnes som luftfugtigheden.<br />
Fx kan der i en liter luft ved 20 °C være 1,7 g vanddamp.<br />
Ved så stor en luftfugtighed siger man, at luften er mættet med<br />
vanddamp. Luftfugtigheden er 100 %. I en liter luft mættet med<br />
vanddamp vejer vanddampen mere end luften.<br />
167<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
De vigtigste drivhusgasser<br />
Vanddamp, H2O Carbondioxid, CO2 Methan, CH4 Ozon, O3 Rismark i Kina. Herfra bobler der meget methan<br />
op i atmosfæren.
GLOBAL MILJØKEMI<br />
En sky i en flaske<br />
Forsøget ses bedst i et mørklagt lokale.<br />
Sæt et kort glasrør gennem en gummiprop.<br />
En gummislange på ca. 10 cm sættes på glasrøret.<br />
I en literflaske af klart glas hældes lunkent<br />
vand til en højde af ca. 1 cm. En prop uden hul<br />
sættes på flasken, og flasken rystes kraftigt.<br />
Proppen tages af og udskiftes med proppen<br />
med glasrør og gummislange.<br />
Med munden suges der kraftigt i slangen for<br />
at få et undertryk i flasken, og med fingrene<br />
knækkes slangen og presses helt tæt sammen.<br />
En tændstik tændes og pustes ud, og den holdes<br />
straks hen under enden af slangen, der<br />
åbnes, så røgpartiklerne suges op i flasken.<br />
Nu pustes der af al kraft i slangen, så der<br />
kommer et overtryk i flasken, slangen klemmes<br />
sammen. En lommelygte tændes, så den lyser<br />
op i bunden af flasken. Efter et halvt minut<br />
åbnes slangen.<br />
I flasken ses, hvordan der dannes en sky.<br />
En sky består af meget små vanddråber.<br />
Røgpartiklerne var nødvendige, for vanddråber<br />
dannes bedst, når der er små partikler, fx<br />
sodpartikler, i luften. Vanddampen fortættes<br />
nemmest ved kontakt med et fast stof,<br />
en krystallisationskerne.<br />
Når luften er varmere, kan den optage mere vanddamp. Ude<br />
over havet fordamper vand fra overfladen, og luftfugtigheden<br />
øges. Når luften stiger til vejrs, afkøles luften, og den kan ikke<br />
længere indeholde så megen vanddamp. Vanddampen fortætter,<br />
og der dannes små vanddråber. De ses som skyer. Når<br />
vanddråber støder ind i hinanden, vokser de sig større og større,<br />
og før eller senere bliver de så store og tunge, at det begynder<br />
at regne.<br />
Kopiark 8.13<br />
168<br />
<br />
EKSPERIMENT
Jorden bliver varmere<br />
Drivhuseffekten har givet Jorden en behagelig temperatur, men<br />
de sidste tyve år har vist, at der er en klimaændring i gang. Jorden<br />
bliver varmere, og det vil medføre nogle meget uheldige konsekvenser.<br />
Ørknerne vil brede sig. Der vil komme flere naturkatastrofer<br />
med storme, oversvømmelser og tørke. Når isen rundt om<br />
på Jorden smelter, og når havvandet bliver varmere og udvider<br />
sig, så vil havene stige. I de sidste hundrede år er havet steget med<br />
10-20 cm, og man forventer, at havet vil fortsætte med at stige.<br />
Herved vil store landområder blive oversvømmet og mange millioner<br />
mennesker må flytte.<br />
Klimaet i Danmark<br />
I disse år har vi i Danmark en varm periode. 2006 blev det varmeste<br />
år, der er målt. Når det bliver varmere i Danmark, vil<br />
insekter fra sydligere egne kunne leve her. Det vil få katastrofale<br />
følger for vores landbrug og skovbrug. Fx er kastanjetræerne<br />
ved at blive fældet, fordi de er angrebet af kastanjeminermøllet,<br />
som for nylig er kommet til Danmark. Man forventer,<br />
at alle kastanjetræer i Danmark er døde i løbet af 10 år. Det<br />
samme har vi tidligere set ske for elmetræerne. Det kan også<br />
få konsekvenser for menneskene, for muligvis vil også malariamyggen<br />
kunne leve her.<br />
Begrænsning af CO2-udslip Hvis man vil undgå en global temperaturstigning, må man mindske<br />
drivhuseffekten. Mængden af vanddamp i atmosfæren kan<br />
ikke begrænses, men det kan mængden af CO2. Derfor prøver<br />
man at begrænse udledningen af CO2, og man prøver at finde<br />
alternative energikilder, som fx vindkraft, bølgekraft og solenergi.<br />
På et møde i Japan i 1997 blev den såkaldte Kyoto-protokol<br />
vedtaget. Heri forpligtede de industrialiserede lande sig til at<br />
reducere deres udslip af drivhusgasser. Det har efterfølgende vist<br />
sig, at mange lande ikke kunne eller ville reducere deres forbrug<br />
af fossile brændstoffer.<br />
Man regner med, at flytrafikken bidrager med mere end to<br />
procent af den samlede CO2-udledning. Men trafikkens bidrag<br />
til drivhuseffekten er dog mindst tre gange større, for vanddamp<br />
er den gas, der bidrager mest til drivhuseffekten. Væksten i flytrafikken<br />
får alvorlige konsekvenser for miljøet.<br />
169<br />
Drivhuseffekten<br />
Nyttige oplysninger<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Uden drivhuseffekten ville temperaturen<br />
på Jorden være ca. 30 grader lavere.<br />
Drivhusgasser er luftarter, der absorberer<br />
varmestrålingen fra jordoverfladen.<br />
De vigtigste drivhusgasser er vanddamp,<br />
carbondioxid og methan.<br />
Vanddamp i atmosfæren bidrager mest<br />
til drivhuseffekten.<br />
Luftfugtigheden angiver, hvor stort<br />
indholdet af vanddamp er i luften.<br />
CO 2-neutrale brændstoffer er ikke-fossile<br />
brændstoffer. Biogas er et CO 2-neutralt<br />
brændstof.
CAFE KOSMOS<br />
GRAFFITI<br />
PÅ HIMLEN<br />
Hen over den blå himmel ses lange hvide streger.<br />
Af og til ser man, hvordan de dannes lige bag et fly,<br />
der bevæger sig højt oppe på himlen. Stregerne opstår<br />
ved fortætning af vanddamp i udstødningsgassen fra<br />
flyets jetmotorer. Stregerne kaldes kondensstriber.<br />
Kondensstriber. Nogle helt nye og nogle, der er flere timer gamle.<br />
170<br />
KONDENSSTRIBER<br />
Kondensstriber dannes kun i stor<br />
højde, men her – i omkring 10 kilometers<br />
højde – foregår de fleste flyveture<br />
over længere strækninger. I<br />
denne højde ligger temperaturen i<br />
området –30 til –60 °C. I lavere højde<br />
dannes der ikke kondensstriber,<br />
for der er det ikke koldt nok.<br />
Den varme udstødningsgas fra jetmotorerne<br />
indeholder vanddamp,<br />
som hurtigt afkøles af den kolde,<br />
omgivende luft. Allerede lige bag<br />
flyet dannes der dråber eller iskrystaller<br />
af fortættet vanddamp. Dannelsen<br />
af vanddråberne foregår på<br />
samme måde, som når man en vinterdag<br />
ser, at udåndingsluften danner<br />
en hvid tåge.<br />
Et fly danner ikke altid kondensstriber.<br />
Nogle dage ser man fly højt på<br />
himlen, uden at der dannes striber.<br />
Hvis luftfugtigheden i luften omkring<br />
flyet er tilstrækkelig lav, vil de dannede<br />
iskrystaller hurtigt omdannes<br />
til vanddamp. De sublimerer.<br />
Hvis luftfugtigheden derimod er høj,<br />
vil kondensstriberne kunne blive<br />
hængende i timevis. De vil endda<br />
kunne blive tykkere og mere udbredte.<br />
Iskrystallerne vil vokse i størrelse,<br />
fordi de opsamler vandmolekyler<br />
fra luften. I løbet af et par<br />
timer kan striberne brede sig til et<br />
mange kilometer bredt dække, der<br />
faktisk er et lag af skyer. På denne<br />
måde vil skyerne efter et enkelt fly<br />
efterhånden kunne dække i tusindvis<br />
af kvadratkilometer. Kondensstriber<br />
er således skyer; den eneste<br />
forskel er, at kondensstriberne er<br />
menneskeskabte.<br />
Der ses flest kondensstriber om<br />
dagen og om aftenen. Om morge-
Rumfærgen Challenger opsendes<br />
d. 28. januar 1986. Rumfærgen er<br />
fastgjort til den enorme tank, der<br />
indeholder hydrogen og oxygen.<br />
CAFE KOSMOS<br />
Temperaturen i luften omkring flyet er så lav, at kondensstriberne dannes<br />
lige bag motorerne.<br />
nen er de mere sjældne, for i løbet<br />
af natten er den foregående dags<br />
striber fordampet. Flytrafikken er<br />
mindre om natten og morgendagens<br />
flytrafik er ikke begyndt.<br />
DRIVHUSEFFEKTEN<br />
Ved forbrænding af flybenzin i luften<br />
og andre fossile brændstoffer<br />
her på jordoverfladen dannes der<br />
masser af vanddamp og masser af<br />
carbondioxid, CO 2. Men der dannes<br />
også massevis af små partikler af<br />
bl.a. sod og rester af brændstof.<br />
Disse partikler fungerer som krystallisationskerner<br />
for dannelsen af<br />
vanddråber eller iskrystaller. For<br />
vanddamp fortættes lettest på en<br />
krystallisationskerne. Partiklerne kan<br />
hænge i atmosfæren i månedsvis,<br />
og hver gang luftfugtigheden stiger,<br />
vil der på partiklerne kunne kondenseres<br />
vanddråber eller iskrystaller<br />
til dannelse af nye skyer.<br />
Satellitfoto af nye og ældre kondensstriber over den Engelske Kanal mellem<br />
England og Frankrig.<br />
171<br />
På en skyfri himmel vil Jordens<br />
infrarøde varmeudstråling kunne<br />
forsvinde ud i verdensrummet. Er<br />
der skyer, vil de opfange varmeudstrålingen<br />
og som en dyne holde på<br />
varmen. Jo flere skyer, jo højere bliver<br />
temperaturen på jordoverfladen.<br />
Det er det fænomen, der kaldes<br />
drivhuseffekten.<br />
ANTALLET AF SKYER VOKSER<br />
En højere temperatur vil medføre<br />
større fordampning fra havet, og<br />
med større luftfugtighed vil der dannes<br />
endnu flere skyer. Mængden af<br />
skyer på Jorden er steget med mere<br />
end tre procent på 10 år. Kondensstriberne<br />
er således en medvirkende<br />
årsag til den globale opvarmning.<br />
ANTAL SOLSKINSTIMER FALDER<br />
De flere skyer har været årsag til, at<br />
man over hele verden har fået færre<br />
solskinstimer. Dette fænomen kaldes<br />
global formørkelse. I Europa er<br />
antallet af solskinstimer faldet med<br />
16 % i løbet af de sidste 50 år.
DET VED DU NU OM GLOBAL MILJØKEMI<br />
FOSSILE BRÆNDSTOFFER OG BIOGAS<br />
De fossile brændstoffer er kul,<br />
olie og naturgas.<br />
Naturgas indeholder mest af<br />
det brændbare stof methan,<br />
CH 4.<br />
Biogas dannes af rådnende<br />
organiske stoffer, der ikke er<br />
i kontakt med oxygen.<br />
Biogas indeholder mest af<br />
methan, CH 4.<br />
CARBON-KREDSLØBET LUFTFORURENING<br />
OG OZONLAGET<br />
Carbon-kredsløbet beskriver,<br />
hvordan carbon-atomer kan<br />
flyttes fra et stof til et andet.<br />
Det sker i et evigt kredsløb.<br />
Ved hjælp af sollys kan<br />
planterne omdanne luftens<br />
carbondioxid til oxygen.<br />
Carbon-atomet fra CO 2 ender<br />
i sukkerstoffet glukose.<br />
Processen kaldes fotosyntese.<br />
Reaktionen for fotosyntesen<br />
kan skrives: sollys + 6 H 2O<br />
+ 6 CO 2 ➝ C 6H 12O 6 + 6 O 2.<br />
Regnvand er ikke neutralt. På<br />
grund af indholdet af CO 2 i<br />
luften er pH-værdien af helt<br />
ren regn 5,6.<br />
Ozon har formlen O 3.<br />
NO X-er er et fællesnavn for<br />
mange giftige kemiske<br />
forbindelser mellem nitrogen<br />
og oxygen. X-et står for antallet<br />
af oxygen-atomer i molekylet.<br />
Ozonlaget ligger i atmosfæren<br />
i 10 til 50 kilometers højde.<br />
Ozonlaget stopper den farlige<br />
ultraviolette stråling fra Solen.<br />
Et ”hul i ozonlaget” er et<br />
udtryk for, at ozonlaget et<br />
bestemt sted på Jorden er<br />
blevet tyndere.<br />
CFC-gasserne indeholder grundstofferne<br />
carbon, fluor og chlor.<br />
CFC-gasserne nedbryder ozonlaget.<br />
172<br />
DRIVHUSEFFEKT<br />
OG KLIMAÆNDRINGER<br />
Uden drivhuseffekten ville<br />
temperaturen på Jorden være<br />
ca. 30 grader lavere.<br />
Drivhusgasser er luftarter, der<br />
opfanger varmestrålingen fra<br />
jordoverfladen.<br />
De vigtigste drivhusgasser er<br />
vanddamp, carbondioxid og<br />
methan.<br />
Vanddamp er den vigtigste<br />
drivhusgas, for vanddamp<br />
bidrager mest til drivhuseffekten.<br />
Luftfugtigheden angiver, hvor<br />
stort indholdet af vanddamp er<br />
i luften.<br />
Biogas er et CO 2-neutralt<br />
brændstof. Det er ikke et fossilt<br />
brændstof.
Hvorfor er der ikke fossile<br />
brændstoffer nok?<br />
Hvordan kan du og din familie<br />
være med til at nedbringe<br />
CO 2-udslippet?<br />
Hvordan skal vi reagere, når<br />
der er et hul i ozonlaget over<br />
Danmark?<br />
Hvordan vil Danmark blive<br />
berørt, hvis vandstanden i<br />
havene stiger?<br />
PRØV DIG SELV<br />
KAN DU HUSKE? FORSTÅR DU?<br />
Nævn nogle fossile brændstoffer.<br />
Hvilket stof er der mest af i<br />
naturgas?<br />
Hvilken luftart omdanner<br />
planterne ved fotosyntese?<br />
Hvor findes ozonlaget?<br />
Ville temperaturen på Jorden<br />
være højere eller lavere uden<br />
drivhuseffekten?<br />
UDFORDRING<br />
173<br />
Hvorfor er biogas ikke et fossilt<br />
brændstof?<br />
Hvorfor er der ikke fotosyntese<br />
i planterne om natten?<br />
Hvorfor er ozonlaget vigtigt for<br />
livet på Jorden?<br />
Hvordan medvirker skyerne til<br />
drivhuseffekten?<br />
Hvad er et CO 2-neutralt brændstof?
STIKORD<br />
A<br />
Alnico-magnet 31<br />
Aluminium 114<br />
Ammoniakfremstilling 142<br />
Arbejde 52<br />
Argon 103<br />
Asteroide 13<br />
Astrologi 9<br />
B<br />
Baser 135<br />
Beliggenhedsenergi 54<br />
Bevægelsesenergi 53<br />
Biobrændsel 63<br />
Biogas 155<br />
Biogasanlæg 156<br />
Bladguld 116<br />
Brintsamfundet 99<br />
Brydning af lys 77<br />
Brændværdi 60<br />
Brønsted 136<br />
Bølge 72<br />
Bølgelængde 73<br />
C<br />
Carbondioxid 96<br />
Carbondioxidpåvisning 97<br />
Carbon-kredsløbet 158<br />
Cassiopeia 9<br />
CO 2 96, 159, 169<br />
D<br />
Dampmaskine 60, 61<br />
Datalogging 44<br />
Defibrillator 46<br />
Definition på baser 136<br />
Definition på syrer 136<br />
Dopplereffekt 86<br />
Drivhuseffekt 116,171<br />
Drivhusgasser 167<br />
Dværgplanet 12<br />
Dødens dal 96<br />
E<br />
Effekt 59<br />
Ekliptika 10<br />
Elektromagnet 38, 43, 45<br />
Elektromagnetisk stråling 76<br />
Elektromotor 38, 39<br />
Ellipse 11<br />
Endoskop 81<br />
Energi 52<br />
Energibevarelse 56<br />
Enzymer 143<br />
Evighedsmaskine 57<br />
Exoplanet 15<br />
F<br />
Faraday, Michael 38<br />
Farebetegnelse 145<br />
Farlige stoffer 145<br />
Farver 78, 88<br />
Farvespektrum 78<br />
Fiksstjerne 9<br />
Flammefarver 123<br />
Fordeling af grundstoffer 124<br />
Fortyndede syrer 135<br />
Fortynding 147<br />
Fossile brændstoffer 63, 154<br />
Fotosyntese 94, 159<br />
Frekvens 72<br />
Fremstilling af aluminium 125<br />
Fremstilling af jern 125<br />
Fremstilling af luftarter 95<br />
Fuldmåne 18<br />
G<br />
Galilei 54<br />
Gasflasker 147<br />
Genbrug af metaller 127<br />
Generator 40<br />
Geocentrisk system 15<br />
Grafer 44<br />
Guld 128<br />
Gæring 98<br />
H<br />
Halleys komet 14<br />
Heliocentrisk system 15<br />
Helium 102<br />
hertz 72<br />
Hjertestarter 46<br />
Hydrogen 99<br />
Hydrogenperoxid 143<br />
Hydrogenpåvisning 101<br />
Hydroxid-ionen 135<br />
174<br />
Hærdning 117<br />
Højrehåndsreglen 36<br />
Højt<strong>tale</strong>r 40<br />
Hårdhed 118<br />
I<br />
Ikke-metal-ioner 122<br />
Ikke-metaller 112<br />
Indfaldsvinkel 77<br />
Indikatorer 136<br />
Infrarødt lys 82<br />
Ioner 120<br />
Isolering 58<br />
J<br />
Jorden 10, 12<br />
Jordmagnetisme 36<br />
joule 52<br />
Joule, James 55<br />
Jupiter 12<br />
Jævndøgn 17<br />
K<br />
Karlsvognen 9<br />
Katalysatorer 142<br />
Kemisk binding 104<br />
Kernekraft 64<br />
kilowatt-time 60<br />
Kinetisk energi 53<br />
Klimaændringer 169<br />
Knaldgas 100<br />
Knaldluft 100<br />
Komet 14<br />
Koncentrerede baser 146<br />
Koncentrerede syrer 135, 146<br />
Koncentreret svovlsyre 146<br />
Kondensstriber 170<br />
Kopernikus, Nikolaus 15<br />
Korrosion 126<br />
Kraft 52<br />
Krypton 103<br />
kWh 60<br />
Køleskab 62<br />
L<br />
LED 82<br />
Legeringer 114<br />
Letmetaller 113<br />
Lillefingerreglen 38<br />
Linse 79<br />
Lodning 119<br />
Luftforurening 162<br />
Luftskibe 102<br />
Lyd 72<br />
Lydens fart 73<br />
Lys 76<br />
Lysdiode 82, 83<br />
Lysets fart 6<br />
Lysleder 81<br />
Lysår 10<br />
M<br />
Magnet 30<br />
Magnetfelt 33<br />
Magnetkort 41<br />
Mars 12<br />
Merkur 12<br />
Me<strong>tale</strong>genskaber 112<br />
Metaller 112, 124<br />
Metallernes forekomst 124<br />
Meteor 14<br />
Meteorit 14<br />
Miner 124<br />
Misvisning 36<br />
Molekylemodeller 104<br />
Molekyler 103<br />
Mælkevejen 9, 10<br />
Mærkning 145<br />
Måneformørkelse 20<br />
Månen 16, 19<br />
N<br />
Natrium 141<br />
Naturgas 154<br />
Naturlove 56<br />
Neodym-magnet 31<br />
Neon 103<br />
Neptun 12<br />
Nethinde 79<br />
Neutralisation 140<br />
newton 52<br />
Nitrogen 93<br />
Nordlys 34<br />
Nordpol, magnetisk 30<br />
Nordstjernen 8
NOx-er 162<br />
Nymåne 18<br />
O<br />
Olie 154<br />
Organiske syrer 134<br />
Orion 9<br />
Oxygen 93<br />
Oxygenkredsløbet 94<br />
Oxygenpåvisning 94<br />
Ozon 162<br />
Ozonlaget 163<br />
P<br />
Partiel måneformørkelse 20<br />
Partiel solformørkelse 21<br />
Permanent magnet 32<br />
pH 139<br />
Planet 12<br />
Pluto 12<br />
Polvending 37<br />
Potentiel energi 54<br />
Prisme 78<br />
R<br />
Radon 103<br />
Reaktionsskemaer 122<br />
Reduktion 125<br />
Reduktionsventil 147<br />
Refleksbrik 78<br />
Regnbue 88<br />
Ristning 125<br />
R-sætninger 145<br />
Rust 127<br />
Rustfrit stål 114<br />
Røntgenstråling 82<br />
S<br />
Saltsyre 139<br />
Saturn 12<br />
Småmagneter 31<br />
Solcelle 57<br />
Solen 12<br />
Solfanger 57<br />
Solformørkelse 20<br />
Solhverv 17<br />
Solplet 12, 13<br />
Solsystemet 12<br />
Spejling 77<br />
Spole 37<br />
S-sætninger 145<br />
Stangmagnet 30<br />
Stave 79<br />
Stemmegaffel 44<br />
Stjernebillede 9<br />
Stjerner 8<br />
Stjerneskud 14<br />
Strålingsenergi 57<br />
Stærke syrer 134<br />
Støbning 118<br />
Stål 114<br />
Svage syrer 134<br />
Svejsning 119<br />
Svovlsyre 138<br />
Sydpol, magnetisk 30<br />
Syre i maven 148<br />
Sæbebobler 89<br />
T<br />
Tabeller 43<br />
Tappe 79<br />
Tesla 38<br />
Tidejord 23<br />
Tidevand 22, 23<br />
Tier-potenser 72<br />
Tone 74<br />
Total måneformørkelse 20<br />
Total refleksion 80<br />
Total solformørkelse 20<br />
Trivialnavne 134<br />
Trækfugle 33<br />
Trækning 116<br />
Tsunami 72<br />
Tungmetaller 113<br />
Tunguska-hændelsen 24<br />
U<br />
Udfaldsvinkel 77<br />
Udvinding af metal 125<br />
Uheld 147<br />
Ultralyd 85<br />
Ultraviolet lys 82<br />
Uorganiske syrer 134<br />
Uranus 12<br />
Uædle metaller 113<br />
175<br />
V<br />
Valsning 117<br />
Vanddamp 167<br />
Varme 57<br />
Varmepumpe 62<br />
Varmetransport 58<br />
Vedvarende energi 62<br />
Ventrikelflimren 46, 47<br />
Venus 12<br />
Verdens største insekt 106<br />
Vindkraft 63<br />
Voyager-rumskibene 14<br />
W<br />
watt 60<br />
Watt, James 60<br />
X<br />
Xenon 103<br />
Z<br />
Zenit 8<br />
Æ<br />
Ædelgasreglen 121<br />
Ædelgasserne 102<br />
Ædle metaller 113<br />
Ø<br />
Øjet 79<br />
Øret 74<br />
Ørsted, Hans Christian 35<br />
Ørsteds eksperiment 35<br />
Ørsted-satellitten 42<br />
Å<br />
Ånding 98<br />
Årstider 16, 17
LITTERATUR<br />
FYSIK OG KEMI, GENERELT<br />
Fysik, Gyldendals minilex, Anders Smith og Henrik Smith.<br />
Gyldendal.<br />
Fysik/Kemi, Gyldendals små opslagsbøger, Helle Houkjær,<br />
Mari-Ann Skovlund Jensen,<br />
Lone Skafte Jespersen og Erik Bruun Olesen. Gyldendal.<br />
Håndbog i Kemiske fagtermer, Preben Hartmann-Petersen.<br />
Gyldendal.<br />
Tjek på fysik/kemi, Henning Henriksen. Gyldendal.<br />
Databog, fysik & kemi, Erik Strandgaard Andersen,<br />
Paul Jespergaard og Ove Grønbæk Østergaard.<br />
F & K forlaget.<br />
Spektrum, Fysik I og II, Carsten Claussen, Erik Both, Niels Hartling.<br />
Gyldendal.<br />
En kort historie om næsten alt, Bill Bryson. Gyldendal.<br />
SOL, MÅNE OG STJERNER<br />
Universets melodi, Henry Nørgaard, Kaare Lund Rasmussen<br />
og Niels Elbrønd Hansen. Gyldendal.<br />
Det kosmiske urværk, Verner Schilling. Munksgaard.<br />
Rejsen ud i rummet, Helle og Henrik Stub. Gyldendal.<br />
Universet, Michael J.D. Linden-Vørnle. Gyldendal<br />
MAGNETISME<br />
H.C. Ørsted og fornuften i naturen, Bjarne Kousholt. Polyteknisk<br />
Forlag.<br />
ENERGI<br />
Evig energi? -solceller, Ole Trinhammer. Fysikforlaget.<br />
Evig energi? -brændselsceller og brintsamfundet, Ole Trinhammer.<br />
Fysikforlaget.<br />
LYD OG LYS<br />
Optisk horisonter, DTU.<br />
Synet og høret, Helge Kastrup og Torben Lenskjær. Munksgaard.<br />
LUFT<br />
Bogen om grundstofferne, Henning Henriksen og Erik Pawlik.<br />
Gyldendal.<br />
METALLER OG IONER<br />
Bogen om grundstofferne, Henning Henriksen og Erik Pawlik.<br />
Gyldendal.<br />
Mød metallerne, Henning Henriksen. Gyldendal.<br />
176<br />
SYRER OG BASER<br />
Kend Kemien 1, Henrik Parbo, Annette Nyvad og Kim Kusk<br />
Mortensen. Gyldendal.<br />
GLOBAL MILJØKEMI<br />
Publikationer fra DMI. Danmarks Meteorologiske Institut.<br />
Publikationer fra IPCC. Intergovernmental Panel on Climate<br />
Change.<br />
Olie – et dansk råstof, Gunnar Cederberg. Gyldendal.<br />
Kulstoffets kredsløb, Peter Norrild og Leif Sønderberg Petersen.<br />
Gyldendal.
FOTOLISTE<br />
Omslag FOCI/SPL<br />
07 Akira Fujii/DMI<br />
08 Akira Fujii/DMI<br />
10 ESO<br />
12 Gyldendals billedbibliotek<br />
14 Akira Fujii/DMI<br />
15 FOCI<br />
18 NASA<br />
19 NASA<br />
21 ESO<br />
24 GB<br />
25 Polfoto/Topham Picturepoint<br />
25 NASA<br />
26 ESO<br />
28 Foci/SPL<br />
30 Søren Lundberg<br />
31 Søren Lundberg<br />
32 Søren Lundberg<br />
32 Søren Lundberg<br />
33 Scanpix/Biofoto/Lars Gejl<br />
35 Foci/PRE<br />
36 Søren Lundberg<br />
40 Vestas<br />
41 Søren Lundberg<br />
42 Scanpix/Reuters<br />
42 n. DMI<br />
46 Polfoto/Martin Lehmann<br />
47 Scanpix/Jens Nørgaard Larsen<br />
50 Foci<br />
53 Scanpix/Corbis<br />
55 Scanpix/Corbis<br />
56 Søren Frederiksen<br />
58 Foci/SPL<br />
59 ø. Foci/SSL<br />
59 n. Gyldendals Billedbibliotek<br />
61 ø. CDanmark<br />
61 n. Polfoto/Peter H. Petersen<br />
63 Scanpix/Bam/Jørgen Schytte<br />
64 Scanpix/Nils Meilvang<br />
65 Scanpix/Corbis<br />
68 Polfoto/David Peevers<br />
71 Scanpix/AFP<br />
73 v. Foci/SPL<br />
76 Foci/SPL<br />
79 ø. Polfoto/Jens Dresling<br />
79 n. FOCI/SPL<br />
80 FOCI/SPL<br />
81 Foci/PRE<br />
83 Scanpix/BAM/Nana Bisp Büchert<br />
84 Scanpix/Steffen Ortmann<br />
86 Scanpix/BAM/Jan Djenner<br />
87 Scanpix/Corbis<br />
90 Foci/SPL<br />
92 Scanpix<br />
96 Scanpix/Corbis<br />
98 Scanpix/corbis<br />
99 ø. Foci/SPL<br />
99 n. Søren Lundberg<br />
100 Scanpix<br />
102 Scanpix/Creative<br />
103 Scanpix<br />
104 Søren Lundberg<br />
106 ø. Scanpix<br />
106 n. Gyldendals Billedbibliotek<br />
107 Gyldendals Billedbibliotek<br />
110 Scanpix/Creative<br />
112ø Scanpix<br />
108n Foci/spl<br />
109 Søren Lundberg<br />
114 Scanpix/Corbis<br />
116ø Scanpix<br />
116n Scanpix<br />
117 Scanpix<br />
117 Søren Lundberg<br />
118ø Foci/Spl<br />
118n Scanpix<br />
119 Scanpix<br />
123 Søren Lundberg<br />
127 Søren Lundberg<br />
128 Scanpix/Creative<br />
128 Nasa<br />
129 ø. Scanpix/Corbis/Oliver Berg<br />
129 n. Scanpix/Creative<br />
132 Scanpix/Corbis/Charles O’Rear<br />
134 Søren Lundberg<br />
135 Søren Lundberg<br />
136 ø. Gyldendals Billedbibliotek<br />
136 n. Søren Lundberg<br />
139 Gyldendals Billedbibliotek<br />
143 Søren Lundberg<br />
145 Søren Lundberg<br />
148 ø. Scanpix/Biofoto/Kaj Halberg<br />
148 n. Polfoto<br />
149 ø. Scanpix/Reuters<br />
145 n. Territorium<br />
152 Scanpix/BAM/Henrik Sørensen<br />
177<br />
154 Foci/SPL<br />
155 Foci/Spl<br />
156 Scanpix/Bent K. Rasmussen<br />
157 Krediteres Flemming Nielsen<br />
158 Scanpix/Corbis/Alan Schein<br />
159 ø. Scanpix/Dani-Jeske<br />
159 n. Scanpix/Karsten Schnack<br />
161 Foci/PRE<br />
162 Scanpix/Biofoto/Sven Halling<br />
164 Scanpix/Corbis/Michelle Pedone<br />
166 Scanpix/Biofoto/Lars Havn Eriksen<br />
167 Scanpix/Judith Betak<br />
170 Foci<br />
171 ø. Scanpix/Corbis<br />
171 n. NASA
Perioder<br />
DET PERIODISKE SYSTEM<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
1<br />
Hydrogen<br />
1 H<br />
(Brint)<br />
T = –259 °C<br />
s<br />
T = –253 °C<br />
k<br />
d = 0,084 g/L<br />
Lithium<br />
3 Li<br />
T = 181 °C<br />
s<br />
T = 1342 °C<br />
k<br />
Hovedgrupper<br />
d = 0,53 g/cm 3<br />
Natrium<br />
11 Na<br />
T = 97,7 °C<br />
s<br />
T = 883 °C<br />
k<br />
d = 0,97 g/cm 3<br />
Kalium<br />
19 K<br />
T = 63,4 °C<br />
s<br />
T = 759 °C<br />
k<br />
d = 0,86 g/cm 3<br />
Rubidium<br />
37 Rb<br />
T = 38,9 °C<br />
s<br />
T = 688 °C<br />
k<br />
d = 1,53 g/cm 3<br />
Caesium<br />
55 Cs<br />
T s = 28,4 °C<br />
T = 671 °C<br />
k<br />
d = 1,90 g/cm 3<br />
Francium<br />
87 Fr <br />
T = 27 °C<br />
s<br />
T = 677 °C<br />
k<br />
1<br />
2<br />
1<br />
2<br />
8<br />
1<br />
2<br />
8<br />
8<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
8<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
8<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
8<br />
1<br />
2<br />
Beryllium<br />
4 Be<br />
T = 1278 °C<br />
s<br />
T = 2471 °C<br />
k<br />
d = 1,85 g/cm 3<br />
Magnesium<br />
12 Mg<br />
T = 650 °C<br />
s<br />
T = 1090 °C<br />
k<br />
d = 1,74 g/cm 3<br />
Calcium<br />
20 Ca<br />
T = 842 °C<br />
s<br />
T k = 1484 °C<br />
d = 1,54 g/cm 3<br />
Strontium<br />
38 Sr<br />
T = 777 °C<br />
s<br />
T = 1382 °C<br />
k<br />
d = 2,54 g/cm 3<br />
Barium<br />
56 Ba<br />
T = 727 °C<br />
s<br />
T k = 1640 °C<br />
d = 3,59 g/cm 3<br />
Radium<br />
88 Ra <br />
T = 700 °C<br />
s<br />
T = 1140 °C<br />
k<br />
d = 5,0 g/cm 3<br />
2<br />
2<br />
2<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
8<br />
2<br />
Scandium<br />
21 Sc<br />
T = 1541 °C<br />
s<br />
T = 2830 °C<br />
k<br />
d = 2,99 g/cm 3<br />
Yttrium<br />
39 Y<br />
T = 1526 °C<br />
s<br />
T = 3336 °C<br />
k<br />
d = 4,47 g/cm 3<br />
Grundstofnavn<br />
Atomnummer<br />
Grundstofsymbol<br />
Smeltepunkt<br />
Kogepunkt<br />
Densitet<br />
2<br />
8<br />
9<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
9<br />
2<br />
Titan<br />
22 Ti<br />
Eksempel<br />
Kun radioaktive atomer<br />
T = 1668 °C<br />
s<br />
T = 3287 °C<br />
k<br />
d = 4,51 g/cm 3<br />
Zirconium<br />
40 Zr<br />
T = 1855 °C<br />
s<br />
T = 4409 °C<br />
k<br />
d = 6,51 g/cm 3<br />
Hafnium<br />
72 Hf<br />
T = 2233 °C<br />
s<br />
T = 4603 °C<br />
k<br />
d = 13,3 g/cm 3<br />
Rutherfordium<br />
104 Rf <br />
Lanthan<br />
57 La<br />
T = 920 °C<br />
s<br />
T = 3455 °C<br />
k<br />
d = 6,17 g/cm 3<br />
Actinium<br />
89 Ac <br />
T = 1051 °C<br />
s<br />
T = 3200 °C<br />
k<br />
d = 10,1 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
9<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
9<br />
2<br />
2<br />
8<br />
10<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
10<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
10<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
10<br />
2<br />
Uran<br />
92 U <br />
T = 1135 °C<br />
s<br />
T = 4131 °C<br />
k<br />
d = 19,0 g/cm 3<br />
Vanadium<br />
23 V<br />
T = 1910 °C<br />
s<br />
T = 3407 °C<br />
k<br />
d = 6,1 g/cm 3<br />
Niobium<br />
41 Nb<br />
T = 2477 °C<br />
s<br />
T = 4744 °C<br />
k<br />
d = 8,57 g/cm 3<br />
Tantal<br />
73 Ta<br />
T = 3017 °C<br />
s<br />
T = 5458 °C<br />
k<br />
d = 16,7 g/cm 3<br />
Dubnium<br />
105 Db <br />
2<br />
8<br />
11<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
12<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
11<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
11<br />
2<br />
Lanthanoiderne<br />
Cerium<br />
58 Ce<br />
T = 799 °C<br />
s<br />
T = 3424 °C<br />
k<br />
d = 6,7 g/cm 3<br />
Actinoiderne<br />
Thorium<br />
90 Th <br />
T = 1750 °C<br />
s<br />
T = 4780 °C<br />
k<br />
d = 11,7 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
21<br />
9<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
20<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
10<br />
2<br />
Antal<br />
elektroner<br />
i de<br />
forskellige<br />
skaller<br />
Chrom<br />
24 Cr<br />
T = 1907 °C<br />
s<br />
T = 2671 °C<br />
k<br />
d = 7,19 g/cm 3<br />
Molybden<br />
42 Mo<br />
T = 2623 °C<br />
s<br />
T = 4639 °C<br />
k<br />
d = 10,2 g/cm 3<br />
Wolfram<br />
74 W<br />
T = 3422 °C<br />
s<br />
T = 5555 °C<br />
k<br />
d = 19,3 g/cm 3<br />
Seaborgium<br />
106 Sg <br />
Praseodym<br />
59 Pr<br />
T = 931 °C<br />
s<br />
T = 3510 °C<br />
k<br />
d = 6,78 g/cm 3<br />
Protactinium<br />
91 Pa <br />
T = 1572 °C<br />
s<br />
T = 4000 °C<br />
k<br />
d = 15,4 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
13<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
13<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
12<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
12<br />
2<br />
Mangan<br />
25 Mn<br />
Luftart<br />
Væske<br />
Fast stof<br />
Undergrupper<br />
T = 1246 °C<br />
s<br />
T = 2061 °C<br />
k<br />
d = 7,44 g/cm 3<br />
Technetium<br />
43 Tc <br />
T = 2157 °C<br />
s<br />
T = 4877 °C<br />
k<br />
d = 11,5 g/cm 3<br />
Rhenium<br />
75 Re<br />
T = 3186 °C<br />
s<br />
T = 5596 °C<br />
k<br />
d = 21,0 g/cm 3<br />
Bohrium<br />
107 Bh <br />
2 Neodym<br />
8<br />
18 60 Nd<br />
21<br />
T = 1016 °C<br />
s<br />
8<br />
T = 3066 °C<br />
k 2<br />
d = 7,00 g/cm 3<br />
2 Uran<br />
8<br />
18 92 U<br />
32<br />
20<br />
9<br />
2<br />
<br />
T = 1135 °C<br />
s<br />
T = 4131 °C<br />
k<br />
d = 19,0 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
13<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
13<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
13<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
13<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
22<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
21<br />
9<br />
2<br />
Kunstigt fremstillet<br />
Jern<br />
26 Fe<br />
T = 1540 °C<br />
s<br />
T = 2760 °C<br />
k<br />
d = 7,87 g/cm 3<br />
Ruthenium<br />
44 Ru<br />
T = 2310 °C<br />
s<br />
T = 4150 °C<br />
k<br />
d = 12,4 g/cm 3<br />
Osmium<br />
76 Os<br />
T = 3033 °C<br />
s<br />
T = 5012 °C<br />
k<br />
d = 22,58 g/cm 3<br />
Hassium<br />
108 Hs <br />
Promethium<br />
61 Pm <br />
T = 1042 °C<br />
s<br />
T = 3000 °C<br />
k<br />
d = 7,3 g/cm 3<br />
Neptunium<br />
93 Np <br />
T = 640 °C<br />
s<br />
T = 3900 °C<br />
k<br />
d = 20,4 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
14<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
15<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
14<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
14<br />
2<br />
Cobalt<br />
27 Co<br />
T = 1495 °C<br />
s<br />
T = 2927 °C<br />
k<br />
d = 8,85 g/cm 3<br />
Rhodium<br />
45 Rh<br />
T = 1964 °C<br />
s<br />
T = 3695 °C<br />
k<br />
d = 12,4 g/cm 3<br />
Iridium<br />
77 Ir<br />
T = 2446 °C<br />
s<br />
T = 4428 °C<br />
k<br />
d = 22,55 g/cm 3<br />
Meitnerium<br />
109 Mt <br />
2 Samarium<br />
8<br />
18 62 Sm<br />
23<br />
T = 1072 °C<br />
s<br />
8<br />
T = 1790 °C<br />
k 2<br />
d = 7,54 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
22<br />
9<br />
2<br />
Plutonium<br />
94 Pu <br />
T = 640 °C<br />
s<br />
T = 3230 °C<br />
k<br />
d = 19,8 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
15<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
16<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
15<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
15<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
24<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
24<br />
8<br />
2
Nikkel<br />
28 Ni<br />
T s = 1455 °C<br />
T k = 2913 °C<br />
d = 8,91 g/cm 3<br />
Palladium<br />
46 Pd<br />
T = 1554 °C<br />
s<br />
T = 3125 °C<br />
k<br />
d = 12,0 g/cm 3<br />
Platin<br />
78 Pt<br />
T = 1768 °C<br />
s<br />
T = 3825 °C<br />
k<br />
d = 21,45 g/cm 3<br />
Darmstadtium<br />
110 Ds <br />
Europium<br />
63 Eu<br />
T = 822 °C<br />
s<br />
T = 1596 °C<br />
k<br />
d = 5,25 g/cm 3<br />
Americium<br />
95 Am <br />
T = 994 °C<br />
s<br />
T = 2600 °C<br />
k<br />
d = 13,7 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
16<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
17<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
16<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
25<br />
8<br />
2<br />
Ikke-metaller<br />
Metaller<br />
Kobber<br />
29 Cu<br />
T = 1085 °C<br />
s<br />
T = 2562 °C<br />
k<br />
d = 8,96 g/cm 3<br />
Sølv<br />
47 Ag<br />
T = 962 °C<br />
s<br />
T = 2162 °C<br />
k<br />
d = 10,5 g/cm 3<br />
Guld<br />
79 Au<br />
T = 1064 °C<br />
s<br />
T = 2856 °C<br />
k<br />
d = 19,3 g/cm 3<br />
Roentgenium<br />
111 Rg <br />
Gadolinium<br />
64 Gd<br />
T = 1314 °C<br />
s<br />
T = 3264 °C<br />
k<br />
d = 7,87 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
1<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
17<br />
2<br />
Zink<br />
30 Zn<br />
T = 420 °C<br />
s<br />
T = 907 °C<br />
k<br />
d = 7,13 g/cm 3<br />
Cadmium<br />
48 Cd<br />
T = 321 °C<br />
s<br />
T = 767 °C<br />
k<br />
d = 8,65 g/cm 3<br />
Kviksølv<br />
80 Hg<br />
T = –38,8 °C<br />
s<br />
T = 357 °C<br />
k<br />
d = 13,6 g/cm 3<br />
Ununbium<br />
112 Uub <br />
2 Terbium<br />
8<br />
18 65 Tb<br />
25<br />
T = 1359 °C<br />
s<br />
9<br />
T = 3221 °C<br />
k 2<br />
d = 8,25 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
18<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
27<br />
8<br />
2<br />
Bor<br />
5 B<br />
3<br />
T = 2075 °C<br />
s<br />
T = 4000 °C<br />
k<br />
d = 2,34 g/cm 3<br />
Aluminium<br />
13 Al<br />
T = 660 °C<br />
s<br />
T = 2519 °C<br />
k<br />
d = 2,70 g/cm 3<br />
Gallium<br />
31 Ga<br />
T = 29,8 °C<br />
s<br />
T = 2204 °C<br />
k<br />
d = 5,91 g/cm 3<br />
Indium<br />
49 In<br />
T = 157 °C<br />
s<br />
T = 2072 °C<br />
k<br />
d = 7,31 g/cm 3<br />
Thallium<br />
81 Tl<br />
T = 304 °C<br />
s<br />
T = 1473 °C<br />
k<br />
d = 11,9 g/cm 3<br />
Ununtrium<br />
113 Uut <br />
Dysprosium<br />
66 Dy<br />
T = 1411 °C<br />
s<br />
T = 2561 °C<br />
k<br />
d = 8,6 g/cm 3<br />
2 Curium<br />
8<br />
18 96 Cm<br />
32<br />
25<br />
8<br />
2<br />
<br />
T = 1345 °C<br />
s<br />
d = 13,3 g/cm 3 d = 15,1 g/cm 3<br />
2 Berkelium<br />
8<br />
18 97 Bk<br />
32<br />
25<br />
9<br />
2<br />
<br />
2 Californium<br />
8<br />
18 98 Cf<br />
T = 1050 °C<br />
s<br />
32<br />
27<br />
8<br />
2<br />
<br />
T = 900 °C<br />
s<br />
2 Carbon<br />
3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
18<br />
3<br />
6 C<br />
4<br />
(Kulstof)<br />
T = 3550 °C<br />
s<br />
T k = 4827 °C<br />
d = 3,51 g/cm 3<br />
2 Silicium<br />
8<br />
3 14 Si 4<br />
T = 1410 °C<br />
s<br />
T = 3265 °C<br />
k<br />
d = 2,33 g/cm 3<br />
2 Phosphor<br />
8<br />
15 P<br />
T = 44,2 °C<br />
s<br />
T = 280 °C<br />
k<br />
d = 2,34 g/cm 3<br />
Germanium<br />
32 Ge<br />
T = 938 °C<br />
s<br />
T = 2833 °C<br />
k<br />
d = 5,32 g/cm 3<br />
Tin<br />
50 Sn<br />
T = 232 °C<br />
s<br />
T = 2602 °C<br />
k<br />
d = 7,3 g/cm 3<br />
Bly<br />
82 Pb<br />
T = 327 °C<br />
s<br />
T = 1749 °C<br />
k<br />
d = 11,3 g/cm 3<br />
Ununquadium<br />
114 Uuq <br />
2 Holmium<br />
8<br />
18 67 Ho<br />
28<br />
T = 1472 °C<br />
s<br />
8<br />
T = 2694 °C<br />
k 2<br />
d = 8,80 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
28<br />
8<br />
2<br />
Einsteinium<br />
99 Es <br />
T s = 860 °C<br />
2<br />
8<br />
18<br />
4<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
4<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
4<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
18<br />
4<br />
Hovedgrupper<br />
5<br />
2 Nitrogen<br />
4<br />
7 N<br />
(Kvælstof)<br />
T = –210 °C<br />
s<br />
T k = –196 °C<br />
d = 1,17 g/L<br />
Arsen<br />
33 As<br />
T : sublimerer<br />
s<br />
ved 614 °C<br />
d = 5,78 g/cm 3<br />
Antimon<br />
51 Sb<br />
T = 631 °C<br />
s<br />
T = 1587 °C<br />
k<br />
d = 6,69 g/cm 3<br />
Bismuth<br />
83 Bi <br />
T = 271 °C<br />
s<br />
T = 1564 °C<br />
k<br />
d = 9,8 g/cm 3<br />
Ununpentium<br />
115 Uup <br />
2 Erbium<br />
8<br />
18 68 Er<br />
29<br />
T = 1529 °C<br />
s<br />
8<br />
T = 2862 °C<br />
k 2<br />
d = 9,07 g/cm 3<br />
2 Fermium<br />
8<br />
18<br />
32<br />
T = 1527 °C<br />
s<br />
29<br />
8<br />
2<br />
100 Fm <br />
2 Oxygen<br />
5<br />
2<br />
8<br />
18<br />
5<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
5<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
18<br />
5<br />
8 O<br />
6<br />
(Ilt)<br />
T = –219 °C<br />
s<br />
T k = –183 °C<br />
d = 1,33 g/L<br />
2 Svovl<br />
8<br />
5 16 S<br />
T = 119 °C<br />
s<br />
T = 445 °C<br />
k<br />
d = 2,07 g/cm 3<br />
Selen<br />
34 Se<br />
T = 221 °C<br />
s<br />
T = 685 °C<br />
k<br />
d = 4,79 g/cm 3<br />
Tellur<br />
52 Te<br />
T = 450 °C<br />
s<br />
T = 988 °C<br />
k<br />
d = 6,24 g/cm 3<br />
Polonium<br />
84 Po <br />
T s = 254 °C<br />
T = 962 °C<br />
k<br />
5<br />
d = 9,2 g/cm 3<br />
2 Thulium<br />
8<br />
18 69 Tm<br />
30<br />
T = 1545 °C<br />
s<br />
8<br />
T = 1946 °C<br />
k 2<br />
d = 9,32 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
30<br />
8<br />
2<br />
Mendelevium<br />
101 Md <br />
T s = 867 °C<br />
2<br />
8<br />
18<br />
6<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
6<br />
7<br />
2 Fluor<br />
6<br />
9 F<br />
T = –220 °C<br />
s<br />
T = –188 °C<br />
k<br />
d = 1,58 g/L<br />
2 Chlor<br />
8<br />
6 17 Cl<br />
T = –101 °C<br />
s<br />
T = –34 °C<br />
k<br />
d = 2,95 g/L<br />
Brom<br />
35 Br<br />
T = –7,2 °C<br />
s<br />
T = 58,8 °C<br />
k<br />
d = 3,12 g/cm 3<br />
Iod<br />
53 I<br />
T = 114 °C<br />
s<br />
T = 184 °C<br />
k<br />
d = 4,35 g/cm 3<br />
2<br />
Astat<br />
8<br />
18 85 At<br />
32<br />
18<br />
6<br />
<br />
T = 302 °C<br />
s<br />
T = 350 °C<br />
k<br />
2<br />
8<br />
18<br />
31<br />
8<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
31<br />
8<br />
2<br />
Ytterbium<br />
70 Yb<br />
T = 824 °C<br />
s<br />
T = 1194 °C<br />
k<br />
d = 6,97 g/cm 3<br />
Nobelium<br />
102 No <br />
T s = 867 °C<br />
2<br />
8<br />
18<br />
7<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
7<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
7<br />
8<br />
Helium<br />
2 He<br />
T = –269 °C<br />
k<br />
d = 0,17 g/L<br />
2 Neon<br />
7<br />
10 Ne<br />
T = –249 °C<br />
s<br />
T = –246 °C<br />
k<br />
d = 0,84 g/L<br />
2 Argon<br />
8<br />
7 18 Ar<br />
T = –189 °C<br />
s<br />
T = –186 °C<br />
k<br />
d = 1,66 g/L<br />
Krypton<br />
36 Kr<br />
T = –157 °C<br />
s<br />
T = –153 °C<br />
k<br />
d = 3,48 g/L<br />
Xenon<br />
54 Xe<br />
T = –112 °C<br />
s<br />
T = –108 °C<br />
k<br />
d = 5,49 g/L<br />
Radon<br />
86 Rn <br />
T = –71 °C<br />
s<br />
T = –62 °C<br />
k<br />
d = 9,2 g/L<br />
2 Lutetium<br />
8<br />
18 71 Lu<br />
32<br />
T = 1663 °C<br />
s<br />
8<br />
T = 3393 °C<br />
k 2<br />
d = 9,84 g/cm 3<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
8<br />
2<br />
Lawrencium<br />
103 Lr <br />
T s = 1627 °C<br />
2<br />
2<br />
8<br />
2<br />
8<br />
8<br />
2<br />
8<br />
18<br />
8<br />
2<br />
8<br />
18<br />
18<br />
8<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
18<br />
8<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
9<br />
2<br />
2<br />
8<br />
18<br />
32<br />
32<br />
9<br />
2
KOSMOS – FYSIK OG KEMI<br />
Grundbog B<br />
1. udgave – 1. oplag 2008<br />
©2008 Gyldendalske Boghandel,<br />
Nordisk Forlag A/S, København<br />
Forlagsredaktion: Jesper Frænde<br />
og Søren Lundberg<br />
Ekstern redaktør: Svend Hessing<br />
Grafisk tilrettelæggelse: Carsten Schiøler<br />
Tegninger: Lars Petersen<br />
Tekniske tegninger: Martin Bassett<br />
Tryk: Narayana Press, Gylling<br />
Printed in Denmark 2008<br />
ISBN 978-87-02-03464-6<br />
Kopiering fra denne bog må kun finde<br />
sted på institutioner, der har indgået<br />
af<strong>tale</strong> med COPY-DAN, og kun inden for<br />
de i af<strong>tale</strong>n nævnte rammer.<br />
www.kosmos.gyldendal.dk<br />
www.gyldendal-uddannelse.dk