28.02.2014 Views

GRUNDBOG C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN - Syntetisk tale

GRUNDBOG C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN - Syntetisk tale

GRUNDBOG C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN - Syntetisk tale

SHOW MORE
SHOW LESS
  • No tags were found...

Transform your PDFs into Flipbooks and boost your revenue!

Leverage SEO-optimized Flipbooks, powerful backlinks, and multimedia content to professionally showcase your products and significantly increase your reach.

KOSMOS<br />

<strong>GRUNDBOG</strong> C<br />

<strong>ERIK</strong> <strong>BOTH</strong><br />

<strong>HENNING</strong> <strong>HENRIKSEN</strong>


Indhold<br />

KAPITEL 1<br />

Atomfysik · 6<br />

Atomer og andre småting · 8<br />

Radioaktivitet · 13<br />

Radioaktivitet i brug · 18<br />

Energi fra kernen · 20<br />

Cafe Kosmos: Radioaktivitet og din krop · 24<br />

KAPITEL 2<br />

Himmel og jord · 28<br />

Fra Universet til dig · 30<br />

Vind og vejr · 34<br />

Jorden under dig · 38<br />

Fra dig til atomerne · 41<br />

Cafe Kosmos: Sorte huller og mørkt stof · 44<br />

KAPITEL 3<br />

Energi på vej · 48<br />

Induktion · 50<br />

Energiforsyning · 55<br />

Brintsamfundet · 59<br />

Anvendelser af induktion · 63<br />

Cafe Kosmos: Sikkerhedstjek i lufthavnen · 66<br />

KAPITEL 4<br />

Elektronik og styring · 70<br />

Elektroniske komponenter · 72<br />

Informationer på vej · 76<br />

Styring · 80<br />

Anvendelser af elektronik · 82<br />

Cafe Kosmos: Vindmøller · 86


KAPITEL 5<br />

Kemiske metoder · 90<br />

Den naturvidenskabelige metode · 92<br />

Salte · 95<br />

Analyse og rensning · 99<br />

Kemi og elektricitet · 104<br />

Cafe Kosmos: Salt redder liv · 108<br />

KAPITEL 6<br />

Kemisk produktion · 112<br />

Nanoteknologi · 114<br />

Materialer i et hus · 117<br />

Gødning · 121<br />

Olie og plast · 124<br />

Cafe Kosmos: Kemikerne gør dig til Spiderman · 130<br />

KAPITEL 7<br />

Madens kemi · 134<br />

Kemiske stoffer i maden · 136<br />

Drikkevarer · 141<br />

Produktion af fødevarer · 145<br />

Sund mad – farlig mad · 148<br />

Cafe Kosmos: Tyggegummi · 152<br />

KAPITEL 8<br />

Kemi, menneske og samfund · 156<br />

Kemi – før og nu · 158<br />

Ren luft – rent vand · 162<br />

Forbrug og genbrug · 166<br />

Frontlinjekemi i Danmark · 170<br />

Cafe Kosmos: Guldmedaljerne, der forsvandt · 172<br />

Opsamling · 176<br />

Stikord · 194<br />

Litteratur · 196<br />

Fotoliste · 197<br />

Det periodiske system · 198


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 />

Denne bogs navn, KOSMOS, er valgt, fordi bogen beskæftiger<br />

sig med mange af de enkeltdele, der samlet beskriver den<br />

verden, vi lever i. Ordet kosmos er et gammelt græsk ord, der<br />

netop betyder verden. Dengang blev ordet kosmos også brugt<br />

som modsætningen til kaos. Det er et mål for bogen at<br />

bekæmpe kaos ved at bringe orden i de naturvidenskabelige<br />

begreber. Fra kaos til kosmos.<br />

I denne tredje bog i fysik- og kemisystemet KOSMOS er<br />

der både traditionelle og mere moderne emner. I fysik beskrives<br />

bl.a. verden fra atomet til hele Universet, moderne elektronik<br />

samt radioaktivitet. I kemi beskrives den naturvidenskabelige<br />

arbejdsmetode udførligt, og der gives et indblik i nanoteknologi.<br />

I kapitlerne bevæger emnerne sig fra det små til det<br />

store. Fra atomer, nanoteknologi og kemiske bindinger til det<br />

ufattelig store Univers. Samlet dækker kapitlerne de krav, der<br />

stilles til undervisningen i fysik/kemi.<br />

Fysik- og kemisystemet KOSMOS har en hjemmeside,<br />

www.kosmos.gyldendal.dk, med et væld af digi<strong>tale</strong> resurser.<br />

Hjemmesiden indeholder bl.a. videoer, animationer, illustrationer<br />

og opgaver, der støtter 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 />

på de faglige betegnelser, som bruges.<br />

Der er også små historier om opfindelser og forskere.<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 en video af eks -<br />

perimentet på www.kosmos.gyldendal.dk,<br />

som kan ses, hvis skolen har købt abonnement.<br />

Vi deo en giver mulighed for, at I<br />

kan se eksperimentet igen.<br />

Cafe Kosmos<br />

Cafe Kosmos 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 Kosmos om så<br />

forskellige emner som tyggegummi, vindmøller,<br />

sorte huller og anvendelser af nanoteknologi.<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<br />

bliver det tydeligt, hvor meget I har lært.<br />

Opsamling<br />

Til sidst i bogen findes en opsamling af de vigtigste<br />

faglige begreber fra A- og B-bogen. Disse sider<br />

vil være en hjælp i forbindelse med repetitionen.<br />

God fornøjelse med KOSMOS.<br />

Erik Both · Henning Henriksen<br />

5


KAPITEL 1


Atomfysik<br />

<br />

ATOMER OG ANDRE SMÅTING<br />

RADIOAKTIVITET<br />

<br />

RADIOAKTIVITET I BRUG<br />

ENERGI FRA KERNEN<br />

CAFE KOSMOS: RADIOAKTIVITET OG DIN KROP<br />

To vandrere fandt i 1991 et lig, der var dukket op under en<br />

smeltet gletsjer i Alperne. Ismanden, eller Ötzi som liget kaldes<br />

efter findestedet i Ötztal, var født for 5300 år siden nær byen<br />

Velturno i Italien. Som voksen levede Ötzi 50 km længere mod<br />

nord. Ötzi blev dræbt. Ramt af en pil i skulderen. Kort tid efter<br />

dækkede sneen hans krop, indtil han i 1991 blev fundet.<br />

Ötzi er verdens ældste mumie.<br />

Ötzis levesteder, alder og dødsårsag kendes fra undersøgelser<br />

af atomerne i hans tænder, af radioaktiviteten i hans krop og fra<br />

røntgenscanninger. Atomfysik kan også bruges i arkæologien.<br />

Hvor stort er et atom<br />

Hvad er neutroner og protoner<br />

Hvad har lys med atomer at gøre<br />

Hvad er radioaktivitet<br />

Hvorfor er stråling fra radioaktive stoffer farlig<br />

7


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Atomer og andre småting<br />

For mere end 2400 år siden påstod den græske tænker<br />

Demokrit, at når man blev ved med at halvere et stof, måtte<br />

man til sidst komme til en så lille mængde, at den ikke kunne<br />

deles yderligere. Demokrit kaldte denne lille mængde for et<br />

atom. Det græske ord a-tomos kan oversættes som ikke-delelig.<br />

Halverer man rumfanget af en 1 cm 3 stor terning, og halverer<br />

man den derpå to gange mere, får man en terning med siden<br />

5 mm. Bliver man ved med at halvere ca. 70 gange, ville der kun<br />

være et enkelt atom tilbage. Nu kan terningen ikke halveres<br />

mere, for et atom er den mindste del af alle grundstoffer.<br />

Atomer er meget små. De har en diameter, der er mellem<br />

0,000 000 0001 m og 0,000 000 0004 m, dvs. lidt over 10 –10 m,<br />

eller få milliontedele af en millimeter. Atomer har en størrelse<br />

mellem 1 og 4 nanometer, se side 114.<br />

Tier-potenser<br />

Præfiks Størrelse Tier-potens Forkortelse<br />

giga 1000000000 10 9 G<br />

mega 1000000 10 6 M<br />

kilo 1000 10 3 k<br />

hekto 100 10 2 h<br />

deci<br />

1<br />

10<br />

10 –1 d<br />

centi<br />

1<br />

100<br />

10 –2 c<br />

milli<br />

1<br />

1000<br />

10 –3 m<br />

mikro<br />

1<br />

1000000<br />

10 –6 µ (my)<br />

nano<br />

1<br />

1000000000<br />

10 –9 n<br />

Elektronen opdages<br />

I 1897 opdagede englænderen Joseph Thomson, at atomer<br />

alligevel kunne deles, dvs. at atomerne indeholdt endnu mindre<br />

dele. Joseph Thomson udførte eksperimenter med en<br />

elektrisk strøm, som blev sendt gennem luft med et meget lavt<br />

tryk. Ved eksperimenterne så han en lysende stråle, en såkaldt<br />

katodestråle, der viste, hvor den elektriske strøm løb. Mange<br />

fysikere arbejdede med disse stråler, men Thomson var den<br />

første, der kunne afbøje strålerne både med magneter og med<br />

elektriske ladninger.<br />

Thomson opdagede, at katodestrålerne blev afbøjet over<br />

1000 gange kraftigere end stråler af hydrogen-ioner. Han<br />

kunne ved disse eksperimenter vise, at atomer består af noget<br />

tungt, der er positivt ladet, og noget let, der er negativt ladet.<br />

De negative partikler i atomet blev senere kaldt elektroner.<br />

Thomson mente, at de negativt ladede elektroner og den positivt<br />

ladede del af atomet var blandet sammen. Elektro ner ne lå<br />

som rosinerne i en rosinbolle. Det skulle snart efter vise sig at<br />

være en forkert model.<br />

Atomkernens størrelse<br />

Englænderen Ernest Rutherford opdagede i 1911, at atomet<br />

havde en meget lille kerne. Rutherford og hans medarbejdere<br />

8


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

sendte nogle meget små og hurtige partikler ind mod et tyndt<br />

folie af guld. Langt de fleste af disse ”projektiler” gik lige gennem<br />

foliet. De ramte ikke noget på vejen. Men til forskernes<br />

store overraskelse blev enkelte partikler sendt tilbage. Det svarede<br />

til, at man skød en granat mod et stykke papir og derpå<br />

fik granaten sendt tilbage i hovedet.<br />

Partiklerne havde i atomet ramt noget, der var meget småt<br />

og tungt. Ud fra denne opdagelse kunne Rutherford beregne,<br />

at atomet havde en kerne, der var ca. 1000 gange mindre end<br />

selve atomet.<br />

Et atom består altså af en lille kerne omgivet af en sky af<br />

elektroner. Elektronerne har en negativ elektrisk ladning,<br />

mens atomkernen er positivt ladet. Atomet holdes sammen af<br />

den elektriske tiltrækning. Elektronernes samlede ladning er<br />

lige så stor som atomkernens ladning, så hele atomet er uden<br />

elektrisk ladning.<br />

Næsten hele atomets masse, mere end 99,9 %, findes i kernen.<br />

At atomets størrelse er lidt over 10 –10 m eller 0,1 nanometer,<br />

vidste forskerne allerede i 1900. Men det kom som en<br />

stor overraskelse, at der inde midt i atomet er en langt mindre<br />

kerne.<br />

Kopiark 1.1<br />

Thomson og elektronen<br />

Joseph John Thomson, engelsk fysiker (1856-1940).<br />

Thomson er elektronens opdager. I 1897<br />

viste han, at der i atomet er en negativt ladet<br />

partikel med en masse, der er mindre end en<br />

tusindedel af hele atomets masse.<br />

Rutherford og atomkernen<br />

Ernest Rutherford, engelsk fysiker (1871-1937).<br />

Rutherford fik i 1908 Nobelprisen i kemi.<br />

I 1911 opdagede han, at atomkernen er<br />

langt mindre end atomet.<br />

9


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Bohr og elektronerne<br />

Niels Bohr, dansk fysiker (1885-1962).<br />

Niels Bohr indså i 1913, at elektronerne<br />

befinder sig i skaller omkring atomkernen.<br />

Når en elektron bevæger sig fra en skal til<br />

en anden, der er nærmere ved kernen,<br />

udsendes lys. Dette lys har en farve, som<br />

afhænger af hvilke skaller, elektronerne<br />

springer mellem.<br />

Bohrmodellen<br />

Thomson mente, at elektronerne var fordelt<br />

over hele atomet. Bohr påstod, at elektronerne<br />

kun kunne være i bestemte afstande<br />

fra kernen.<br />

Elektronspring laver lys<br />

Kemi handler om grundstoffer, kemiske forbindelser og stoffers<br />

reaktioner med hinanden. Når fx et fyrfadslys brænder,<br />

sker der en kemisk proces, hvor atomerne bindes sammen på en<br />

ny måde. Kemiske processer ændrer ikke de grundstoffer, der<br />

findes ved starten af processen. Grundstofferne kobles “bare”<br />

sammen på en ny måde ved hjælp af elektronerne. Kemiske processer<br />

foregår så at sige uden på atomerne.<br />

Elektronerne har ikke kun betydning for de kemiske bindinger.<br />

Elektronerne er også skyld i, at der opstår lys. Den<br />

opdagelse blev gjort af danskeren Niels Bohr i 1913.<br />

I 1911 var atomkernens størrelse kendt. Ingen kunne forstå,<br />

at den elektriske tiltrækning mellem den positivt ladede<br />

atomkerne og de negative elektroner ikke fik elektronerne til<br />

bevæge sig i en spiralbane ind mod kernen. Niels Bohr fik så<br />

en genial ide: Elektronerne kan kun bevæge sig i kugleskaller<br />

rundt om kernen. Når en elektron bevæger sig fra en skal til<br />

en anden, der ligger tættere på kernen, udsendes der lys.<br />

Lysets farve hænger sammen med forskellen i energi mellem<br />

de forskellige baner.<br />

Når en elektron falder ned i en bane tættere på kernen,<br />

udsendes en lille “lyspakke”. Den kaldes en foton. Det er den<br />

mindste mængde lys, der eksisterer.<br />

Lys som fingeraftryk<br />

Alle atomer i et bestemt grundstof har elektronskallerne liggende<br />

i samme afstande fra kernen. Derfor kan elektronerne<br />

kun foretage nogle bestemte spring, så farverne af lyset vil være<br />

de samme fra alle atomerne. Farven af det udsendte lys er derfor<br />

en slags fingeraftryk af det pågældende grundstof. Hvert<br />

grundstof udsender bestemte farver, når det bliver varmet op.<br />

Det vidste man inden Bohrs opdagelse, men Bohr var den første,<br />

der kunne forklare fænomenet.<br />

Grundstof nr. to i det periodiske system, helium, blev opdaget<br />

ved hjælp af farven af det udsendte lys. I 1868 fandt man en<br />

bestemt gul farve i lyset fra Solen. Ingen af de grundstoffer,<br />

man på det tidspunkt kendte, lyste med netop denne farve. Der<br />

måtte altså være et grundstof på Solen, som ikke fandtes på<br />

Jorden. Først 16 år senere fandt man helium på Jorden.<br />

Kopiark 1.2<br />

10


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Elektronspring laver farver<br />

Hvert grundstof udsender ganske bestemte<br />

farver, når det bliver varmet op. Det er derfor<br />

muligt af farverne at bestemme de grundstoffer,<br />

der er til stede.<br />

Et optisk gitter spreder lyset på samme måde<br />

som et glasprisme. Se på en almindelig elpære,<br />

et lysstofrør og en lysdiode gennem gitret.<br />

Fugt en vatrondel med sprit. Læg vattet på en<br />

mursten på en bakke. Sæt bakken i stinkskabet.<br />

Drys lidt køkkensalt, NaCl, på vattet. Sæt ild til<br />

vattet. Se på farven af flammen både direkte og<br />

gennem et optisk gitter. Der kommer en tydelig<br />

gul farve fra natrium, når køkkensalt opvarmes.<br />

Gentag eksperimentet med CaCO 3 , KCl, CuCl 2 ,<br />

LiCl og SrCl 2 .<br />

Kvantefysik<br />

Elektroner er ikke altid små partikler. Elektroner kan også være<br />

bølger. Elektroner og andre atomare partikler har flere underlige<br />

egenskaber. De kan være mange steder på samme tid. Det er<br />

noget, der ikke kan fattes ud fra normale erfaringer.<br />

Atomernes verden beskrives i den såkaldte kvantefysik. Et<br />

kvant betyder i fysik en lille størrelse. I atomernes verden kan<br />

alle partikler også opfattes som små bølgepakker, men man ved<br />

ikke sikkert, hvor denne pakke er. Man kan kun finde en sandsynlighed<br />

for, at den er et bestemt sted.<br />

Atomfysikkens partikler kan heller ikke spærres inde. For os<br />

kan en høj mur være umulig at komme over. Men atomare partikler<br />

har en bestemt sandsynlighed for at komme over på den<br />

side af muren, der skulle være umulig at nå. På tilsvarende måde<br />

kan en partikel samtidig gå gennem to huller i en skærm. I atomernes<br />

miniverden gælder mærkelige love, der er svære at forstå.<br />

Niels Bohr har sagt: “Hvis man kan sætte sig ind i kvantemekanik<br />

uden at blive svimmel, har man ikke forstået noget af det.”<br />

I 2009 er verdensrekorden i stangspring 6,14 m.<br />

Den rekord er ikke forbedret i 15 år. Men i<br />

kvantemekanikkens verden ville en dygtig<br />

stangspringer ikke vide, om han kom over fire<br />

eller otte meter, når han havde sat af fra jorden.<br />

Alt ville være muligt. For en atomar partikel er<br />

der en lille sandsynlighed for, at den kommer<br />

over otte meter, også selv om den ikke har<br />

energi nok.<br />

11


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Antal neutroner og protoner<br />

i atomkernen<br />

14<br />

C<br />

6<br />

Grundstofsymbol<br />

Antal protoner i atomkernen<br />

Atomkernen i carbon-14 har seks protoner<br />

og otte neutroner. Der er altså i alt<br />

14 partikler i atomkernen.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Et atom består af en atomkerne omgivet af<br />

elektroner.<br />

Når en elektron springer fra en skal til en<br />

anden, der er nærmere kernen, udsendes lys<br />

med en bestemt farve.<br />

Atomkernen indeholder positivt ladede<br />

protoner og neutrale neutroner.<br />

Antallet af protoner i et atom er det samme<br />

som grundstoffets nummer i det periodiske<br />

system.<br />

Atomerne i grundstofs isotoper har<br />

samme antal protoner, men forskelligt antal<br />

neutroner i atomkernen.<br />

Protoner og neutroner<br />

I atomkernen er der er to slags partikler, protoner og neutroner.<br />

Neutronen har ingen ladning. Protonen har en positiv<br />

ladning, der er lige så stor som elektronens negative ladning.<br />

Antallet af protoner i et bestemt grundstofs atomkerne er det<br />

samme som stoffets nummer i det periodiske system. Der er<br />

altså én proton i en hydrogenkerne, to protoner i en heliumkerne<br />

og 92 protoner i en urankerne.<br />

Protoner og neutroner har næsten samme masse. Massen<br />

er meget lille, kun 1,7 · 10 –27 kg. Det kan skrives som 0,0…017 kg,<br />

hvor prikkerne skal erstattes af 24 nuller. Da det er ubekvemt<br />

at arbejde med så små tal, benytter atomfysikere en anden<br />

masseenhed end kilogram. De benytter en atomar masse -<br />

enhed, der forkortet skrives u. Både protoner og neutroner<br />

har en masse tæt ved 1 u. Elektronens masse er meget mindre,<br />

bare 0,0005 u. Det er 1/2000 af protonens masse.<br />

Isotoper<br />

I et bestemt grundstofs kerne kan der være et forskelligt antal<br />

neutroner. Atomer med samme antal protoner, men med et<br />

forskelligt antal neutroner, kaldes grundstoffets isotoper.<br />

Isotoperne af et bestemt grundstof har forskellige masser.<br />

Grundstof nr. 1, hydrogen, har altid en enkelt proton i<br />

atomkernen. Atomer af hydrogen kan findes både uden neutroner,<br />

med en og med to neutroner i atomkernen. Der findes<br />

altså tre forskellige hydrogen-isotoper. Hydrogen har grundstofsymbolet<br />

H. Det mest almindelige hydrogen betegnes 1 1H.<br />

Det nederste 1-tal er antallet af protoner i kernen. Det øverste<br />

1-tal er det samlede antal partikler i kernen. Hydrogen-isotopen<br />

2 1H, der kaldes deuterium, har altså to partikler i kernen, en<br />

neutron og en proton.<br />

I kemiske processer er der ingen forskel på de to isotoper.<br />

Når de reagerer med oxygen, dannes vand, H 2 O. I almindeligt<br />

vand indeholder 99,985 % af molekylerne den lette hydro genisotop.<br />

Men vand indeholder ganske lidt, 0,015 %, tungt vand,<br />

med isotopen deuterium.<br />

Massen af 1 mL almindeligt vand er præcis 1 gram, men<br />

samme mængde tungt vand med to deuterium-isotoper i mole -<br />

kylet har massen 1,11 g.<br />

Kopiark 1.3 og 1.4<br />

12


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Radioaktivitet<br />

I 1895 havde Wilhelm Röntgen opdaget røntgenstrålerne. I de<br />

næste tyve år fik forskerne en ny forståelse af atomernes småtingsverden.<br />

Den ny forståelse er fx årsag til, at vi i dag kan<br />

sende rumsonder ud i verdensrummet, kan bruge mobiltelefon<br />

og udefra “se”, om en kuffert i lufthavnskontrollen indeholder<br />

sprængstoffer eller narkotika. En af denne periodes<br />

store opdagelser var de radioaktive stoffer.<br />

Stråler fra uran<br />

Den franske fysiker Henri Becquerel undersøgte i 1896 om et<br />

uransalt udsendte røntgenstråler, når det blev belyst af Solen.<br />

For at undersøge strålingen blev stoffet anbragt nogle timer i<br />

sollys. Uransaltet lå oven på en fotografisk film, der var pakket<br />

ind, så sollyset ikke kunne ramme den. Det viste sig, at den<br />

indpakkede film blev sværtet af stråler fra saltet. Det så altså<br />

ud, som om saltet udsendte røntgenstråling.<br />

Det var overskyet 26. og 27. februar 1896, så film og uransalt<br />

havde kun ligget i sollys i meget kort tid. Resten af tiden<br />

lå saltet oven på filmen i en skuffe. Becquerel havde forventet<br />

en ganske svag påvirkning af filmen, men da den blev fremkaldt,<br />

var den kraftigt sværtet. Becquerel gentog forsøget med<br />

film og uransalt i skuffen. Samme resultat. Efter mange<br />

målinger kunne han konkludere, at der kom en ny og ukendt<br />

stråling fra uran.<br />

Marie Curie og radium<br />

I 1897, kort efter at Becquerel havde opdaget den mystiske<br />

stråling fra grundstoffet uran, begyndte Marie Curie i Paris at<br />

undersøge strålingen. Hun kaldte den radioaktivitet. Ordet<br />

radio stammer fra latin og betyder stråle. Hun opdagede, at<br />

nogle mineraler udsendte langt mere stråling end det, der<br />

kom fra uran.<br />

Marie Curie indså, at hun havde fundet et mineral, der<br />

indeholdt små mængder af et nyt og ukendt grundstof.<br />

Sammen med sin mand begyndte hun arbejdet for at finde det<br />

ny grundstof. Men Curie fandt to nye grundstoffer, radium<br />

og polonium.<br />

Ud fra 1 ton af uranmineralet begblende var Curie i stand<br />

Radioaktiviteten opdages<br />

Henri Becquerel, fransk fysiker (1852-1908).<br />

Becquerel opdagede i 1896, at uran udsendte<br />

en ny type stråling. Han kunne ikke forklare,<br />

hvad strålingen var, men i dag ved vi, at det<br />

er stråling fra radioaktive stoffer.<br />

Nye grundstoffer<br />

Marie Curie, polsk/fransk fysiker/kemiker<br />

(1867-1934).<br />

Sammen med sin mand, Pierre Curie, fandt<br />

hun i 1901 to nye radioaktive stoffer, radium<br />

og polonium. Hun indførte navnet radioakti -<br />

vitet. Marie Curie er den eneste, der har<br />

fået nobelpriser både i fysik og kemi.<br />

13


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

til at udvinde 1/10 gram af det nye grundstof, radium. Stoffet<br />

udsendte en meget stærk stråling. Det var selvlysende og blev<br />

opvarmet af sig selv pga. den kraftige energiomdannelse.<br />

Det var helt uforståeligt for datidens fysikere. Energien<br />

kunne ikke bare komme af sig selv. Løsningen på dette problem<br />

var overraskende. Strålingen kom fra de radioaktive atomers<br />

kerner. Energien opstod, når de radioaktive grundstoffer<br />

ændredes til nye grundstoffer. Denne grundstofændring var<br />

helt uforståelig, da alle kendte kemiske processer hidtil havde<br />

vist, at grundstoffer ikke kunne omdannes.<br />

Alfastråling, der består af positive heliumkerner<br />

afbøjes af et magnetfelt. De negativt<br />

ladede betapartikler afbøjes i den modsatte<br />

retning. Gammastråling påvirkes ikke af<br />

magnetfelter.<br />

Alfapartikel<br />

Alfastråling<br />

241 237 4<br />

Am → Np + He<br />

95 93 2<br />

Americium-241 henfalder til neptunium-237 ved<br />

udsendelse af en alfapartikel. Halveringstiden<br />

er 458 år.<br />

Betastråling<br />

90 90 0<br />

Sr → Y + e<br />

38 39 -1<br />

Betapartikel<br />

Strontium-90 henfalder til yttrium-90 ved<br />

udsendelse af en betapartikel. Halveringstiden<br />

er 29 år.<br />

Gammastråling<br />

Gammastråling<br />

137 137<br />

Cs* →<br />

55 55 Cs + γ<br />

Caesium henfalder fra en energirig<br />

tilstand ved udsendelse af gammastråling.<br />

Halveringstiden er 30 år.<br />

Tre slags stråling<br />

Der findes tre typer stråling fra radioaktive stoffer, alfa-, betaog<br />

gammastråling. Alfa, beta og gamma er de tre første bogstaver,<br />

α, β og γ, i det græske alfabet.<br />

Alfastråling har en kort rækkevidde. Strålingen stoppes af<br />

fem centimeter luft eller et stykke papir. Alfastråling er partikler<br />

med to protoner og to neutroner. Partiklerne er altså<br />

atomkerner af grundstoffet helium. Når den radioaktive<br />

atomkerne mister to protoner, bliver den omdannet til et nyt<br />

grundstof med et atomnummer, der er to mindre.<br />

Betastråling har en længere rækkevidde end alfastråling.<br />

Strålingen kan bevæge sig mange centimeter i luft og trænge<br />

gennem metalfolier med en tykkelse på en halv millimeter.<br />

Betastråling består af elektroner, der kommer fra kernen.<br />

Kernen indeholder ikke elektroner, men de opstår, når en neutron<br />

omdannes til en proton og en elektron. Når kernen får en<br />

proton mere, bliver atomet omdannet til et nyt grundstof<br />

med et atomnummer, der er én større.<br />

Gammastråling har den største rækkevidde. Strålingen<br />

kan trænge gennem metalplader og bevæge sig langt i luft. Lys<br />

opstår, når elektroner falder fra en skal ned til en anden.<br />

Gammastråling opstår på tilsvarende måde, når der sker en<br />

energiændring i atomkernen. Gammastråling er elektromagnetisk<br />

stråling ligesom lys, radiobølger og røntgenstråling.<br />

Kopiark 1.5<br />

Halveringstid<br />

Når et stof er radioaktivt, bliver atomerne omdannet. Der vil<br />

derfor være færre og færre af de radioaktive atomer tilbage.<br />

14


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Halveringstiden er den tid, der går, indtil halvdelen af atomerne<br />

i stoffet er omdannet. Når der er gået to halveringstider,<br />

er der kun en fjerdedel af atomerne tilbage. Efter tre halveringstider<br />

er en ottendedel tilbage.<br />

Halveringstider kan være meget forskellige. Der findes atomer,<br />

hvor halveringstiden er mindre end en tusindedel sekund.<br />

Andre stoffer har meget lang halveringstid. Der findes stoffer<br />

med en halveringstid, der er længere end den tid, Jorden har<br />

eksisteret. Stoffer med så lang halveringstid udsender kun<br />

ganske lidt stråling, mens de kortlivede udsender meget.<br />

Kopiark 1.6 og 1.7<br />

Hvorfor er nogle isotoper radioaktive<br />

I et bestemt grundstofs atomer er der altid samme antal protoner<br />

i atomkernerne. Men i de forskellige isotoper kan der<br />

være stor forskel på antallet af neutroner. Hvis der er mange<br />

neutroner i en kerne, kan den blive ustabil. Den udsender så<br />

en betapartikel, hvorved en neutron omdannes til en proton.<br />

Der bliver på den måde dannet en mere stabil kerne.<br />

Hvis der omvendt er få neutroner i kernen, vil frastødningskræfterne<br />

mellem de positive protoner bevirke, at kernen<br />

kan blive mere stabil ved udsendelse af en alfapartikel.<br />

Når der er udsendt en alfa- eller en betapartikel, vil kernen<br />

tit være gamma-aktiv. Efter yderligere henfald dannes til sidst<br />

en stabil kerne.<br />

Antallet af radioaktive atomer er halveret,<br />

når der er gået en halveringstid.<br />

Efter to halveringstider er antallet faldet<br />

til en fjerdedel.<br />

Radioaktive stoffer<br />

skal markeres<br />

med et gult<br />

fareskilt.<br />

Ioniserende stråling<br />

Strålingen fra radioaktive stoffer ioniserer de stoffer, der bliver<br />

ramt. At strålingen ioniserer, betyder, at der bliver ”slået”<br />

elektroner ud af de ramte atomer, der herved bliver til positive<br />

ioner. Bindingerne mellem atomerne i et molekyle kan også<br />

blive ødelagt. Denne ioniserende effekt har både gode og dårlige<br />

konsekvenser.<br />

Allerede tidligt efter opdagelsen af de radioaktive stoffer<br />

blev man klar over, at strålingen kunne dræbe kræftceller. At<br />

strålingen også kan skade sunde celler, opdagede man først<br />

senere. Marie Curie fik ødelagt sine hænder efter i mange år at<br />

have rørt ved radioaktive stoffer. Hun døde af en blodsygdom,<br />

der med stor sandsynlighed opstod på grund af den kraftige<br />

stråling, som hun havde været udsat for.<br />

15


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Halveringstid og terninger<br />

Kaster man en terning, er sandsynligheden en sjettedel<br />

for at få en sekser. På samme måde har de enkelte<br />

atomer i et radioaktivt stof en bestemt sandsynlighed for<br />

at udsende stråling og derved henfalde til et andet stof.<br />

Hver gang der udsendes stråling, bliver der mindre af<br />

det radioaktive stof.<br />

EKSPERIMENT<br />

Kast 100 terninger. Fjern alle seksere. De stables til<br />

en søjle. Skriv på tavlen, hvor mange terninger der er<br />

tilbage. Kast så de resterende terninger. Fjern igen sekserne,<br />

der stables til en ny søjle. Skriv igen, hvor mange<br />

terninger der er tilbage. Bliv ved, indtil der er mindre<br />

end 25 terninger tilbage.<br />

Undersøg, hvor mange omgange der skal slås, før<br />

halvdelen og før tre fjerdedele af terningerne er fjernet.<br />

Hvad er ”halveringstiden for terningerne” Gentag<br />

eksperimentet nogle gange. Er ”halveringstiden” den<br />

samme hver gang<br />

Gentag eksperimentet, men denne gang fjernes de<br />

terninger, der viser 1 eller 2. Find igen ”halveringstiden”.<br />

Geigertæller<br />

Når en alfa- eller betapartikel kommer ind<br />

i geigertælleren, ioniseres luften.<br />

De negative elektroner trækkes over mod<br />

den positive stang i midten af røret.<br />

Geigertælleren<br />

Den ioniserende virkning af stråling udnyttes i de instrumenter,<br />

der bruges til at måle størrelsen af strålingen. En geigertæller<br />

er et lille rør, hvor lufttrykket er lavt, ca. en tiendedel<br />

atmosfære. I enden af røret er et tyndt folie, som strålingen<br />

kan passere. I røret findes en metalcylinder med en tynd stang<br />

i midten. Der er en spændingsforskel mellem stang og cylinder.<br />

Når strålingen kommer ind i røret, ioniseres luften. Der dannes<br />

elektroner. Spændingsforskellen mellem tråd og cylinder<br />

giver disse elektroner ekstra fart, så de kan ionisere flere luftmolekyler.<br />

Med en følsom impulstæller kan man måle den lille<br />

ændring i spændingsforskellen, der kommer, når elektronerne<br />

rammer tråden. Det kan høres som tilfældige klik, når en<br />

højt<strong>tale</strong>r er tilsluttet. Tælleren kaldes en geigertæller efter<br />

opfinderen Hans Geiger, der lavede de første tællere i 1908.<br />

Kopiark 1.8, 1.9 og 1.10<br />

16


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Baggrundsstråling<br />

En geigertæller viser, at der er ioniserende stråling, også selv<br />

om skolens radioaktive kilder er langt væk. Der er nemlig<br />

radioaktive stoffer overalt. Der kommer stråling fra radioaktive<br />

stoffer i jorden. Der er således normalt flere kilogram uran<br />

i den øverste meter af jorden i en almindelig parcelhusgrund.<br />

Radon, en radioaktiv gas, strømmer op fra undergrunden de<br />

fleste steder i Danmark. Fra verdensrummet bliver Jorden til<br />

stadighed bombarderet af atomare partikler, der kan få geigertællere<br />

til at reagere.<br />

Denne stråling kaldes baggrundsstrålingen, fordi den hele<br />

tiden er til stede. Vi kan ikke undgå baggrundsstrålingen. I<br />

Danmark er baggrundsstrålingen højest på Bornholm, fordi<br />

klipperne i undergrunden indeholder mere radioaktivt materiale<br />

end muldjorden andre steder i Danmark. I mange huse<br />

er strålingsniveauet ret højt pga. små opstrømmende mængder<br />

af radon.<br />

Kopiark 1.11 og 1.12<br />

E = mc 2 , fysikkens mest kendte formel<br />

Kernefysikere bruger store, meget energikrævende apparater<br />

til at undersøge, om der er andre partikler inde i kernens protoner<br />

og neutroner. Ved at få partikler til at støde sammen<br />

med en fart lige under lysets fart, kan kernefysikere smadre<br />

kernepartiklerne. På den måde har man opdaget, at der er<br />

mange mindre partikler i kernepartiklerne.<br />

En af de spændende partikler er positronen. Det er en partikel<br />

med samme masse som elektronen, men med en positiv<br />

ladning, altså en positiv elektron. Når en positiv positron støder<br />

ind i en negativ elektron, forsvinder de begge. Selv om de<br />

begge har en masse, er der ingen masse tilbage efter deres<br />

sammenstød. Stoffet er forsvundet. Der er blevet til energi i<br />

form af gammastråling.<br />

Denne forsvinden er en følge af Albert Einsteins relativitetsteori.<br />

Et af relativitetsteoriens resultater er den berømte<br />

formel E = mc 2 . Her er E energien, m massen og c lysets fart.<br />

Ved hjælp af denne formel kan man bestemme, hvor meget<br />

energi der dannes, når en masse forsvinder. Det er den formel,<br />

der forklarer, hvordan energien i kernekraftværker og atombomber<br />

opstår.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Der findes tre typer stråling fra radioaktive<br />

stoffer, alfa-, beta- og gammastråling.<br />

Alfastråling er positivt ladede heliumkerner.<br />

Betastråling er negativt ladede elektroner.<br />

Gammastråling er elektromagnetisk stråling<br />

udsendt fra atomkernen.<br />

Efter et alfa- eller betahenfald omdannes<br />

atomkernen til et nyt grundstof.<br />

Når der er gået en halveringstid, er der kun<br />

den halve mængde af det radioaktive stof<br />

tilbage.<br />

Albert Einstein, tysk/amerikansk fysiker<br />

(1879-1955).<br />

Einstein er 1900-tallets mest berømte fysiker.<br />

Hans største opdagelse er relativitetsteorien,<br />

der fx forklarer, hvorfor lysets fart er den største<br />

fart, noget legeme kan få. Hans teori beskriver<br />

også, at tiden går langsommere, når man<br />

bevæger sig meget hurtigt.<br />

17


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Radioaktivitet i brug<br />

234<br />

92U<br />

230<br />

90Th<br />

+ 4 2He<br />

226<br />

88Ra<br />

+ 4 2He<br />

222<br />

86Rn<br />

+ 4 2He<br />

218<br />

84Po<br />

+ 4 2He<br />

214<br />

Pb + 4 2He<br />

82<br />

Radon<br />

Uran-238 henfalder til bly-214 i fem trin ved<br />

i hvert trin at udsende en alfapartikel. Et af<br />

disse henfaldsprodukter er grundstoffet<br />

radon, Rn, der er en luftart. Da der overalt<br />

er uran i undergrunden, kan radon sive op<br />

gennem jorden. Hvis denne luftart trænger<br />

ind i kældre, der ikke er tilstrækkeligt<br />

udluftet, kan koncentra tionen af radon og<br />

radons henfaldsprodukter blive så høj, at<br />

det kan være sundhedsfarligt.<br />

Stråling fra radioaktive stoffer er farlig i store mængder, men<br />

ganske små mængder skader næppe. Radioaktive stoffer kan<br />

derfor uden større risiko bruges til mange praktiske formål,<br />

bl.a. ved undersøgelser på sygehuse.<br />

Virker nyrerne<br />

Indtil 1937 var der et hul på plads nummer 43 i det periodi -<br />

ske system. Ingen kunne finde grundstof nr. 43. Årsagen til<br />

den tomme plads viste sig at være, at det manglende stof var<br />

radioaktivt, så alle de atomer af stoffet, der fandtes, da<br />

Solsystemet blev dannet, nu var forsvundet. I dag kan man<br />

kunstigt fremstille en isotop af dette grundstof, technetium,<br />

men stoffet forsvinder hurtigt. Halveringstiden er på seks<br />

timer.<br />

Technetium bruges meget ved medicinske undersøgelser.<br />

Skal man finde ud af, hvor hurtigt nyrerne udskiller et<br />

bestemt stof, kan man kemisk binde lidt technetium til stoffet.<br />

Patienten får en indsprøjtning eller drikker en opløsning<br />

af det radioaktive stof. Med en tæller måler man, hvor hurtigt<br />

stoffet forsvinder fra nyrerne.<br />

Skal man foretage en undersøgelse af knoglesvulster, kan<br />

technetium bindes til et andet stof, der efter indsprøjtning<br />

samler sig i knoglevævet. I svulsterne dannes nyt væv, og her<br />

samles store mængder af det indsprøjtede stof. Ved nu at måle<br />

mængden af stråling i de forskellige dele af kroppen, kan man<br />

finde de steder, hvor der er en kræftsvulst i knoglerne.<br />

Hvor gammel er ismanden Kulstof-14-metoden<br />

14<br />

Carbon-isotopen, 6 C, der normalt kaldes carbon-14 eller kulstof-14,<br />

har en halveringstid på 5730 år. Carbon-14-atomerne<br />

dannes højt oppe i atmosfæren, når stråling fra Solen rammer<br />

luften. De dannede carbon-14-atomer fordeler sig på få år i<br />

hele atmosfæren. Ved fotosyntesen optages denne carbon-isotop<br />

i planterne. Når dyr æder planterne, optages isotopen i<br />

dyrenes celler. På den måde ender carbon-14 i alle celler i planter<br />

og dyr. Selv om der kun dannes omkring 5 kg af denne isotop<br />

hvert år, er det nok til, at den kan bruges ved bestemmelse<br />

af arkæologiske genstandes alder.<br />

18


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

EKSPERIMENT<br />

Radioaktivt radon i kælderen<br />

Hvis der siver radon fra undergrunden ind i skolens<br />

kælder, vil støvet i lokalet indeholde små<br />

mængder af de stoffer, radon henfalder til.<br />

Anbringes et par lag gaze på mundstykket af en<br />

støvsuger, er det muligt at opsamle noget af<br />

dette støv.<br />

Vælg et af skolens kælderrum, hvor der sjældent<br />

luftes ud. Luften fra dette rum suges gennem<br />

et stykke gaze i ca. en halv time. Sug også<br />

luften i et klasselokale gennem gaze i en halv<br />

time. Med en geigertæller undersøges tælletallene<br />

fra de to stykker gaze.<br />

Radon fra undergrunden er den største kilde til<br />

radioaktiv forurening i huse i Danmark. Det er<br />

vigtigt, at fundamenterne forsegles, så radon<br />

ikke kan trænge ind i boligen.<br />

Når et træ eller dyr dør, vil der ikke blive optaget mere carbon-14.<br />

Mængden af carbon-14 i den døde organisme vil nu<br />

mindskes, når de radioaktive carbon-14-atomer omdannes. Ved<br />

at måle indholdet af carbon-14 i en genstand er det derfor<br />

muligt at foretage aldersbestemmelser op til omkring 50 000 år.<br />

Selv om et menneske kun indeholder ca. 10 milliardtedele<br />

gram af carbon-14, er målemetoderne så følsomme, at man<br />

med en ganske lille prøve er i stand til at foretage en præcis<br />

aldersbestemmelse. Det er med denne metode, kulstof-14-<br />

metoden, at ismandens alder er blevet bestemt til 5300 år.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Alderen af arkæologiske genstande kan<br />

bestemmes ud fra indholdet af carbon-14.<br />

Radioaktive stoffer benyttes på hospi<strong>tale</strong>r<br />

til undersøgelse og behandling af mange<br />

sygdomme.<br />

Solsystemets alder<br />

Solsystemet blev antagelig dannet for 4,567 milliarder år siden.<br />

Det ved man, fordi der ikke er fundet noget materiale, der har<br />

en højere alder. Der er fundet mineraler, der er 4,4 milliarder år<br />

gamle, og der er fundet meteoritter, der er endnu ældre. Men de<br />

ældste meteoritter er 4,567 milliarder år gamle. Heller ikke sten<br />

fra Månen er ældre. Derfor mener man i dag, at Solen, Jorden<br />

og planeterne har en alder på 4,567 milliarder år.<br />

Ved denne aldersbestemmelse er der ikke brugt carbon-14,<br />

men andre isotoper med en meget lang halveringstid.<br />

19


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Energi fra kernen<br />

Når en urankerne rammes af en neutron,<br />

kan den fx deles i en barium- og en krypton -<br />

kerne. Ved processen dannes også tre<br />

neutroner, der kan starte en ny fission i en<br />

anden urankerne.<br />

Atombomben<br />

Efter opdagelsen af fissionen indså fysikerne,<br />

at denne proces kunne bruges til en<br />

bombe af uhørt styrke. Der startede nu et<br />

kapløb mellem fysikere fra 2. verdenskrigs<br />

to modstandere. USA var hurtigst. I 1945<br />

kastede USA den første atombombe over<br />

den japanske by Hiroshima, hvor ca. 140 000<br />

omkom pga. eksplosionen. Bomben havde<br />

en styrke, som om 15 000 ton almindeligt<br />

sprængstof var blevet benyttet. Billedet<br />

viser Hiroshima efter eksplosionen.<br />

Ved en kemisk proces, som fx en forbrænding, frigives energi.<br />

Den opstår, når de enkelte grundstoffer forbindes med hinanden<br />

til nye kemiske forbindelser. Ved kerneprocesser dannes<br />

derimod nye grundstoffer. Hvis de nye grundstoffer har<br />

en lavere masse end de oprindelige, frigives meget store energimængder.<br />

Denne metode til frembringelse af energi blev<br />

brugt i de atombomber, der blev kastet over Japan i 1945. Og<br />

metoden benyttes i mange af vore nabolande til elproduktion<br />

i kernekraftværker, der også kaldes atomkraftværker.<br />

I atombomber og kernekraftværker frigives energi, når en<br />

stor atomkerne går i to stykker. Stykkerne bliver til to nye<br />

grundstoffer, der udsendes med stor fart. Ved denne proces<br />

forsvinder der masse, som omdannes til energi.<br />

Fission<br />

I 1938 undersøgte fysikere, hvad der sker, når en neutron rammer<br />

kernen af et grundstof. I næsten alle tilfælde blev der dannet<br />

en anden isotop af grundstoffet. Da turen kom til uran,<br />

opdagede de tyske kemikere Hahn og Strassmann, at der blev<br />

dannet et helt andet stof, nemlig barium. Det kunne ikke<br />

passe, så den kemiske analyse af det bestrålede stof blev gentaget<br />

flere gange. Til sidst måtte de give op: “Der dannes barium<br />

- men vi forstår det ikke!”<br />

To fysikere, Lise Meitner og Otto Frisch, der var gæster ved<br />

Niels Bohr Institutet i København, fandt ud af, hvorfor der<br />

dannedes barium. Kernen med den ekstra neutron spaltes i to<br />

dele. De foreslog at kalde processen fission (spaltning). Hurtigt<br />

blev denne fission kendt blandt flere landes fysikere.<br />

Det viste sig, at der samtidig med spaltningen af urankernen<br />

blev udsendt to eller tre neutroner. Hvis disse neutroner<br />

rammer andre urankerner lige efter den første fission, vil der<br />

udsendes mange flere neutroner. De kan starte en kædeproces,<br />

der hurtigt får flere og flere urankerner til at spaltes.<br />

Processen kan i løbet kort tid udvikle en ufattelig stor energi.<br />

Kernekraft<br />

I mange lande, bl.a. Frankrig, Belgien, Sverige og Tyskland,<br />

produceres en stor del af el-energien på kernekraftværker. I<br />

20


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Opbygning af et kernekraftværk<br />

2009 er der i hele verden omkring 450 kernekraftværker. Her<br />

kommer energien ikke fra en forbrænding, men fra fissionsprocessen.<br />

Det er samme proces som i atombomberne, blot<br />

sker spaltningen af uran-atomerne på kernekraftværkerne<br />

langsomt og på en kontrolleret måde.<br />

Når atomkernen spaltes, frigøres en stor energimængde.<br />

Spaltning af 1 kg uran frigør en energi, der er mere end to millioner<br />

gange større end energien ved forbrænding af 1 kg carbon.<br />

Energien kommer, fordi lidt af massen forsvinder ved processen.<br />

Einsteins berømte formel, E = mc 2 , viser, at der er en<br />

sammenhæng mellem energien, E, og den forsvundne masse, m.<br />

Kernekraftværker<br />

I reaktoren i kernekraftværket på billedet findes omkring<br />

40000 lange, tynde metalrør, der indeholder urandioxid, UO 2 .<br />

Rørene er lavet af en stærk zirconiumlegering, så brændslet<br />

ikke kan komme ud til omgivelserne. Omkring 50 rør er samlet<br />

i et brændselselement. Brændselselementerne befinder sig<br />

i en tryktank, hvor vand under højt tryk strømmer forbi.<br />

Afstanden mellem brændselselementerne er så lille, at der<br />

kan foregå en kædereaktion. Det betyder, at der netop dannes<br />

så mange neutroner ved uran-atomernes spaltning, at de<br />

næste urankerner kan spaltes.<br />

Kernekraftværk<br />

100 km syd for grænsen mellem Danmark og<br />

Tyskland, ligger kernekraftværket Brokdorf.<br />

Det producerer en elektrisk effekt på næsten<br />

1500 megawatt. Til sammenligning bruger<br />

hele Danmark en effekt omkring 5000 MW.<br />

Energien fra kraftværket dannes i en reaktor,<br />

der indeholder ca. 100 ton uranholdigt<br />

brændsel.<br />

21


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Energi fra uran<br />

I en reaktor kan 1 kilogram uran som<br />

brændsel give en energimængde på<br />

81 · 10 12 joule, hvor 1 kg carbon ved forbrænding<br />

giver 2 millioner gange mindre<br />

energi. Energien fra de 1000 gram uran<br />

opstår, fordi uran-atomerne omdannes til<br />

andre grundstoffer, som samlet har en<br />

masse tæt på 999 gram. Der forsvinder en<br />

masse på kun 0,9 gram. Under normal<br />

drift omdannes ca. 2 gram uran hver dag<br />

i en stor reaktor.<br />

Einsteins formel E=mc 2 , viser, at der<br />

opstår energi, E, når der forsvinder masse,<br />

m. Symbolet c er lysets fart, 3 · 10 8 m/s.<br />

Med 0,9 g forsvundet stof findes E = mc 2 =<br />

(0,0009 kg) · (3 · 10 8 m/s) 2 = 81 · 10 12 joule.<br />

Nyttige oplysninger<br />

En fission sker, når en urankerne rammes<br />

af en neutron og derpå spaltes til to mindre<br />

atomkerner.<br />

Ved en fission dannes meget store mængder<br />

energi.<br />

Kernekraftværker udnytter fission.<br />

Mellem brændselselementerne er der kontrolstænger. Når<br />

en neutron rammer en kontrolstang, fanges neutronen, så<br />

den ikke kan deltage i kædeprocessen. Ved at trække kontrolstængerne<br />

ud eller ind kan mængden af frie neutroner reguleres.<br />

På denne måde styres kædeprocessen.<br />

Den dannede energi ved fissionen opvarmer vandet, som<br />

bruges til at producere damp i et andet kredsløb med lavere<br />

tryk. Dampen driver nogle turbiner og generatorer, der producerer<br />

elektricitet. Denne del af kernekraftværket virker som<br />

et helt almindeligt kraftværk.<br />

Der er gjort meget for at undgå udslip i tilfælde af uheld.<br />

Reaktorens tryktank er lavet af stål med en tykkelse på 25 cm.<br />

Bygningen omkring reaktoren har tykke betonvægge beklædt<br />

med stål på indersiden. Desuden findes en række filtre, som<br />

kan tilbageholde radioaktive stoffer, hvis der ved en fejl skulle<br />

slippe noget ud af selve reaktortanken.<br />

Kopiark 1.13 og 1.14<br />

Affald fra kernekraftværker<br />

Der er en række problemer ved udnyttelse af kernereaktorer.<br />

De grundstoffer, der dannes ved fissionen, er stærkt radioaktive.<br />

Desuden skaber neutronbestrålingen af uran nogle stoffer<br />

med en meget lang halveringstid. Derfor skal det brugte<br />

kernebrændsel isoleres fra omgivelserne i mange år. Affaldet<br />

er farligt, men til gengæld er mængden ikke stor. Et års drift<br />

af et kernekraftværk medfører nogle få kubikmeter radioaktivt<br />

materiale.<br />

Når et brændselselement har været brugt i omkring fire år,<br />

er uranindholdet blevet for lavt til, at processen kan fortsætte.<br />

Elementet skal udskiftes. De brugte brændselselementer indeholder<br />

stærkt radioaktive stoffer. Det meste, 95 %, kan bruges<br />

som brændsel i særlige reaktorer.<br />

I nogle lande, bl.a. Frankrig og England, bliver affaldet<br />

behandlet kemisk, så de farligste stoffer fjernes. Disse stoffer<br />

skal deponeres i flere hundrede år. I andre lande, bl.a. Sverige,<br />

Finland og USA, deponeres alt affaldet et sted, hvor stoffet<br />

ikke forventes at komme op til overfladen i mange hundrede<br />

år. De radioaktive stoffer smeltes ind i glas. I Sverige anbrin -<br />

ges affaldet 500 m under overfladen i et område med grundfjeld.<br />

22


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Kædereaktion<br />

Kædereaktionsapparatet med tændstikker giver<br />

et indtryk af processen i en reaktor. En brændende<br />

tændstik et sted i apparatet vil sætte ild<br />

til sine to nabotændstikker. Med nogle metalstifter<br />

er det muligt, som med kontrolstænger i<br />

en reaktor, at bremse kædeprocessen.<br />

Kædereaktionsapparatet anbringes i et forsøgsstativ<br />

og fyldes med tændstikker. Anbring seks<br />

stifter i apparatet. Tænd en af tændstikkerne.<br />

Hvor længe varer det, inden den sidste tændstik<br />

tændes Gentag eksperimentet med 12 stifter.<br />

Er kernekraft farlig<br />

Ja, kernekraft er farlig. Men det er alle andre former for energiproduktion<br />

også. Skal man tage stilling til brug af kernekraft<br />

må fordele og ulemper vejes op mod hinanden. Hvad er<br />

værst for samfundet: Risikoen for et udslip af radioaktivt<br />

materiale, der vil forårsage mange kræftdødsfald, eller en fortsat<br />

brug af fossile brændstoffer med udledning af carbondioxid<br />

til atmosfæren og brug af naturresurser, der bedre<br />

kunne bruges til andre formål Det er et svært spørgsmål, for<br />

der skal sammenlignes forhold, som ikke umiddelbart er<br />

nemme at sammenligne.<br />

Et radioaktivt udslip har en meget lille sandsynlighed for<br />

at ske, men konsekvenserne kan blive store. Den fortsatte<br />

brug af fossile brændstoffer vil ændre atmosfærens egenskaber<br />

og bidrage til risikoen for krige, når oliefelter og kulminer<br />

er ved at være tomme. Det bliver et vanskeligt problem at tage<br />

stilling til.<br />

23


CAFE KOSMOS<br />

RADIOAKTIVITET<br />

OG DIN KROP<br />

Radioaktive stoffer skal opbevares sikkert. Affald fra<br />

kernekraftværker skal gemmes i mere end tusind år.<br />

Hvorfor er stråling fra radioaktive stoffer farlig Hvad<br />

sker i din krop, når du udsættes for ioniserende stråling<br />

I en strålekanon kan<br />

en farlig svulst dræbes med<br />

ioniserende stråling.<br />

den afhænger også af bestrå -<br />

lingstypen, og hvor kroppen bestrå -<br />

les. Bestråling af kønsorganerne er<br />

meget farli gere end bestråling af<br />

fx fødderne.<br />

Man måler en strålings skadevirk -<br />

ning i enheden sievert, der er op -<br />

kaldt efter den svenske fysiker Rolf<br />

Sievert. Enheden forkortes Sv. En<br />

sievert er en stor enhed, derfor<br />

bruger man ofte enheden millisie -<br />

vert. En millisievert, der forkortes<br />

mSv, er en tusindedel sievert.<br />

Vi udsættes alle for stråling. En<br />

dansker får i gennemsnit ca. 3 mSv<br />

pr. år. For en vestjyde er dosis<br />

lavere, men bor man på Bornholm<br />

kan dosis være højere. Bor man i et<br />

hus, hvor der siver radon ind i<br />

kælderen, kan dosis blive en del<br />

højere. Ved flyvning udsættes man<br />

for meget stråling. I den højde,<br />

hvor passagerfly bevæger sig, er<br />

strålingen næsten 100 gange<br />

højere end ved jordoverfladen.<br />

Når stråling fra radioaktive stoffer<br />

rammer kroppens atomer, dannes<br />

der ioner. De kemiske bindinger i<br />

molekylerne rives over. Disse<br />

ændringer i kroppens celler kan<br />

være skadelige. Hvis strålingen<br />

rammer og ødelægger cellernes<br />

DNA, kan den beskadigede DNAstreng<br />

ikke længere fungere efter<br />

hensigten. Det kan få alvorlige<br />

konsekvenser. Hvis strålingen er<br />

meget kraftig, vil den være dræ -<br />

bende. Hvis strålingen er kraftig,<br />

men uden at være dræbende, er<br />

risikoen for senere at få en alvorlig<br />

kræftsygdom blevet forøget. Men<br />

hvor farlig er strålingen sammenlignet<br />

med andre af de farer, vi<br />

ellers er udsat for<br />

STRÅLINGENS STYRKE<br />

Skadevirkningen fra den ionise -<br />

rende stråling afhænger især af<br />

den energi, der afsættes i kroppen,<br />

når strålingen bremses. Men ska -<br />

24<br />

Disse ca. 3 mSv pr. år er ikke en far -<br />

lig dosis. Personer, der arbejder<br />

steder, hvor der er risiko for strå -<br />

ling, fx hospitalspersonale ved rønt -<br />

genanlæg, må ikke få en dosis, der<br />

er over 20 mSv/år. Den dødelige<br />

dosis ved kortvarig bestråling er<br />

omkring 4 Sv, dvs. 4000 mSv.<br />

BESTRÅLING AF KROPPEN<br />

Vi har alle kalium i kroppen. En af<br />

kaliums isotoper er radioaktiv. Vi<br />

får derfor alle en årlig strålingsdosis<br />

på omkring 0,4 mSv fra de<br />

radioaktive stoffer i kroppen. Jo r -<br />

den under os og himlen over os<br />

giver også en bestråling. Når der i<br />

en periode er kraftig aktivitet på<br />

Solen, modtager vi en øget strå -<br />

ling.


CAFE KOSMOS<br />

aktive stoffer. En årsag kan være<br />

angsten for en gentagelse af de<br />

frygtelige situationer ved de to<br />

atombombeeksplosioner i Japan i<br />

1945. Skal man vurdere risikoen for<br />

en bestemt hændelse, må man<br />

både se på sandsynligheden for, at<br />

den sker, og på konsekvenserne af<br />

hændelsen. Ved bestråling i<br />

forbindelse med kernekraftulykker<br />

kan konsekvenserne blive meget<br />

store, men sandsynligheden for at<br />

en ulykke sker er meget lille.<br />

I rumstationen udsættes astronauterne for stor bestråling.<br />

De største bidrag til bestrålingen af<br />

kroppen kommer fra røntgenundersøgelser<br />

og fra udstrømmende<br />

radon fra jorden. Et røntgenbillede<br />

hos tandlægen giver en dosis på<br />

omkring 0,03 mSv, men en større<br />

røntgenundersøgelse kan give en<br />

dosis, der er lige så stor som den<br />

samlede årlige dosis fra alle andre<br />

strålekilder.<br />

Store doser gives til kræftsyge<br />

patienter. Med strålekanoner kan<br />

man sigte på en kræftsvulst og give<br />

den en så stor dosis, at kræftcel -<br />

lerne dør. Desværre vil det omlig -<br />

gende væv også blive beskadiget.<br />

I 1986 skete en alvorlig ulykke på et<br />

kernekraftværk i Tjernobyl i Rus -<br />

land. Der skete en fejlbetjening, så<br />

reaktoren blev kraftigt opvarmet<br />

og sprang i luften. 32 personer<br />

døde. De fleste pga. den bestråling<br />

de fik under brandslukningen og<br />

det følgende redningsarbejde. Det<br />

radioaktive stof, der slap ud ved<br />

eksplosionen, bevirker, at mange<br />

sene re vil dø af kræftsygdomme.<br />

Der er ikke meget viden om konsekvenserne<br />

af små strålingsdoser.<br />

Det er et område, hvor der ikke kan<br />

udføres eksperimenter. Selv om<br />

man kender de doser, en række<br />

personer har modtaget, er det ikke<br />

muligt at finde ud af, om strålingen<br />

giver en øget kræftrisiko. Da<br />

ca. 25 000 danskere hvert år ram -<br />

mes af en kræftform, er det ikke<br />

muligt at se, om det er 1, 10 eller<br />

100 tilfælde, der skyldes en tid lige -<br />

re bestråling.<br />

RISIKO OG SANDSYNLIGHED<br />

Der er stor nervøsitet for konsekvenserne<br />

af bestråling fra radio -<br />

Skal man undgå skader på sin krop,<br />

er det vigtigere at undgå tobak,<br />

alkohol, stoffer og fed mad. Her<br />

findes en veldokumenteret viden<br />

om de skadelige konsekvenser. Der<br />

er således bred enighed om, at<br />

tobaksrygning er årsag til omkring<br />

12000 kræfttilfælde hvert år. Men<br />

om kroppen har modtaget 3 eller<br />

5 mSv hvert år kan ikke opdages i<br />

syge statistikkerne.<br />

Personer, der i deres arbejde har<br />

en risiko for at blive påvirket af<br />

ioniserende stråling, skal bære et<br />

dosimeter på kroppen. Filmen i<br />

dosimetret vil efter fremkaldelse vise<br />

størrelsen af den stråling, personen<br />

har modtaget.<br />

25


DET VED DU NU OM ATOMFYSIK<br />

ATOMER OG ANDRE SMÅTING<br />

Et atom består af en atomkerne<br />

omgivet af elektroner.<br />

Når en elektron springer fra en<br />

skal til en anden, der er<br />

nærmere kernen, udsendes lys<br />

med en bestemt farve.<br />

Atomkernen indeholder positivt<br />

ladede protoner og neutrale<br />

neutroner.<br />

Antallet af protoner i et atom<br />

er det samme som grundstoffets<br />

nummer i det periodiske<br />

system.<br />

Atomerne i et grundstofs<br />

isotoper har samme antal<br />

protoner, men forskelligt antal<br />

neutroner i atomkernen.<br />

RADIOAKTIVITET<br />

RADIOAKTIVITET I BRUG<br />

Alderen af arkæologiske genstande<br />

kan bestemmes ud fra<br />

indholdet af carbon-14.<br />

Radioaktive stoffer benyttes på<br />

hospi<strong>tale</strong>r til undersøgelse og<br />

behandling af mange sygdomme.<br />

ENERGI FRA KERNEN<br />

Der findes tre typer stråling<br />

fra radioaktive stoffer, alfa-,<br />

beta- og gammastråling.<br />

Alfastråling er positivt ladede<br />

heliumkerner.<br />

Betastråling er negativt ladede<br />

elektroner.<br />

Gammastråling er elektromagnetisk<br />

stråling udsendt fra<br />

kernen.<br />

Efter et alfa- eller betahenfald<br />

omdannes atomet til et nyt<br />

grundstof.<br />

Når der er gået en halverings -<br />

tid, er der kun den halve<br />

mængde af det radioaktive<br />

stof tilbage.<br />

26<br />

En fission sker, når en<br />

urankerne rammes af en<br />

neutron og derpå spaltes til<br />

to mindre atomkerner.<br />

Ved en fission dannes meget<br />

store mængder energi.<br />

Kernekraftværker udnytter<br />

fission.


PRØV DIG SELV<br />

KAN DU HUSKE<br />

FORSTÅR DU<br />

Hvad er forskellen på<br />

isotoperne af et grundstof<br />

14<br />

Hvad betyder tallet 14 i 6 C<br />

Hvad er carbon-14-metoden<br />

Hvor mange protoner er<br />

der i et aluminium-atom<br />

Hvad er forskellen på protoner<br />

og neutroner<br />

Hvad hedder de tre former for<br />

radioaktivitet<br />

Hvad sker der, når en elektron<br />

falder ind i en bane, der er<br />

tættere på atomkernen<br />

Hvad er tungest, en neutron<br />

eller en elektron<br />

Hvad er tungt vand<br />

Hvad er et radioaktivt stofs<br />

halveringstid<br />

UDFORDRING<br />

Beskriv, hvad der sker i en<br />

kernereaktor.<br />

Hvor mange neutroner er<br />

19<br />

der i 9 F<br />

Hvad er forskellen på<br />

processerne i en atombombe og<br />

i en kernereaktor<br />

Hvorfor dannes der ikke et nyt<br />

grundstof, når der udsendes<br />

gammastråling<br />

27


KAPITEL 2<br />

Himmel


og jord<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

FRA UNIVERSET TIL DIG<br />

VIND OG VEJR<br />

JORDEN UNDER DIG<br />

FRA DIG TIL ATOMERNE<br />

CAFE KOSMOS: SORTE HULLER OG MØRKT STOF<br />

Vores hverdag beskrives med længder fra millimeter til kilometer,<br />

med tider fra sekunder til år og med masser fra gram til ton. Men<br />

uden for Jorden og inde i dig findes størrelser, der ikke kan måles<br />

og forstås ud fra det, vi er vant til i det daglige.<br />

Ser vi ind i atomernes verden, finder vi masser, som i kilogram er<br />

så små, at der er 30 nuller efter kommaet. Og ser vi ud i Universet<br />

er der afstande, som skrevet i meter har 25 cifre. Lyset fra galaksen<br />

på billedet har været mere end 1 000 000 000 000 000 sekunder<br />

om at nå ned til os.<br />

Hvad er Big Bang<br />

Hvorfor er Jordens indre glødende<br />

Hvor langt er der til Solen<br />

Hvorfor føles det koldere om vinteren, når det blæser<br />

Hvad er en gejser<br />

Hvorfor drejer luften rundt om et sted med lavtryk<br />

Hvad er kontinentaldrift<br />

29


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Fra Universet til dig<br />

Når man om natten kigger op mod himlen uden at bruge kikkert,<br />

kan man se mere end tusind stjerner. Det er dog kun en<br />

meget lille del af Universets mange stjerner, for der findes milliarder<br />

af galakser, dvs. store samlinger af stjerner, hver med<br />

milliarder af stjerner. Og omkring mange af disse stjerner<br />

kredser planeter, nogle måske som vores Jord.<br />

Guldet i øreringene er skabt i de få sekunder<br />

for mange milliarder år siden, da en stjerne<br />

faldt sammen i en supernovaeksplosion.<br />

Big Bang på fjernsynsskærmen<br />

Undertiden kan man på tv-skærmen se en<br />

masse tilfældigt blinkende pletter. De kommer,<br />

når fjernsynet er indstillet på en kanal,<br />

som ikke sender. Mange af pletterne er<br />

rester af lys fra dengang, Universet kun var<br />

400 000 år gammelt. På det tidspunkt havde<br />

Universet udvidet sig så meget, at der var<br />

plads mellem atomerne til, at lys kunne<br />

bevæge sig. Universet blev gennemsigtigt.<br />

Dette ”gamle lys” har i dag en farve, der<br />

ikke kan ses med øjnene. Lyset har nu<br />

samme bølgelængde som fjernsynssignaler.<br />

Det er ved at se på Universet med instrumenter,<br />

der kan måle disse bølgelængder, at<br />

astronomerne har bestemt den tid, der er<br />

gået siden Big Bang.<br />

Det hele begynder<br />

Undersøger man lyset fra fjerne galakser, viser det sig, at de alle<br />

bevæger sig væk fra os. Det kan man se på lyset, der ændrer<br />

bølgelængde, dvs. farve, når galaksen bevæger sig. Det kaldes<br />

dopplereffekten. Det er den effekt, som får lyden fra en ambulance,<br />

der kører forbi, til at ændre frekvens, dvs. tone. Men når<br />

alt bevæger sig væk fra os, må det tidligere have ligget tættere<br />

sammen.<br />

Astronomerne er i dag enige om, at Universet opstod for<br />

13,7 milliarder år siden. Denne skabelse har fået navnet Big<br />

Bang. Fra et mikroskopisk lille univers er der siden sket en fort -<br />

sat udvidelse. Alt det, der i dag er galakser, stjerner og planeter,<br />

stammer fra den energi, som på en eller anden måde blev<br />

udløst ved Big Bang.<br />

Hvor kommer atomerne fra<br />

Få sekunder efter Big Bang, blev de første atomkerner dannet.<br />

Og efter bare 10 minutter var dannelsen af atomkerner slut.<br />

Der fandtes næsten kun hydrogen- og heliumkerner, der er de<br />

to første grundstoffer i det periodiske system.<br />

Der gik nu omkring 400 millioner år, inden de første stjerner<br />

blev dannet som “klumper” af hydrogen og helium. Når<br />

disse klumper blev tilstrækkelig store, steg temperaturen i<br />

midten så meget, at to atomkerner, der ramte hinanden,<br />

kunne smelte sammen og blive til en større kerne. Der blev på<br />

den måde dannet kerner af grundstoffer med et højere nummer<br />

i det periodiske system. Gennem mange millioner år blev<br />

der nu dannet tungere kerner i stjernernes indre. Ved denne<br />

dannelse udvikledes energi, som fik stjernerne til at lyse.<br />

Når en stor stjerne, en sol, bliver gammel og har brugt sin<br />

energi, kan den falde sammen. I løbet af få sekunder skrum-<br />

30


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

per stjernen til måske en tusindedel af sin oprindelige størrelse.<br />

Efter denne sammentrækning følger en voldsom eksplosion.<br />

På kort tid udsendes samme mængde energi, som stjernen<br />

har udsendt i hele sit foregående liv på måske en milliard<br />

år. Den eksploderende stjerne kaldes en supernova.<br />

Supernovaeksplosioner er sjældne i Mælkevejen, den ga -<br />

lakse Jorden befinder sig i. Her har der været kun været få<br />

supernovaer, som kunne ses uden kikkert. De seneste har<br />

været i 1054, 1181, 1574 og 1604.<br />

Ved en supernovaeksplosion bliver der så varmt i stjernens<br />

indre, at mange atomkerner “smelter sammen” til større. Alle<br />

det periodiske systems tunge grundstoffer dannes således i løbet<br />

af meget kort tid. De fleste af disse stoffer slynges ud i omgivelserne<br />

som støv, der senere kan blive en del af nye stjerner.<br />

Få minutter efter Big Bang dannedes de lette grundstoffer<br />

hydrogen og helium. Alle andre grundstoffer kommer fra<br />

stjernerne. Det er underligt at tænke på, at alle metaller her på<br />

Jorden er dannet i stjerner, der er forsvundet længe inden,<br />

vores stjerne, Solen, blev dannet. Guld og andre tunge grundstoffer<br />

er dannet i det korte øjeblik, hvor der sker en supernovaeksplosion.<br />

Mange af de stoffer, der blev dannet ved denne eksplosion,<br />

var radioaktive. De radioaktive stoffer, man finder på vores<br />

Jord, blev skabt i en stjerne, der eksploderede, længe inden Sol -<br />

systemet opstod.<br />

Astronomiske afstande<br />

I hverdagen kan næsten alle fænomener beskrives med afstande<br />

mellem millimeter og kilometer. Men disse enheder slår<br />

slet ikke til, når man begiver sig ud i Universet. Astronomerne<br />

bruger to længdeenheder, en astronomisk enhed og et lysår.<br />

En astronomisk enhed er afstanden fra Solen til Jorden.<br />

Den længdeenhed benyttes, når afstande i Solsystemet skal<br />

beskrives. Afstanden fra Jorden til Månen er 0,0026 astronomiske<br />

enheder. Afstanden fra Solen til den fjerneste planet,<br />

Neptun, er 30 astronomiske enheder.<br />

Et lysår er den afstand, lyset bevæger sig på et år. I<br />

Solsystemet er det ikke en fornuftig enhed. Fra Månen til<br />

Jorden bruger lyset kun 1,3 sekund, mens sollyset når os på<br />

lidt over 8 minutter.<br />

Tycho Brahe<br />

Tycho Brahe, dansk astronom (1546-1601).<br />

Brahe beskrev supernovaen fra 1574 og viste,<br />

at den lå langt uden for Solsystemet. Gennem<br />

mange år foretog Brahe målinger af Mars’<br />

position. Målingerne var med til at vise, at<br />

Solen er centrum i Solsystemet.<br />

Den astronomiske enhed<br />

og lysåret<br />

En astronomisk enhed er Jordens gennemsnitlige<br />

afstand fra Solen. Afstanden er<br />

150 millioner kilometer eller 150 · 10 9 m.<br />

Jordens omkreds er 40 000 km. Det er<br />

næsten 4000 gange mindre end afstanden<br />

til Solen.<br />

Et lysår er den længde lyset bevæger<br />

sig på et år. Et lysår er 9,5 · 10 15 m. Det er<br />

ca. 60 tusind astronomiske enheder.<br />

31


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Afstand til<br />

Solen<br />

Afstand til<br />

Neptun<br />

Afstand til<br />

nærmeste<br />

stjerne<br />

Afstand til<br />

Mælkevejens<br />

centrum<br />

Afstand til<br />

nærmeste<br />

galakse<br />

Afstand til<br />

fjerneste<br />

galakse<br />

læ<br />

I denne figur bliver afstanden 10 gange større,<br />

hver gang man går en enhed ud ad aksen.<br />

Den afbildning er fornuftig at bruge for at vise<br />

de meget store afstande i Universet. Den nærmeste<br />

stjerne ligger 4,5 lysår fra Solen. Der er<br />

13 milliarder lysår til de fjerneste galakser.<br />

Den gule stjerne ser ud, som om den har<br />

bevæget sig på det halve år, Jorden har brugt<br />

på turen omkring Solen. Stjernens afstand kan<br />

findes ud fra denne flytning.<br />

Afstanden til stjernerne<br />

Lukker man skiftevis det ene og det andet øje, ser man lidt<br />

forskellige billeder. Man ser på tingene i lidt forskellige retninger.<br />

Denne retningsforskel kan bruges, når afstanden til<br />

en stjerne skal findes. Fordi Jorden bevæger sig rundt om<br />

Solen, er retningen til en stjerne lidt forskellig, når astronomer<br />

med et halvt års mellemrum ser mod den.<br />

Forskellen i retningen er ikke stor. Den danske astronom<br />

Tycho Brahe mente ikke, at Jorden kunne bevæge sig rundt<br />

om Solen, fordi hans målinger ikke viste en retningsforskel til<br />

stjernerne. Brahe havde i 1590 ikke nogen kikkert. Det fik<br />

man først i 1609. Ingen kunne dengang tro, at stjernerne lå så<br />

langt fra Jorden, at retningen til dem ikke ændrede sig i løbet<br />

af året.<br />

I 1838 blev kikkerterne så gode, at afstanden til de nærmeste<br />

stjerner kunne findes ud fra ændringen i sigteretningen<br />

på et halvt år. I dag kan man på denne måde finde afstanden<br />

til de 100 000 nærmeste stjerner i Mælkevejen.<br />

Afstanden til fjerne galakser findes på andre måder. En af<br />

måderne er at bruge dopplereffekten. Denne effekt siger noget<br />

om, hvordan farven af lyset ændrer sig, når stjernen bevæger<br />

sig. En stjernes fart er større, jo længere den er væk fra os.<br />

Dopplereffekten er derfor størst for de fjerneste stjerner.<br />

Kopiark 2.1 og 2.2<br />

32


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

EKSPERIMENT<br />

Dobbeltstjerner<br />

Mange af stjernerne i Mælkevejen er dobbeltstjerner,<br />

dvs. to stjerner, der kredser rundt om<br />

hinanden. Stjernen i knækket på vognstangen i<br />

Karlsvognen er en dobbeltstjerne. Hvis planeten<br />

Jupiter havde været ca. 80 gange tungere, ville<br />

temperaturen i midten have været så stor, at<br />

Jupiter var blevet en lysende stjerne. Vi ville så<br />

have haft en lille og en stor sol på himlen.<br />

To små pærer sættes tæt sammen og tændes.<br />

I forskellige afstande undersøges, om pærerne<br />

ses som en eller to lysende pletter. Prøv igen,<br />

når pærerne rykkes tættere sammen. Prøv også<br />

om pærerne på lang afstand kan ses som to,<br />

når de betragtes gennem en kikkert. Kan man<br />

på lang afstand se, når den ene pære flyttes<br />

om bag den anden<br />

En lang tur<br />

Inden for naturvidenskaben er det forkert at sige, at noget<br />

aldrig vil kunne foregå. Historien har vist, at fænomener, som<br />

man troede var umulige, alligevel lod sig gøre. Men det er<br />

trods alt meget usandsynligt, at fremmede solsystemer nogensinde<br />

vil få besøg af mennesker fra Jorden. Det er for lang en<br />

tur.<br />

Det hurtigste rumskib har bevæget sig med 15 km/s. Det<br />

hurtigste bemandede rumskib har haft en fart på 11 km/s.<br />

Selv om det skulle være muligt at opnå en fart, der er 100<br />

gange større, vil en tur til den nærmeste stjerne vare mere end<br />

100 år. Så det vil være oldebørn af astronauternes oldebørn,<br />

der engang i fremtiden ville komme tilbage til Jorden. Men<br />

computerstyrede robotter udstyret med forskellige måleinstrumenter<br />

vil måske kunne klare de lange afstande til fremmede<br />

solsystemer.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Universet blev skabt ved Big Bang for<br />

13,7 milliarder år siden.<br />

Universet har udvidet sig siden Big Bang,<br />

og det vil fortsætte med at udvide sig i lang<br />

tid.<br />

Alle hydrogen- og heliumkerner i Universet<br />

er skabt kort tid efter Big Bang.<br />

Når en stor stjerne har brugt de lette grundstoffer<br />

som brændstof, kan den falde sammen<br />

ved en supernovaeksplosion.<br />

Alle grundstoffer på Jorden, bortset fra<br />

hydrogen og helium, er skabt i det indre af<br />

stjerner, der nu er forsvundet.<br />

33


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Vind og vejr<br />

På turen fra verdensrummet og ned til os passeres atmosfæren,<br />

hvor vejret dannes. Temperatur, tryk og fugtighed i atmosfæren<br />

styrer vejret.<br />

Tør luft<br />

Fugtig luft<br />

–10 °C<br />

8 °C 15 °C<br />

For at vand kan fordampe, skal der tilføres<br />

energi. Den energi frigøres igen, når vanddampen<br />

bliver til væske. Når fugtig luft bevæger<br />

sig op, falder temperaturen, og vanddampen<br />

fortættes til regn. Når den tørre luft derefter<br />

bevæger sig ned på den anden side af bjerget,<br />

stiger temperaturen mere, end den faldt på<br />

opturen. Det skyldes, at der nu ikke længere er<br />

så meget vanddamp i luften. På den ”tørre”<br />

side af bjerget kommer en såkaldt varm fønvind.<br />

Vejr og klima<br />

Luften over os er aldrig i ro. På steder, hvor Solen skinner, varmes<br />

luften op. Så bliver luften lettere, fordi den udvider sig<br />

ved opvarmningen. Den lette luft vil stige til vejrs. Nogle steder<br />

i luften fordamper vanddråber, andre steder fortættes<br />

vanddampen. Når vanddampen bliver til ganske små dråber,<br />

dannes skyer. Bliver dråberne store, kan det give regn.<br />

Klimaet – før og nu og i fremtiden<br />

Der er ingen tvivl om, at temperaturen på Jorden i disse år er<br />

stigende. Mange mener, at stigningen er menneskeskabt. Den<br />

store udledning af CO 2 har øget drivhuseffekten, og det kan<br />

være årsagen til den globale opvarmning.<br />

I fortiden, hvor der ikke var nogen menneskeskabt udledning<br />

af drivhusgasser, har Jordens temperatur ændret sig tit<br />

og meget. Der har været perioder, hvor isen dækkede kloden<br />

helt til Ækvator. Disse perioder kaldes sneboldjorden. Der har<br />

også været perioder, hvor temperaturen har været meget højere<br />

end i dag.<br />

Istider, hvor store dele af kloden er isdækket, er tilsyneladende<br />

den mest almindelige situation. Istiderne kommer normalt<br />

med ca. 120 tusind års mellemrum. Derpå følger en varm<br />

periode, en mellemistid, på normalt 10-12 tusind år. Den forrige<br />

istid sluttede for 11700 år siden, så vi lever antagelig i<br />

slutningen af en varm mellemistid.<br />

Man kan ud fra kilometerdybe iskerneboringer på Grøn -<br />

land og Antarktis sige noget om temperatur, nedbør og vindretning<br />

de sidste 200000 år. I sammenligning med denne<br />

lange periode har klimaet været usædvanlig stabilt i 1900-tallet.<br />

Klimaændringer som de nuværende er normale, når man<br />

ser på klimaet i en lang periode. Jordaksens hældning, Solens<br />

aktivitet og vores position i Mælkevejen er faktorer, der også<br />

påvirker klimaet.<br />

34


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Søbrise og landbrise<br />

På varme sommerdage med klart vejr blæser der ofte en svag<br />

vind fra vandområder ind mod land. Det kaldes en søbrise.<br />

Den kommer også på dage, der ellers er helt vindstille.<br />

Selv om solen skinner lige meget over land og vand, opvarmes<br />

jorden hurtigst. Det kræver nemlig mere energi at opvarme<br />

vand end at opvarme jord. Derfor stiger jordens temperatur<br />

hurtigere end vandets. Når landjorden opvarmes, vil luften<br />

over jorden også opvarmes og stige til vejrs. Der vil derfor<br />

trække en kølig vind fra vandområdet ind mod land. Det har<br />

altså også en fysisk årsag, når det er rart at være ved stranden<br />

på en varm dag.<br />

Søbrisen kommer normalt sidst på dagen, fordi der skal<br />

have været solskin i flere timer, før søbrisen kan dannes. Om<br />

natten er det lige omvendt. Temperaturen på landjorden falder<br />

hurtigere end i vandet. Derfor går den såkaldte landbrise<br />

den modsatte vej, fra land mod vand.<br />

Land<br />

Land<br />

Søbrise<br />

Landbrise<br />

Hav<br />

Hav<br />

Fronter giver nedbør<br />

Når en varm vind bevæger sig mod et område med kold luft,<br />

opstår en varmfront. Det er grænsen mellem den varme og<br />

kolde luft. Når en kold vind bevæger sig mod et område med<br />

varm luft, opstår en koldfront. Luften bliver ikke blandet ved<br />

fronterne. Den kolde luft er tungest og vil derfor trænge ind<br />

under den varme luft, der skubbes op. Herved falder temperaturen<br />

i den varme luft, så den ikke kan rumme så meget vanddamp<br />

som før. Dampen fortættes og falder som regn. Når en<br />

front passerer Danmark, kommer der ofte regnvejr.<br />

Tryk<br />

Luftens tryk er normalt 101 325 pascal.<br />

Trykenheden pascal forkortes Pa.<br />

Massen af luften over en kvadratmeter på<br />

jordoverfladen er omkring 10 000 kg eller<br />

10 ton. Lufttrykket svarer til vægten af den<br />

luftsøjle, der findes over netop en kvadratmeter<br />

på jorden. Et tryk er størrelsen af<br />

kraften pr. areal. Luftens tryk er altså<br />

omkring 101 325 newton pr. kvadratmeter.<br />

Højtryk og lavtryk<br />

Vejret afhænger meget af lufttrykket. Det kan variere mellem<br />

ca. 97000 Pa og 105000 Pa. Omkring et område med lavt<br />

tryk, et lavtryk, er der vinde. Luft fra omgivelserne vil søge<br />

mod områder med lavtryk, men luften bevæger sig ikke lige<br />

mod lavtrykkets centrum. Luften ved overfladen bevæger sig<br />

rundt om lavtrykket. Står man med ryggen mod vinden, ligger<br />

lavtrykket lidt fremad og til venstre. Denne spiralbevægelse<br />

skyldes Jordens rotation. På den sydlige halvkugle bevæger<br />

vinden sig den modsatte vej rundt om et lavtryk.<br />

Når der er højtryk i Danmark om sommeren, bliver vejret<br />

35


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

varmt og solrigt. Om vinteren giver højtryk normalt klart vejr<br />

med frost.<br />

Kopiark 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 og 2.8<br />

Vinden bevæger sig rundt om lavtryk. Lige<br />

midt i et lavtryk er der ingen vind.<br />

Vindens fart/<br />

(m/s)<br />

0-0,2<br />

0,3-1,5<br />

1,6-3,3<br />

3,4-5,4<br />

5,5-7,9<br />

8,0-10,7<br />

10,8-13,8<br />

13,9-17,1<br />

17,2-20,7<br />

Betegnelse<br />

Stille<br />

Næsten stille<br />

Svag vind<br />

Let vind<br />

Jævn vind<br />

Frisk vind<br />

Hård vind<br />

Stiv kuling<br />

Hård kuling<br />

Det føles koldt, når vinden blæser<br />

I vejrudsigten kan man om vinteren fx høre, at temperaturen<br />

vil blive –5 °C, men at det vil føles som –16 °C. Det skyldes<br />

chill-effekten. Ordet chill er engelsk og betyder afkøle.<br />

Står man udenfor en vinterdag, hvor det er blæsevejr, vil<br />

kroppen afgive mere varme til luften, end på dage med vindstille.<br />

Når kroppen afkøles af blæsten, føler man, at det er koldere,<br />

end termometret viser. Dette forhold kaldes chill-effekten.<br />

I stille vejr vil luften tæt ved kroppen isolere, så kroppen kun<br />

afgiver lidt varme til omgivelserne. Når denne isolering blæses<br />

væk, vil kroppen afgive mere varme. Så føles det koldere.<br />

Når vindens fart er 6 m/s, dvs. jævn vind, vil en lufttemperatur<br />

på –5 °C føles, som om temperaturen var –16 °C.<br />

En dyne af skyer<br />

I klart vejr uden skyer vil Solens stråler nå ned til jorden, der<br />

bliver varmet op. Men energien går også den anden vej. Om<br />

natten stråler jorden energi op mod himlen. Så falder temperaturen<br />

på overfladen. Er der skyer, vil de ligge som en dyne,<br />

der mindsker udstrålingen. Når skyerne mangler, er udstrålingen<br />

stor. Derfor bliver det meget koldt på stjerneklare nætter<br />

om vinteren.<br />

Kopiark 2.9 og 2.10<br />

20,8-24,4<br />

24,5-28,4<br />

28,5-32,6<br />

Over 32,7<br />

Stormende kuling<br />

Storm<br />

Stærk storm<br />

Orkan<br />

Vejrudsigter og sommerfugle<br />

På meteorologiske stationer overalt på kloden måles temperatur,<br />

tryk og vindhastighed. Flere steder sendes hver dag balloner<br />

op gennem atmosfæren for at lave målinger i forskellige<br />

højder. Der foretages radarmålinger, der kan vise, hvor der falder<br />

nedbør. Satellitter kredser omkring Jorden og sender billeder<br />

af skyernes bevægelse og målinger af jordoverfladens<br />

temperatur ned til meteorologerne.<br />

I store computere benyttes alle disse oplysninger til at forudsige<br />

vejret. Normalt er meteorologerne dygtige til at lave<br />

rigtige forudsigelser. De seneste år er de programmer, der bruges<br />

til beregningerne, blevet bedre og bedre. Men der kan dog<br />

36


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

<br />

Chill-effekten<br />

EKSPERIMENT<br />

Et stillestående luftlag omkring kroppen virker varmeisolerende. Når<br />

dette luftlag blæses væk, føles temperaturen pludselig anderledes.<br />

Undersøg, hvordan temperaturen vokser eller falder i de tre forskellige<br />

situationer. Forklar, hvorfor termometrene ikke viser samme temperatur.<br />

Stik et termometer ned i et reagensglas, der er spændt fast i et stativ.<br />

Anbring et andet termometer lige ved siden af reagensglasset. Efter<br />

kort tid vil de to termometre vise samme temperatur. Blæs varm luft<br />

fra en hårtørrer mod de to termometre.<br />

Spænd to termometre op ved siden af hinanden i et stativ.<br />

Bind et stykke køkkenrulle fugtet med sprit om det ene<br />

termometer. Blæs kold luft fra en hårtørrer mod de to<br />

termometre.<br />

Spænd to termometre op ved siden af hinanden i et stativ.<br />

Et metalbæger med hank fyldes med kogende vand. Hold<br />

bægret, så termometrene er nede i vandet. Fjern bægret,<br />

og tør termometrene med et stykke køkkenrulle. Bind<br />

et tørt stykke køkkenrulle om det ene termometer.<br />

ikke laves sikre udsigter mere end fire-fem dage frem.<br />

Vejret er et kaotisk system. Selv hvis man på et bestemt<br />

tidspunkt kendte alt om vejret overalt på Jorden og i atmosfæren,<br />

er det ikke muligt at lave langtrækkende forudsigelser.<br />

En meteorolog prøvede i 1961 at lave to beregninger af det<br />

kommende vejr i sin computer. I den ene beregning havde en<br />

af hans målinger værdien 0,506127. I den næste beregning<br />

brugte han den forkortede værdi 0,506 i stedet. Forudsigelsen<br />

af vejret var helt forskellig i de to tilfælde.<br />

Denne effekt kaldes sommerfugleeffekten efter titlen på et<br />

foredrag, som meteorologen senere holdt. Titlen var: “Does<br />

the flap of a butterfly's wings in Brazil set off a tornado in<br />

Texas” (Kan en tornado dannes over Texas, fordi en sommerfugl<br />

slår med vingerne i Brasilien) Fordi vejret opfører sig<br />

kaotisk, er det ikke muligt at lave troværdige vejrudsigter, der<br />

går mange dage frem.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Vejret bestemmes af temperatur, vind, luftfugtighed<br />

og skydække.<br />

Klimaet er områdets gennemsnitlige vejr i<br />

en længere årrække.<br />

Varm- og koldfronter opstår, når varm og<br />

kold luft mødes.<br />

37


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Jorden under dig<br />

Jorden blev skabt som en glødende kugle, da Solsystemet blev<br />

dannet for lidt over 4,5 milliarder år siden. Efter et par hundrede<br />

millioner år blev Jorden så kold, at der kunne være vand<br />

og dermed liv på overfladen. Jordens historie har været præget<br />

af mange omvæltninger. Og Jorden er endnu ikke faldet til ro.<br />

Selv om vi føler, at vi lever i en stabil periode, er der en fortsat<br />

udvikling med store ændringer, både på overfladen og dybt<br />

under jorden.<br />

En gejser sprøjter med regelmæssige<br />

mellemrum en stråle af vand højt op i<br />

luften. Gejsere findes, som denne i Island,<br />

på steder, hvor der i den varme undergrund<br />

er vandfyldte hulrum.<br />

Jorden brænder<br />

For hver kilometer man bevæger sig ned under Jordens overflade,<br />

stiger temperaturen i gennemsnit næsten 25 °C. Den<br />

temperaturstigning fortæller, at der strømmer energi i form af<br />

varme op fra Jordens indre. I Danmark kommer der kun lidt<br />

energi op fra undergrunden. For at holde en 60 watt pære<br />

tændt, skal man udnytte al energi fra mere end 1000 m 2 .<br />

Nogle steder, hvor der er vulkansk aktivitet, fx i Island, er<br />

undergrunden meget varmere. Her kan man nemt udnytte<br />

varmt vand fra undergrunden til boligopvarmning.<br />

Verdens dybeste mine ligger i Sydafrika. Guldminen Tau -<br />

Tona er 3,9 km dyb. Arbejderne skal bruge en time for at kom -<br />

me ned og derefter ud i minegangene. Der er meget varmt i<br />

minen. Stenenes temperatur er 60 °C. Verdens dybeste hul er<br />

boret på Kolahalvøen i Rusland. Hullets dybde er 12,262 km.<br />

Her er temperaturen 180 °C.<br />

Ingen ved præcist, hvad temperaturen er i Jordens centrum.<br />

Temperaturen er et sted mellem 4000 og 7000 °C.<br />

Når der hele tiden strømmer energi væk fra Jordens indre,<br />

vil temperaturen falde. Man kan regne ud, at fra en tilstand,<br />

hvor hele Jorden fra yderst til inderst havde temperaturen<br />

4000 °C, vil der gå omkring et par hundrede millioner år, før<br />

temperaturen af hele Jorden ville være omkring 20 °C. Men<br />

Jorden er 20 gange ældre. Indtil omkring år 1900 kunne man<br />

ikke forklare den høje temperatur i Jordens indre.<br />

Problemet blev løst, da de radioaktive stoffer blev opdaget.<br />

Selv om der ikke er mange radioaktive stoffer i Jordens indre,<br />

er energien fra dem alligevel nok til, at temperaturen i milliarder<br />

af år vil være så høj, at der er flydende stoffer i Jorden.<br />

38


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Jorden svømmer<br />

Ser man på formen af Afrika og Sydamerika er det en nærliggende<br />

tanke, at disse verdensdele tidligere har hængt sammen.<br />

Denne tanke blev fremsat af den tyske geolog Alfred Wegener<br />

i 1915, men først 40 år senere blev man i stand til at måle, at<br />

ideen, den såkaldte kontinentalforskydning, var korrekt.<br />

Det viser sig, at der på overfladen af vores klode “svømmer”<br />

syv store og nogle mindre plader. Pladerne er i gennemsnit<br />

70 km tykke. De flyder oven på et tungere og varmere lag.<br />

Pladerne bevæger sig langsomt med en fart på 1-10 cm/år.<br />

Men det kan blive til store flytninger på et par millioner år.<br />

Danmark ligger på Den Eurasiske Plade. Navnet er en<br />

sammentrækning af Europa og Asien. “Vores” plade flytter sig<br />

hvert år ca. 1,5 cm væk fra Den Nordamerikanske Plade. Den<br />

afstand kan bl.a. bestemmes med nøjagtige GPS-målinger.<br />

Den plade, Australien ligger på, har særlig stor fart. Australien<br />

bevæger sig mod Hawaii med næsten 10 cm/år.<br />

Jorden skælver<br />

Når kontinentalpladerne støder sammen, fjerner sig fra hinanden<br />

eller glider langs hinanden, opstår spændinger, der på<br />

et eller andet tidspunkt vil udløse et jordskælv. I Danmark bor<br />

vi langt fra kanten af ”vores” plade. Derfor er der kun få og<br />

små jordskælv hos os. Men i områder ved randen af pladerne<br />

er der hyppige og kraftige jordskælv.<br />

Jordskælv måles med seismografer, der består af en tung<br />

klods, der er hængt op i fjedre, så den kan bevæge sig op og<br />

ned og fra side til side. Klodsen hænger normalt i hvile i forhold<br />

til den kasse, den er ophængt i. Men ved et jordskælv, bliver<br />

klodsen hængende på samme sted, mens Jorden og kassen<br />

flytter sig. Ved at måle klodsens bevægelse i forhold til kassen,<br />

får man et billede af, hvordan Jorden ryster.<br />

Rundt på Jorden findes præcise seismografer, der kan måle<br />

rystelserne fra nære og fjerne jordskælv. Rystelserne bevæger<br />

sig som bølger både langs overfladen og lige gennem jordkloden.<br />

Derfor kommer bølgerne på forskellige tidspunkter til de<br />

mange seismografer. Ved at sammenligne ankomsttidspunkterne,<br />

kan jordskælvsforskerne, seismologerne, bestemme<br />

nøjagtigt, hvor jordskælvet var.<br />

Kopiark 2.11<br />

Flydende kerne<br />

Kappe<br />

Fast kerne<br />

Jordens kerne<br />

Jordens indre er delt i forskellige områder.<br />

I midten er en fast kerne med et stort indhold<br />

af jern og nikkel. Her er temperaturen<br />

som på Solens overflade. Uden om den faste<br />

kerne er der en varm, flydende kerne.<br />

Jordens magnetfelt dannes af strømme i dette<br />

område. Aller yderst glider kontinental -<br />

pladerne meget langsomt rundt på Jorden.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Temperaturen stiger, jo mere man nærmer<br />

sig Jordens centrum.<br />

Temperaturen er høj i Jordens indre, fordi<br />

der foregår radioaktive henfald.<br />

Målinger af rystelserne fra jordskælv<br />

afslører opbygningen af Jordens indre.<br />

39


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Seismograf<br />

<br />

Et tungt lod hænges op i en snor.<br />

Tre kraftige, vandrette fjedre holder<br />

loddet fast. Spidsen af en speedmarker,<br />

der er tapet fast på loddet,<br />

rører netop bordet under loddet.<br />

Når et stykke papir hurtigt trækkes<br />

væk under loddet, kommer en streg<br />

uden svingninger.<br />

EKSPERIMENT<br />

Lav nu et ”jordskælv” ved fx at<br />

hoppe på gulvet, sparke til bordet<br />

eller slå på bordet med en bog.<br />

Hver gang trækkes et papir væk<br />

under loddet. Er der forskel<br />

på ”seismogrammerne” fra jeres<br />

forskellige ”jordskælv”<br />

Jordens faste kerne<br />

Inge Lehmann, dansk seismolog (1888-1993).<br />

Inge Lehmann opdagede, at Jorden har en<br />

fast indre kerne. Det beskrev hun i en artikel<br />

med vist verdens korteste overskrift, nemlig<br />

P I . Bogstavet P henviser til en bestemt type<br />

jordskælvsbølger. Lehmann var 99 år gammel,<br />

da hun skrev sin sidste videnskabelige<br />

artikel.<br />

Jordens skaller<br />

Målinger af jordskælvsbølger har vist, at Jordens indre består<br />

af flere skaller. Det blev opdaget, fordi jordskælvsbølgerne<br />

bevæger sig med forskellig fart i skallerne. Ved at måle formen<br />

og ankomsttidspunkterne for svingningerne fra fjerne jordskælv,<br />

fandt man størrelsen af skallerne i Jordens indre.<br />

Den danske seismolog Inge Lehman arbejdede med disse<br />

emner. Hun kunne i 1936 vise, at der inderst i Jorden er en fast<br />

kerne omgivet af en flydende kerne. Indtil da havde alle troet,<br />

at midten af Jorden på grund af den høje temperatur måtte<br />

være flydende.<br />

Nogle typer jordskælvsbølger kan ikke bevæge sig i flydende<br />

stoffer. Det benyttede Inge Lehmann til at vise, at der<br />

5120 km under Jordens overflade er en grænse mellem faste og<br />

flydende stoffer.<br />

Inge Lehmann var et beskedent menneske, der levede i en<br />

tid og i et miljø, hvor kvindelige naturforskere ikke blev værdsat.<br />

I Danmark var hun ikke kendt uden for en snæver kreds<br />

af jordskælvsforskere. Hendes opdagelse er dog på niveau<br />

med de arbejder, der belønnes med Nobelprisen.<br />

40


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Fra dig til atomerne<br />

Mens verdensrummet indeholder store masser, lange tidsrum<br />

og store afstande, er atomernes verden lige omvendt. Her er<br />

alt let, hurtigt og småt.<br />

Med øjnene kan man se ting, der har en størrelse ned til ca.<br />

0,1 mm. Med et mikroskop kan man se ting, der er 250 gange<br />

mindre. Men atomerne kan man ikke se. De er mange tusind<br />

gange mindre end det, der kan ses i et mikroskop. Men med<br />

nye “mikroskoper”, der ikke benytter lys, er det i dag muligt at<br />

“se” atomerne.<br />

Mikroskoper<br />

Mikroskopet har været kendt i 400 år. Biologerne opdagede<br />

en helt ny småtingsverden, da de første mikroskoper blev<br />

taget i brug. En masse mikroorganismer kunne pludselig ses.<br />

Celler, der delte sig, blodlegemer og amøber var nogle af de<br />

ting, mikroskoperne gav mulighed for at studere. Celler har<br />

netop den størrelse, som kan ses i mikroskoper.<br />

Moderne mikroskoper benytter bestemte farver lys, særlige<br />

filtre og andre fif, men det er dog ikke muligt at se genstande,<br />

der er meget mindre end lysets mindste bølgelængde<br />

på 400 nanometer (0,4 tusindedele millimeter).<br />

Kopiark 2.12<br />

I denne figur bliver afstanden 10 gange større,<br />

hver gang man går en enhed ud ad aksen.<br />

Den afbildning er fornuftig at bruge, når man<br />

på samme figur skal vise både små og store<br />

afstande.<br />

Med elektronmikroskoper får man en<br />

spændende indsigt i udseendet af mange små<br />

dyr. Billedet viser en væggelus.<br />

41


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

Disse krystaller af salt har form som terninger.<br />

Atomerne i saltet sidder i et krystalgitter, der<br />

også har form som en terning.<br />

Atomart mikroskop<br />

Den tynde spids bevæger sig hen over prøven.<br />

På sonden sidder nogle materialer, der hele<br />

tiden regulerer sonden op og ned, så spidsen<br />

holder samme afstand til prøven. Sondens<br />

flytning registreres. Flytningen giver et billede<br />

af prøvens overflade.<br />

Elektronmikroskoper<br />

Almindelige mikroskoper, såkaldte lysmikroskoper, bruger<br />

lys, der afbøjes i linser. På tilsvarende måde kan man bygge<br />

elektronmikroskoper, hvor en stråle af elektroner afbøjes af<br />

elektriske felter.<br />

Elektronmikroskoper har været kendt siden 1930. De er i<br />

tidens løb blevet udviklet, så de kan vise mindre og mindre<br />

genstande. Det er i dag muligt at vise ting, der er ca. 1000<br />

gange mindre end det, der kan ses i de bedste lysmikroskoper.<br />

Elektronmikroskoper skal bruge meget høje spændinger.<br />

Nogle af de største sætter elektronerne i bevægelse med en<br />

spænding på en halv million volt.<br />

Atomare mikroskoper<br />

I faste stoffer sidder atomerne i et bestemt mønster. Atomerne<br />

kan opfattes som punkter i hjørnerne af et gitter. Man kalder<br />

disse mønstre for krystalgitre. Mange mineraler danner<br />

smukke krystaller, der har samme form som det krystalgitter,<br />

atomerne sidder i. Vinklerne mellem siderne i krystallerne er<br />

de samme som vinklerne i krystalgitret.<br />

I 1986 fik tyskeren Gerd Binnig og schweizeren Heinrich<br />

Rohrer Nobelprisen i fysik. De havde fem år tidligere opfundet<br />

en ny mikroskoptype, der gjorde det muligt at se, hvordan<br />

de enkelte atomer sidder i et krystalgitter.<br />

Dette mikroskop virker efter et nyt princip. En tynd metaltråd<br />

knækkes, så den får en meget lille spids. Spidsen anbringes<br />

lige over en overflade, men uden at røre den. Spidsen sidder<br />

på en holder, hvis længde kan ændres ganske lidt ved at sætte<br />

spænding på nogle såkaldte piezo-elektriske materialer. Selv<br />

om der er et ganske lille mellemrum mellem spidsen og den<br />

prøve, som skal undersøges, kan der alligevel løbe en lille<br />

strøm mellem spids og prøve. Størrelsen af strømmen<br />

afhænger af afstanden mellem spids og prøve. Et elektronisk<br />

kredsløb sørger for at hæve og sænke spidsen, så der hele tiden<br />

løber samme strøm. Ved at bevæge spidsen langsomt hen over<br />

prøven, får man et billede af overfladen.<br />

Det viser sig, at spidsen bevæger sig hen over buler i overfladen.<br />

Det er de enkelte atomer. Med denne metode er det<br />

muligt præcist at bestemme placeringen af atomerne.<br />

Der er senere lavet andre typer af dette mikroskop. Blandt<br />

42


KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD<br />

EKSPERIMENT<br />

Små atomkerner<br />

I 1911 undersøgte Rutherford og hans medarbejdere,<br />

hvad der skete, når alfapartikler blev<br />

sendt ind mod et guldfolie. Disse eksperimenter<br />

kan demonstreres med ”Rutherfords bro”.<br />

Tril kugler under broen. Trillede kuglerne lige<br />

gennem broen Hvor tit kunne I se eller høre,<br />

at kuglerne ramte noget under broen<br />

Bredden af broen kan opfattes som bredden<br />

af et atom. Ved eksperimentet har I undersøgt,<br />

hvor meget “atomkernen“ fylder i “atomet“.<br />

Ved at regne på hvor tit alfapartikler blev<br />

afbøjet, og på hvor stor afbøjningen var, fandt<br />

Rutherford ud af, at atomkernen er ca. 2000<br />

gange mindre end selve atomet.<br />

andet kan man med spidsen af sonden skubbe til og derved<br />

flytte enkelte atomer. Denne teknik kan i fremtiden føre til<br />

store fremskridt, da moderne mikroelektronik og nanoteknologi<br />

netop består i at arbejde på mininiveau, helt ned til de<br />

enkelte atomer.<br />

Der er en endnu mindre verden<br />

Lys opstår, når elektroner falder ned i en bane tættere ved kernen.<br />

Med en lille energimængde har man først skubbet elektronen<br />

længere væk fra kernen.<br />

Hvis man vil undersøge forholdene i atomkernen, skal der<br />

arbejdes på samme måde. Men den energi, der skal bruges for<br />

at ændre forholdene i kernen er langt større. Atomkernen holdes<br />

nemlig sammen af meget større kræfter, end de der holder<br />

elektronerne i deres baner omkring atomkernen.<br />

Hvad der findes inde i neutroner og protoner, er endnu<br />

ikke kendt. Fysikerne har forskellige antagelser, men de<br />

eksperimenter, der kan be- eller afkræfte antagelserne, er<br />

svære at udføre. Det kræver ufattelig store energimængder, at<br />

“se” ind i de partikler, der danner atomkernerne.<br />

Overfladen af guld set med et atomart<br />

mikroskop.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Med almindelige mikroskoper kan man se<br />

ting, der cirka er lige så store som lysets bølgelængde.<br />

Med atomare mikroskoper kan man se,<br />

hvorledes de enkelte atomer ligger på en<br />

overflade.<br />

I faste stoffer sidder atomerne i et bestemt<br />

mønster, et krystalgitter.<br />

43


CAFE KOSMOS<br />

SORTE HULLER<br />

OG MØRKT STOF<br />

I 1054 så kinesiske<br />

astronomer<br />

en supernova.<br />

I dag ses det<br />

materiale, som<br />

supernovaen<br />

har spredt ud<br />

i Universet.<br />

Med store teleskoper kan astronomer se milliarder af<br />

stjerner og galakser. Men de ser kun en ganske lille<br />

del af Universet. Langt det meste i Universet kan nemlig<br />

slet ikke ses. Der findes sorte huller, der er så<br />

tunge, at lyset fra dem ikke kan undslippe. Og der findes<br />

mørk masse, der er en ukendt type stof, som er<br />

overalt, men som ikke kan ses. Universet rummer stadig<br />

mange hemmeligheder.<br />

ET TUNGT HIMMELLEGEME<br />

Ser man på et billede af en spiralgalakse,<br />

får man indtryk af, at den<br />

roterer. Galaksen ligner lidt den<br />

hvirvel, der kommer i vandet, når<br />

proppen trækkes op af en fyldt<br />

håndvask. Galaksen ligner også<br />

den måde, luften bevæger sig på i<br />

nærheden af høj- eller lavtryk.<br />

Ved at måle de enkelte stjerners<br />

fart, kan det ses, at alle stjerner i<br />

galaksen bevæger sig rundt om<br />

galaksens centrum. I Solsystemet<br />

bevæger alle planeter sig rundt om<br />

Solen. Det er tiltrækningskraften<br />

fra Solen, der holder planeterne i<br />

deres næsten cirkelformede baner.<br />

Kender man en planets omløbstid<br />

og afstand fra Solen, er det muligt,<br />

44<br />

at beregne Solens masse. På samme<br />

måde kan man i en galakse bestem -<br />

me den masse, der sidder i midten,<br />

og som er årsag til stjernernes<br />

cirkelbevægelse.<br />

Solen og dermed også Jorden ligger<br />

ca. 26 000 lysår fra Mælke ve -<br />

j ens centrum. Solen er 220 millioner<br />

år om en hel tur rundt i Mælk e -<br />

vejen. Solens fart rundt i Mælk e -<br />

vejen er lidt over 1000 km/s. Den<br />

høje fart mærker vi ikke. Det ene -<br />

ste man kan mærke er nemlig æn -<br />

dringer i farten.<br />

Mælkevejen er ufattelig stor. Fore -<br />

stiller man sig, at Mælkevejen<br />

havde en radius på 50 meter, ville<br />

Solsystemet have en størrelse, der er<br />

mindre end millimeter. Det svarer til<br />

et lille sandkorn. Og sandkornet<br />

ville ligge 26 meter fra centrum. I<br />

denne model ville Mælkevejen være<br />

en skive med en tykkelse på ca.<br />

1 meter.<br />

Ved at se på bevægelsen af stjerner<br />

tæt på Mælkevejens centrum har<br />

astronomer vist, at der i centrum<br />

ligger noget voldsomt tungt. Der<br />

er ikke noget at se, men der må<br />

være et himmellegeme med en<br />

masse, der er fire millioner gange<br />

større end Solens. Skal massen<br />

angives i kilogram, er det et tal med<br />

37 cifre. I øvrigt er Solens masse<br />

300 000 gange større end Jordens<br />

masse.


CAFE KOSMOS<br />

vige skal være større end lysets fart,<br />

300 000 km/s.<br />

Vi har en erfaring med lys som<br />

noget, der bevæger sig i en ret<br />

linje. Men lys bliver tiltrukket af<br />

store masser. Man kan se, at en<br />

lysstråle fra en fjern stjerne bliver<br />

afbøjet en lille smule, når strålen<br />

passerer tæt forbi en anden stjerne<br />

på vej ned til Jorden.<br />

MØRKT STOF<br />

Astronomer har mange uløste<br />

problemer. Man kan ud fra galaksernes<br />

bevægelse finde ud af, hvor<br />

meget masse, der er i hele<br />

Universet. Det viser sig, at stjerner,<br />

sorte huller, neutronstjerner og<br />

andre himmellegemer har en<br />

masse, der kun er omkring 4 % af<br />

Universets samlede masse.<br />

Spiralgalakse<br />

Det tunge himmellegeme i Mælke -<br />

vejens centrum kaldes et sort hul.<br />

Det er dog nærmest en dværg i<br />

forhold til andre galaksers tunge<br />

legeme. Der findes galakser, hvor<br />

det sorte hul i centrum er flere tu -<br />

sind gange tungere end det i Mæl -<br />

kevejen.<br />

SORTE HULLER<br />

Når man kaster noget op i luften,<br />

kommer det ned igen. På Månen er<br />

tyngdekraften seks gange mindre<br />

end på Jorden. Ting, som en astronaut<br />

giver slip på, falder langsommere<br />

ned, end her på Jorden. Ved<br />

overfladen af et sort hul er tyng -<br />

dekraften derimod ufattelig stor.<br />

Ting der falder, vil bevæge sig<br />

mange millioner gange hurtigere<br />

end på Jorden. Der trækkes så<br />

stærkt, at alle molekyler bliver<br />

revet over.<br />

For at en raket kan slippe bort fra<br />

Jorden skal den have en fart, der er<br />

over 11 km/s. En raket, der skal<br />

starte fra Månen, kan nøjes med en<br />

fart på lidt over 2 km/s, fordi tyng -<br />

dekraften på Månen er mindre end<br />

på Jorden. I et sort hul er tyng de -<br />

kraften så stor, at farten for at und-<br />

Lys fra et sort hul bliver tiltrukket<br />

så meget af det sorte hul, at det<br />

slet ikke kan komme væk. Derfor<br />

ser astronomer intet, når de retter<br />

deres teleskoper mod et sort hul.<br />

Hullet kan bl.a. opdages ved at se<br />

på, hvorledes stjerner i nærheden<br />

bevæger sig.<br />

NEUTRONSTJERNER<br />

Når en stjerne med en masse, der er<br />

mere end otte gange større end<br />

Solens masse, bliver gammel og har<br />

brugt sit brændstof op, kan den<br />

falde sammen i en supernova -<br />

eksplosion. Ved denne voldsomme<br />

begivenhed sendes mange tunge<br />

grundstoffer ud i Universet, hvor<br />

de en gang i fremtiden kan indgå i<br />

nye stjerner og planeter.<br />

Resterne af stjernen er efter supernovaeksplosionen<br />

blevet meget<br />

lille. Den kaldes en neutronstjerne.<br />

Dens radius er kun omkring 10 km.<br />

Den lille neutronstjerne har i<br />

midten en densitet, der er 10 000<br />

milliarder gange større end granits.<br />

Det ville svare til, at en terning på<br />

bare 1 kubikcentimeter af stoffet<br />

fra neutronstjernen ville have en<br />

masse omkring 25 000 000 ton. Det<br />

er langt mere end massen af en<br />

supertanker. Hvis supernovaeksplosionen<br />

foregår i meget store stjer -<br />

ner, falder de sammen til et sort hul.<br />

45<br />

Astronomer kalder den manglende<br />

masse for mørkt stof. Ingen ved i<br />

2009, hvad dette stof er lavet af.<br />

Måske findes der en ukendt lille<br />

atomar partikel, som ikke kan ses,<br />

fordi den ikke udsender nogen<br />

form for stråling. Hvis der i hver<br />

kubikmeter af det, der ellers er det<br />

tomme rum mellem galakserne,<br />

bare befinder sig et par af disse<br />

ukendte ”mørke partikler”, kan<br />

beregningerne om Universet kom -<br />

me til at stemme.<br />

I 2013 opsendes Webb-teleskopet.<br />

Med dette teleskop 1,5 million km<br />

over Jorden, får astronomerne nye<br />

muligheder for at finde svarene på<br />

Universets mange gåder.


DET VED DU NU OM HIMMEL OG JORD<br />

FRA UNIVERSET TIL DIG<br />

JORDEN UNDER DIG<br />

Temperaturen stiger, jo mere<br />

man nærmer sig Jordens<br />

centrum.<br />

Temperaturen er høj i Jordens<br />

indre, fordi der foregår<br />

radioaktive henfald.<br />

Målinger af rystelserne fra jordskælv<br />

afslører opbygningen af<br />

Jordens indre.<br />

Universet blev skabt ved Big<br />

Bang for 13,7 milliarder år<br />

siden.<br />

Universet har udvidet sig siden<br />

Big Bang, og det vil fortsætte<br />

med at udvide sig i lang tid.<br />

Alle hydrogen- og heliumkerner<br />

i Universet er skabt kort tid<br />

efter Big Bang.<br />

VIND OG VEJR<br />

Når en stor stjerne har brugt de<br />

lette grundstoffer som brændstof,<br />

kan den falde sammen ved<br />

en supernovaeksplosion.<br />

Alle grundstoffer på Jorden,<br />

bortset fra hydrogen, er skabt i<br />

det indre af stjerner, der nu er<br />

forsvundet.<br />

Vejret bestemmes af tempe -<br />

ratur, vind, luftfugtighed og<br />

skydække.<br />

Klimaet er områdets gennemsnitlige<br />

vejr i en længere<br />

årrække.<br />

FRA DIG TIL ATOMERNE<br />

Med almindelige mikroskoper<br />

kan man se ting, der cirka er<br />

lige så store som lysets bølgelængde.<br />

Med atomare mikroskoper kan<br />

man se, hvorledes de enkelte<br />

atomer ligger på en overflade.<br />

I faste stoffer sidder atomerne i<br />

et bestemt mønster, et krystalgitter.<br />

Varm- og koldfronter opstår,<br />

når varm og kold luft mødes.<br />

46


PRØV DIG SELV<br />

KAN DU HUSKE<br />

FORSTÅR DU<br />

Hvad er Big Bang<br />

Hvad er kontinentalforskydning<br />

Hvad er sommerfugleeffekten<br />

Hvad er en astronomisk enhed<br />

Hvor længe er lyset fra Solen<br />

om at komme ned til Jorden<br />

Hvad er en supernova<br />

Hvorfor stiger<br />

temperaturen, når man<br />

bevæger sig ned i dybe miner<br />

Hvordan virker en seismograf<br />

Hvorfor blæser der tit en kølig<br />

vind ind fra havet om aftenen<br />

Hvad er forskellen på vejr og<br />

klima<br />

UDFORDRING<br />

Forklar, hvorfor astronomerne<br />

ikke kan se et sort hul.<br />

Hvorfor kan man sidde i en<br />

sauna ved 80 °C uden at blive<br />

forbrændt<br />

Hvordan kan astronomer se,<br />

at Universet udvider sig<br />

Hvorfor er forholdet mellem<br />

en ternings overfladeareal<br />

og dens rumfang større for små<br />

end for store terninger<br />

Hvordan virker<br />

et atomart<br />

mikroskop<br />

47


KAPITEL 3


Energi på vej<br />

INDUKTION<br />

ENERGIFORSYNING<br />

BRINTSAMFUNDET<br />

ANVENDELSER AF INDUKTION<br />

CAFE KOSMOS: SIKKERHEDSTJEK I LUFTHAVNEN<br />

Jorden sveder. Efter 1990 har der været store ændringer i<br />

Jordens klima. En del af disse ændringer skyldes antagelig stoffer,<br />

som vi har ledt ud i atmosfæren. For at mindske denne udledning,<br />

er det nødvendigt at gå over til vedvarende energiformer. Det er<br />

også nødvendigt for at undgå rovdrift på de stoffer i undergrunden,<br />

som naturen har været mange millioner år om at opbygge.<br />

Fremtidens samfund vil få sin energi fra Solen. Direkte som solstråling<br />

eller indirekte fra vinden. Nye brændstoffer skal udvikles.<br />

Måske er vi på vej mod et brintsamfund, hvor hydrogen erstatter<br />

benzin og olie som brændstof. Måske vil fremtidens køretøjer<br />

benytte brændselsceller i stedet for benzin- og dieselmotorer.<br />

Hvordan laver man hydrogen af vand<br />

Hvad er en transformer<br />

Hvorfor bruger man højspænding, når el-energi<br />

skal transporteres langt<br />

Hvordan virker et induktionskomfur<br />

Hvad er en brintbil<br />

49


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Induktion<br />

På kraftværkerne omdannes den kemiske energi i brændstofferne<br />

til elektrisk energi. Vindmøllerne omdanner vindens<br />

bevægelsesenergi til elektrisk energi. Både i kraftværker og<br />

vindmøller skabes den elektriske strøm i generatorer, der<br />

udnytter en særlig egenskab ved magnetismen: Når et magnetfelt<br />

ændres, opstår en elektrisk spændingsforskel. Dette fænomen<br />

kaldes induktion.<br />

Strømmen i ledningen skaber et magnetisk<br />

felt, der påvirker magnetnålene. De vil stille<br />

sig i magnetfeltets retning. Den magnetiske<br />

kraft har en retning, som er vist med pilene.<br />

Faradays eksperiment<br />

Når afbryderen i toppen til højre trykkes<br />

ned, skaber strømmen fra batteriet et magnetfelt<br />

i den sorte jernring. Dette magnetfelt<br />

inducerer en strøm i spolen i venstre<br />

side af jernringen, så der opstår et magnetfelt<br />

omkring kompasset.<br />

Strømme og magnetiske felter<br />

I 1820 viste danskeren H.C. Ørsted i et berømt eksperiment,<br />

at en elektrisk strøm påvirker en magnetnål. Det sker, fordi<br />

den elektriske strøm skaber et magnetfelt.<br />

Løber der en strøm i en spole, vil der inde i spolen være et<br />

større magnetisk felt, end hvis strømmen løb i en lige ledning.<br />

Det er fordi, alle vindinger i spolen laver et magnetisk felt i<br />

samme retning.<br />

På samme måde som det magnetiske felt fra en strømførende<br />

ledning påvirker en magnetnål, vil et magnetisk felt<br />

virke med kræfter på en strømførende ledning, der er i feltet.<br />

Efter Ørsteds opdagelse arbejdede mange naturforskere<br />

med de nye kræfter. Når en elektrisk strøm kunne skabe et<br />

magnetisk felt, burde et magnetisk felt også kunne lave en<br />

elektrisk strøm. På det tidspunkt blev elektrisk strøm lavet i<br />

batterier. De var ikke var særlig effektive, så mange naturforskere<br />

var på jagt efter en ny og bedre strømkilde.<br />

Induktionen opdages<br />

I 1831, 11 år efter at Ørsted havde gjort sin opdagelse, foretog<br />

englænderen Michael Faraday et eksperiment, der skulle få<br />

ufattelig stor betydning. Faraday viste, hvordan en magnets<br />

bevægelse kunne frembringe en elektrisk spændingsforskel i<br />

en ledning.<br />

Omkring en ring af jern havde Faraday viklet to spoler.<br />

Den ene spole var i forbindelse med et batteri. Ledningen i<br />

den anden spole gik omkring et kompas. Hvis magnetnålen i<br />

kompasset bevægede sig, måtte der være en magnetisk kraft.<br />

Når Faraday tændte eller slukkede for strømmen gennem den<br />

50


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

første spole, slog magnetnålen ud. Til den ene side, når der<br />

blev tændt, og til den anden side, når der blev slukket.<br />

Det var et overraskende fænomen. Hvordan kunne der<br />

løbe en strøm i en ledning, der ikke var i forbindelse med et<br />

batteri Årsagen måtte være det magnetfelt, som den første<br />

spole dannede. Det frembragte i jernringen et magnetfelt,<br />

som skabte en strøm i den anden spole. Der løb kun strøm,<br />

mens magnetfeltet ændrede sig. Mange naturforskere havde<br />

prøvet tilsvarende eksperimenter, men Faraday var den første,<br />

der opdagede, at det kun var, mens strømmen startede eller<br />

stoppede, at der opstod en elektrisk strøm i den anden spole.<br />

Fænomenet blev kaldt induktion. Ordet stammer fra latin<br />

og betyder indføre. Når et magnetfelt ændrer sig, opstår der<br />

en spændingsforskel i en ledning, der er i magnetfeltet.<br />

Spændingsforskellen afhænger af, hvor hurtigt magnetfeltet<br />

ændrer sig. En hurtig og stor ændring af magnetfeltet skaber<br />

en stor spændingsforskel. Det kaldes induktions loven.<br />

Kopiark 3.1<br />

Flere induktionseksperimenter<br />

Faraday udførte kort tid efter et andet eksperiment. Mens han<br />

skubbede en stangmagnet ind i en spole, løb der en elektrisk<br />

strøm gennem spolen. Når magneten blev trukket ud, løb<br />

strømmen den modsatte vej.<br />

Induktionen opdages<br />

Michael Faraday, engelsk fysiker og kemiker<br />

(1791-1867).<br />

Faraday opdagede i 1831, at der opstod et<br />

magnetisk felt i en spole, når han startede<br />

eller afbrød en elektrisk strøm i en anden<br />

spole. Der opstod ikke noget magnetisk felt,<br />

mens strømstyrken i den første spole var<br />

konstant. Denne effekt blev kaldt induktion.<br />

Faraday interesserede sig ligesom Ørsted for<br />

sproget. Han indførte bl.a. ordene ion, electrode<br />

(elektrode) og electrolyte (elektrolyt).<br />

Når magnetfeltet i en spole ændrer sig,<br />

opstår en spændingsforskel mellem spolens<br />

ender. Når magneten sættes ned i spolen,<br />

slår visereren på strømmåleren ud til den<br />

ene side. Når magneten derefter trækkes<br />

op, slår viseren ud til den anden side.<br />

51


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Mens magneten føres ind i spolen, vokser det magnetiske<br />

felt i spolen. Induktionsloven fortæller, at der opstår en spændingsforskel<br />

mellem spolens ender, når magneten bevæger sig<br />

ind i spolen. En bevægelse kan altså skabe en elektrisk strøm.<br />

Denne opdagelse fra 1831 kom til at ændre verden.<br />

Naturen gør modstand<br />

Det er et grundlæggende princip inden for mange områder, at<br />

naturen gør modstand mod ændringer. Et indgreb i et system<br />

i ligevægt vil skabe en ændring, der modvirker indgrebet.<br />

En spole vil gøre modstand, når en magnet nærmer sig.<br />

Spolen vil svare med en spændingsforskel. Herved opstår en<br />

strøm i spolen, der vil danne et magnetfelt i modsat retning af<br />

magnetens. Dette inducerede magnetfelt vil påvirke magneten<br />

med en kraft, der forsøger at skubbe magneten ud. Den viden<br />

kan bruges, når man skal finde retningen af strømmen i spolen.<br />

Når magneten trækkes ud, forsvinder magnetfeltet.<br />

Spolen vil så svare med en strøm i den modsatte retning.<br />

Denne strøm danner et magnetfelt, der forsøger at opretholde<br />

magnetfeltet fra magneten.<br />

Anvendelse af induktion<br />

Udnyttelse af induktion har betydet store fremskridt i menneskenes<br />

muligheder. I næsten alle elektroniske apparater findes<br />

komponenter, hvor der foregår induktion. Alle steder,<br />

hvor kraftværker eller vindmøller laver elektrisk energi,<br />

udnyttes induktionen.<br />

Induktion<br />

Mens magneten skubbes ind i spolen,<br />

induceres en elektrisk spænding. Når<br />

magneten er i hvile, skaber magnetfeltet<br />

ikke nogen spændingsforskel. Først når<br />

magneten igen trækkes ud af spolen, opstår<br />

en spændingsforskel. Fortegnet er det<br />

modsatte af fortegnet i første del af<br />

eksperimentet.<br />

Generatoren<br />

På kraftværker og i vindmøller laves den elektriske strøm i<br />

gene ratorer. I generatoren roterer en spole i et magnetfelt. Det<br />

betyder, at der gennem spolen hele tiden vil være et magnetfelt,<br />

der vokser eller aftager. I spolens vindinger bliver altså<br />

induceret en spænding, der bølger op og ned. Nogle kontakter<br />

sørger for, at strømmen fra generatoren kan komme videre<br />

til forbrugerne.<br />

I store generatorer findes der dog ikke faste magneter.<br />

Magnetfeltet dannes i stedet af noget af den strøm, som induk -<br />

tionen fremkalder, så i virkeligheden har generatorerne et<br />

mere kompliceret udseende end på figuren.<br />

52


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Jern<br />

N<br />

S<br />

Jern<br />

N<br />

S<br />

~<br />

Vekselspænding<br />

Den bølgende spænding kaldes en vekselspænding. Den følger<br />

farten af omdrejningerne i generatoren. Spændingen fra<br />

kraftværkerne svinger med frekvensen 50 Hz, dvs. der er<br />

50 bølgetoppe og 50 bølgedale hvert sekund.<br />

Transformeren<br />

En transformer er en komponent, der kan ændre spændingsforskelle<br />

og strømstyrker. En transformer er opbygget som i<br />

Faradays første eksperiment. På en ring af jern er viklet to spoler.<br />

En strøm gennem den ene spole skaber et magnetfelt i jernet.<br />

Når magnetfeltet ændrer sig, induceres en spændingsforskel<br />

i den anden spole. Her kommer derfor en spænding, som<br />

veksler i takt med spændingen i den første spole.<br />

Man kalder den første spole for primærspolen og den anden<br />

for sekundærspolen. Det kommer fra de latinske betegnelser for<br />

det første og det andet. Hvis der er samme antal vindinger i de to<br />

spoler, vil spændingsforskellen i sekundærspolen være lige så<br />

stor som spændingsforskellen i primærspolen. Men er der et<br />

forskelligt antal vindinger, vil spændingsforskellen ikke være<br />

den samme i de to spoler.<br />

Hvis primærspolen fx kun har en vinding, vil magnetfeltet<br />

i jernet inducere en spænding i hver af sekundærspolens<br />

mange vindinger. Der vil derfor komme en stor spændingsforskel<br />

i sekundærspolen. Hvis sekundærspolen fx har ti<br />

Generatorer kan have forskellig opbygning.<br />

Til venstre roterer en magnet. Magnetfeltet<br />

indu cerer en varierende spænding i spolerne.<br />

Til højre opstår spændingsforskellen mellem<br />

spolens ender, når den drejer i det magnetiske<br />

felt fra magneterne.<br />

Den røde og den gule spole sidder på en firkantet<br />

jernring. En strøm gennem den ene spole vil<br />

lave et magnetfelt, der magnetiserer jernet.<br />

Der vil derfor være samme magnetfelt gennem<br />

den anden spole, En varierende strøm i den ene<br />

spole vil frembringe en strøm i den anden.<br />

De to strømme varierer i takt.<br />

53


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Faldende magnet i kobberrør<br />

Magneter kan sidde fast på genstande af jern, men ikke<br />

på genstande af kobber. Der er ingen magnetiske kræfter<br />

mellem magneter og kobber.<br />

En lille stålkugle og en magnet slippes. De falder lige hurtigt.<br />

Stålkuglen holdes i toppen af et lodret kobberrør og<br />

slippes, så den falder gennem røret. Derpå slippes magneten,<br />

så den også falder gennem kobberrøret. Magneten er<br />

meget længe om at komme ud af røret. Der er åbenbart<br />

alligevel kræfter mellem en magnet og kobber<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Magneten slippes nu, så den falder gennem et andet kobberrør,<br />

der har en lang revne, en slids, fra den ene ende til<br />

den anden. Selv om slidsen er ganske tynd, falder magneten<br />

lige så hurtigt som i luften.<br />

Magneten bliver bremset i det hele rør, fordi den ved<br />

induktion laver en elektrisk strøm rundt i røret. Det kaldes<br />

en hvirvelstrøm. Strømmen påvirker magneten med en<br />

kraft, der går opad. Den inducerede strøm vil altså bremse<br />

magnetens fald. Når kobberrøret har en slids, kan der ikke<br />

løbe hvirvelstrømme rundt i røret. Magneten vil<br />

så falde frit.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Der opstår en spændingsforskel, når magnetfeltet<br />

gennem en spole ændrer sig. Det<br />

kaldes induktion.<br />

Induktionsloven fortæller, at størrelsen af<br />

den inducerede spændingsforskel afhænger<br />

af, hvor hurtigt magnetfeltet ændres.<br />

Den inducerede strøm har en retning, så<br />

den skaber et magnetfelt, der går i modsat<br />

retning af det påtrykte magnetfelt.<br />

I en generator roterer spoler i et magnetfelt.<br />

Ved induktion opstår der en spændingsforskel<br />

over spolerne.<br />

gange så mange vindinger som primærspolen, vil spændingsforskellen<br />

blive forøget ti gange.<br />

Antallet af vindinger i primærspolen og i sekundærspolen<br />

kaldes N p og N s . Spændingsforskellene i de to spoler kaldes<br />

tilsvarende U p og U s . Der gælder, at U s /U p = N s /N p . Spæn -<br />

dingsforskellen på sekundærsiden vokser altså, når vindings -<br />

tallet på sekundærsiden vokser.<br />

Der gælder omvendte forhold for strømstyrkerne. Her er<br />

formlen I s /I p = N p /N s , hvor I s og I p er strømstyrkerne i de to<br />

vindinger. Strømstyrken vokser, når vindingstallet aftager. En<br />

transformer kan altså både ændre strømstyrker og spændingsforskelle.<br />

Det gælder, at spændingsforskellen stiger, når<br />

strømstyrken falder. Og omvendt.<br />

Kopiark 3.2, 3.3, 3.4 og 3.5<br />

54


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Energiforsyning<br />

Elektrisk strøm og gas i gasledninger er såkaldte energibærere.<br />

Strømmen og gassen flytter energien fra leverandøren til forbrugeren.<br />

Ved boligopvarmning er det varme vand en energibærer,<br />

der flytter energien fra fyret til radiatorerne i stuen.<br />

Den vigtigste energibærer i Danmark er elektrisk strøm,<br />

der produceres i generatorer. I Danmark sker produktionen på<br />

store kraftværker og i vindmøller. Fra udlandet kommer elektrisk<br />

energi bl.a. produceret i vandkraftanlæg og kernekraftværker.<br />

De fleste steder bæres energien i form af vekselstrøm.<br />

Jævn- og vekselspænding<br />

Et batteri giver en jævnspænding, dvs. en spænding, hvor<br />

spændingsforskellen hele tiden er konstant. I generatorer produceres<br />

en vekselstrøm, hvor spændingsforskellen bølger op<br />

og ned 50 gange hvert sekund. Fra en positiv spænding til en<br />

negativ spænding og tilbage igen. På den måde bliver spændingsforskellen<br />

nul 100 gange hvert sekund.<br />

Der er en spændingsforskel på 230 volt i stikkontakterne.<br />

Det er en gennemsnitsværdi og ikke den højeste. De 230 volt<br />

kaldes den effektive værdi af spændingen. Spændingsforskellen<br />

mellem de to huller i stikkontakten svinger mellem +325 volt<br />

og –325 volt. Halvdelen af tiden har venstre hul en positiv<br />

spænding. I den anden halvdel af tiden har det en negativ<br />

spænding. Spændingen i højre hul er hele tiden nul.<br />

Når spændingen hele tiden veksler, vil strømmen også løbe<br />

frem og tilbage. Strømmen vil variere i samme takt.<br />

En vekselspænding, der svinger op og ned med 325 volt som<br />

maksimum, kan omsætte samme energi som en jævnspænding<br />

på 230 volt. En pære vil altså lyse med samme intensitet, når den<br />

forsynes med en jævnspænding på 230 volt eller en vekselspænding,<br />

der bølger op og ned med maksimalværdier på 325 volt.<br />

Det kan vises, at vekselspændingens maksimale værdi er 2 eller<br />

1,4 gange større end den effektive spænding. Der gælder, at<br />

Man mærker normalt ikke, at spændingen hele<br />

tiden veksler. Det kan dog ses, når man hurtigt<br />

bevæger fingrene forbi et lysstofrør. Her slukker<br />

og tænder lyset 100 gange hvert sekund.<br />

Fingrene ses, som om de bevæger sig i små ryk.<br />

Vekselspændingen i en stikkontakt har en<br />

maksimal værdi på 325 volt og en effektiv<br />

værdi på 230 volt.<br />

U maks =<br />

2 · U eff<br />

hvor U maks er den maksimale og U eff den effektive spænding.<br />

Kopiark 3.6 og 3.7<br />

55


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Danmarks elforsyning<br />

Store elektricitetsværker sender energien<br />

gennem højspændingsledninger, hvor<br />

spændingsforskellen er 400000 volt. Spæn -<br />

dingen transformeres ned i flere omgange,<br />

så der kommer 230 volt i stikkontakterne.<br />

På danmarkskortet viser de røde streger<br />

placeringen af højspændingsnettet med<br />

400000 volt. I de blå ledninger er spændings -<br />

forskellen lavere, omkring 150000 volt.<br />

I de grønne ledninger under vandet til<br />

Norge, Sverige og Tyskland løber der jævnstrøm<br />

ved en høj spænding.<br />

Højspænding giver mindre tab<br />

En generator på et kraftværk laver en spændingsforskel på<br />

næsten 20000 volt. I vindmøllerne er spændingsforskellen fra<br />

generatoren 10000 volt. Da forbrugerne i stikkontakterne har<br />

en spændingsforskel på 230 volt, er det nødvendigt at bruge<br />

transformere undervejs, så spændingsforskellen bliver sat ned.<br />

Ved elektricitetsværkerne sættes spændingsforskellen dog<br />

først op. Normalt til 400000 volt. Rundt i landet sættes den<br />

ned til 150000 volt og senere igen til 60000 volt. Endelig sættes<br />

spændingsforskellen ned til 10000 volt, før den til sidst sættes<br />

ned til 230 volt. Spændingsforskellene i højspændingsledningerne<br />

er forskellige i Øst- og Vestdan mark.<br />

Når energien sendes ud med en høj spændingsforskel og<br />

senere transformeres ned for at ende med 230 volt, får man et<br />

mindre energitab. Ledningerne bliver opvarmet mindre.<br />

For at få et lille energitab skal både resistans og strømstyrke<br />

være små. Resistansen i ledningerne gøres mindre ved at<br />

benytte tykke ledninger. Når man i transformerne sætter<br />

spændingen op, bliver strømstyrken nedsat. Energitabet bliver<br />

derfor mindre, når der benyttes højspænding.<br />

Trefasespænding<br />

Generatorerne på elektricitetsværkerne er ikke bygget med én,<br />

men med tre spoler, der roterer i tre magnetfelter. Ud fra generatorerne<br />

kommer der tre ledninger med hver sin vekselspænding.<br />

Det kaldes trefasespænding.<br />

I de almindelige stikkontakter er der en vekselspænding på<br />

230 volt. Benytter man trefasespændingen, får man en effektiv<br />

spændingsforskel på 400 volt. Det betyder, at apparater<br />

som el-komfurer og tørretumblere kan arbejde med en højere<br />

effekt. Apparater, der benytter trefasespænding, har et stik<br />

med fem ben. Tre faser, en nulledning og en jordledning. Det<br />

er vigtigt, at det ydre af apparatet er forbundet til jord. Ellers<br />

vil der ved fejl kunne opstå farlige spændinger på ydersiden af<br />

apparatet.<br />

Energikvalitet og virkningsgrad<br />

Elektrisk energi har høj kvalitet. Det siger man, fordi elektrisk<br />

energi kan bruges til mange forskellige ting. Energien i en liter<br />

varmt vand kan kun bruges til opvarmning af andre stoffer,<br />

56


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

men el-energi kan mere end at varme. El-energien kan også få<br />

maskiner til at køre, lys til at lyse og elektronik til at fungere.<br />

I forbindelse med energiomsætninger er virkningsgrad en<br />

vigtig størrelse. Virkningsgraden, der også kaldes nyttevirknin -<br />

gen, er forholdet mellem den energi, man udnytter, og den<br />

energi, der tilføres. En gammeldags el-pære, en glødepære, har<br />

en lav virk ningsgrad. Man udnytter lysenergi, og man be<strong>tale</strong>r<br />

med el-energi. Pæren har kun en virkningsgrad på ca. 2 %. De<br />

sidste 98 % af el-energien bliver til varme og ikke til lys. Andre<br />

lyskilder, som fx lysdioder, har en virkningsgrad på næsten<br />

20 %. Da var metabet på 80 % er meget mindre end glødepærernes<br />

98 %, vil lysdioder blive fremtidens lyskilde.<br />

Elektriske maskiner har en høj virkningsgrad. Her bliver<br />

normalt mere end 90 % af el-energien omdannet til arbejde.<br />

Diesel- og benzinmotorer har en lavere virkningsgrad. Kun de<br />

allerstørste dieselmotorer i skibe har en virkningsgrad højere<br />

end 50 %. Resten af brændstoffets energi bliver til spildvarme,<br />

der ikke kan bruges til noget.<br />

Transformere har også en virkningsgrad. Noget af el-energien<br />

bliver til unyttig varme i jernet i transformerens kerne.<br />

Selv om antallet af vindinger fortæller, hvordan spændingsforskellen<br />

bliver omsat, så er det ikke sådan i den virkelige verden.<br />

Din krop har også en virkningsgrad. Den kan opfattes,<br />

som forholdet mellem det arbejde, du kan udføre og den energi,<br />

der er i maden. Under heldige omstændigheder er din<br />

virkningsgrad omkring 25 %.<br />

Kopiark 3.8, 3.9 og 3.10<br />

Geotermisk energi<br />

I kapitel 2 blev fortalt, at der kun kom ganske lidt varme -<br />

energi op fra Jordens indre. Men denne varme fra de radio -<br />

aktive henfald i Jordens indre kan måske alligevel udnyttes.<br />

Flere steder i Danmark er der overvejelser om at hente varmt<br />

vand op fra porøse lag flere kilometer under overfladen. Det<br />

varme vand skal bruges som fjernvarme om vinteren. Når<br />

vandet har afgivet sin energi og er blevet afkølet, sendes det<br />

igen ned i det porøse lag. Dog mere end 1 km fra det sted,<br />

hvor det blev hentet op. Det kølige vand kan så langsomt sive<br />

hen mod boringen, hvor det igen om mange år kan hentes op<br />

som varmt vand.<br />

På trefasestikket med fem ben bruges det<br />

midterste som jordforbindelse.<br />

Nyttige oplysninger<br />

I en vekselspænding bølger spændingsforskellen<br />

op og ned.<br />

I el-nettet er vekselspændingens frekvens<br />

50 Hz.<br />

Den maksimale værdi af vekselspændingen i<br />

stikkontakterne er 325 V.<br />

Den effektive værdi af vekselspændingen i<br />

stikkontakterne er 230 V.<br />

En transformer ændrer både en vekselspændings<br />

spændingsforskel og strømstyrke.<br />

Apparater, der kræver meget effekt, kan<br />

forsynes med trefaset vekselspænding.<br />

57


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Smelte søm med transformer<br />

Byg en transformer. Primærspolen skal have 600 vindinger.<br />

Sekundærspolen skal have fem. Sekundærspolen lukkes med et søm.<br />

Primærspolen sluttes til en stikkontakt med 230 V.<br />

Transformeren vil nedsætte spændingsforskellen til nogle få volt,<br />

men i sekundærspolen vil der løbe en strøm med en strømstyrke,<br />

der er over 100 gange større end i primærspolen.<br />

Der løber en så stor strøm gennem sømmet,<br />

at det opvarmes til langt over 1000 °C,<br />

så det til sidst smelter.<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Byg en ny transformer. Sekundærsiden skal<br />

denne gang være en vinding, der har form<br />

som en rund metalskål. Fyld vand i skålen.<br />

Primærspolen sluttes igen til en stikkontakt<br />

med 230 V.<br />

Den store strømstyrke i skålen får vandet til<br />

hurtigt at koge. Det er samme metode, der<br />

bruges til opvarmning af maden i induktionskomfurer.<br />

Boreplatform<br />

Siden 1971 har Norge hentet gas og olie fra<br />

boreplatforme i Ekofisk-området i Nordsøen.<br />

Gassen, der findes tre kilometer under hav -<br />

bunden, sendes i rørledninger til Norge og<br />

Tyskland.<br />

Gas fra Nordsøen<br />

Gas fra Nordsøen bærer også energi rundt i landet. Energien<br />

bruges som brændstof på kraftværker og til boligopvarmning.<br />

På samme måde som ved el-nettet har naturgassen også et fordelingsnet.<br />

Naturgassen, der stammer fra lag dybt under overfladen,<br />

hentes op ved et højt tryk, over 200 atmosfære. Rundt<br />

i landet nedsættes trykket i flere omgange, så det til sidst<br />

kommer ud til forbrugerne ved et tryk, der kun er ganske lidt<br />

over atmosfærens tryk. Det er altså det høje tryk dybt under<br />

Nordsøen, der driver gassen gennem ledningsnettet.<br />

Naturgassen fra Nordsøen, der især består af methan, CH 4 ,<br />

vil antagelig kunne levere energi frem til 2020’erne. Men<br />

mængden af naturgas er, som andre fossile brændstoffer,<br />

begrænset. Derfor skal Danmark i fremtiden satse på vedvarende<br />

energi. Vi skal have en bæredygtig energiforsyning. Det<br />

vil sige en energiforsyning, der ikke fjerner naturens resurser,<br />

men som lader undergrund og atmosfære forblive i samme tilstand.<br />

Det er derfor, at Solens energi direkte gennem solceller<br />

eller indirekte gennem vindmøller vil få en stadig større<br />

betydning for samfundets energiforsyning.<br />

58


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Brintsamfundet<br />

En af de mulige opbygninger af samfundets energisystem i<br />

fremtiden kaldes brintsamfundet. Her bruges især sol og vind<br />

som energikilder, mens energien til forbrugerne er bundet i<br />

luftarten brint, der er det ældre navn for hydrogen. Hydrogen<br />

skal være energibæreren. I dag er det de fossile brændstoffer,<br />

kul, olie og gas, der bruges som energikilder, mens elektriciteten<br />

er den vigtigste energibærer.<br />

Hydrogen som energibærer<br />

Hydrogen har vi nok af. Ved elektrolyse af vand, dvs. ved at<br />

sende elektrisk strøm gennem vand, H 2 O, fås nemlig hydrogen,<br />

H 2 . Det koster dog energi at spalte vand, men energien<br />

kommer igen, når hydrogenet senere brænder. Processen, der<br />

sker ved elektrolysen, er:<br />

2 H 2 O + Energi ➝ 2 H 2 + O 2<br />

Forbrændingen af hydrogen går den modsatte vej:<br />

2 H 2 + O 2 ➝ 2 H 2 O + Energi<br />

Spaltning af 1 liter vand kræver en energi på 16 megajoule.<br />

Der dannes 111 gram hydrogen, som ved luftens normale tryk<br />

og temperatur fylder ca. 150 liter. Hydrogen er ikke så effektiv<br />

en energibærer som benzin. Selv om hydrogenet trykkes sammen<br />

til 100 gange atmosfæretrykket, indeholder benzin mere<br />

energi pr. liter.<br />

Mens der ved forbrænding af benzin og andre fossile<br />

brændstoffer frigives CO 2 , kommer der ved hydrogens forbrænding<br />

kun vand som spildprodukt.<br />

Før brintsamfundet kan blive en realitet, må der findes<br />

effektive metoder til at opbevare og flytte hydrogenet. Vi har i<br />

dag et samfund, hvor der findes benzinstationer over hele landet.<br />

I et brintsamfund skal der være brintstationer. De skal<br />

ligge tættere ved hinanden end benzinstationerne, fordi energien<br />

i en fyldt brinttank er mindre end i en benzintank med<br />

samme rumfang. Mange forskere forsøger at finde faste stoffer,<br />

der kan binde hydrogenet, så det på den måde kan opbevares.<br />

Brintsamfundet<br />

El-energi fra vindmøller og solceller danner<br />

hydrogen ved elektrolyse af vand.<br />

Hydrogenet bærer energien videre til<br />

anvendelse fx ved transport, opvarmning<br />

eller produktion af el-energi. Da vindmøller<br />

og solceller ikke følger døgnrytmen i energiforbruget,<br />

skal der være meget store<br />

lagre, hvor hydrogenet kan opbevares.<br />

59


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Brændselsceller<br />

Hydrogen og oxygen kan godt blandes, uden at der sker<br />

noget. Først når temperaturen bliver høj nok, sker der en forbrænding.<br />

Har gasserne det rette blandingsforhold, kaldes<br />

blandingen knaldgas. Hvis man stikker en brændende tændstik<br />

ind i knaldgassen, sker forbrændingen lynhurtigt som en<br />

eksplosion. Ved forbrændingen opstår der meget varme.<br />

Reaktionen kan skrives:<br />

2 H 2 + O 2 ➝ 2 H 2 O + varme<br />

I en brændselscelle dannes derimod elektrisk energi i stedet<br />

for varme. Processen er:<br />

2 H 2 + O 2 ➝ 2 H 2 O + el-energi<br />

I Malmø har der siden 2003 kørt en brintbus.<br />

Bussen får brint på tanken fra en “brintstation“.<br />

En katalysator sørger for, at processen sker langsomt og ved<br />

en lav temperatur.<br />

På figuren sendes hydrogen ind i venstre side af brændselscellen,<br />

der har to elektroder. I den venstre elektrode ioniseres<br />

hydrogenet. Den kemiske proces er:<br />

2 H 2 ➝ 4 H + + 4 e –<br />

Elektronerne, e – , løber som en elektrisk strøm gennem det<br />

ydre kredsløb, mens hydrogen-ionerne, H + , bevæger sig over<br />

til den anden elektrode. Her tilføres oxygen, O 2 , der sammen<br />

med hydrogenet og elektronerne danner vand. Ved denne<br />

elektrode sker processen:<br />

O 2 + 4 H + + 4 e – ➝ 2 H 2 O<br />

Brændselscelle<br />

I en brændselscelle tilføres hydrogen og<br />

oxygen. Der dannes herved elektrisk energi<br />

og vand.<br />

Samlet betyder de to processer, at hydrogen og oxygen er blevet<br />

til vand og elektrisk energi. Brændselscellen er altså et element,<br />

der kan skabe en elektrisk strøm, når det tilføres hydrogen<br />

og oxygen.<br />

Der er uløste problemer<br />

Selv om brændselscellen blev opfundet allerede i 1839 er der<br />

stadig mange praktiske problemer, der skal løses, inden<br />

hydrogen kan erstatte de fossile brændstoffer.<br />

60


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

For at processen kan være effektiv, skal katalysatoren have<br />

en stor overflade, dvs. bestå af et materiale med mange, meget<br />

små huller. Men det betyder, at luftarterne ikke kan strømme<br />

nemt gennem cellen.<br />

Hvis processen får lov til at foregå for hurtigt, vil energien<br />

frigøres som varme og ikke som elektrisk energi. Men hvis<br />

brændselscellen skal bruges fx i biler, skal processen gå hurtigt,<br />

så der kan komme energi til bilens accelerationer.<br />

Der er flere af denne slags modstridende og fortsat uløste<br />

problemer med brændselscellerne. Måske kan du være med til<br />

at løse dem i fremtiden<br />

Energilagring<br />

I brintsamfundet stammer energien fra Solen. I solceller og<br />

vindmøller skabes elektrisk energi, hvoraf en del skal benyttes<br />

til fremstilling af hydrogen.<br />

Der er et stort problem i brintsamfundet. I vindstille og<br />

overskyede perioder om vinteren kan sol og vind ikke levere<br />

energi til spaltning af vandet. Der skal derfor være enorme<br />

lagre af hydrogen, hvis samfundet skal være uafhængigt af<br />

fossile brændstoffer. Som det ser ud i dag, skal der i disse<br />

perioder suppleres med et udvidet køb af energi hos vores<br />

nabolande, eller vi skal bruge kernekraft.<br />

Solceller som energikilde<br />

Solceller kan lave en elektrisk spændingsforskel, når de bliver<br />

belyst. Solceller består af to materialer på hver side af en grænseflade.<br />

Når den øverste side bliver belyst, påvirkes elektronerne<br />

i materialet. De flytter sig over på den anden side af grænsen,<br />

så der opstår en spændingsforskel. Solcellen virker altså<br />

som et batteri.<br />

Virkningsgraden af en solcelle er den elektriske energi, som<br />

solcellen leverer, divideret med den energi fra sollyset, som cellen<br />

modtager. Solcellens virkningsgrad er omkring 10 %, men<br />

kan blive bedre.<br />

Fra Solen modtager vi kun energi om dagen. Der er i<br />

Danmark store forskelle på mængden af solenergi sommer og<br />

vinter. I gennemsnit for et år modtager vi omkring 120 watt<br />

på hver kvadratmeter. En normal husstand bruger i gennemsnit<br />

en elektrisk effekt mellem 500 og 1000 W. Det vil kræve,<br />

På Vanløse Skole ønsker man at have en energivenlig<br />

og miljørigtig politik. Der skal spares på<br />

energien. Solceller på taget er med til at levere<br />

den elektriske energi, som skolen bruger.<br />

61


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Brintbilen<br />

<br />

Brintbilen trækkes af en elektromotor, der<br />

får sin spænding fra en brændselscelle.<br />

Først skal der laves hydrogen. Forbind et<br />

solcellepanel med en elektrolysecelle. Når<br />

der lyses på solpanelet, dannes der hydrogen<br />

i elektrolysecellen.<br />

EKSPERIMENT<br />

Cellen flyttes over på brintbilen. Her fungerer<br />

elektrolysecellen som en brændsels -<br />

celle. Bilen kører nu uden støj og<br />

forurening fra udstødningen.<br />

Nyttige oplysninger<br />

I en brændselscelle omdannes hydrogen og<br />

oxygen til vand, mens der frigives elektrisk<br />

energi.<br />

I brintsamfundet er hydrogen energibæreren.<br />

Solceller skaber en elektrisk spændingsforskel,<br />

når de belyses.<br />

at solcellerne for denne husstand dækker et areal, der næsten<br />

er 100 m 2 . Skal husstanden også have dækket sit varmebehov<br />

via energi fra solceller, bliver det nødvendige solcelleareal flere<br />

hundrede kvadratmeter.<br />

Alternativer til brintsamfundet<br />

Der er ingen tvivl om, at de fossile brændstoffer i fremtiden vil<br />

få mindre og mindre betydning. Lagrene i undergrunden er<br />

begrænsede, og forureningen er uacceptabel. Brintsamfundet<br />

er en af fremtidens muligheder, men energi kan også udvindes,<br />

fordeles og udnyttes på andre måder.<br />

Biobrændsler, dvs. brændstoffer udvundet af landbrugsprodukter,<br />

kan bruges til transport og fyring. I flere lande<br />

blandes benzinen op med bioethanol, der er udvundet af fx<br />

sukkerrør og majs. El-biler kan erstatte benzin- og dieseldrevne<br />

køretøjer. El-bilerne skal have hyppige udskiftninger af<br />

nyopladede batterier, så der skal oprettes et net af “batteri-<br />

stationer”, hvor tømte batterier kan indleveres til opladning,<br />

og hvor man kan hente batterier, der er blevet opladet.<br />

Kopiark 3.11<br />

62


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Anvendelser af induktion<br />

Mange af hverdagens apparater udnytter grundlæggende<br />

fysiske opdagelser. Når vores viden om naturen bliver større,<br />

kan ingeniører bruge denne viden til at skabe genstande, der<br />

kan hjælpe os i hverdagen. I dette afsnit beskrives virkemåden<br />

af en række apparater, der udnytter den grundlæggende<br />

fysik.<br />

Induktionskomfuret<br />

Normale el-komfurer har kogeplader, der varmes op, når en<br />

elektrisk strøm løber gennem nogle varmelegemer i pladen.<br />

Det varer lidt tid, inden en almindelig kogeplade bliver varm.<br />

Først skal det tunge materiale i kogepladen opvarmes.<br />

Der findes også komfurer med keramiske plader. Her er de<br />

tunge metalplader væk. De er erstattet af et glaslignende<br />

materiale, der dækker hele komfurets overflade.<br />

Induktionskomfurer benytter ikke varmelegemer. I stedet<br />

er der under gryden nogle kraftige elektromagneter, der laver<br />

hurtigt varierende magnetfelter. Disse magnetfelter frembringer<br />

ved induktion en cirkulerende elektrisk strøm i bunden<br />

af gryden eller panden. Det kaldes en hvirvelstrøm.<br />

Resistansen i bunden af gryden betyder, at der udvikles varmeenergi<br />

pga. hvirvelstrømmen. Hvis gryden er af et magnetisk<br />

materiale, kræves der energi for hele tiden at magnetisere<br />

gryden i den ene og den anden retning. Den energi opvarmer<br />

også grydens bund.<br />

De fleste induktionskomfurer er konstrueret, så de fungerer<br />

bedst med gryder af jern. De vil slet ikke kunne opvarme<br />

en glasskål, for glas er en isolator, der ikke kan lede strøm.<br />

Den keramiske plade er en dårlig varmeleder, så varmen<br />

fra grydens bund bevæger sig næsten ikke vandret ud gennem<br />

pladen. Da det kun er grydens bund, der opvarmes, er induktionskomfurer<br />

meget økonomiske. De er tillige nemme at rengøre<br />

og opvarmer maden lidt hurtigere end komfurer med<br />

varmeplader af metal. Hvis man benytter gryder med tynd<br />

bund og kun skal opvarme små mængder, vil det gå meget<br />

hurtigt, men ved opvarmning af store portioner er der ikke så<br />

stor forskel på de forskellige komfurtyper.<br />

Kopiark 3.12<br />

Induktionskomfur<br />

Under de fire kogefelter i induktionskom<br />

furet ligger der store spoler. En vekselstrøm<br />

i disse spoler danner hvirvelstrømme<br />

i bunden af gryderne. Herved opvarmes<br />

maden.<br />

63


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

Mikrobølgerne fra mikroovnen opvarmer stoffer,<br />

der indeholder vand. I mikroovnens låge er<br />

et metalnet, der hindrer bølgerne i at komme<br />

ud af ovnen.<br />

Strålerne fra radaranlæg er af samme type<br />

som strålerne i mikroovnen. Mennesker må<br />

derfor ikke opholde sig tæt ved radarantenner.<br />

Det kan hurtigt blive ret varmt!<br />

Når magneten på hjulet passerer forbi cykel -<br />

lygten, ændres magnetfeltet i nogle spoler.<br />

Den inducerede spænding får lygtens<br />

diodepærer til at blinke.<br />

Mikrobølgeovnen<br />

I induktionskomfuret svinger det magnetiske felt med en frekvens<br />

på 50 Hz. I mikrobølgeovnen svinger det magnetiske<br />

felt langt hurtigere. Det svinger mere end to milliarder gange<br />

hvert sekund. Dette svingende magnetfelt kaldes mikrobølger.<br />

Et så hurtigt varierende magnetfelt påvirker de enkelte<br />

molekyler, så de svinger i takt med magnetfeltet. Ikke alle<br />

stoffer har molekyler, der kan svinge på den måde.<br />

Molekylerne i vand og i nogen grad også i sukker og fedtstoffer<br />

vil svinge i takt med magnetfeltet. Der er en modstand<br />

mod denne svingning. Det er, som om molekylerne gnider<br />

mod andre molekyler. Derved opstår en varmeudvikling, der<br />

bevirker en hurtig opvarmning.<br />

Glas og porcelæn bliver ikke opvarmet. Mikrobølgerne går<br />

lige gennem disse materialer, så kun vandet eller den vandholdige<br />

mad bliver opvarmet. Mikrobølgerne kan kun trænge<br />

ca. 5 mm ind i maden. Man bør derfor ikke anbringe maden i<br />

en stor klump i mikroovnen. Maden skal bredes ud på tallerkenen.<br />

Cykellygten<br />

Cykler man i mørke, skal man kunne ses. En batterilygte er<br />

naturligvis god, men med en lygte spændt fast på cyklen risikerer<br />

man ikke de uheldige situationer, hvor batterierne er<br />

blevet helt flade, eller batterilygten er glemt hjemme på hylden.<br />

Tidligere brugte man dynamolygter. De indeholdt en lille<br />

generator, der blev drejet rundt af en rulle, som drejede ved<br />

kontakt med cyklens dæk. Desværre krævede dynamolygterne,<br />

at der skulle trædes noget mere end ellers i pedalerne for<br />

at få lys. Der skulle arbejdes for lyset.<br />

I dag er diodelygter, der udnytter induktion, det mest<br />

almindelige. På hjulets eger sidder et par magneter. Når de<br />

passerer forbi lygten, vil deres magnetfelt inducere en spænding<br />

i en spole. I spolen opstår en strøm, der får diodepærerne<br />

til at blinke. Disse lygter bruger langt mindre energi end de<br />

tidligere dynamolygter. Man kan næppe mærke, at der skal<br />

bruges pedalkraft for at holde dem i gang.<br />

Kopiark 3.13<br />

64


KAPITEL 3 · ENERGI PÅ VEJ<br />

EKSPERIMENT<br />

Varmt vand til en kop te<br />

Virkningsgraden af en mikrobølgeovn kan<br />

undersøges, ved at måle den energimængde<br />

der skal bruges til opvarmning af noget vand.<br />

Fyld 200 g vand i et bægerglas. Mål vandets<br />

temperatur. Anbring bægerglasset i en mikrobølgeovn.<br />

Sæt en energimåler i ledningen til<br />

mikrobølgeovnen. Start ovnen og aflæs energimåleren,<br />

når vandet begynder at koge.<br />

Bestem virkningsgraden, dvs. forholdet mellem<br />

den energi, der er tilført vandet, og den energi,<br />

der er tilført mikrobølgeovnen.<br />

Ved beregningen skal bruges, at 1 kWh = 3600 kJ.<br />

Desuden benyttes, at der skal tilføres 0,418 kJ<br />

for at opvarme 100 g vand 1 °C.<br />

Den elektriske guitar<br />

I en almindelig guitar laver strengene lydsvingninger, der forstærkes<br />

af resonanskassen i guitarens bund. Kassens form og<br />

de materialer, den er lavet af, betyder meget for guitarens<br />

klang. Den lyd, der kommer fra strengene alene, kan næsten<br />

ikke høres.<br />

I en elektrisk guitar er der ingen kasse under strengene.<br />

Under strengene sidder der en eller flere spoler. Hver af disse<br />

spoler er i forbindelse med nogle såkaldte pickup-spoler<br />

under hver streng. Disse spoler skaber et magnetfelt.<br />

Strengene, der er af jern, bliver derfor magnetiserede. Når de<br />

bevæger sig mod eller væk fra spolen, virker det som om en<br />

magnet bevæger sig i forhold til spolen. Der bliver induceret<br />

en spænding, der forstærkes og sendes ud i højt<strong>tale</strong>ren.<br />

På en el-guitar er der tit to eller tre sæt forskellige spoler.<br />

Den del af strengen, der sidder tæt ved guitarstolen, dvs. det<br />

sted hvor strengene er gjort fast, giver en ”hårdere lyd” end de<br />

andre dele af strengen. Ved at justere på, hvor meget signal fra<br />

de enkelte spoler, der skal sendes videre til forstærkeren, kan<br />

guitarspilleren danne en ønsket lyd. Med en elektrisk guitar er<br />

der langt flere muligheder for at skabe en bestemt lyd end<br />

med en klassisk guitar.<br />

N<br />

S<br />

N<br />

S<br />

Tre steder under hver streng er der spoler,<br />

der fanger svingningerne fra strengen.<br />

Guitarspilleren kan regulere lyden ved at<br />

sende mere eller mindre af lyden fra de tre<br />

spoler videre til forstærker og højt<strong>tale</strong>r.<br />

65


CAFE KOSMOS<br />

SIKKERHEDSTJEK<br />

I LUFTHAVNEN<br />

Ved alle flyrejser skal passagererne kontrolleres. Metalgenstande og ulovlige stoffer<br />

må ikke komme med i flyet. Nogle af disse kontrolmetoder bygger på induktion<br />

fremkaldt af vekslende magnetfelter. Metoderne i lufthavnen kan også bruges af<br />

arkæologer og skattejægere.<br />

svinde med en bestemt fart. Hvor -<br />

dan dette magnetfelt ændrer sig,<br />

kan enten måles med den spole,<br />

der skabte feltet, eller med en<br />

anden spole, en målespole, i den<br />

anden side af porten. I måle spolen<br />

induceres nemlig en spændingsforskel<br />

på samme måde, som når en<br />

magnet trækkes ud af en spole.<br />

En tilsluttet computer undersøger<br />

nu, hvor hurtig og hvordan dette<br />

”ekkomagnetfelt” forsvinder. Er<br />

der ingen metalgenstande i porten,<br />

vil feltet forsvinde hurtigt. Er der<br />

metalgenstande i porten, vil det op -<br />

rindelige magnetfelt skabe små<br />

hvirvelstrømme i metallet. Disse<br />

strømme laver et ekstra magnetfelt,<br />

der bevirker, at ”ekkomagnetfeltet”<br />

forsvinder langsommere.<br />

Hvis det sker, må passageren videre<br />

til en yderligere metalkontrol.<br />

METALDETEKTORER<br />

I alle lufthavne skal passagererne<br />

gå gennem en port, der kan regi -<br />

strere, om man har metalgenstande<br />

gemt under tøjet. Disse metaldetektorer<br />

udnytter induktion til<br />

at ”se” skjulte metalgenstande.<br />

I den ene side af porten sidder en<br />

stor spole. Gennem spolen løber<br />

normalt 100 gange hvert sekund<br />

en kortvarig og kraftig elektrisk<br />

strøm. Strømmen skaber et magnetfelt<br />

i den port, som passagererne<br />

går gennem. Når strømimpulsen<br />

stopper, vil magnetfeltet også for-<br />

66<br />

Ved denne næste kontrol benyttes<br />

et håndholdt apparat, der virker helt<br />

på samme måde. Blot er der kun et<br />

magnetfelt i et lille område. Ved at<br />

føre apparatet rundt over flypassagerens<br />

krop, kan man finde den<br />

eller de metalgenstande, der gav<br />

udslag ved undersøgelsen i por ten.


CAFE KOSMOS<br />

SPRÆNGSTOFFER I KUFFERTEN<br />

I lufthavnene bliver alle kufferter<br />

gennemlyst med røntgenstråler.<br />

Knive, pistoler og andre metalgenstande<br />

giver et tydeligt skyggebillede.<br />

Men røntgenstråler kan også<br />

lave kemiske analyser af stofferne i<br />

kufferten. Selv væsker kan man<br />

opdage. Metoden er den samme,<br />

som frembringer farverne i en<br />

sæbeboble.<br />

Sæbebobler viser tit et spændende<br />

mønster med alle regnbuens farver.<br />

Det skyldes, at de forskellige farver<br />

i lyset bliver sendt tilbage i forskellige<br />

retninger, fordi sæbehinden er<br />

meget tynd. Lysets bølgelængde<br />

har omtrent samme størrelse som<br />

hindens tykkelse. Røntgenstråler<br />

har omtrent samme bølgelængde<br />

som afstanden mellem atomerne i<br />

forskellige stoffer. Derfor spredes<br />

røntgenstråler af atomerne i et stof<br />

på samme måde som lyset i overfladen<br />

af en sæbeboble.<br />

Den måde, hvorpå en lang række<br />

sprængstoffer og narkotiske stoffer<br />

spreder røntgenstrålerne, er<br />

kendt. Når et apparat ser en sådan<br />

spredning, er det som en kemisk<br />

analyse. Man har set et ”fingeraftryk”<br />

af det ulovlige stof. De farlige<br />

stoffer kan ikke gemmes. Med<br />

røntgenstrålerne kan man endda<br />

se, hvad der gemmer sig bag metal,<br />

fx i store skibscontainere.<br />

MINESØGERNE<br />

I ANDEN VERDENSKRIG<br />

Ideen om at bruge magnetfelter til<br />

at finde skjulte metalgenstande var<br />

opstået allerede i 1800-tallet, men<br />

først under anden verdenskrig blev<br />

ideen til virkelighed. For at finde<br />

nedgravede miner benyttede man<br />

en spole, der blev bevæget langsomt<br />

tæt over jorden. En jævnstrøm<br />

gennem spolen lavede et<br />

konstant magnetfelt, der gik lidt<br />

ned i jorden. Hvis en metalgenstand<br />

kom ind i magnetfeltet, ville der<br />

opstå hvirvelstrømme i metallet. En<br />

anden spole kunne så opfange<br />

magnetfeltet fra hvirvelstrømmene.<br />

På den måde kom der et signal,<br />

når minesøgeren havde bevæget<br />

sig hen over en metalgenstand.<br />

ARKÆOLOGER<br />

OG METALDETEKTORER<br />

I mange år var verdenskrigens minesøgere<br />

en militær hemmelighed.<br />

Men 20 år efter krigen begyndte<br />

andre at bruge minesøgere som<br />

metaldetektorer.<br />

Arkæologer har stor glæde af me tal -<br />

detektorer. Nye detektorer er blevet<br />

udviklet, bl.a. den form, der<br />

ligesom i lufthavnene udsender kort -<br />

67<br />

varige magnetiske felter. Disse detek -<br />

torer kan finde metal. De kan også<br />

kende forskel på forskellige typer af<br />

”ekko”. Derfor kan metaldetektorerne<br />

indstilles, så de ikke reagerer<br />

på fx tomme øldåser og rustne søm.<br />

En skattejæger i USA gik i 1977<br />

rundt med en metaldetektor i<br />

Mojaveørkenen. Han var heldig.<br />

Han fandt en guldklump på næ -<br />

sten 15 kg. Den ville i dag have en<br />

værdi på omkring 750000 kr.<br />

INTELLIGENTE TRAFIKLYS<br />

Mange trafiklys kan mærke, når en<br />

bil nærmer sig, eller når der er<br />

mange køretøjer i en bestemt retning.<br />

Så skifter lyset til grønt. I<br />

asfalten er lavet en firkantet rille,<br />

der dækker et areal på få kvadratmeter.<br />

I rillen er anbragt en spole,<br />

der skaber et magnetfelt lige over<br />

asfalten. Når en bil kommer ind i<br />

magnetfeltet, bliver ændringen af<br />

magnetfeltet registreret i en anden<br />

spole, hvorefter lyssignalet indstiller<br />

sig på grønt.<br />

Den samme metode bruges også<br />

ved trafiktælling. Spoler i asfalten<br />

på motorvejene giver vejmyndighederne<br />

oplysninger om antallet af<br />

biler på en bestemt strækning.


DET VED DU OM ENERGI PÅ VEJ<br />

INDUKTION<br />

ENERGIFORSYNING<br />

Der opstår en spændingsforskel,<br />

når magnetfeltet gennem<br />

en spole ændrer sig. Det<br />

kaldes induktion.<br />

Induktionsloven fortæller, at<br />

størrelsen af den inducerede<br />

spændingsforskel afhænger af,<br />

hvor hurtigt magnetfeltet<br />

ændres.<br />

Den inducerede strøm har en<br />

retning, så den skaber et magnetfelt,<br />

der går i modsat retning<br />

af det påtrykte magnetfelt.<br />

I en generator roterer spoler i<br />

et magnetfelt. Ved induktion<br />

opstår der en spændingsforskel<br />

over spolerne.<br />

I en vekselstrøm bølger spæn -<br />

dingsforskellen op og ned.<br />

I el-nettet er vekselspændingens<br />

frekvens 50 Hz.<br />

Den maksimale værdi af vekselspændingen<br />

i stikkontakterne<br />

er 325 V.<br />

Den effektive værdi af vekselspændingen<br />

i stikkontakterne<br />

er 230 V.<br />

En transformer ændrer både en<br />

vekselspændings spændingsforskel<br />

og strømstyrke.<br />

Apparater, der kræver meget<br />

effekt, kan forsynes med trefaset<br />

vekselspænding.<br />

BRINTSAMFUNDET<br />

ANVENDELSER AF INDUKTION<br />

I en brændselscelle<br />

omdannes hydrogen og<br />

oxygen til vand, mens der<br />

frigives elektrisk energi.<br />

I brintsamfundet er hydrogen<br />

energibæreren.<br />

Solceller skaber en elektrisk<br />

spændingsforskel, når de<br />

belyses.<br />

68<br />

I induktionskomfuret opvarmes<br />

maden af hvirvelstrømme i grydens<br />

bund.<br />

I mikrobølgeovnen opvarmes<br />

maden af et svingende magnetfelt.


PRØV DIG SELV<br />

KAN DU HUSKE<br />

FORSTÅR DU<br />

Hvad er en virkningsgrad<br />

Hvorfor bruger vaskemaskiner<br />

trefaset spænding<br />

Hvordan virker en metal -<br />

detektor<br />

Hvordan kan man finde ud af,<br />

hvilken vej en induceret strøm<br />

går, når en magnet skubbes ind<br />

i en spole<br />

Hvad er forskellen på jævnstrøm<br />

og vekselstrøm<br />

Hvad er den maksimale værdi<br />

af vekselspændingen i stikkontakterne<br />

Hvad er frekvensen af vekselspændingen<br />

i stikkontakterne<br />

Hvorfor bruges der transformere<br />

i el-forsyningen<br />

Hvad er induktion<br />

Hvad er en solcelle<br />

UDFORDRING<br />

Hvornår fik man el-forsyning i<br />

Danmark Find svaret fx på<br />

internettet.<br />

Hvor ligger de største elektricitetsværker<br />

i Danmark<br />

Find svaret fx på internettet.<br />

Ved vekselstrøm går strømmen<br />

frem og tilbage. Hvorfor får man<br />

alligevel energi fra elektricitets -<br />

værkerne<br />

Forklar, hvorfor det ikke er en<br />

god ide at have luftformig<br />

hydrogen i tanken på et køretøj.<br />

69


KAPITEL 4<br />

Elektronik


og styring<br />

<br />

<br />

ELEKTRONISKE KOMPONENTER<br />

INFORMATIONER PÅ VEJ<br />

<br />

STYRING<br />

<br />

ANVENDELSER AF ELEKTRONIK<br />

<br />

CAFE KOSMOS: VINDMØLLER<br />

Den elektroniske tidsalder startede i 1947, hvor transistoren<br />

blev opfundet. Siden da er der foregået en rivende udvikling,<br />

der ikke ser ud til at stoppe. I dag er vores tilværelse<br />

præget af den moderne elektronik. Forkortelser som GPS,<br />

MP3, dvd, cd, it og pc er hverdagsbegreber.<br />

Det er viden om atomernes mikroverden, der har gjort det<br />

muligt at bygge mindre og mindre elektroniske komponenter.<br />

Vendingen ”Kun fantasien sætter grænser” gælder for de<br />

muligheder, som mikroelektronikken giver. Der er ingen tvivl<br />

om, at den fortsatte udvikling vil medføre store ændringer<br />

i vores dagligdag.<br />

Hvad er en diode<br />

Hvad er et digitalt signal<br />

Hvad er en chip<br />

Hvad får en elkedel til at slukke, når vandet koger<br />

Hvordan gemmes tekst og billeder på en cd<br />

Hvorfor kan en HPFI-afbryder redde liv<br />

71


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Elektroniske komponenter<br />

I elektroniske apparater er der et stort antal komponenter.<br />

Nogle er synlige. De kan sidde loddet fast på en såkaldt printplade.<br />

Andre sidder gemt inde i små chips, der rummer millioner<br />

af komponenter i nanometer-størrelse, dvs. omkring en<br />

milliontedel millimeter.<br />

Der findes kun få typer af komponenter, men ved sammen -<br />

sætning af dem kan man konstruere mange forskellige apparater.<br />

Mobiltelefoner, fladskærme, MP3-afspillere, computere<br />

og minesøgere benytter de samme komponenttyper.<br />

Den sorte kasse på den grønne printplade<br />

er en chip, der indeholder et meget stort antal<br />

ganske små komponenter. De brune komponenter<br />

er såkaldte kapacitorer. De "gyldne streger"<br />

er kobberledninger, der forbinder komponenterne.<br />

Dioden<br />

Strømmen kan kun gå gennem dioden i<br />

lede-retningen. En strøm i den modsatte retning<br />

kan ikke passere. Diodens to dele er<br />

begge af silicium, men enkelte af siliciumatomerne<br />

er erstattet af andre atomer. Man<br />

siger, at den ene side er en halvleder af n-<br />

type, mens den anden er af p-type. Bogsta -<br />

verne n og p står for negativ og positiv.<br />

Dioden<br />

Dioden er en komponent, der findes i alle elektroniske apparater.<br />

En elektrisk strøm kan gå gennem en diode, men kun i den<br />

ene retning. Dioden har en resistans, der er meget lille, når<br />

strømmen går i lede-retningen. Resistansen er derimod meget<br />

stor i den anden retning, spærre-retningen.<br />

Dioder er normalt fremstillet af grundstoffet silicium.<br />

Silicium er hverken en god leder eller en god elektrisk isolator.<br />

Silicium er en halvleder. Men tilfører man små mængder af<br />

bestemte grundstoffer til halvlederen, bliver den ledende.<br />

Man siger, at halvlederen er doteret med disse stoffer.<br />

I en diode støder to halvledere, der er forskelligt doteret, op<br />

mod hinanden. Doteringen betyder, at elektroner, der bevæger<br />

sig fra den ene side af halvlederen mod den anden, energimæssigt<br />

skal “op ad bakke”. En elektron i den anden retning “glider<br />

ned ad bakke”. Det er denne energiforskel, der bevirker, at<br />

strømmen kun kan løbe den ene vej gennem en diode.<br />

Hvis dioderne er opbygget af nogle specielle grundstoffer,<br />

bliver de til såkaldte lysdioder. De lyser, når der går en strøm<br />

gennem dem. Forskellige stoffer giver forskellige farver.<br />

Omvendt kan disse dioder virke som et lille element. De danner<br />

nemlig en spændingsforskel, når de belyses. Så kaldes dioden<br />

for en fotodiode.<br />

Kopiark 4.1 og 4.2<br />

Ensretning<br />

Dioder bruges, når en vekselstrøm skal omdannes til en jævnstrøm.<br />

Denne ændring kaldes en ensretning. På tegningen er<br />

72


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

vist et kredsløb, hvor der sendes vekselstrøm gennem en diode<br />

og en modstand.<br />

Vekselstrømmens “positive bølge” løber gennem dioden og<br />

dermed også gennem modstanden. Den “negative bølge” kan<br />

ikke løbe gennem dioden. Forsøger man at sende vekselstrøm<br />

gennem en diode, er det altså kun de positive dele af bølgen,<br />

der slipper igennem. Gennem modstanden vil der derfor gå en<br />

strøm, hvor strømstyrken følger den positive del af bølgen.<br />

En ensretning med et kredsløb med én diode giver derfor<br />

en bølgende, positiv strøm i halvdelen af tiden. Skal man have<br />

en strøm, der mere ligner en jævnstrøm, skal der bruges fire<br />

dioder. Et kredsløb med fire dioder er vist på figuren. Ved vekselstrømmens<br />

positive bølger går strømmen den ene vej gennem<br />

dioderne. Ved de negative bølger går strømmen den anden<br />

vej. Derfor går strømmen hele tiden samme vej gennem modstanden.<br />

Der kommer derfor over modstanden en pulserende<br />

spænding, som hele tiden er positiv. Det er som om, de negative<br />

bølger er blevet vendt om.<br />

Det er muligt at tilføje andre komponenter for at udglatte<br />

strømmen, så kredsløbet kommer til at virke som et batteri<br />

med en næsten konstant spændingsforskel. Sådanne kredsløb<br />

bruges fx i opladere til mobiltelefoner.<br />

Kopiark 4.3<br />

Transistoren<br />

De første radioprogrammer blev udsendt i 1906. Datidens<br />

radioer var store og brugte meget energi. I apparaterne var der<br />

radiorør, som var på størrelse med en elektrisk pære.<br />

Radiorørene indeholdt nogle elektroder, hvor man med en<br />

lille spændingsforskel kunne styre en stor strøm. På den måde<br />

kunne signalerne forstærkes. I 1947 blev transistoren opfundet.<br />

Den fyldte kun ganske lidt og erstattede hurtigt radio -<br />

rørene i alle elektroniske apparater.<br />

En transistor har en opbygning som to dioder. Der er tre<br />

lag, hvor det tynde i midten, spærrelaget, er doteret på én måde<br />

og de to yderste lag på en anden måde. Der kommer tre ledninger,<br />

de såkaldte ben, ud af transistoren.<br />

Når strømstyrken ind i det midterste lag, spærrelaget,<br />

ændres, får transistoren nye egenskaber. Strømstyrken mellem<br />

de to yderste lag afhænger nemlig af størrelsen af den strøm-<br />

Ensretning af vekselstrøm<br />

Transistorens virkemåde<br />

I en transistor kan<br />

en lille strøm til<br />

det midterste ben<br />

styre en stor<br />

strøm. Det virker<br />

på samme måde,<br />

som når en lille<br />

bevægelse af<br />

håndgrebet på<br />

vandhanen styrer<br />

en stor vandstrøm.<br />

73


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

styrke, der går ind i det midterste lag. Det midterste lag er som<br />

en vandhane, hvor man med en lille påvirkning kan ændre<br />

vandstrømmen. I transistoren er det strømstyrken til spærrelaget,<br />

der styrer strømstyrken gennem transistoren. Den<br />

virkning kan bruges, når et elektrisk signal, dvs. en svingende<br />

strømstyrke, skal forstærkes. Det lille signal føres til det mid -<br />

terste ben på transistoren. Der vil så mellem de yderste ben<br />

kunne løbe en stor strøm, der svinger i takt med det lille signal.<br />

Det lille signal styrer et stort.<br />

Forstærkerkredsløb<br />

Fra mikrofonen kommer der en lille strøm,<br />

der svinger i takt med lyden. Strømstyrken er<br />

lille, så en højt<strong>tale</strong>r kan ikke bruges direkte.<br />

Derfor skal signalet forstærkes. Strømmen fra<br />

mikrofonen går gennem transistorens midterste<br />

lag. Det får en stor strøm gennem hele transistoren<br />

til at svinge i takt med signalet fra mikrofonen.<br />

Højt<strong>tale</strong>ren vil nu få et signal med en<br />

strømstyrke, der er så stor, at musikken kan<br />

høres.<br />

Skitsen viser den principielle opbygning af en<br />

lille del af en chip. Den blå bund er af halvlederen<br />

silicium. Det røde lag er doteret silicium,<br />

mens de sandfarvede bjælker er metal, der forbinder<br />

kredsløbets dele. Det hele er ætset ud af<br />

en blok, hvor de forskellige materialer lå i flere<br />

lag.<br />

Forstærkeren<br />

Der bruges forstærkerkredsløb i alle elektroniske apparater.<br />

Med forskellige komponenter omkring transistoren eller ved<br />

at bruge flere transistorer kan man opnå, at kun signaler med<br />

en bestemt frekvens bliver forstærket. Herved fjernes uønskede<br />

signaler, som fx støj.<br />

I moderne elektronik bruges kredsløb med tusindvis af<br />

forstærkere. Med den slags kredsløb kan man opnå, at det forstærkede<br />

signal er en perfekt udgave af det indkommende,<br />

svage signal.<br />

Kopiark 4.4<br />

Den integrerede kreds<br />

De integrerede kredse blev opfundet i 1958. En integreret kreds<br />

kaldes også en chip eller en mikrochip. En integreret kreds er<br />

bygget på en tynd skive af silicium. På skiven er lagt nogle<br />

meget tynde lag af forskellige andre stoffer, både ledere, isolatorer<br />

og halvledere. Derpå fjernes noget af materialet i de<br />

forskellige lag. Der ætses gennem overfladerne med en fotografisk,<br />

laserstyret teknik. På den måde danner det resterende<br />

materiale et omfattende og kompliceret kredsløb. Her findes<br />

både ledninger, modstande, dioder, transistorer og andre<br />

komponenter. Alle disse komponenter er ganske små. Der<br />

kan fx ligge omkring 1 million transistorer på en kvadratmillimeter.<br />

Brugen af integrerede kredse har revolutioneret elektronikken.<br />

I stedet for en dyr og meget langsom produktions -<br />

metode, hvor de enkelte komponenter skulle loddes sammen,<br />

kan man nu hurtigt og billigt fremstille store og helt ens<br />

kredsløb.<br />

74


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Hvor hurtig er du<br />

Med to fotoceller og en timer måles, hvor<br />

hurtigt hånden kan bevæges. Anbring to<br />

fotocelleenheder 25 cm fra hinanden.<br />

En timer indstilles til at måle den tid, der<br />

går mellem lysstrålerne i de to enheder<br />

bliver afbrudt.<br />

Et ark karton trækkes gennem de to<br />

enheder. Mål den tid, der går, mellem de<br />

to lysstråler bliver afbrudt. Bestem<br />

håndens fart.<br />

Fotocellen<br />

En fotocelle er en komponent, hvis resistans afhænger af belysningen.<br />

Det aktive stof i fotoceller til brug ved synligt lys er<br />

normalt lavet af cadmiumsulfid, CdS. Når lyset rammer cadmiumsulfidet,<br />

løsrives elektroner fra atomerne. De kan så bevæge<br />

sig i stoffet, der på denne måde er blevet elektrisk ledende.<br />

Fotoceller har mange anvendelser. De kan bruges til at tælle<br />

enheder ved samlebånd på fabrikker. De kan i forbindelse<br />

med en tidsmåler, en timer, bruges til nøjagtige fartmålinger.<br />

Kopiark 4.5<br />

Nyttige oplysninger<br />

I en diode kan strømmen kun gå i den ene<br />

retning.<br />

Dioder kan bruges til ensretning af vekselstrøm.<br />

I en transistor kan en lille strøm styre en<br />

stor strøm.<br />

Integrerede kredse, der også kaldes chips,<br />

kan indeholde flere milliarder elektroniske<br />

komponenter.<br />

En fotocelle har en resistans, der afhænger<br />

af belysningen.<br />

I venstre gren af fotocelleenheden sidder en lyskilde,<br />

der udsender rødt lys. I højre gren, lige<br />

overfor, sidder en fotocelle. Enheden registrerer,<br />

om fotocellen er belyst.<br />

75


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Morsealfabetet<br />

A · –<br />

B – · · ·<br />

C – · – ·<br />

D – · ·<br />

E ·<br />

F · · – ·<br />

G – – ·<br />

H · · · ·<br />

I · ·<br />

J · – – –<br />

K – · –<br />

L · – · ·<br />

M – –<br />

N – ·<br />

O – – –<br />

P · – – ·<br />

Q – – · –<br />

R · – ·<br />

S · · ·<br />

T –<br />

U · · –<br />

V · · · –<br />

W · – –<br />

X – · · –<br />

Y – · – –<br />

Z – – · ·<br />

Æ · – · –<br />

Ø – – – ·<br />

Å · – – · –<br />

1<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

6<br />

7<br />

8<br />

9<br />

0<br />

@<br />

· – – – –<br />

· · – – –<br />

· · · – –<br />

· · · · –<br />

· · · · ·<br />

– · · · ·<br />

– – · · ·<br />

– – – · ·<br />

– – – – ·<br />

– – – – –<br />

· – – · – ·<br />

Informationer på vej<br />

Når man hører en tone, skyldes det, at trykket i luften svinger<br />

hurtigt. Frekvensen, dvs. antallet af svingninger pr. sekund,<br />

bestemmer den tone, man hører. Med mikrofoner laves svingningerne<br />

i lufttrykket om til elektriske svingninger med<br />

samme frekvens som lyden. Et signal, der på den måde er<br />

omsat til en elektrisk spænding, kaldes et analogt signal. Analog<br />

betyder lignende.<br />

Digi<strong>tale</strong> signaler<br />

Tidligere blev der sendt analoge signaler, når lyd skulle overføres<br />

i telefonledninger. Det har dog vist sig, at den bedste kvalitet<br />

og den mindste udgift fås, når signaler over lange afstande<br />

sendes som digi<strong>tale</strong> signaler. Digital betyder med tal.<br />

Det første digitallignende signal var morsealfabetet, der<br />

blev brugt i forbindelse med telegrafi fra midten af 1800-tallet.<br />

I morsealfabetet har hvert bogstav en bestemt kombination<br />

af prikker og streger. Sendte man en kort impuls efterfulgt<br />

af tre lange impulser, betød det et j. På den måde blev<br />

meddelelser sendt i ledninger mellem fx Europa og USA.<br />

I dag sendes digi<strong>tale</strong> signaler i et to-talssystem. Man benytter<br />

såkaldte binære tal, dvs. tallene 0 og 1. Når vi skriver et tal<br />

som 84, benytter vi et ti-talssystem. Tallet 84 er sammensat af<br />

otte tiere og fire enere. Når informationer skal sendes binært,<br />

benyttes et to-talssystem. I det binære system tæller man ikke<br />

1, 2, 3, 4, 5, …, men 1, 10, 11, 100, 101, …, da man kun bruger<br />

tallene 0 og 1. En bit er et binært ciffer, altså 0 eller 1.<br />

Med et ti-talssystem kan man med tre cifre danne tal op til<br />

999. I det binære system skal man bruge ti cifre for at kunne<br />

danne alle tal op til 1024. I beskrivelsen af mange moderne<br />

apparater forekommer forkortelserne kb, Mb eller Gb, der<br />

står for kilobit, megabit og gigabit. En kilobit er ikke 1000,<br />

men 1024 binære cifre. En megabit er lige over en million<br />

binære cifre. Helt præcist er 1 Mb 1048576 binære cifre. Den<br />

endnu større enhed, Gb, svarer til lidt over en milliard. Hvis en<br />

netforbindelse til en pc har en kapacitet på 20 Mb/s betyder<br />

det, at forbindelsen kan overføre omkring tyve millioner bi -<br />

næ re cifre hvert sekund.<br />

Kopiark 4.6 og 4.7<br />

76


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Analog til digital og tilbage igen<br />

Et svingende elektrisk signal, et analogt signal, kan omdannes<br />

til et digitalt signal. Det gøres ved at måle størrelsen af det analoge<br />

signal med korte mellemrum. Størrelsen oversættes til et<br />

tal i det binære talsystem.<br />

Hos modtageren sørger et elektronisk kredsløb derefter for<br />

at oversætte tallene til en spændingsforskel med den rigtige<br />

størrelse. Elektronikken skal arbejde hurtigt. For at danne den<br />

rigtige lyd skal der udføres op mod en million af disse oversættelser<br />

hvert sekund.<br />

Optisk kommunikation<br />

I dag sendes telefon- og internetsignaler gennem lyslederka b -<br />

ler. Lyslederkabler har en opbygning, så lys, der sendes ind i<br />

den ene ende, ikke kan komme ud gennem kablets sider. Selv<br />

om kablet krummer, fortsætter lyset inde i kablet.<br />

I lyslederkabler består det binære signal af en række små<br />

lysglimt. Lys betyder 1, og intet lys betyder 0. En laser sender<br />

lyssignaler af sted. I kablets anden ende sørger en fotodiode<br />

for, at lyssignalerne igen ændres til en række elektriske impulser.<br />

Der er god plads til signalerne i et lyslederkabel. Der findes<br />

kabler, der er så effektive, at alle telefonsam<strong>tale</strong>r i hele verden<br />

kunne sendes samtidig i bare et kabel.<br />

Lyslederkablerne er langt mere effektive end de gamle kobberledninger,<br />

der tidligere transporterede analoge eller digi<strong>tale</strong><br />

elektriske signaler.<br />

Binære tal<br />

Ti-talssystemet<br />

0<br />

1<br />

2<br />

3<br />

4<br />

5<br />

6<br />

7<br />

8<br />

9<br />

10<br />

11<br />

1024<br />

Binære tal<br />

0<br />

1<br />

10<br />

11<br />

100<br />

101<br />

110<br />

111<br />

1000<br />

1001<br />

1010<br />

1011<br />

1111111111<br />

Tv-signaler<br />

I et tv kommer der normalt et nyt billede på skærmen 24 gange<br />

hvert sekund. Tv-signalerne har i mange år bestået af informationer,<br />

der skabte billeder, som bestod af 576 linjer med hver<br />

720 punkter. Signalet indeholdt også yderligere informationer,<br />

der blev brugt til tekst-tv og til at fortælle tv-apparatet,<br />

hvornår der skulle starte et nyt billede eller en ny linje.<br />

Tv-signalet indeholder oplysninger, om et punkt på skærmen<br />

skal være tændt eller slukket. Det er det samlede indtryk<br />

af lyset fra de 720 · 576 = 414 720 punkter, der skaber billedet.<br />

Den ny standard, det såkaldte HDTV, har 1920 linjer hver<br />

med 1080 punkter. Da der er fem gange så mange punkter på<br />

skærmen, fås et skarpere billede.<br />

Et svingende elektrisk signal måles med<br />

regelmæssige mellemrum. Størrelsen af<br />

udsvinget erstattes med det binære tal, der<br />

ses på aksen. Modtageren af disse 17 gange<br />

3 cifre vil danne et signal, der ligner de<br />

grønne toppe. Ønskes en bedre kvalitet, skal<br />

det oprindelige signal registreres i kortere<br />

tidsintervaller. Man kalder antallet af regi -<br />

streringer pr. sekund for ”sample rate”.<br />

77


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Et tv-billede bliver skarpere, når antallet af<br />

punkter i hver række og søjle øges.<br />

Kommunikationssatellitter<br />

På tv oplever man tit, at der er lang tid mellem spørgsmål og<br />

svar, når studieværten <strong>tale</strong>r med en reporter på den anden side<br />

af Jorden. I de fleste tilfælde går billede og <strong>tale</strong> gennem lys -<br />

lederkabler, men undertiden benyttes kommunikationssatellitter,<br />

der befinder sig 36 000 km over Ækvator. Selv om tv-signalet<br />

bevæger sig med lysets fart, 300 000 km/s, kan man sagtens<br />

mærke den forsinkelse, som en tur op til og ned fra en<br />

eller måske to satellitter medfører.<br />

Hologrammer<br />

Et hologram er et tredimensionalt billede, der kan ses, når et<br />

fladt billede bliver belyst. Forklaringen på dette mærkelige<br />

Laserlyset sendes ind mod et specielt spejl, der<br />

lader halvdelen af lyset passere, mens den<br />

anden halvdel spejles. Det spejlede laserlys bliver<br />

nu spejlet videre af skakbrikken. Når dette<br />

lys rammer filmen, vil det nogle steder forstærke<br />

det direkte laserlys, fordi to bølgetoppe<br />

ankommer samtidig. Andre steder vil de to stråler<br />

ophæve hinanden. Når filmen sener belyses,<br />

vil der komme et holografisk billede af tårnet.<br />

78


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Det tredimensionale billede<br />

Et hologram anbringes i lyset fra en<br />

overheadprojektor, eller så Solen kan skinne<br />

på det. Se på billedet fra forskellige sider.<br />

Prøv, om det er muligt at røre ved det<br />

svævende billede.<br />

fænomen er, at lys kan interferere. Interferensen opstår, fordi<br />

lys er en bølgebevægelse. Lyset interfererer, når to stråler blandes<br />

sammen. En bølgetop og en bølgedal fra to lysstråler, der<br />

lægges sammen, giver mørke. To bølgetoppe vil derimod forstærke<br />

hinanden og gøre lyset stærkere.<br />

Det flade billede på filmen er lavet ved at belyse en genstand<br />

med en laser. Alt lys fra laseren har samme bølgelængde. Et særligt<br />

spejl deler først strålen, så noget af lyset rammer en fotografisk<br />

film i en direkte stråle. En anden del af lyset rammer<br />

genstanden, hvorfra en reflekteret stråle sendes mod filmen.<br />

Hvis forskellen i de afstande, den direkte stråle og den reflekterede<br />

stråle har bevæget sig, er en halv bølgelængde, vil der ikke<br />

komme lys på filmen på de steder, hvor de to stråler rammer.<br />

Det samlede billede af mørke og lyse områder på filmen rummer<br />

nu alle informationer om den genstand, der blev belyst.<br />

Hvis man bagefter lyser på filmen, sker det omvendte fænomen.<br />

De mørke og lyse områder vil sammen med det lys, der<br />

rammer filmen, skabe et billede af den oprindelige genstand.<br />

Billedet bliver flottest, når filmen belyses med lys af samme<br />

farve som det oprindelige laserlys, men billedet kan nemt ses i<br />

sollys, der indeholder alle farver.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Et analogt signal består af en svingende<br />

elektrisk strøm.<br />

Det binære talsystem består af to tal, 0 og 1.<br />

Et digitalt signal dannes af tallene 0 og 1.<br />

Optisk kommunikation gennem lysledere er<br />

mere effektiv end elektrisk kommunikation<br />

gennem kobberledninger.<br />

Et hologram er et tredimensionalt billede.<br />

Billedet opstår ved interferens mellem det<br />

lys, der sendes mod en film, og lyset der<br />

reflekteres fra filmen.<br />

79


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Styring<br />

Moderne elektronik kan benyttes til at styre eller regulere,<br />

sådan at en ønsket tilstand opnås. Det kan være køleskabe og<br />

frysere, der skal have en bestemt temperatur. Det kan være<br />

vandingsanlæg i drivhuse, der skal sørge for en bestemt fugtighed<br />

i jorden, eller automatpiloter i fly, der skal sørge for at<br />

fastholde kurs og fart. I alle styringer foretages en måling, der<br />

benyttes til at ændre en tilstand, så den får en ønsket værdi.<br />

PTC-modstand<br />

Når temperaturen af PTC-modstanden ændres,<br />

vil strømmen gennem lysdioden også ændres.<br />

Temperaturens størrelse kan på den måde ses<br />

som intensiteten af lyset fra lysdioden.<br />

Nyttige oplysninger<br />

En styring består i at måle en størrelse og<br />

derpå foretage en ændring, så den målte<br />

størrelse får en ønsket værdi.<br />

Resistansen af PTC-modstande ændrer sig<br />

kraftigt ved temperaturændringer. Disse<br />

modstande bruges til styring af temperaturen.<br />

HPFI-afbrydere slukker for strømmen,<br />

hvis der opstår fejlstrømme.<br />

Temperaturregulering<br />

Til brug i elektriske kredsløb, der skal regulere temperaturen,<br />

kan bruges en særlig komponent, hvis resistans ændrer sig<br />

kraftigt med temperaturen. Det kan være en PTC-modstand.<br />

PTC står for positive temperature coefficient. Når temperaturen<br />

stiger, øges PTC-modstandens resistans.<br />

Denne effekt kan fx udnyttes i brødristere. Strømmen til<br />

varmetrådene går gennem en PTC-modstand, der sidder tæt<br />

ved varmetrådene. Når temperaturen i tråden stiger, bliver resi -<br />

stansen i PTC-modstanden større og strømmen dermed mindre.<br />

På denne måde, kan brødristeren holde en konstant temperatur.<br />

Pærerne i bilers forlygter har tilsvarende egenskaber. Resi -<br />

stansen i glødetråden stiger, når temperaturen stiger. Herved<br />

sikres, at pærerne ikke bliver for varme.<br />

På figuren er vist princippet i et kredsløb med en transistor<br />

og en PTC-modstand. Dette kredsløb kan bruges til at<br />

holde en temperatur konstant. Når PTC-modstandens temperatur<br />

vokser, går der en mindre strøm gennem det midterste<br />

lag i transistoren. Det vil få strømstyrken gennem transistoren<br />

til at falde. På den måde kan der lukkes for det system,<br />

der forsynes med strøm fra transistorkredsløbet.<br />

Et andet eksempel på temperaturregulering findes i elkedler,<br />

der slukker for strømmen, når temperaturen i vandet er blevet<br />

100 °C. Der er i øvrigt to temperaturstyringer i de fleste<br />

elkedler. Har man glemt at komme vand i kedlen, vil varme -<br />

legemets temperatur hurtigt blive for høj. Derfor sidder der tæt<br />

på varmelegemet en såkaldt tørkogningssikring, som slukker<br />

kedlen, inden varmelegemet tager skade.<br />

Kopiark 4.8, 4.9 og 4.10<br />

80


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

EKSPERIMENT<br />

Elkedlens styring og sikringer<br />

Fyld en elkedel halvt op med koldt vand.<br />

Anbring et termometer midt i vandet. Varm nu<br />

vandet op, og følg temperaturen, indtil elkedlen<br />

slukker. Hvor længe var vandet om at nå op på<br />

100 °C, og hvor længe kogte vandet, før kedlen<br />

slukkede Gentag eksperimentet og målingerne<br />

med samme mængde koldt vand, men lad<br />

denne gang låget på kedlen være åbent. Hvad<br />

sker, når der ikke er låg på kedlen<br />

Prøv til sidst at tænde elkedlen, mens der ikke<br />

er vand i den. Hvad sker<br />

HPFI-afbryder<br />

Hvis isoleringen omkring en elektrisk ledning går i stykker,<br />

kan der opstå en farlig situation. Der kan fx komme en spænding<br />

på 230 volt på køleskabets dør eller på metallet på bordlampen.<br />

Det er vigtigt at sørge for, at ingen kommer til skade<br />

i disse situationer.<br />

Hvis en sådan fejl er opstået, og der er en spænding på<br />

apparatets yderside, vil der ved berøring løbe en strøm fra<br />

apparatet gennem personen til jorden. Det kaldes en fejlstrøm.<br />

I forbindelse med elmåleren og sikringerne sidder der i<br />

alle installationer en fejlstrømsafbryder. Den sammenligner<br />

den strøm, der går ind i huset, med den strøm, der går ud af<br />

huset. Den ind- og udgående strømstyrke skal være ens. Hvis<br />

forskellen, dvs. fejlstrømmen, er mere end 30 mA, afbrydes<br />

strøm men til alle apparater. Det sker så hurtigt, at personen<br />

ikke når at blive skadet af strømmen gennem kroppen.<br />

Når HPFI-afbryderen yderst til venstre har<br />

afbrudt strømmen, skal man trykke knappen op<br />

for igen at åbne for strømmen. Bliver afbryderen<br />

ved med at lukke for strømmen, har man et<br />

problem, der kræver hjælp af fagfolk.<br />

81


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Anvendelser af elektronik<br />

Mange af de ting vi omgiver os med, er skabt ved at bruge en<br />

viden om grundlæggende naturvidenskabelige forhold. Og<br />

mange af de ting, der endnu ikke er opfundet, vil kræve viden<br />

om fysik og kemi.<br />

Informationerne på en cd gemmes i et mønster<br />

af små forhøjninger og fordybninger.<br />

Cd og dvd<br />

I computerens harddisk er informationer gemt magnetisk. Her<br />

er små magnetiske områder magnetiseret den ene eller den<br />

anden vej. Men informationer kan også gemmes optisk som<br />

på cd’er.<br />

En cd med en diameter på 12 cm kan rumme op til 700 millioner<br />

digi<strong>tale</strong> informationer. Cd’en består af en tynd plastskive,<br />

der er dækket af et meget tyndt lag aluminium. Ovenpå er<br />

der et beskyttende lag lak. På plastskiven er en spiralformet<br />

bane. Banen er smal. Dens bredde er kun 0,0016 mm. I banen<br />

er lavet en række fordybninger. Banen består altså af et “landskab<br />

af bakker og dale”.<br />

Ved aflæsning af skiven sendes en smal laserstråle ind mod<br />

bakkerne og dalene. Højdeforskellen mellem bakkerne og dalene<br />

er 125 nanometer, dvs. 125 milliontedele millimeter. Når en<br />

tynd laserstråle rammer en kant mellem bakke og dal, vil noget<br />

af lyset blive spejlet fra toppen og noget fra bunden. Højde -<br />

forskellen er valgt sådan, at en bølgetop fra den ene spejling og<br />

en bølgedal fra den anden spejling ankommer samtidig til den<br />

fotocelle, der registrerer lyset. De to dele af lyset interfererer, så<br />

der ikke kommer lys. På den måde kan en fotocelle mærke placeringen<br />

af bakker og dale. Fotocellen måler herved et digitalt<br />

signal, der indeholder den information, der er på cd’en.<br />

Ved aflæsning af dvd’er benyttes en anden farve laserlys.<br />

Derfor er forhøjningerne på dvd’en anderledes end på cd’en.<br />

Skærmen på computeren<br />

Ser man på en computers skæm gennem en lup, opdager man<br />

en masse lodrette og vandrette streger, der afgrænser nogle<br />

meget små, lysende kvadrater. Disse kvadrater, de såkaldte<br />

pixels, kan lyse med forskellige farver og på den måde danne<br />

tekst og billeder. På en computerskærm er der næsten en million<br />

pixels.<br />

82


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

De fleste moderne computerskærme benytter LCD-teknikken.<br />

Forkortelsen LCD står for Liquid Crystal Device eller på<br />

dansk: en føler med flydende krystaller.<br />

I hver af de mange pixels sidder en flydende krystal. Det er<br />

et materiale, som stopper eller lader lys passere afhængig af<br />

den spænding, der er over pixlen. På en farveskærm er der i hver<br />

pixel tre “underpixels”, med hver sin farve. I den elektronik,<br />

som styrer skærmen, er der til hver pixel en transistor, som<br />

bestemmer spændingen over pixlen. Der skal altså bruges flere<br />

millioner transistorer. Uden moderne mikroelektronik med<br />

integrerede kredse var fladskærmen ikke mulig.<br />

Plasmaskærmen<br />

Plasmaskærmen har som LCD-skærmen et stort antal pixels,<br />

der igen er opdelt i tre underpixels. Lyset af farverne dannes<br />

dog på en anden måde. I plasmaskærmen er der i hver pixel et<br />

materiale, der er på plasmaform. Det er en ioniseret gas, der<br />

lyser på samme måde som i et lysstofrør.<br />

Plasmaskærmens opbygning betyder, at den nemt kan laves<br />

meget større end LCD-skærmen. Plasmaskærmen viser bedre<br />

billeder end LCD-skærmen, når der ses skråt ind på skærmen.<br />

Til gengæld er plasmaskærmen den dyreste. Men nye skærmtyper<br />

vil antagelig snart komme på markedet. Udviklingen går<br />

meget hurtigt.<br />

Plasmaskærm<br />

I en plasmaskærm kan der være op til<br />

to millioner pixels, der enten kan lyse rødt,<br />

grønt eller blåt. Nogle elektroder foran og<br />

bag pixlen bestemmer om den skal lyse eller<br />

være slukket. I en LCD-skærm er bagsiden<br />

et lyspanel. Her kan de enkelte pixels lade<br />

lyset passere eller stoppe det.<br />

Kameraet<br />

Når man fotograferer, danner kameraets linse et lille billede af<br />

motivet. I gammeldags fotografiapparater dannedes billedet på<br />

en film. Her var der lysfølsomme lag, hvor der foregik kemiske<br />

ændringer under belysningen. Ved senere at lægge filmen i forskellige<br />

væsker blev der fremkaldt et billede af motivet.<br />

I dag indeholder kameraerne en eller tre små, tynde plader,<br />

de såkaldte ccd-detektorer. Forkortelsen ccd står for charge<br />

coupled device, dvs. en ladningskoblet føler. En ccd er ganske<br />

lille, ofte blot få kvadratmillimeter. På overfladen ligger en<br />

mængde små pixels. Der kan være mange millioner pixels i en<br />

ccd. Når ccd’en belyses, frigives der elektroner i de enkelte pixels.<br />

Den mekanisme, der frigiver elektroner, er den samme som<br />

i fotodioderne. En stor belysning af en pixel giver mange elektroner.<br />

Herved kan et elektronisk kredsløb hurtigt registrere<br />

83


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Ccd’en i et kamera<br />

Pladen på billedet indeholder mere end<br />

en million pixels. I kameraer undersøger hurtige<br />

elektroniske kredsløb lysets farve, og hvor kraftigt<br />

de enkelte pixels belyses.<br />

ladningen i de enkelte pixels. På den måde gemmes billedet<br />

digitalt.<br />

I de nyeste kameraer er ccd’en erstattet af en detektor med<br />

navnet cmos. Her er der til hver enkelt af de flere millioner<br />

pixels knyttet et kredsløb med mange transistorer. Det betyder,<br />

at aflæsningen af belysningen kan foregå hurtigere end<br />

ved ccd’erne.<br />

I videokameraer og i mobiltelefonernes kameraer bruges også<br />

ccd’er og cmos’er. I nogle kameraer splittes lyset først op i tre farver,<br />

der sendes til hver sin ccd. I andre kameraer er der filtre med<br />

forskellig farve over hver pixel. En bestemt pixel kan således modtage<br />

enten rødt, grønt eller blåt lys.<br />

Da ccd’er og cmos’er er langt mere lysfølsomme end gammeldags<br />

film, kan der nu benyttes op til 100 gange kortere<br />

åbningstider i kameraerne. Den effekt har stor betydning ved<br />

røntgenundersøgelser. Her kan patienten bestråles med en<br />

langt lavere dosis af farlig stråling, når registreringen foregår<br />

med en moderne detektor i stedet for på fotografiske film.<br />

Kopiark 4.11<br />

Radar<br />

Med et radaranlæg kan man bestemme afstanden til fx skibe og<br />

fly. Et radarsignal er en elektromagnetisk bølge med næsten<br />

samme bølgelængde som strålerne i en mikrobølgeovn.<br />

Princippet i et radaranlæg.<br />

Der er udviklet fly med en overflade,<br />

der kun sender meget små ekkoer tilbage.<br />

Et sådant stealth-fly er svært at opdage med<br />

et radaranlæg.<br />

84


KAPITEL 4 · ELEKTRONIK OG STYRING<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Hvor hurtigt kan du kaste<br />

En timer er et apparat, der sætter 100<br />

prikker hvert sekund på en papirstrimmel,<br />

som trækkes gennem den. Et stykke<br />

timerstrimmel på tre meter tapes omhyggeligt<br />

fast på en lille bold. Strimlen sættes<br />

i timeren. Kast nu bolden så langt væk<br />

som muligt.<br />

Mål afstanden mellem ti prikker på strimlen.<br />

Strimlen har bevæget sig 0,1 sekund,<br />

mens der er afsat ti prikker. Hvor hurtigt<br />

bevægede bolden sig<br />

Når et radarsignal fra en antenne rammer fx et fly, vil ganske<br />

lidt af signalet som et ekko blive kastet tilbage til antennen. Her<br />

måles, hvor lang tid der gik, fra signalet blev afsendt, og til ekkoet<br />

blev modtaget. Da mikrobølgerne bevæger sig lige så hurtigt<br />

som lys, 300 000 km/s, kan afstanden til flyet beregnes. Radar -<br />

antennen drejer rundt og sender stråler ud i alle retninger. En<br />

computer kan så på en skærm tegne et kort, der viser de genstande,<br />

der har givet et ekko.<br />

I dag bruges radar bl.a. af flyveledere i lufthavne og ved overvågning<br />

af skibstrafikken, fx i Storebælt. Militæret bruger radar<br />

til mange formål. Radaren blev udviklet under anden verdenskrig<br />

af englænderne, der herved fik mulighed for at opdage tyske fly,<br />

inden de ankom. Radaren fik derfor stor betydning for udfaldet<br />

af anden verdenskrig.<br />

Kopiark 4.12<br />

Nyttige oplysninger<br />

I cd'er og dvd'er lagres informationerne som<br />

højdeforskelle, der aflæses med en laser.<br />

I en LCD-skærm åbner eller lukker de<br />

mange pixels for en lysende bagskærm.<br />

I en plasmaskærm sidder et stort antal<br />

pixels, der kan lyse eller være slukkede.<br />

I kameraer kan de mange pixels i en ccd<br />

registrere lysets styrke og farve.<br />

En radar udsender mikrobølger. Når radarsignalet<br />

rammer en genstand, dannes et<br />

ekko, der viser afstanden til genstanden.<br />

85


CAFE KOSMOS<br />

VINDMØLLER<br />

Danmark er foregangsland med hensyn til bygning<br />

af vindmøller. Vi startede tidligt med udviklingen og<br />

har derfor store fabrikker, der producerer møller.<br />

Danmark er et af de lande, som får den største andel<br />

af elektriciteten fra vindmøller. Konstruktionen af<br />

vindmøller rummer mange udfordringer, hvis vinden<br />

skal udnyttes optimalt.<br />

Med de store tandhjul tæt på<br />

møllens top kan vingerne drejes om<br />

deres længdeakse.<br />

ENERGIEN I VINDEN<br />

Luft, der bevæger sig, har ligesom<br />

faste stoffer en kinetisk energi, dvs.<br />

en bevægelsesenergi. Man kan imid -<br />

lertid ikke udnytte hele denne vind -<br />

energi. Gjorde man det, ville luften<br />

ligge stille bag møllen, og der kunne<br />

ikke komme mere luft til møllen.<br />

Har vinden omvendt ikke ændret<br />

farten ret meget ved turen forbi<br />

møllen, udnytter man kun lidt af vind -<br />

energien.<br />

Man har beregnet, at en vindmølle<br />

udnytter vinden bedst muligt, hvis<br />

luftens fart bag møllen er en tredjedel<br />

af farten foran møllen. I den<br />

situation udnyttes 59 % af vindens<br />

energi. Det er umuligt for en vindmølle<br />

at udnytte mere. I praksis er<br />

en udnyttelse på 45 % det bedst<br />

mulige. Så stor en virkningsgrad har<br />

møllen dog kun ved en helt bestemt<br />

vind hastighed. I gennemsnit ved alle<br />

vindhastigheder udnyttes omkring<br />

25-30 % af vindens energi.<br />

VINGERNES VINKEL<br />

Vingerne på vindmøllen kan dreje<br />

lidt om deres længdeakse, så vin -<br />

gerne står mere eller mindre skråt i<br />

forhold til vinden. Den bedste stil -<br />

ling af vingerne er ikke den samme<br />

ved alle vindhastigheder. Hvis vindhastigheden<br />

bliver meget høj, æn -<br />

dres vingernes stilling, så de ikke<br />

påvirkes så kraftigt. Det er for at<br />

undgå et havari af møllen. Ved de<br />

meget store vindhastigheder stoppes<br />

møllen.<br />

STYRING AF VINDMØLLER<br />

For 800 år siden kom de første vindmøller<br />

til Danmark. Vingernes bevæ -<br />

gelse blev gennem store tandhjul af<br />

86


CAFE KOSMOS<br />

En mølle med vindrose<br />

og krøjeværk.<br />

træ overført til nogle møllesten, der<br />

malede mel. Møllerne, de såkaldte<br />

stubmøller, stod på en tyk stolpe, en<br />

stub. Når vinden ændrede retning,<br />

måtte man med håndkraft dreje<br />

hele møllen, så vingerne igen stod<br />

vinkelret på vindretningen.<br />

I 1500-tallet blev de hollandske møl -<br />

ler opfundet. Her var det kun vin -<br />

gerne og toppen af møllen, møllehatten,<br />

der blev drejet. Drejningen<br />

blev udført automatisk med en<br />

genial styring.<br />

Bag på møllehatten sidder et hjul<br />

med små vinger, en vindrose. Vind -<br />

rosen, der er vinkelret på mølle -<br />

vingerne, roterer, når vinden blæser<br />

på den. Vindrosens rotation kan<br />

gennem en gearkasse, et krøjeværk,<br />

dreje toppen af vindmøllen. Når vinden<br />

blæser langs med vindrosen,<br />

roterer den ikke. Møllehuset står<br />

derfor stille med møllevingerne i<br />

den bedste stilling, vinkelret på vinden.<br />

Hvis vinden drejer, begynder<br />

vindrosen at rotere. Herved drejes<br />

møllehuset, så vingerne igen kommer<br />

til at stå vinkelret på vinden.<br />

På samme måde som ved de hollandske<br />

møller skal vingerne på en<br />

vindmølle indstilles, så de står vinkelret<br />

på vinden. Derfor sidder på<br />

møllehatten en vindfane, der er en<br />

plade på en drejelig pind. Vindfanen<br />

indstiller sig efter vindens retning. I<br />

møllehatten registreres den vinkel,<br />

pinden har, og møllehatten drejes.<br />

Drejningen er dog ikke mekanisk,<br />

men elektronisk styret.<br />

På møllehatten er også nogle instrumenter,<br />

der måler vindens fart. Ud<br />

fra disse målinger justeres vingernes<br />

stilling, så man får den bedste<br />

udnyttelse af energien.<br />

GEARKASSE OG GENERATOR<br />

I en vindmøllepark drejer alle møl -<br />

lernes vinger lige hurtigt rundt. Selv<br />

om vindhastigheden vokser, bli ver<br />

vingerne ved med at dreje med<br />

samme fart. Møllens generator, der<br />

sidder i toppen af møllen, skal dreje<br />

lige så hurtigt som generatorerne på<br />

kraftværkerne. Ellers producerer den<br />

ikke en vekselspænding med den<br />

87<br />

rigtige frekvens på 50 hertz. For at<br />

få generatoren til at rotere med den<br />

rigtige fart er der i toppen af<br />

møllen, mellem vinger og generator,<br />

en gearkasse, der sætter generatorens<br />

omdrejningshastighed op.<br />

Når vinden er svag, står møllerne<br />

stille. Når vindhastigheden stiger,<br />

begynder møllerne at dreje. El-produktionen<br />

starter dog først, når<br />

vingerne har nået den omdrejningsfart,<br />

møllen er konstrueret til. Så<br />

kobles vingerne til generatoren, der<br />

begynder at lave vekselspænding.<br />

Når vindhastigheden går op, vil gene -<br />

ratoren yde en større modstand og<br />

samtidig producere mere elektrisk<br />

energi.<br />

INSTRUMENTERING<br />

Vindmøllerne er udstyret med en<br />

lang række målere, der ud over vind -<br />

hastighed og -retning også registre -<br />

rer temperatur, omdrejningstal, elproduktion,<br />

vingernes stilling, mølle -<br />

hattens vinkel, samt en lang række<br />

oplysninger om bl.a. tilstanden af<br />

gearkasse og generator. Oplysnin -<br />

gerne gemmes i en computer. Skulle<br />

der indtræffe noget usædvanligt,<br />

kan man hurtigt stoppe møllen og<br />

starte en reparation.<br />

En vindmølle er i gennemsnit i gang<br />

i 80 % af et år. Det svarer til, at den<br />

roterer i ca. 7000 timer hvert år. Det<br />

tal bør sammenlignes med en almindelig<br />

bil, der typisk skrottes, når den<br />

har kørt omkring 200 000 km. Da har<br />

bilen kørt omkring 2500 timer. I den<br />

tid har bilen antagelig fået mere end<br />

10 serviceeftersyn, dvs. et pr. 250 ti -<br />

mers kørsel. Det er derfor ikke overraskende,<br />

at vindmøller skal have et<br />

eftersyn af en service tekniker ca. en<br />

gang hver uge.


DET VED DU OM ELEKTRONIK OG STYRING<br />

ELEKTRONISKE KOMPONENTER<br />

STYRING<br />

En styring består i at måle en<br />

størrelse og derpå foretage en<br />

ændring, så den målte størrelse<br />

får en ønsket værdi.<br />

Resistansen af PTC-modstande<br />

ændrer sig kraftigt ved temperaturændringer.<br />

Disse modstande<br />

bruges til styring af temperaturen.<br />

HPFI-afbrydere slukker for<br />

strømmen, hvis der opstår fejlstrømme.<br />

I en diode kan strømmen kun<br />

gå i den ene retning.<br />

Dioder kan bruges til ensretning<br />

af vekselstrøm.<br />

I en transistor kan en lille strøm<br />

styre en stor strøm.<br />

INFORMATIONER PÅ VEJ<br />

Integrerede kredse, der også<br />

kaldes chips, kan indeholde<br />

flere milliarder elektroniske<br />

komponenter.<br />

En fotocelle har en resistans,<br />

der afhænger af belysningen.<br />

Et analogt signal består af en<br />

svingende elektrisk strøm.<br />

Det binære talsystem består af<br />

to tal, 0 og 1.<br />

Et digitalt signal dannes af tallene<br />

0 og 1.<br />

Optisk kommunikation gennem<br />

lysledere er mere effektiv end<br />

elektrisk kommunikation gennem<br />

kobberledninger.<br />

ANVENDELSER AF ELEKTRONIK<br />

I cd'er og dvd'er lagres infor -<br />

mationerne som højdeforskelle,<br />

der aflæses med en laser.<br />

I en plasmaskærm sidder et<br />

stort antal pixels, der kan lyse<br />

eller være slukkede. I en LCDskærm<br />

åbner eller lukker de<br />

mange pixels for en lysende<br />

bagskærm.<br />

I kameraer kan de mange pixels<br />

i en ccd registrere lysets styrke<br />

og farve.<br />

Et hologram er et tredimensionalt<br />

billede. Billedet opstår<br />

ved interferens mellem det lys,<br />

der sendes mod en film, og<br />

lyset der reflekteres fra filmen.<br />

88


PRØV DIG SELV<br />

KAN DU HUSKE<br />

UDFORDRING<br />

Hvordan virker en fotocelle<br />

Hvad er et analogt signal<br />

Hvordan virker en HPFI-afbryder<br />

Hvad er en integreret kreds<br />

FORSTÅR DU<br />

Hvorfor kan en vindmølle ikke<br />

udnytte al energi i vinden<br />

Hvordan kan de små fordybninger<br />

på en cd laves om til et<br />

elektrisk signal<br />

Hvad vil det sige at ensrette en<br />

vekselstrøm<br />

Hvorfor kan en transistor<br />

bruges til forstærkning<br />

Den elektriske strøm kan kun<br />

passere i den ene retning gennem<br />

en diode. Tegn og beskriv<br />

en dims, der kan benyttes i en<br />

vandledning, så vandet kan<br />

strømme frit i den ene retning,<br />

men ikke i den anden.<br />

Find arealet af en cd. Hvad er<br />

arealet af en enkelt information<br />

på cd’en, hvis der er lagret<br />

700 millioner informationer<br />

Skriv 26 som et binært tal.<br />

Hvad kan man bruge hologrammer<br />

til Brug internettet til at<br />

svare på spørgsmålet.<br />

89


KAPITEL 5<br />

Kemiske


metoder<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE<br />

SALTE<br />

ANALYSE OG RENSNING<br />

KEMI OG ELEKTRICITET<br />

CAFE KOSMOS: SALT REDDER LIV<br />

Ofte hører man i medierne, at der er fundet et sundhedsfarligt<br />

stof i fx mad, kosmetik, legetøj eller andet. Det er kemikere,<br />

der ved en analyse, har fundet det farlige stof.<br />

Kemikerne hjælper politiet med at opklare forbrydelser.<br />

Gift, blod, tråde fra tøj, maling fra biler og jord på skoene kan<br />

analyseres for at afgøre, om en person er skyldig eller uskyldig.<br />

En kemiker skal være som en god detektiv, der lader alle<br />

muligheder stå åbne, indtil sagen er undersøgt til bunds.<br />

Kemikere, fysikere og andre naturvidenskabelige forskere har en<br />

måde at arbejde på, der kaldes den naturvidenskabelige metode.<br />

Har saltlakrids noget med køkkensalt at gøre<br />

Hvad er analyse i en dansktime – og i en kemitime<br />

Kan man fjerne sukkeret i en sodavand<br />

Hvad er destilleret vand<br />

Hvordan lægger man et tyndt lag guld på et billigt metal,<br />

så man tror, at det hele er guld<br />

91


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Den naturvidenskabelige<br />

metode<br />

Den naturvidenskabelige metode bruges inden for de naturvidenskabelige<br />

fagområder, specielt fysik og kemi. Man bør altid<br />

bruge denne metode ved eksperimentelt arbejde.<br />

Ved at bruge den naturvidenskabelige metode har vi udviklet<br />

biler, fly, radio, fjernsyn, telefon og alle andre tekniske hjælpemidler.<br />

Kosmetik, medicin og sundere mad er også udviklet<br />

ved brug af den naturvidenskabelige metode.<br />

Francis Bacon, engelsk filosof (1561-1626).<br />

Francis Bacon har beskrevet, hvordan man<br />

bør arbejde eksperimentelt. Det kaldes i dag<br />

”den naturvidenskabelige metode”.<br />

Naturvidenskabelig tænkning<br />

1. “Det er underligt …“<br />

2. “Hvad sker der, hvis …“<br />

3. “Jeg tror, at svaret er …“<br />

4. “Man kunne jo prøve, at …“<br />

5. “Jeg vil kun undersøge én ting ad gangen“<br />

6. “Jeg laver et forsøg“<br />

7. “Resultaterne viser, at …“<br />

8. “Så var min antagelse rigtig/forkert“<br />

Opfinderen af den naturvidenskabelige metode<br />

Englænderen Francis Bacon beskrev for fire hundrede år<br />

siden nogle metoder, der senere er blevet kaldt “den naturvidenskabelige<br />

metode”. Bacon mente, at al viden udelukkende<br />

skal komme fra iagttagelser og resultater af eksperimenter.<br />

Det er ikke godt nok at læne sig tilbage i stolen og tænke over<br />

naturens opbygning. Man er nødt til at udføre eksperimenter.<br />

Ellers kan man ikke finde naturens sande opførsel.<br />

Rækkefølgen i den naturvidenskabelige metode<br />

Den naturvidenskabelige metode begynder med, at man ser<br />

noget og undrer sig. Man stiller et spørgsmål, der ved at blive<br />

besvaret, kan give svaret på det, man undrede sig over. Svaret<br />

på spørgsmålet kalder man en antagelse eller en hypotese.<br />

Herefter udtænker man et eksperiment, der kan vise, om<br />

antagelsen er rigtig eller forkert. I eksperimentet må man kun<br />

undersøge én ting ad gangen. Når eksperimentet er udført, ser<br />

man på resultatet af eksperimentet. Hvad bliver konklusionen<br />

Er antagelsen bekræftet<br />

Man har altså gennemført en undersøgelse for at efterprøve<br />

en antagelse. Resultatet har vist, om antagelsen var rigtig<br />

eller forkert. Det skaber straks nye spørgsmål, som “Hvad ved<br />

jeg nu” Det kan give baggrund for ny undren, hvor man kan<br />

stille spørgsmålet “Hvad nu hvis ...”. Herved er man allerede<br />

inde i næste omgang af den naturvidenskabelige metode. Det<br />

nye spørgsmål kan føre til en ny antagelse, som kan afprøves<br />

ved et eksperiment. Det kan så vise, om den nye antagelse er<br />

rigtig eller forkert.<br />

Kopiark 5.1 og 5.2<br />

92


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Den naturvidenskabelige<br />

metode anvendt på rødkål<br />

Ved tilberedning af rødkål bruger man snittet<br />

rødkål, æbler, eddike, ribssaft, sukker og salt.<br />

Rødkål er rødviolet, men ved sammenblanding<br />

af stofferne skifter rødkålen farve til rød.<br />

Undren:<br />

Spørgsmål:<br />

Antagelse:<br />

Eksperiment:<br />

Resultat:<br />

Konklusion:<br />

Nogle gange er rødkål rødviolet, men den kan også være rød.<br />

Er årsagen til den røde farve et stof, som man tilsætter rødkålen<br />

Hvis man tilsætter sukker, bliver rødkålen rød.<br />

Man tilsætter sukker og kun sukker til rødkål.<br />

Rødkålen ændrer ikke farve.<br />

Det kan altså ikke være sukker, der farver rødkål rød.<br />

Ny antagelse:<br />

Nyt eksperiment:<br />

Resultat:<br />

Konklusion:<br />

Det kan være salt, der får rødkålen til at blive rød.<br />

Man tilsætter salt og kun salt til en ny portion rødkål.<br />

Rødkålen ændrer ikke farve.<br />

Det er heller ikke salt, der farver rødkål rød.<br />

Ny antagelse:<br />

Nyt eksperiment:<br />

Resultat:<br />

Konklusion:<br />

Undren:<br />

Det kan være eddike, der får rødkålen til at blive rød.<br />

Man tilsætter eddike og kun eddike til en ny portion rødkål.<br />

Rødkålen bliver rød.<br />

Eddike farver rødkål rød.<br />

Den sidste antagelse var rigtig, men nu melder en ny undren sig.<br />

Bliver rødkålen rød, fordi det netop er eddike, vi hælder i, eller er det<br />

fordi, eddike er en syre Det var spørgsmålet. Nu kommer antagelsen.<br />

Antagelse:<br />

Nyt eksperiment:<br />

Resultat:<br />

Konklusion:<br />

Undren:<br />

Det er ikke alle syrer, men kun eddike, der giver rødkål en rød farve.<br />

Man hælder et andet surt stof, fx citronsaft, ned i en ny portion rødkål.<br />

Rødkålen bliver rød.<br />

Det er altså sure stoffer som eddike og citronsaft, der farver rødkål rød.<br />

Nu kan man undre sig over, om det er alle syrer, der farver rødkål rød.<br />

Det kan man efterprøve ved nye eksperimenter.<br />

93


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Nogle variable i fysik og kemi<br />

Navn<br />

Længde<br />

Rumfang<br />

Masse<br />

Tid<br />

Fart<br />

Temperatur<br />

Energi<br />

Strømstyrke<br />

Symbol<br />

l<br />

V<br />

m<br />

t<br />

v<br />

T<br />

E<br />

I<br />

En mulig værdi<br />

2 m<br />

1 m 3<br />

0,5 kg<br />

10 s<br />

5 m/s<br />

20 °C<br />

1000 J<br />

0,2 A<br />

Nyttige oplysninger<br />

Den naturvidenskabelige metode benytter<br />

eksperimenter til at bekræfte eller afkræfte<br />

en antagelse (hypotese).<br />

Variable har en værdi.<br />

En uafhængig variabel får sin værdi fastlagt<br />

ved starten af et eksperiment, dvs. vi bestemmer<br />

værdien.<br />

En afhængig variabel viser først sin værdi<br />

under eller efter et eksperiment.<br />

Variable<br />

I fysik og kemi gør man observationer. Man holder fx øje med<br />

farverne, og man måler med forskellige instrumenter, fx et<br />

måleglas eller et amperemeter. Det man ser, og det man måler,<br />

kaldes variable, og de har en værdi. Fx kan variablen farve have<br />

værdierne: rød, grøn, blå osv. Hvis man bruger et måleglas, er<br />

rumfanget en variabel. Værdien for denne variabel kan fx være<br />

21 mL. Måler man pH-værdien, er pH-værdien en variabel.<br />

Værdien kan ligge fra 0 og op til 14.<br />

Afhængige og uafhængige variable<br />

Ved mange eksperimenter er det naturligt at dele de variable<br />

op i afhængige og uafhængige variable. Når det er os, der ved<br />

starten af et eksperiment bestemmer værdien af en variabel, er<br />

den en uafhængig variabel. Hvis vi vil undersøge svingningstiden<br />

for et pendul, er det os, der bestemmer, hvor lang snoren<br />

skal være. Vi kan måle længden af snoren, inden eksperimentet<br />

startes. Pendullængden er derfor en uafhængig variabel.<br />

Den målte længde er værdien af denne uafhængige variabel.<br />

Når vi sætter pendulet i gang, kan vi måle svingningstiden.<br />

Den er også en variabel. Gør vi pendulet længere, viser det sig,<br />

at svingningstiden også bliver længere. Svingnings tiden<br />

afhænger altså af længden af pendulet, og derfor er svingningstiden<br />

en afhængig variabel. Værdien af den afhængige<br />

variabel afhænger af værdien af den uafhængige variabel.<br />

Værdierne kan sættes ind i et skema, fx som dette:<br />

Længde af pendul/m<br />

1,0<br />

2,0<br />

Svingningstid/s<br />

2,0<br />

2,8<br />

I et andet forsøg hælder man syre fra et måleglas ned i noget<br />

vand og måler pH-værdien. Det er os, der bestemmer, hvor<br />

meget syre vi hælder i. Rumfanget af syren er derfor den uafhængige<br />

variabel, mens pH-værdien er den afhængige variabel.<br />

Hvis vi drypper lidt af opløsningen på noget indikatorpapir,<br />

så bliver det farvet. Her er indikatorpapirets farve en<br />

afhængig variabel. Dens værdi, nemlig farven, bestemmes af<br />

den uafhængige variabel, pH-værdien i opløsningen.<br />

Kopiark 5.3 og 5.4<br />

94


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Salte<br />

Når man <strong>tale</strong>r om salt, mener man normalt køkkensalt. Det<br />

kemiske navn for køkkensalt er natriumchlorid, og det har den<br />

kemiske formel NaCl. Men ordet “salt” er i kemien ikke kun et<br />

navn for et enkelt stof. Det er betegnelsen for en gruppe af stoffer.<br />

Køkkensalt er således bare et af mange salte.<br />

Opbygningen af køkkensalt<br />

Køkkensalt er stoffet natriumchlorid, NaCl, men det er ikke<br />

opbygget af neutrale natrium- og chlor-atomer. Køkkensalt er<br />

opbygget af positive natrium-ioner, Na + , og negative chloridioner,<br />

Cl – .<br />

Natrium-ionen dannes, når et atom af metallet natrium<br />

afgiver en elektron. Reaktionen kan skrives:<br />

Et natrium-atom kan afgive en elektron til<br />

et chlor-atom. Natrium-atomet bliver til en<br />

natrium-ion, Na + . Chlor-atomet bliver til en<br />

chlorid-ion, Cl – .<br />

Na ➝ Na + + en elektron<br />

Chlorid-ionen dannes, når et atom af ikke-metallet chlor optager<br />

en elektron. Reaktionen kan skrives:<br />

Cl + en elektron ➝ Cl –<br />

Ionerne dannes, fordi atomerne herved får samme antal elektroner<br />

som en ædelgas. Ædelgasserne er de grundstoffer, der<br />

står i 8. hovedgruppe i det periodiske system. Ædelgasserne<br />

har deres yderste elektronskal helt fyldt op. Helium-atomet,<br />

grundstof nr. to, har første skal fyldt helt op. Der kan være to<br />

elektroner. Den næste ædelgas er neon, grundstof nr. 10.<br />

Atomet har to elektroner i første skal, og otte elektroner i<br />

anden skal. Hermed er anden skal fyldt helt op, da der kan<br />

være netop otte elektroner. En ion bliver altså særlig stabil,<br />

når den har samme elektronfordeling som en ædelgas. Denne<br />

erfaring kaldes ædelgasreglen.<br />

Da køkkensalt er opbygget af ioner, burde formlen egentlig<br />

skrives Na + Cl – , men man skriver NaCl, det er nemmere.<br />

Køkkensalts iongitter<br />

Alle salte er opbygget af ioner, dvs. positive og negative ioner. I<br />

en krystal af natriumchlorid holdes natrium-ionerne og chlo-<br />

Natriumchlorids iongitter<br />

Natrium-ionerne er tegnet sølvfarvede og<br />

chlorid-ionerne grønne. Stregerne mellem<br />

kuglerne forestiller den kemiske binding<br />

mellem ionerne.<br />

I virkeligheden er natrium-ionerne kun<br />

halvt så store som chlorid-ionerne, og ionerne<br />

støder helt op til hinanden. Derfor er den<br />

nederste tegning nærmere virkeligheden.<br />

95


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Nogle positive ioner i salte<br />

Na +<br />

K +<br />

Ag +<br />

Ca 2+<br />

Mg 2+<br />

Zn 2+<br />

Al 3+<br />

natrium-ion<br />

kalium-ion<br />

sølv-ion<br />

calcium-ion<br />

magnesium-ion<br />

zink-ion<br />

aluminium-ion<br />

Salmiak i slik<br />

Saltlakrids er populært i de nordiske lande, i<br />

Nordtyskland, Holland og i de baltiske lande.<br />

Der er ikke køkkensalt i saltlakrids, men en<br />

anden form for salt, ammoniumchlorid,<br />

NH 4 Cl, der ofte kaldes salmiak. Saltlakrids er<br />

en form for lakrids, der indeholder op til 8 %<br />

ammoniumchlorid. Det har en speciel krydret<br />

smag. Hvor det almindelige lakrids har<br />

mange gode egenskaber, så er ammoniumchlorid<br />

ikke sundt.<br />

rid-ionerne sammen af den elektriske tiltrækning mellem de<br />

positive og de negative ioner. Der er lige mange positive og<br />

negative ioner. I alle retninger i hele krystallen er der skiftevis<br />

en positiv og en negativ ion. Det kaldes et iongitter. Alle salte<br />

holdes sammen i iongitre.<br />

På tegningen af natriumchlorids iongitter kan man se, at<br />

hver natrium-ion er omgivet af i alt seks chlorid-ioner: fire i<br />

samme plan, en lige over, og en lige under. På samme måde er<br />

hver chlorid-ion omgivet af seks natrium-ioner. Det gælder<br />

selvfølgelig ikke på krystallens overflade, men for ionerne inde<br />

i krystallen. Fx indeholder en én millimeter stor saltkrystal næ -<br />

sten 10 20 ioner, dvs. 100 000 000 000 000 000 000 ioner. Tallet<br />

er så stort, at det svarer til at tælle alle sandkorn langs Jyllands<br />

vestkyst – fra syd til nord.<br />

De positive ioner i salte<br />

I de fleste salte er den positive ion en metal-ion. I salte findes<br />

dog en positiv ion, der ikke er en metal-ion. Det er en ammonium-ion,<br />

NH + 4 . Den er opbygget af et nitrogen-atom og fire<br />

hydrogen-atomer. Denne ion findes fx i saltet ammoniumchlorid,<br />

NH 4 Cl, der også kaldes salmiak. Dette salt smager af<br />

lakrids, og det findes i mange former for slik.<br />

De negative ioner i salte<br />

De negative ioner i salte kommer ofte fra en syre. Fx kommer<br />

chlorid-ionen, Cl – , i køkkensalt fra saltsyre, HCl. Chloridionen<br />

kaldes syreresten fra saltsyre, dvs. det der er tilbage, når<br />

saltsyren har afgivet sin hydrogen-ion, H + . På samme måde findes<br />

syreresten fra andre syrer ved at fjerne hydrogen-ionerne fra<br />

syren. Svovlsyre har formlen H 2 SO 4 , og man finder formlen for<br />

syreresten ved at fjerne de to hydrogen-ioner. Tilbage er ionen<br />

SO 2– 4 , en sulfat-ion.<br />

Nogle negative ioner i salte<br />

Ionen kommer fra syren<br />

Cl –<br />

chlorid-ion<br />

Saltsyre<br />

HCl<br />

2–<br />

SO 4<br />

–<br />

NO 3<br />

2–<br />

CO 3<br />

3–<br />

PO 4<br />

sulfat-ion<br />

nitrat-ion<br />

carbonat-ion<br />

phosphat-ion<br />

Svovlsyre H 2 SO 4<br />

Salpetersyre HNO 3<br />

Kulsyre H 2 CO 3<br />

Phosphorsyre H 3 PO 4<br />

96


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Saltes navne<br />

Navnet på et salt er sammensat. Første del er navnet på metallet,<br />

som metal-ionen kommer fra, og anden del er navnet på<br />

den negative ion. Køkkensalts kemiske navn er derfor natriumchlorid.<br />

Endelsen –id i den negative ion bruges, når der kun<br />

er et enkelt grundstof i ionen. Når grundstoffet oxygen er med<br />

i ionen bruges endelsen –at.<br />

Negativ ion<br />

Cl –<br />

2–<br />

SO 4<br />

–<br />

NO 3<br />

2–<br />

CO 3<br />

Saltets navn<br />

”metalnavn”-chlorid<br />

”metalnavn”-sulfat<br />

”metalnavn”-nitrat<br />

”metalnavn”-carbonat<br />

Saltes kemiske formler<br />

Den kemiske formel for et salt bestemmes af følgende: Antallet af<br />

positive ioner og negative ioner i et salt skal være således, at den kemiske<br />

formel for saltet bliver neutral, dvs. hverken positiv eller negativ.<br />

Formlen for køkkensalt, NaCl, viser, at der er lige mange<br />

natrium- og chlorid-ioner. Forholdet er 1:1.<br />

På tilsvarende måde viser formlen for saltet calciumchlorid,<br />

CaCl 2 , at der i krystallerne er dobbelt så mange chlorid-ioner<br />

som calcium-ioner. Forholdet er 1:2. Den samlede ladning af de<br />

tre ioner i CaCl 2 skal være nul, dvs. (ladningen af Ca 2+ -ionen) +<br />

(ladningen af en Cl – -ion) + (ladningen af en Cl – -ion) = 0.<br />

I aluminiumchlorid, AlCl 3 , findes aluminium-ioner, Al 3+ ,<br />

og chlorid-ioner, Cl – . Derfor er der tre gange så mange chloridioner<br />

som aluminium-ioner. Forholdet er 1:3. Den samlede<br />

ladning af de fire ioner i AlCl 3 skal være nul, dvs. (3+) + (1–) +<br />

(1–) + (1–) = 0.<br />

I sølvsulfat, Ag 2 SO 4 , har sølv-ionen, Ag + , en enkelt positiv<br />

2–<br />

ladning, mens sulfat-ionen, SO 4 , har to negative ladninger.<br />

Derfor er der dobbelt så mange sølv-ioner, som sulfat-ioner.<br />

Forholdet er 2:1. Den samlede ladning i Ag 2 SO 4 er nul.<br />

I natriumphosphat, Na 3 PO 4 , har natrium-ionen en enkelt<br />

3–<br />

positiv ladning, mens phosphat-ionen, PO 4 , har en negativ<br />

ladning på tre. Derfor er der tre gange så mange natriumioner,<br />

som phosphat-ioner. Forholdet er 3:1. Na 3 PO 4 er neutralt,<br />

for (+) + (+) + (+) + (3–) = 0.<br />

Kopiark 5.5<br />

Nogle salte<br />

NaCl<br />

Ioner i saltet<br />

Na + Cl –<br />

CaCl 2<br />

Ca 2+ 2 Cl –<br />

AlCl 3<br />

Al 3+ 3 Cl –<br />

KNO 3<br />

K + –<br />

NO 3<br />

CaCO 3<br />

Ca 2+ 2–<br />

CO 3<br />

Ag 2 SO 4<br />

2 Ag + 2–<br />

SO 4<br />

Na 3 PO 4<br />

3 Na + 3–<br />

PO 4<br />

Nyttige oplysninger<br />

Salte er sammensat af positive og negative<br />

ioner.<br />

Køkkensalt er natriumchlorid, NaCl.<br />

I et salt er den negative ion ofte en syrerest,<br />

fx SO 2– 4 .<br />

En opløsning af salt i vand kan lede elektrisk<br />

strøm.<br />

Opløsning af salte i vand<br />

Mange salte er uopløselige i vand, fx mange bjergarter. De positive<br />

og negative ioner tiltrækker hinanden så kraftigt, at vandmolekylerne<br />

ikke kan skille ionerne. Hvis bjergarterne var letopløselige,<br />

ville bjergene for længst være opløst og skyllet væk.<br />

97


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Den lysende agurk<br />

Syltede agurker ligger i en lage af eddike og<br />

vand med lidt salt i.<br />

En sikkerhedsskærm sættes op. Der sættes en<br />

kobberstang eller et stort søm i hver af to<br />

polstænger. Kobberstangen eller sømmene<br />

trykkes lidt ind i enderne af en syltet agurk.<br />

Polstængerne forbindes til netspændingen.<br />

Herefter må opstillingen ikke berøres.<br />

Lyset dæmpes i lokalet, eventuelt mørklægges<br />

det. Der tændes for strømmen.<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Efter kort tid lyser agurken gul. Den lugter<br />

også, men der dannes ingen sundhedsskadelige<br />

dampe.<br />

I agurken er det natrium-ionerne og chloridionerne,<br />

som bærer den elektriske strøm.<br />

Den elektriske strøm opvarmer agurken så<br />

meget, at væsken i agurken fordamper.<br />

Elektronerne i natrium-atomerne bliver anslået,<br />

og når de falder tilbage til grundtilstanden, ses<br />

den gule flammefarve fra natrium. Læs om<br />

dette på side 10 og 99.<br />

Andre salte, fx køkkensalt, NaCl, er letopløselige i vand. Når<br />

køkkensalt kommer i kontakt med vand, går ionerne fra kry -<br />

stallen ud i vandet. Reaktionen kan skrives:<br />

NaCl ➝ Na + + Cl –<br />

Når en saltkrystal opløses i vand, rives ionerne<br />

ud af krystallen og flyder rundt mellem vandmolekylerne.<br />

De faste salte kan ikke lede elektrisk strøm, for ionerne sidder<br />

på deres pladser i iongitret, og de kan ikke flytte sig. Hvis et<br />

salt kan opløses i vand, kommer der ioner i vandet, og nu kan<br />

vandet lede elektrisk strøm. Kaliumnitrat, KNO 3 , er et stof, der<br />

tilsættes bacon og pastrami. Når saltet opløses i vand, dannes<br />

kalium-ioner og nitrat-ioner.<br />

Kopiark 5.6, 5.7 og 5.8<br />

98


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Analyse og rensning<br />

Kemikere undersøger ofte ved analyser, hvilke stoffer der er i<br />

et materiale. “Er denne medicin ren nok til, at patienterne ikke<br />

tager skade”, “Er der skadelige stoffer i maden”. Næsten alt,<br />

hvad vi spiser, drikker eller bruger i dagligdagen, har på et eller<br />

andet tidspunkt været gennem en analyse. Kemikere kontrollerer,<br />

hvor godt man ved en rensning har fjernet bestemte stoffer<br />

i et materiale.<br />

Påvisning af ioner, flammefarve<br />

Ved hjælp af flammefarven kan man undersøge, om der er<br />

bestemte ioner i en opløsning. Man holder en dråbe af opløsningen<br />

ind i en bunsenbrænderflamme, der får forskellig farve,<br />

alt efter hvilken ion der er i opløsningen. Det er kun metalioner,<br />

der kan påvises på denne måde, men det gælder ikke alle<br />

metal-ioner. Man kan påvise ioner af natrium, calcium, kalium,<br />

kobber, lithium og strontium.<br />

I det følgende vises, hvordan man kan påvise andre ioner,<br />

blandt andet de negativt ladede ioner. I øvelserne i kopimappen<br />

er vist, hvordan man kan påvise mange flere ioner.<br />

Påvisning af chlorid-ionen, Cl –<br />

Saltvand indeholder natriumchlorid, der er opløst som natriumioner<br />

og chlorid-ioner. Hvis man tilsætter lidt sølvnitrat, AgNO 3 ,<br />

vil der dannes et hvidt bundfald. Bundfaldet består af sølvchlorid,<br />

AgCl. Det er tungtopløseligt.<br />

Sølvnitrat er ligesom natriumchlorid letopløseligt. I opløsningen<br />

er der sølv-ioner, Ag + , og nitrat-ioner, NO – 3 . Ved sam -<br />

menblandingen af saltvandet og sølvchlorid-opløsningen er der<br />

fire ioner: Ag + , NO – 3 , Na + og Cl – . Kun sølv-ionerne og chloridionerne<br />

reagerer med hinanden og danner det hvide bundfald,<br />

sølvchlorid. Reaktionen kan skrives:<br />

Ag + + Cl – ➝ AgCl<br />

Den gule<br />

flammefarve<br />

viser, at der er<br />

kommet<br />

natrium-ioner,<br />

Na + , ind i<br />

flammen.<br />

Na +<br />

Cl _<br />

Ag + Na +<br />

AgCl<br />

Chlorid-prøve<br />

Chlorid-ioner danner bundfald med sølv-ioner.<br />

Natrium-ionerne og nitrat-ionerne reagerer ikke med andre stoffer.<br />

Sådanne ioner kaldes tilskuer-ioner. De skal ikke skrives med i<br />

reaktionen. Man skriver heller ikke vandmolekylet med i reaktionen,<br />

hvis vand ikke deltager i reaktionen.<br />

99


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Regel for kemiske reaktioner<br />

Antallet af atomer af hvert grundstof skal<br />

være det samme før og efter en reaktion.<br />

Påvisning af sulfat-ionen SO 4<br />

2–<br />

På samme måde som ved påvisning af chlorid-ioner kan man<br />

ved dannelse af et bundfald påvise mange andre ioner. Sulfationer<br />

kan påvises ved tilsætning af bariumchlorid, BaCl 2 , der<br />

er letopløseligt.<br />

Sulfat-ionerne danner bundfald som bariumsulfat, BaSO 4 ,<br />

der er tungtopløseligt. Chlorid-ionerne, Cl – , er tilskuer-ioner.<br />

Reaktionen kan skrives:<br />

Ba 2+ + SO 4 2– ➝ BaSO 4<br />

2 –<br />

Påvisning af carbonat-ionen CO 3<br />

Når man tilsætter fortyndet saltsyre, HCl, til et stof, der indeholder<br />

carbonat-ioner, vil det begynde at bruse. Det er luftarten<br />

carbondioxid, CO 2 . Denne luftart kan påvises med mættet<br />

kalkvand eller med CO 2 -indikator.<br />

+<br />

Påvisning af ammonium-ionen, NH 4<br />

Når man tilsætter basen natriumhydroxid, NaOH, til et stof,<br />

der indeholder ammonium-ioner, NH + 4 , vil luftarten ammoniak,<br />

NH 3 , blive frigivet. Det kan lugtes. Ammoniak har en<br />

særlig lugt. Den vil man kunne huske.<br />

Når man skal lugte til et ukendt stof, gøres det<br />

ikke ved at sætte næsen ned til glasset. Man skal<br />

i stedet med hånden vifte lidt af luften over<br />

glasset hen under næsen. Efterhånden kan man<br />

tage glasset tættere på næsen.<br />

Regler for opskrivning af kemiske reaktioner<br />

Kemikere opskriver reaktionsskemaer for at beskrive, hvad der<br />

sker i en kemisk reaktion. Der skal holdes styr på antallet af<br />

atomer. For at være sikker på, at en reaktion er skrevet rigtigt,<br />

skal følgende regel overholdes:<br />

Antallet af atomer af hvert grundstof efter reaktionen skal være det<br />

samme som før reaktionen.<br />

Reglen siger, at antallet af atomer af et grundstof på venstre<br />

side af pilen skal være det samme som antallet af atomer af<br />

samme grundstof til højre for pilen.<br />

Når metallet magnesium brænder, dannes magnesium oxid.<br />

Reaktionen kan skrives:<br />

2 Mg + O 2 ➝ 2 MgO<br />

I reaktionsskemaet er der fire atomer til venstre for pilen og<br />

100


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Termometer<br />

Kolbe<br />

Svalerør<br />

Destilleret<br />

vand<br />

Destillation af saltvand<br />

Saltvandet opvarmes i kolben. Ved kognin gen<br />

fordamper vandet, mens saltet i vandet bliver i<br />

kolben. Vanddampen fortættes på sin vej gennem<br />

det kolde svalerør, der i den ydre del er fyldt med<br />

koldt vand. Ud af svalerøret kommer destilleret<br />

vand.<br />

Kølevand<br />

fire til højre for pilen. Der er to magnesium-atomer til venstre<br />

for pilen og to til højre. Der er to oxygen-atomer til venstre for<br />

pilen og to til højre. Reaktionen er altså rigtigt opskrevet.<br />

Man må ikke kun skrive: Mg + O 2 ➝ MgO, for så er der to<br />

oxygen-atomer før reaktionen og kun ét efter. Og atomer kan<br />

ikke forsvinde. Derfor vil de atomer, der er til stede før en<br />

kemisk reaktion, også være der efter reaktionen. Ved den kemi -<br />

ske reaktion har atomerne blot bundet sig til andre atomer.<br />

Rensning af stoffer<br />

Man kan rense en blanding af flere stoffer ved at fjerne nogle<br />

af dem. Nedenstående rensningsmetoder er tidligere beskrevet.<br />

• Ved sedimentering falder et fast stof ned på bunden af en<br />

væske. Der dannes et bundfald.<br />

• Ved dekantering hælder man forsigtigt væsken over et bundfald<br />

fra, så bundfaldet ikke kommer med.<br />

• Ved centrifugering tvinges små faste partikler ned som et<br />

bundfald.<br />

• Ved filtrering fjernes større faste partikler fra en væske.<br />

• Ved inddampning koges en væske væk, så kun de opløste stoffer<br />

bliver tilbage.<br />

Sedimentering<br />

Til venstre ses en opslæmning. Efter et stykke tid<br />

ses i midten, at de største partikler er faldet til<br />

bunds, men væsken er stadig uklar. Efter lang tid<br />

ses til højre, at næsten alle partikler er faldet til<br />

bunds. Over bundfaldet er en klar væske. Den<br />

kan dekanteres fra.<br />

En anden vigtig metode er destillation.<br />

Destillation<br />

Man kan ikke fjerne saltet i saltvand eller sukkeret i en sodavand<br />

ved en filtrering. Kun hvis en væske indeholder faste par-<br />

101


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

På store skibe og boreplatforme fremstiller man<br />

drikkevand ved at destillere havvand.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Chorid-ioner, Cl – , påvises ved tilsætning<br />

af sølvnitrat, AgNO 3 .<br />

Sulfat-ioner, SO 2– 4 , påvises ved tilsætning<br />

af bariumchlorid, BaCl 2 .<br />

Carbonat-ioner, CO 2– 3 , påvises ved tilsætning<br />

af syre.<br />

Ammonium-ioner, NH + 4 , påvises ved tilsætning<br />

af base.<br />

Antallet af atomer af hvert grundstof skal<br />

være det samme før og efter en reaktion.<br />

Destilleret vand er helt rent vand uden<br />

opløste stoffer.<br />

Ionbyttet eller demineraliseret vand er vand<br />

uden opløste ioner.<br />

Tilskuer-ioner er ioner, der ikke deltager<br />

i en reaktion.<br />

tikler, kan det fjernes ved en filtrering. Hvis stoffet er opløst i<br />

væsken, kan det ikke fjernes ved filtrering, men ved destillation.<br />

Hvis man vil destillere en vandig opløsning, opvarmes<br />

opløsningen til kogepunktet. Vandet fordamper, mens de op -<br />

lø ste stoffer bliver tilbage. Vanddampen ledes gennem et<br />

såkaldt svalerør, hvor dampen afkøles, så den fortætter. Dette<br />

fortættede vand kaldes destilleret vand. Det er helt rent, uden<br />

opløste stoffer.<br />

I naturen foregår en destillation i stor målestok. Solen får<br />

vand til at fordampe fra havene, mens saltene bliver i havvandet.<br />

Vanddampen bliver til skyer og ender som regn. Det er de -<br />

stilleret vand, bortset fra de stoffer regndråberne opsamler fra<br />

forurening i luften.<br />

I ørkenområder og på mange mindre øer er der ikke ferskvand.<br />

I lande som fx Kuwait fremstiller man ferskvand ved at<br />

destillere havvand. Destillationen afsalter havvandet.<br />

I Danmark får vi vores drikkevand fra grundvandsboringer,<br />

men mange frygter, at grundvandet i fremtiden ikke længere vil<br />

kunne drikkes, se side 165. Da destillation af havvand koster det<br />

102


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Destillation af farvet vand<br />

Det tomme reagensglas holdes med en<br />

træklemme og trykkes ned til bunden af<br />

bægerglasset, der er fyldt med koldt vand.<br />

Reagensglasset til venstre fyldes ca. en<br />

tredjedel op med farvet vand. Der lægges<br />

et par pimpsten ned i glasset. Det opvarmes<br />

forsigtigt med en bunsenbrænder.<br />

Efter kort tid strømmer der vanddamp<br />

gennem glasrøret over til det højre<br />

reagensglas, hvor vanddampen fortættes.<br />

Vandet er helt klart, uden farvestof.<br />

samme som at benytte grundvand, skal vi måske i fremtiden<br />

drikke destilleret havvand<br />

Ionbyttet vand (demineraliset vand)<br />

Man kan rense vand ved en billigere metode end destillation. I<br />

stedet for destilleret vand får man ionbyttet vand, eller som det<br />

også kaldes, demineraliseret vand. Det almindelige vand sendes<br />

gennem en ionbytter. Det er en beholder, der indeholder en<br />

porøs plast med mange hydrogen-ioner, H + , og hydroxid-ioner,<br />

OH _ .<br />

Når vandet strømmer gennem ionbytteren, udskiftes de<br />

positive ioner i vandet med hydrogen-ioner, og de negative<br />

ioner i vandet med hydroxid-ioner. Disse to ioner reagerer med<br />

hinanden og danner vandmolekyler.<br />

Kopiark 5.9, 5.10, 5.11 og 5.12<br />

103


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Elektrolyse<br />

+ –<br />

Kemi og elektricitet<br />

Opløser man et salt i vand, spaltes saltet i positive og negative<br />

ioner. Hvis man sætter to metalstænger ned i opløsningen og<br />

sætter stængerne i forbindelse med en jævnstrømskilde, går<br />

der strøm gennem opløsningen. Hvis saltet er køkkensalt,<br />

NaCl, er der natrium-ioner, Na + , og chlorid-ioner, Cl _ i vandet.<br />

Ionerne leder den elektriske strøm.<br />

+<br />

+<br />

+<br />

+<br />

+<br />

–<br />

Elektrolyse<br />

Ved en elektrolyse sendes der strøm gennem en opløsning. Det<br />

kan kun lade sig gøre, hvis der er ioner i opløsningen. En<br />

opløsning, der kan lede den elektriske strøm, kaldes en elektrolyt.<br />

Stængerne, der sættes ned i væsken, kaldes elektroder. Når<br />

der sendes strøm gennem en elektrolyt, er det ioner, der van -<br />

drer hen til elektroderne. I ledningerne er den elektriske strøm<br />

elektroner, der flyttes i metallet.<br />

Elektrolyse af kobberchlorid<br />

Når saltet kobberchlorid, CuCl 2 , opløses i vand, dannes kobber-ioner<br />

og chlorid-ioner, Cu 2+ og Cl _ .<br />

Kobber-ionerne er positive. De bevæger sig mod den negative<br />

pol. Chlorid-ionerne er negative. De går mod den positive pol.<br />

Når en kobber-ion, Cu 2+ , når hen til den negative elektrode,<br />

optager kobber-ionen to elektroner fra elektroden. Herved bliver<br />

kobber-ionen til et kobber-atom. Det sætter sig fast på<br />

overfladen af elektroden. Reaktionen kan skrives som:<br />

Cu 2+ + 2 elektroner ➝ Cu<br />

Når en chlorid-ion, Cl – , rammer den positive elektrode, overføres<br />

en elektron fra chlorid-ionen til elektroden. Chloridionen<br />

omdannes herved til et chlor-atom. Denne reaktion kan<br />

skrives som:<br />

Cl _ ➝ Cl + en elektron<br />

Når der er dannet to chlor-atomer, binder de sig sammen til et<br />

chlormolekyle, Cl 2 . Chlormolekylerne løsriver sig fra elektrodens<br />

overflade og bobler op gennem opløsningen.<br />

Ved elektrolyse af en opløsning af kobber-ioner og chloridioner<br />

fremstilles altså rent kobber og luftarten chlor.<br />

104


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Elektrolyse af kobberchlorid<br />

Der hældes lidt kobberchlorid-opløsning i et<br />

bægerglas. To stænger af grafit sættes ned i<br />

opløsningen. De er elektroder. Man bruger ofte<br />

elektroder af grafit, for hvis elektroderne er af<br />

metal, kan de måske reagere med ionerne i<br />

opløsningen. Hvis man bruger stænger af grafit,<br />

sker det ikke, for grafit er rent carbon. Det<br />

reagerer ikke med ioner.<br />

Elektroderne forbindes til en jævnstrømskilde, og<br />

der skrues lidt op for strømstyrken. Efter ca. et<br />

minut slukkes for strømmen, og stængerne tages<br />

op. Det er tydeligt, at den ene stang er overtrukket<br />

med kobber, og at den anden stang lugter af<br />

luftarten chlor.<br />

Teknisk anvendelse af elektrolyse<br />

Hvis elektrolytten er et sølvsalt, og man bruger en metalgenstand<br />

som den negative pol, vil genstanden blive forsølvet.<br />

Hvis man bruger et guldsalt, bliver genstanden forgyldt.<br />

Kopiark 5.13<br />

Kemisk beskyttelse mod rust<br />

Når man ved elektrolyse lægger en metaloverflade på en genstand,<br />

kaldes processen galvanisering. Mange jerngenstande galvaniseres,<br />

så de får en zinkoverflade. Herved ruster genstandene<br />

ikke så hurtigt. En sådan zinkgalvanisering ses fx på søm,<br />

skruer og lygtepæle. Vandhaner er ofte lavet af den gule legering,<br />

messing. Ved elektrolyse lægges et lag chrom ovenpå.<br />

Elementer og batterier<br />

I daglige <strong>tale</strong> bruger mange ordet batteri på en måde, som<br />

ikke er korrekt. Det mange kalder et batteri, kalder fysikerne<br />

et element. Først når flere elementer sættes sammen, har man<br />

et batteri.<br />

Alle elementer er opbygget af to elektroder med en elektrolyt<br />

imellem. Elektroderne skal være af hvert sit stof. Der findes<br />

mange forskellige slags elementer. Forskellen mellem dem er<br />

elektrolytten og de stoffer, der bruges som elektroder.<br />

For at jern ikke skal ruste, kan man ved<br />

elektrolyse lægge et tyndt lag af metallet nikkel<br />

oven på jernet. Herefter lægger man ved en ny<br />

elektrolyse et lag chrom oven på nikkellaget.<br />

Nu er overfladen forchromet. Den skinner flot.<br />

Den er meget hård, og den ruster ikke.<br />

105


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Citron-element<br />

Spændingsforskellen mellem zink og kobber er<br />

så stor, at et elektrisk ur kan holdes i gang af to<br />

citron-elementer.<br />

Mellem de to elektroder vil der være en spændingsforskel.<br />

Sætter man et stykke zink og et stykke kobber ned i en citron,<br />

har man et zink-kobber-element. Man kan måle en spændings -<br />

forskel på ca. en volt. Kobber- og zinkstykket er elektroder.<br />

Saften i citronen er elektrolytten.<br />

Kopiark 5.14 og 5.15<br />

Redox-proces<br />

Hvis man forbinder en elektrisk pære til de to elektroder i et<br />

element, vil der gå en strøm fra elementet gennem ledningerne<br />

og pæren. Inde i elementet flyttes elektroner fra den ene elektrode<br />

gennem elektrolytten over til den anden elektrode.<br />

Elektronerne, der løber gennem pæren, kommer fra elektroden<br />

med overskud af elektroner og løber hen til elektroden<br />

med underskud af elektroner.<br />

En sådan proces, hvor der flyttes elektroner fra et stof til et<br />

andet, kaldes en redox-proces. I et citronelement er det zinkstykket,<br />

der afgiver elektroner. Kobberet optager elektroner.<br />

Stoffet, der afgiver elektroner, bliver oxideret, mens stoffet, der<br />

modtager elektroner, bliver reduceret. I citronelementet er det<br />

zink, der bliver oxideret, og kobber-ioner der reduceres.<br />

De to reaktioner kan skrives:<br />

Zn ➝ Zn 2+ + 2 elektroner<br />

Cu 2+ + 2 elektroner ➝ Cu<br />

zink oxideres<br />

kobber-ioner reduceres<br />

Kopiark 5.16<br />

106


KAPITEL 5 · KEMISKE METODER<br />

Knapceller<br />

I ure og høreapparater bruges små elementer.<br />

De kaldes knapceller. De er ofte<br />

zink-sølvoxid elementer.<br />

Zink-sølvoxid-element<br />

Zink-sølvoxid-elementet<br />

Den ene elektrode består af zinkpulver. Den anden af sølvoxid,<br />

Ag 2 O. Når elementet leverer strøm, afgiver zink-atomerne<br />

elektroner og bliver til zink-ioner, Zn 2 + . Zink oxideres.<br />

Elektronerne fra zink løber gennem den ydre ledning og kommer<br />

ind i den anden ende af elementet. Her reagerer de med<br />

sølv-ionerne i sølv-oxid. Sølv-ionerne optager elektroner og<br />

bliver til frit sølv. Sølv-ionerne bliver altså reduceret. Denne<br />

reaktion kan skrives som:<br />

Ag + + en elektron ➝ Ag<br />

Lithium-batterier<br />

Batteriet i mobiltelefoner, bærbare computere og fotografiapparater<br />

er ofte sammensat af lithium-elementer. Dette element<br />

er verdensmester blandt elementerne, fordi det kan oplagre<br />

mest energi i forhold til sin størrelse. Spændingsforskellen er<br />

også meget høj, ca. 3 V. Samtidig kan lithium-elementer oplades<br />

igen og igen, og de kan holde helt op til ti år, før de er slidt<br />

ned.<br />

Den ene elektrode er af metallet lithium, og den anden<br />

indeholder chrom-ioner i en kemisk forbindelse. Lithium afgiver<br />

elektroner (oxideres). Chrom-ionerne optager elektroner<br />

og bliver til metallet chrom (reduceres).<br />

Nyttige oplysninger<br />

Ved en elektrolyse sendes strøm gennem<br />

en opløsning.<br />

En elektrolyt er en opløsning, der kan lede<br />

elektrisk strøm.<br />

En elektrode er en metal- eller grafitstang,<br />

der sættes ned i en væske.<br />

Ved en galvanisering lægges en metaloverflade<br />

på en genstand.<br />

Et batteri er sammensat af flere elementer.<br />

Ved en redox-proces flyttes der elektroner.<br />

Et stof oxideres, når det afgiver elektroner.<br />

Et stof reduceres, når det optager elektroner.<br />

107


CAFE KOSMOS<br />

SALT<br />

REDDER<br />

LIV<br />

Til hospi<strong>tale</strong>rne i Danmark fremstilles der hver uge<br />

omkring 50000 liter isotonisk saltvand.<br />

DROP PÅ HOSPITALET<br />

På lægesprog kaldes behandlingen<br />

intravenøst drop. Et tyndt, sterilt<br />

metalrør – en kanyle – stikkes ind i<br />

en vene, en blodåre, der ligger lige<br />

under huden. Ofte bruges en vene<br />

på håndens overside. Kanylen sættes<br />

fast på huden med et hæfteplaster.<br />

Kany len er gennem en<br />

slange forbundet til en plastpose<br />

med den væske, der skal ind i kroppen.<br />

Lige under posen er en gennemsigtig<br />

drypbeholder, hvor man<br />

kan regulere, hvor hurtigt væsken<br />

skal dryppe ned i slangen.<br />

Posen hænges op i et stativ, så den<br />

er højere oppe end patienten.<br />

Herfra vil væsken ved hjælp af<br />

tyngdekraften af sig selv kunne<br />

løbe ind i patienten. Hvis posen<br />

ikke er placeret højere oppe end<br />

patienten, vil blodet løbe ud af<br />

patienten.<br />

Ambulancen er lige ankommet, og straks bliver patienten tilset af en læge, der<br />

beslutter: ”Patienten skal have drop”. Det er for mange patienter den første<br />

behandling. De skal have væske ind i kroppen.<br />

108<br />

I de fleste tilfælde får patienten<br />

drop med en saltvandsopløsning.<br />

Indholdet af salte i opløsningen skal<br />

være det samme som i blodet. Her<br />

er der mest af almindeligt køkkensalt,<br />

dvs. natriumchlorid, NaCl. I<br />

opløsningen er der 9 g salt pr. liter<br />

vand. En sådan opløsning kaldes<br />

”isotonisk”. I øjenskylleflaskerne i<br />

kemilokalet er der også en isotonisk<br />

saltvandsopløsning.


CAFE KOSMOS<br />

Drop gives bl.a. til brandsårspatienter,<br />

til folk i chok og til forvirrede<br />

personer, der ikke har drukket vand<br />

nok og derfor er dehydrerede. I<br />

opløsningen kan der også være sukker<br />

eller medicin.<br />

KOLERA ER EN DØDELIG SYGDOM<br />

Kolera er en smitsom mavetarmsygdom,<br />

der skyldes den såkaldte<br />

kolerabakterie. Den kommer ind i<br />

kroppen med forurenet drikkevand<br />

eller på grund af dårlig hygiejne<br />

ved madlavning. Kolerabakterien<br />

laver giftstoffer, der påvirker tarmvæggen.<br />

I løbet af en til fem dage<br />

bliver man alvorligt syg med voldsom<br />

diarré og opkastning.<br />

På grund af diarréen og opkastningerne<br />

kan væsketabet være op<br />

til en liter i timen, og det er alt for<br />

meget. Patienten bliver dehydreret,<br />

dvs. får et livstruende underskud<br />

af væske i kroppen. Den tabte<br />

væske indeholder salte, som er<br />

nødvendige, for at kroppens organer<br />

kan fungere. Tabet af væske og<br />

salte gør, at de syge hurtigt går i<br />

chok og dør, hvis ikke de får øjeblikkelig<br />

behandling.<br />

KOLERAEPIDEMIER<br />

Når rigtig mange mennesker rammes<br />

af en sygdom, kaldes det en<br />

epidemi. Koleraepidemier opstår<br />

ofte i tætbefolkede og fattige<br />

områder, hvor de sanitære forhold<br />

og hygiejnen ved madlavning er<br />

dårlig. Det er fx i slumkvarterer og<br />

i flygtningelejre. I løbet af de sidste<br />

to hundrede år har der været syv<br />

meget store epidemier af kolera.<br />

De første seks startede ved floden<br />

Ganges, hvor den løber fra Indien<br />

ind i Bangladesh kort inden udløbet<br />

i Den Bengalske Havbugt.<br />

Den syvende epidemi startede i<br />

Indonesien i 1961 og har siden<br />

109<br />

bredt sig til det meste af Asien og<br />

videre til Afrika og dele af Europa. I<br />

1991 nåede den også til Sydame -<br />

rika, hvorfra den har bredt sig videre<br />

til hele Mellemamerika. Her har<br />

der været mere end en million syge.<br />

Hvert år melder mere end 60 lande<br />

om udbrud af kolera. Når det sker i<br />

lande, der ikke er forberedt på et<br />

koleraudbrud, dør op til 50 % af de<br />

smittede. I lande, hvor man kan<br />

handle hurtigt, dør mindre end 1 %.<br />

I Zimbabwe har et udbrud af kolera<br />

i 2008 i løbet af et halvt år medført<br />

mere end 100 000 tilfælde og<br />

over 4 000 dødsfald.<br />

BEHANDLING AF KOLERA<br />

Der findes ingen effektiv koleravaccine.<br />

Det er dog nemt at be -<br />

handle kolera, men det skal ske<br />

hurtigt, inden patienten har mistet<br />

for meget væske.<br />

I løbet af få timer efter de første<br />

symptomer har vist sig, skal de smittede<br />

have tilført væske, rehydreringsvæske.<br />

Den skal indeholde sukker<br />

og salte til at erstatte det, som<br />

patienten har mistet ved diarré og<br />

opkastning. Rehydre rings væsken skal<br />

genoprette kroppens naturlige<br />

væskeindhold og indholdet af salte<br />

i kroppen. Hvis det er muligt, giver<br />

man også antibiotika, der kan slå<br />

kolerabakterien ihjel.<br />

De smittede skal drikke i litervis af<br />

en isotonisk saltvandsopløsning.<br />

Nogle gange kan det ikke lade sig<br />

gøre, fordi de syge kaster så voldsomt<br />

op, at de ikke kan holde vandet<br />

i sig. Så må man tilføre den isotoniske<br />

opløsning gennem et intravenøst<br />

drop. Det er også nødvendigt,<br />

hvis den syge allerede har mi -<br />

stet mere end 10 % af legemsvægten.


DET VED DU NU OM KEMISKE METODER<br />

DEN NATURVIDENSKABELIGE METODE<br />

KEMI OG ELEKTRICITET<br />

Den naturvidenskabelige<br />

metode benytter eksperimenter<br />

til at be- eller afkræfte en<br />

antagelse.<br />

En antagelse kaldes også for en<br />

hypotese.<br />

Variable har en værdi, ofte en<br />

talværdi.<br />

En uafhængig variabel får sin<br />

værdi fastlagt ved starten af et<br />

eksperiment.<br />

En afhængig variabel viser først<br />

sin værdi under eller efter et<br />

eksperiment.<br />

Salte er sammensat af positive<br />

og negative ioner.<br />

Ionerne i et salt sidder i et iongitter.<br />

Forholdet mellem ionerne i et<br />

salt kan ses af formlen, fx CaCl 2 .<br />

I et salt er den negative ion ofte<br />

en syrerest, fx SO 4 2– .<br />

SALTE<br />

Når et salt opløses i vand, kommer<br />

der ioner i vandet.<br />

Ved en elektrolyse sendes der<br />

strøm gennem en opløsning.<br />

En elektrolyt er en opløsning,<br />

der indeholder ioner.<br />

En elektrode er en metal- eller<br />

grafitstang, der sættes ned i en<br />

væske.<br />

Ved galvanisering lægges en<br />

metaloverflade på en genstand.<br />

ANALYSE OG RENSNING<br />

Chorid-ioner, Cl – , påvises ved<br />

tilsætning af sølvnitrat, AgNO 3 .<br />

Sulfat-ioner, SO 4 2– , påvises ved<br />

tilsætning af bariumchlorid,<br />

BaCl 2 .<br />

110<br />

Carbonat-ioner, CO 3 2– , påvises<br />

ved tilsætning af syre.<br />

Ammonium-ioner, NH 4 + , påvises<br />

ved tilsætning af base.<br />

Før og efter en reaktion skal<br />

antallet af atomer af hvert<br />

grundstof være det samme.<br />

Destilleret vand er helt rent<br />

vand uden opløste stoffer.


PRØV DIG SELV<br />

KAN DU HUSKE<br />

FORSTÅR DU<br />

Hvad er en antagelse<br />

(hypotese)<br />

Hvorfor er der i en krystal af<br />

natriumchlorid lige så mange<br />

natrium-ioner som chloridioner<br />

Hvad er syreresten af svovlsyre,<br />

H 2 SO 4 <br />

Hvorfor kan man påvise chloridioner,<br />

Cl – , i vand ved at tilsætte<br />

sølvnitrat<br />

UDFORDRING<br />

Hvorfor bør man ved et eksperiment<br />

kun ændre én variabel ad gangen<br />

Hvorfor er det dyrt at fremstille<br />

drikkevand ved destillation af havvand<br />

Der findes afhængige variable.<br />

Hvad hedder den anden gruppe<br />

af variable<br />

Hvilke to ioner er køkkensalt<br />

opbygget af<br />

Når man opskriver en kemisk reaktion,<br />

skal antallet af atomer af hvert<br />

grundstof efter reaktionen være det<br />

samme som før reaktionen. Hvorfor<br />

det<br />

Hvad hedder processen, hvor<br />

der ved elektrolyse lægges guld<br />

på en overflade<br />

Hvilken type stoffer skal findes i<br />

vand, for at man kan sende<br />

strøm gennem vandet<br />

Hvad hedder helt rent vand<br />

111


KAPITEL 6<br />

Kemisk


produktion<br />

<br />

NANOTEKNOLOGI<br />

<br />

MATERIALER I ET HUS<br />

<br />

GØDNING<br />

<br />

OLIE OG PLAST<br />

<br />

CAFE KOSMOS: KEMIKERNE GØR DIG TIL SPIDERMAN<br />

Alle stoffer er opbygget af atomer. Flytter man atomerne<br />

i et stykke kul, kan kullet blive til en diamant. Hvis man flytter<br />

atomerne i et sandkorn, kan det blive til en computerchip.<br />

Hvis man kunne flytte atomerne i noget jord, vand og luft,<br />

kunne man lave en kartoffel. Stoffernes egenskaber afhænger<br />

af, hvordan atomerne hænger sammen.<br />

På fabrikker fremstilles kemiske produkter i store mængder.<br />

Produkterne laves ofte ved at flytte rundt på grupper af atomer<br />

i stofferne. Ved hjælp af nanoteknologi kan man flytte på de<br />

enkelte atomer.<br />

Hvilke grundstoffer er nødvendige, for at en plante kan vokse<br />

Hvad er kunstgødning, og hvad er naturgødning<br />

Hvordan hænger murstenene sammen i et hus<br />

Hvad er forskellen på cement og beton<br />

Findes benzin i naturen<br />

Hvad er en gekko<br />

113


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Nanoteknologi<br />

Model af nanorør<br />

Nanorør består kun af carbon-atomer.<br />

Rørene er ofte omkring fem nanometer<br />

i diameter.<br />

Den 19-årige danske tennisspiller Caroline<br />

Wozniacki vinder en kamp i Madrid i 2009<br />

og rykker op i kvindernes top-10.<br />

Mange tennisbolde har et lag nanopartikler<br />

på indersiden. Bolden bliver mere lufttæt og<br />

hopper bedre. Nogle tennisketsjere indeholder<br />

nanorør. Det gør ketsjeren mere stiv.<br />

Ved et tilfælde opdagede man i 1985 det såkaldte fodboldmolekyle.<br />

Det er et kugleformet molekyle, der kun består af carbon-atomer.<br />

Der er flere former for sådanne molekyler. Det<br />

mest kendte indeholder 60 carbon-atomer. Fundet af carbon-<br />

60-molekylet startede forskningen i nanopartikler. Det er partikler,<br />

der er meget små. Ordet nano er græsk og betyder<br />

dværg. Nanoteknologi er videnskaben om nanopartikler, og<br />

om hvordan man anvender dem.<br />

Nanorørene blev opdaget i 1991. De består af carbon-atomer,<br />

som danner et net, der er rullet sammen som et rør.<br />

Materialer af nanorør er mere end 100 gange stærkere end<br />

rustfrit stål i samme tykkelse, men de vejer kun en sjettedel af<br />

stål. Nanorør bruges fx til racercykler og racerbiler. Den første<br />

tennisketsjer forstærket med nanorør blev fremstillet i<br />

2002.<br />

Længdeenheden nanometer<br />

Et guld-atom har en diameter på ca. tre milliontedele af en millimeter.<br />

Det er så lidt, at hvis man kunne lægge tre millioner<br />

guld-atomer i én lang række, så ville rækken kun blive en millimeter<br />

lang. Guld-atomets diameter skrives som 0,0000003 mm,<br />

der er det samme som 0,0000000003 m (0,3 · 10 –9 m).<br />

Længden en milliardtedel af en meter er 0,000000001 m.<br />

Dette tal skrives kortere som en nanometer, der kan skrives som<br />

1 nm. Dvs. 1 nm er en milliardtedel meter. På en nanometer kan<br />

der ligge ca. tre guld-atomer på række. Et molekyle bestående af<br />

10 atomer fylder ca. en nanometer.<br />

På en harddisk fylder de enkelte bits 10 gange 10 nanometer.<br />

Man kan sammenligne overfladen af en harddisk med arealet af<br />

en skole med skolegård og sportsplads. Når computeren finder<br />

en bestemt bit på harddisken, så svarer det til, at man på skolen<br />

skulle finde et bestemt område på 1 gange 1 millimeter.<br />

Nanopartiklernes størrelse<br />

Størrelsen af nanopartikler måles i nanometer. Man har vedtaget,<br />

at nanoteknologi er arbejdet med partikler fra 1 nm op til<br />

100 nm. Under 1 nanometer er partiklerne så små, at de består<br />

af ganske få atomer og molekyler. Når partiklerne er større end<br />

114


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

100 nanometer, kaldes de mikropartikler. Selv de største nanopartikler<br />

er for små, til at de kan ses i et almindeligt mikroskop.<br />

Det er ikke nemt at arbejde med så små partikler.<br />

Nanopartikler kan slet ikke ses med det blotte øje og heller<br />

ikke i et almindeligt mikroskop. Forskere har opfundet en<br />

slags mikroskoper, der med en spids kan “føle” hen over overfladen<br />

af et stof. Dette mikroskop registrerer en “bakketop”,<br />

hver gang spidsen bevæger sig hen over et atom, se side 42.<br />

Nanopartiklernes overflade<br />

Nanopartiklerne har egenskaber, der er helt anderledes end større<br />

partiklers. Det er fordi, der er forholdsvis flere atomer på<br />

nanopartiklernes overflade.<br />

For en partikel med en diameter på omkring en tusindedel af<br />

en millimeter sidder mindre end en procent af atomerne på<br />

overfladen. En partikel, der er hundrede gange mindre, har en<br />

diameter på 10 nm. På en sådan nanopartikel sidder halvdelen<br />

af atomerne på overfladen. Jo mindre en partikel er, jo flere af<br />

partiklens atomer er der på overfladen af partiklen.<br />

Da det er atomerne på overfladen, der kan reagere med andre<br />

stoffer, får nanopartiklerne helt andre kemiske og fysiske egenskaber<br />

end større partikler.<br />

For nanopartikler udviskes grænserne mellem stoffernes<br />

fysik, kemi og biologi. Det har givet masser af muligheder for at<br />

bruge nanoteknologi inden for mange områder: medicin, biologi,<br />

kemi, fysik og elektronik. Her skal blot nævnes nogle få.<br />

Katalysatorer af nanopartikler<br />

Almindelig hvid maling får sin farve fra små partikler af mineralet<br />

titandioxid, TiO 2 . Hvis disse partikler kommer ned i nano -<br />

størrelse, får de helt nye egenskaber. Ved at lægge nanopartikler<br />

af titandioxid på overfladen af mange stoffer kan nanopartik -<br />

lerne virke som katalysatorer. Nanopartiklerne kan som katalysatorer<br />

gøre overflader selvrensende.<br />

Vinduer på højhuse, trafiklys og videokameraer til overvågning<br />

indeholder glas, der skal holdes rent, men glasset er tit<br />

svært at komme til at rense.<br />

Med et lag nanopartikler på glasset bliver overfladen selvrensende.<br />

Når Solen skinner, spalter nanopartiklerne vandmole-<br />

Tykkelsen af et menneskehår<br />

1 nanometer er en milliardtedel meter.<br />

Til sammenligning har et menneskehår en<br />

tykkelse på omkring 100000 nanometer.<br />

Nanoteknologi<br />

Nanoteknologi beskæftiger sig med partikler<br />

fra 1 nanometer op til 100 nanometer.<br />

Nanopartikler<br />

På store partikler sidder kun få af atomerne<br />

på overfladen. På nanopartikler sidder forholdsvis<br />

mange af atomerne på overfladen.<br />

115


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Nanopartikler gøres synlige<br />

I et bægerglas fortyndes 10 mL fortyndet saltsyre med 90 mL<br />

demineraliseret vand.<br />

I et andet bægerglas opløses 2 g natriumthiosulfat-pentahydrat,<br />

Na 2 S 2 O 3 · 5 H 2 O (fiksersalt), i 100 mL demineraliseret vand.<br />

En laser sættes op, så den lyser vandret gennem de to bægerglas.<br />

Kan man se laserstrålen i de to opløsninger<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Nu hældes væsken i det ene bægerglas over i det andet. Kan<br />

man nu se laserstrålen i den sammenblandede væske Hold øje<br />

med glasset et stykke tid.<br />

Ved reaktionen mellem saltsyre og natriumthiosulfat dannes der<br />

frit svovl, S. Disse partikler starter som få atomer, men vokser sig<br />

større og større. Når de er i nanostørrelse, påvirker de lyset fra<br />

laseren, så lyset ikke kun går lige ud, men spredes til alle sider.<br />

Herved kan laserstrålens gang gennem væsken ses. Denne<br />

effekt kaldes Tyndall-effekten.<br />

Til sidst er svovlpartiklerne blevet så store, at de helt blokerer<br />

for laserlyset. Væsken bliver derfor uigennemsigtig.<br />

Katalysator<br />

En katalysator er et stof, der får en reaktion<br />

til at gå hurtigere. Uden katalysatoren vil<br />

reaktionen gå langsomt. Katalysatoren forbruges<br />

ikke. Mængden af katalysatoren er<br />

den samme før og efter reaktionen.<br />

Nyttige oplysninger<br />

En nanometer er en milliardtedel meter.<br />

Størrelsen af nanopartikler ligger fra 1 nm<br />

til 100 nm.<br />

Selvrensende overflader indeholder<br />

nanopartikler af titandioxid, TiO 2 .<br />

kyler, så de sammen med oxygen fra luften danner et stof, der<br />

hedder hydrogenperoxid, H 2 O 2 . Det slår mikroorganismer ihjel<br />

og spalter mange stoffer. På denne måde vil smudset blive nedbrudt.<br />

Næste gang det regner, skylles smudset af.<br />

Den samme selvrensende overflade kan man lægge på man -<br />

ge andre stoffer, fx på mange husholdningsgenstande. Herved<br />

kan overfladen lettere holdes ren, og bakterier får sværere ved at<br />

sidde på overfladen. Af samme grund bruger man også nanooverflader<br />

på kirurgisk udstyr.<br />

Du bruger nanoprodukter<br />

Til hverdagsbrug er der allerede udviklet mange produkter, som<br />

indeholder nanopartikler. De kan fx findes i hårgel, tandpasta,<br />

deodoranter og solbeskyttelsescremer. Er din deodorantstift<br />

eller solbeskyttelsescreme klar, ikke hvid, så indeholder den<br />

måske nanopartikler.<br />

Kopiark 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 og 6.5<br />

116


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Materialer i et hus<br />

Almindelige huse bygges af bl.a. beton, mursten, mørtel, gips,<br />

glas, træ og tegl. Mere moderne huse bruger også plast, stål og<br />

aluminium. I det følgende beskrives nogle af disse produkter.<br />

Kalk og mørtel<br />

Danmark har ikke mange råstoffer. Fx er der ingen metaller,<br />

som det kan be<strong>tale</strong> sig at udvinde. Der er dog et råstof i undergrunden,<br />

som der er rigeligt af, nemlig kalksten. Det bruges til<br />

fremstilling af mørtel, som er det stof, der binder murstenene<br />

sammen i et hus. Kalksten består af calciumcarbonat, CaCO 3 .<br />

Når kalkstenene er gravet op, lægges de ind i den ene ende<br />

af en rørovn. Det er et meget langt rør med en diameter på<br />

flere meter. Inde i røret er temperaturen meget høj. Kalkste -<br />

nene afgiver carbondioxid, CO 2 , og omdannes til calciumoxid,<br />

CaO. Røret hælder lidt, og det drejer rundt, så stenene<br />

langsomt triller fra den høje ende af røret til den lave. Ud af<br />

den lave ende kommer et pulver af calcium-oxid. Det pakkes i<br />

sække og sælges som brændt kalk. Det bruges af murere, når de<br />

skal bygge en væg af mursten.<br />

På byggepladserne blander man lidt vand i den brændte<br />

kalk, så man får en tyk grød. Vandet reagerer med calciumoxidet,<br />

der omdannes til basen calciumhydroxid, Ca(OH) 2 . I<br />

byggebranchen kaldes det for læsket kalk.<br />

Nu blander man sand i den læskede kalk. Blandings pro -<br />

duktet kaldes mørtel. Der lægges mørtel oven på en mursten.<br />

En ny lægges ovenpå og trykkes lidt ned i mørtlen. Som tiden<br />

går, vil mørtlen optage carbondioxid fra luften, samtidig med<br />

at vandet i mørtlen fordamper. Herved omdannes den læskede<br />

kalk til kalksten, calciumcarbonat. Murstenene bindes<br />

sammen, fordi mørtlen under processen bliver fast, ved at der<br />

dannes lange krystaller af calciumcarbonat på kryds og tværs.<br />

Den samlede proces kan beskrives som et teknisk kredsløb.<br />

Man starter med kalksten, og ender med en anden form<br />

for kalksten. Fra naturen kendes mange kredsløb. Vand<br />

omdannes til is eller vanddamp, der igen kan omdannes til<br />

vand. Carbon-atomer flyttes rundt i carbonkredsløbet og<br />

nitrogen-atomer flyttes i nitrogenkredsløbet.<br />

Kopiark 6.6 og 6.7<br />

Rørovn<br />

Røret er 75 m langt og 3,4 m i diameter.<br />

Rørovnen brænder kalk på den danske fabrik<br />

Faxe Kalk.<br />

117


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Kalkstens kredsløb<br />

CaCO 3<br />

→ CaO + CO 2<br />

Kalksten Brændt kalk<br />

CaCO 3<br />

Kalksten<br />

Brændt kalk<br />

CaO + H 2<br />

O → Ca(OH) 2<br />

Brændt kalk Læsket kalk<br />

Sand<br />

Rørovn<br />

Vand<br />

Ca(OH) 2<br />

+ CO 2<br />

→ CaCO 3<br />

+ H 2<br />

O<br />

Læsket kalk<br />

Kalksten<br />

Gipsplader<br />

Overfladen af indvendige vægge og lofter er ofte gipsplader.<br />

Pladerne kan optage luftfugtighed og afgive den igen. De giver<br />

derfor et godt indeklima, og de kan ikke brænde.<br />

Gipsen til gipspladerne fås som et affaldsprodukt ved fremstilling<br />

af elektricitet på kulfyrede kraftværker. Metoden er<br />

beskrevet i kapitel 8, side 169.<br />

Formlen for gips er CaSO 4 · 2 H 2 O. Formlen viser, at der i<br />

gipsen er bundet to vandmolekyler for hver enhed calciumsulfat.<br />

Vandet i gipsen kaldes krystalvand.<br />

Kopiark 6.8 og 6.9<br />

Opsætning af gipsplader<br />

En pladeløfter løfter gipspladen op, vender<br />

den og trykker den op mod loftet, hvor den<br />

fastgøres. Pladerne er normalt kun 13 mm<br />

tykke. Derfor er de meget lette og hurtige<br />

at sætte op.<br />

Cement og beton<br />

Cement fremstilles ligesom brændt kalk i en rørovn. Cement er<br />

en blanding af kalk, sand og ler. Når stofferne har været gennem<br />

rørovnen, er de blevet til et fint pulver, cement.<br />

Cement er et langt kraftigere bindemiddel end mørtel. Hvis<br />

man blander cement med sten, sand og vand, får man beton.<br />

Det bliver lige så hårdt som en sten. Hvis man lægger metalstænger<br />

ned i betonen, får man armeret beton. Det er langt stær-<br />

118


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Kalkbrænding<br />

Et lille stykke kalk vejes. Kalkstykket lægges på<br />

en porcelænstrekant på en trefod og opvarmes<br />

kraftigt med en bunsenbrænder med lufthullet<br />

åbent. Efter ca. 5 minutters glødning, lukkes<br />

brænderen.<br />

Når stykket er afkølet, vejes det igen. Hvad er<br />

der sket med massen<br />

En dråbe vand dryppes ned på stykket, og noget<br />

indikatorpapir trykkes ned i det våde stof. Hvad<br />

fortæller pH-værdien<br />

Ved opvarmningen sker følgende<br />

reaktion: CaCO 3 ➝ CaO + CO 2 .<br />

kere end almindelig beton. Når cement eller beton skal størkne,<br />

behøver det ikke som mørtel at reagere med luftens carbondioxid.<br />

Når cement blandes med vand, begynder der at vokse lange<br />

krystaller på kryds og tværs i blandingen.<br />

I stedet for at bruge ler i cementen kan man bruge flyveaske.<br />

Det er et affaldsprodukt fra de kulfyrede kraftværker. Når kullene<br />

brændes, flyver der aske op i skorstenen. Asken fanges og<br />

opsamles, inden den kommer ud i fri luft. Læs side 168-169.<br />

Mursten, keramiske fliser og tagsten<br />

Mursten, keramiske fliser og tagsten laves af ler. Ler består af<br />

meget finkornede partikler. De er dannet ved forvitring af bl.a.<br />

bjergarten granit. I de kemiske forbindelser i ler er der både aluminium,<br />

silicium og oxygen. I mange former for ler er der også<br />

jern. Det giver leret en brunlig eller blålig farve.<br />

Leret blandes med sand og formes til fx mursten eller tegl til<br />

tage. De brændes i en ovn ved ca. 900 °C. Herved fordamper vandet,<br />

og der opstår nye, stærke bindinger mellem partiklerne.<br />

Man siger, at partiklerne sintres sammen. Hvis leret er jernholdigt,<br />

får man de almindelige røde mursten.<br />

Mureren lægger rygningssten, der dækker<br />

åbningen mellem teglstenene på to tagflader.<br />

119


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Når man brænder ler ved 900 °C, opstår der porer gennem<br />

materialet. Hvis man i stedet brænder ved ca. 1100 °C, dannes<br />

der kun små porer, og materialet bliver stærkere. Fliser til vægge<br />

i badeværelser og fliser til at lægge på gulve brændes ved den<br />

høje temperatur.<br />

Tallerkener, kopper og andet porcelæn laves af en meget<br />

ren, hvid form for ler, kaolin. Det brændes først ved en temperatur<br />

på ca. 900 °C. Derefter lægges der et lag glasur på det<br />

brændte ler. Glasur kan være ler med forskellige fint malede<br />

mineraler i. Herefter brændes ved 1400 °C. Glasuren smelter<br />

og danner et helt vandtæt lag. Man kan blande forskellige<br />

metal-oxider i glasuren. Cobalt-oxid giver en blå farve, jernoxid<br />

en gulbrun farve.<br />

Højhuset Burj Dubai er verdens højeste hus. Det<br />

er 818 meter højt, og står i Dubai i De Forenede<br />

Arabiske Emirater. I Danmark er den højeste<br />

struktur pylonerne på Storebæltsbroen. Herlev<br />

Hospital er det højeste hus. Det er 120 meter højt.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Kalksten består af calciumcarbonat, CaCO 3 .<br />

Brændt kalk er calcium-oxid, CaO. Det fås<br />

af kalksten, der ved kraftig opvarmning<br />

(brænding) afgiver carbondioxid, CO 2 .<br />

Læsket kalk er en opløsning af brændt kalk<br />

i vand.<br />

Mørtel er en blanding af læsket kalk og<br />

sand.<br />

Cement laves af en blanding af kalk, sand<br />

og ler, der brændes til et fint pulver.<br />

Beton er en blanding af cement, sten, sand<br />

og vand.<br />

Gips er calciumsulfat med to molekyler<br />

krystalvand, CaSO 4 · 2 H 2 O.<br />

Glas<br />

Glas fremstilles af tre stoffer: kvarts, soda og kalk. Kvarts er rent<br />

sand med formlen SiO 2 . Soda er stoffet natriumcarbonat,<br />

Na 2 CO 3 . Kalk er calciumcarbonat, CaCO 3 . Glas er altså ikke et<br />

rent stof, men en blanding af tre stoffer. De tre stoffer findes i<br />

rigelig mængde, så udgifterne ved produktion af glas er ikke prisen<br />

på råmaterialerne, men udgiften til opvarmningen.<br />

Ved fremstilling af glas opvarmes en blanding af de tre stoffer<br />

til ca. 1500 °C. Der forsvinder carbondioxid, CO 2 . Natrium<br />

og calcium reagerer med kvartsen og danner nogle stoffer, der<br />

kaldes silikater. Det er glas. En af reaktionerne er<br />

SiO 2 + Na 2 CO 3 ➝ Na 2 SiO 3 + CO 2<br />

Ved afkøling til ca. 1000 °C bliver massen tyktflydende og kan<br />

let formes. Når temperaturen falder til ca. 600 °C, bliver glasset<br />

hårdt.<br />

Ved fremstilling af flasker opvarmer man glasmassen til ca.<br />

1000 °C. Man skærer dråber på ca. 200 g af glasmassen. Dråben<br />

glider ned i en flaskeformet metalform, hvor trykluft presser<br />

dråben ud i formen til en flaske.<br />

Glas til vinduer hældes ud på et kar med smeltet tin (smeltepunkt<br />

232 °C). Glasset er lettere end tinnet og flyder derfor oven -<br />

på. Glasset skubbes langsomt hen over tinoverfladen, hvor glasset<br />

langsomt afkøles. Glasset får herved overalt samme tykkelse<br />

og en spejlblank overflade.<br />

120


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Gødning<br />

Alle levende organismer skal have føde. Det gælder menne -<br />

sker, dyr og planter. For at planter kan vokse, skal de have lys,<br />

varme, vand og carbondioxid, CO 2 . Ved hjælp af fotosyntesen<br />

omdannes vand og carbondioxid til de stoffer, som planten er<br />

opbygget af. Planter kan dog ikke vokse uden nogle bestemte<br />

grundstoffer.<br />

Carbondioxid, CO 2<br />

Grundstoffer i planterne<br />

De vigtigste grundstoffer for planternes vækst er nitrogen,<br />

phosphor og kalium. Dem skal planterne have meget af.<br />

Planterne skal også bruge lidt af grundstofferne svovl og magnesium.<br />

Planterne skal bruge flere grundstoffer, men kun i<br />

ganske små mængder. Disse grundstoffer kaldes sporelementer.<br />

Det er fx jern, calcium, kobber, zink og bor.<br />

Grundstofferne kommer ind i planten, når rødderne optager<br />

vand fra jorden. Med vandet optages de nødvendige stoffer<br />

i form af ioner. Ionerne er opløst i vandet, og fx kalium<br />

optages som kalium-ioner, K + .<br />

Grundstoffernes betydning for planterne<br />

Grundstof<br />

Specielt vigtigt for<br />

NPK-salte<br />

Vand, H 2<br />

O<br />

Planter består især af seks grundstoffer, C, H,<br />

O, N, P og K. Vand optages fra jorden, og CO 2<br />

optages fra luften. Ved hjælp af fotosyntesen<br />

omdannes vand og CO 2 til forskellige<br />

sukkerarter og stivelse, der er opbygget af<br />

grundstofferne C, H og O. Planterne skal også<br />

bruge grundstofferne N, P og K.<br />

Nitrogen, N<br />

Phosphor, P<br />

Kalium, K<br />

Vækst af stænglen og bladene<br />

Vækst af cellekernerne<br />

Styring af vandindholdet<br />

Hver gang man høster, dvs. fjerner planter fra jorden, fjernes<br />

også de mineralstoffer, som planten gennem rødderne har<br />

trukket op af jorden. Disse mineraler bliver man nødt til at<br />

give tilbage til jorden i form af gødning. Ellers vil planterne<br />

ikke trives. Som bønderne siger: “Du skal give tilbage, hvad du<br />

har taget”.<br />

Mængde af grundstof der fjernes fra marken ved høst af 1 ton afgrøde<br />

Høst af<br />

kg nitrogen<br />

kg phosphor<br />

kg kalium<br />

Korn<br />

23,0<br />

4,1<br />

11,5<br />

Kartofler<br />

3,0<br />

0,4<br />

4,8<br />

121


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Ammoniak fra NPK-gødning<br />

Noget NPK-gødning eller et ammoniumsalt<br />

lægges ned i et urglas. En strimmel indikatorpapir<br />

fugtes med vand og trykkes fast på<br />

indersiden af et andet urglas. Et par dråber<br />

fortyndet natriumhydroxid, NaOH, dryppes<br />

i gødningen, og det andet urglas lægges<br />

straks oven på det første.<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Hvad ser man, og hvordan kan det forklares<br />

Natriumhydroxid er en base, der reagerer med<br />

ammonium-ionerne i gødningen, så der dannes<br />

frit ammoniak. Det er en base, der reagerer<br />

med vandet, så indikatorpapiret viser en base.<br />

Reaktionen kan skrives:<br />

NH 4 + + NaOH ➝ NH 3 + Na + + H 2 O<br />

NPK-gødning<br />

På NPK-gødning angiver de tre tal indholdet<br />

af N, P og K. Der er altså 12 % nitrogen,<br />

5 % phosphor og 14 % kalium. De resterende<br />

69 % er de andre stoffer i de salte, som N, P<br />

og K findes i.<br />

Det er afgørende for en plantes vækst, at der ikke mangler<br />

noget af de nødvendige stoffer. Er der underskud af bare et af<br />

stofferne, er det helt ligegyldigt, hvor rigeligt de andre er til<br />

stede. Planten vil ikke trives. Derfor må man undersøge jorden<br />

for dens indhold af grundstoffer, før man tilsætter gødning. Så<br />

kan man købe en gødning, der har højt indhold af det eller de<br />

stoffer, der mangler.<br />

Man kan køre gylle ud på markerne. Gylle er urin og afføring<br />

fra svin og køer. Det fungerer som en naturlig gødning,<br />

der også kaldes organisk gødning. Men der er sjældent organisk<br />

gødning nok. Derfor må man købe kunstgødning.<br />

NPK-gødning<br />

Da der ved høsten af afgrøderne fjernes mest nitrogen, phosphor<br />

og kalium, er den mest benyttede kunstgødning en<br />

NPK-gødning. Den består af de tre grundstoffer i form af forskellige<br />

salte. Saltene er letopløselige i vand.<br />

Nitrogen kan findes i salte, der indeholder ammoniumionen,<br />

NH + 4 , eller nitrat-ionen, NO – 3 . Nitrat-ionerne optages<br />

direkte i planterne. Ammonium-ionerne skal først omdannes<br />

122


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

til nitrat-ioner af nogle bakterier, inden de kan optages af plan -<br />

ternes rødder.<br />

Phosphor findes i salte, der indeholder phosphat-ioner,<br />

ofte hydrogenphosphat-ionen, HPO 4 2– . Phosporsalte med<br />

denne ion er mere letopløselige end salte med den almindelige<br />

phosphat-ion, PO 4 3– .<br />

Kalium findes ofte som saltet kaliumchlorid, KCl, der<br />

indeholder chlorid-ionen, Cl – . Kalium findes også som kaliumsulfat,<br />

K 2 SO 4 , der indeholder sulfat-ionen, SO 4 2– .<br />

Kopiark 6.10, 6.11, 6.12 og 6.13<br />

Nitrogenkredsløbet<br />

Nitrogenkredsløbet<br />

Nitrogen er et vigtigt stof. Det findes i alle levende organismer.<br />

Men selv om nitrogen udgør næsten 80 % af den atmosfæriske<br />

luft, så kan de fleste levende organismer ikke optage<br />

nitrogen. Kun nogle jordbakterier, der lever på rødderne af<br />

planter, som fx ærter, bønner og kløver, kan optage nitrogen<br />

fra luften. Bakterierne omdanner luftens nitrogen til nitrater<br />

og ammoniak. Disse stoffer kan optages af planterne. Når dyr<br />

og mennesker spiser planterne, får de nitrogen til opbygning<br />

af kroppens molekyler.<br />

Luftens nitrogen kan dog også omdannes til kemiske forbindelser<br />

i tordenvejr. Hvert sekund er der på Jorden omkring<br />

100 lyn. Omkring et lyn opvarmes luften så meget, at nitrogenmolekyler<br />

og oxygenmolekyler spaltes. De kan nu danne<br />

nitrogen-oxider, NO X -er. Det er fx nitrogen-oxid, NO, og<br />

nitrogendioxid, NO 2 . Nitrogen-oxiderne reagerer med luftens<br />

vanddamp og danner fx nitrat-ioner, NO – 3 . De fanges af regndråber<br />

og føres ned i jorden, når det regner.<br />

Når planter og dyr dør, er det bakterier, der spalter de<br />

kemiske stoffer, som planter og dyr er opbygget af. Herved frigøres<br />

nitrogen fra de kemiske forbindelser, og nitrogen vender<br />

tilbage til luften. Denne transport af nitrogen fra luften<br />

ned til jorden og tilbage igen er et biokemisk kredsløb, der<br />

kaldes nitrogenkredsløbet.<br />

Nitrogenkredsløbet viser, hvordan nitrogen-atomer fra<br />

luften flyttes gennem forskellige kemiske forbindelser for<br />

efter et stykke tid igen at vende tilbage til luften. I daglig <strong>tale</strong><br />

bruges ofte navnet kvælstofkredsløbet, hvor kvælstof er et<br />

ældre navn for nitrogen.<br />

Nyttige oplysninger<br />

De vigtigste grundstoffer for planterne<br />

er nitrogen, phosphor og kalium.<br />

Den mest benyttede kunstgødning er<br />

NPK-gødning.<br />

+<br />

Nitrogen findes i ammonium-ionen, NH 4<br />

og i nitrat-ionen, NO – 3 .<br />

3–<br />

Phosphor findes i phosphat-ionen, PO 4<br />

og hydrogenphosphat-ionen, HPO 2– 4 .<br />

Kalium findes i kaliumchlorid, KCl, og<br />

kaliumsulfat, K 2 SO 4 .<br />

Sporelementer er grundstoffer, som<br />

planterne kun behøver lidt af, fx jern,<br />

calcium, kobber, zink og bor.<br />

123


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

xxxxxxxxxxxx<br />

Uorganiske carbonforbindelser<br />

Nogle enkelte stoffer, der indeholder carbon,<br />

regnes ikke for organiske stoffer. Det<br />

er fx carbondioxid, CO 2 , og calciumcarbonat,<br />

CaCO 3 .<br />

Olie og plast<br />

Kemikere har fundet og fremstillet mere end 20 millioner<br />

kemiske forbindelser, og 97 % af dem indeholder carbon.<br />

Carbonforbindelserne kaldes organiske stoffer, fordi mange af<br />

dem kendes fra planter og dyr. Carbonforbindelsernes kemi<br />

kaldes organisk kemi. Olie og plast indeholder grundstoffet<br />

carbon, så olie og plast er organiske stoffer.<br />

Når der findes så mange organiske stoffer, skyldes det carbon-atomets<br />

særlige egenskaber. Carbon-atomer kan binde<br />

sig til hinanden på mange forskellige måder. Der kan fx dannes<br />

molekyler, der er lange kæder af carbon-atomer. Ud over<br />

de mange carbon-atomer findes der i molekylerne altid atomer<br />

af hydrogen og ofte oxygen, nitrogen, svovl eller phosphor.<br />

124


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Råolie<br />

Mange organiske stoffer fås fra olie, der hentes langt nede i<br />

jorden. Olien er oprindelig opstået ved omdannelse af dyr og<br />

planter, der har levet i havet. Når olien er kommet op af jorden,<br />

kaldes den råolie. Den kan ikke bruges direkte. Råolien<br />

transporteres til store fabrikker, olieraffinaderier, hvor den<br />

behandles.<br />

Model af fraktioneret<br />

destillation af råolie.<br />

Fraktioneret destillation<br />

På raffinaderiet varmes råolien op til ca. 400 °C og sendes derefter<br />

ind i bunden af et meget højt tårn. Temperaturen i bunden<br />

af tårnet er ca. 350 °C. Op gennem tårnet falder temperaturen.<br />

I toppen er temperaturen ca. 25 °C.<br />

I bunden af tårnet fordamper størstedelen af olien, og<br />

dampene stiger op gennem tårnet. De største molekyler fortættes<br />

i de nederste dele af tårnet, mens de letteste molekyler<br />

først fortættes øverst i tårnet, hvor temperaturen er lavest.<br />

Kun de luftarter, der er bundet i råolien, når op til den øverste<br />

del af tårnet.<br />

Op gennem tårnet er der fx seks gulve, der er fyldt med<br />

huller. Omkring hvert hul er der et rør, som er dækket med en<br />

klokke. Når dampene stiger op gennem hullerne i et gulv,<br />

tvinger klokken dampene ned i den fortættede væske, der flyder<br />

på gulvet.<br />

De dampe, der har et kogepunkt, der er mindre end temperaturen<br />

af væsken på gulvet, vil fortættes. Efterhånden som<br />

væskehøjden på gulvet stiger, flyder væsken ud gennem et rør<br />

i siden af tårnet. Råolien opdeles på denne måde i fraktioner,<br />

dvs. dele.<br />

En sådan destillation kaldes en fraktioneret destillation.<br />

Olien kan skilles ad, fordi fraktionerne har forskellige kogepunkter.<br />

Fraktionerne indeholder molekyler af ca. samme størrelse,<br />

således at der i én fraktion kun er store molekyler, i den næ ste<br />

lidt mindre osv. Opdelingen efter molekylestørrelse sker, fordi<br />

kogepunkterne afhænger af molekylernes størrelse. Store mole -<br />

kyler har høje koge punkter. Små molekyler har lave kogepunkter.<br />

Hver fraktion indeholder molekyler med et bestemt antal<br />

carbon-atomer.<br />

Kopiark 6.14<br />

Asfalt,<br />

350 °C<br />

Gas, under 40 °C<br />

Benzin, 40-140 °C<br />

Petroleum, 140-180 °C<br />

Dieselolie, 180-250 °C<br />

Brændselsolie, 250-300 °C<br />

Smøreolie, 300-350 °C<br />

Råolie, 350 °C<br />

125


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Fraktion<br />

Kogepunkt/°C<br />

Antal carbon-atomer i molekylerne<br />

Anvendelse<br />

Gas<br />

op til 40<br />

1-4<br />

Flaskegas<br />

Benzin<br />

40-140<br />

5-10<br />

Brændstof til biler<br />

Petroleum<br />

140-180<br />

11-18<br />

Brændstof til fly<br />

Råmateriale til kemikalier og plast<br />

Dieselolie<br />

180-250<br />

16-20<br />

Brændstof til lastbiler<br />

Brændselsolie<br />

250-300<br />

20-30<br />

Brændstof til skibe og fabrikker<br />

Smøreolie<br />

300-350<br />

30-40<br />

Smøring af motorer o.l.<br />

Tjære og asfalt<br />

over 350<br />

mere end 40<br />

Tage og veje<br />

300 liter benzin<br />

Carbonhydrider<br />

Olie består af mange forskellige molekyler. De fleste er opbygget<br />

af kun to grundstoffer, carbon og hydrogen. Disse stoffer<br />

har det kemiske navn carbonhydrider, men kaldes også kulbrinter.<br />

Den mest simple er methan, CH 4 . Skemaet viser de<br />

første tre carbonhydrider.<br />

100 liter petroleum<br />

400 liter dieselolie<br />

Navn<br />

Methan<br />

Formel<br />

CH 4<br />

Molekylemodel<br />

Kogepunkt/°C<br />

–162<br />

200 liter brændselsolie<br />

Fraktioner af råolie<br />

Tegningen viser, hvor meget der ca. er<br />

af de forskellige fraktioner i 1000 liter<br />

råolie. Der fås også ca. to liter gas, 20 liter<br />

smøreolie samt 10 liter tjære og asfalt.<br />

Ethan CH 3 CH 3 –89<br />

Propan CH 3 CH 2 CH 3 –42<br />

126


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Man kan kort skrive formlen for ethan som C 2 H 6 , men ved at<br />

skrive den som CH 3 CH 3 viser man, hvordan atomerne er bundet<br />

sammen. Ethanmolekylet består af to carbon-atomer, der<br />

er bundet sammen. På hvert carbon-atom sidder der tre<br />

hydrogen-atomer. Formlen kan skrives endnu mere tydeligt<br />

som CH 3 -CH 3 .<br />

Hvert carbonhydrid har sit navn. Fx hedder carbonhydridet<br />

med 12 carbon-atomer dodecan. Formlen for det er<br />

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3<br />

Molekylet består af en carbonkæde med 12 carbon-atomer.<br />

Den kemiske formel kan kort skrives som C 12 H 26 .<br />

Fyrfadslys indeholder paraffin. Det er en blanding<br />

af faste carbonhydrider med fra ca. 14 til<br />

30 carbon-atomer i molekylerne.<br />

Cracking<br />

Ved den fraktionerede destillation fås nogle lette fraktioner,<br />

dvs. molekyler med korte carbonkæder. Det er gas, benzin,<br />

petroleum og dieselolie. Disse stoffer er der stort behov for,<br />

men der er desværre ikke så meget af dem i råolien. Derfor har<br />

kemikere fundet ud af at omdanne nogle af de tungere fraktioner<br />

til lettere. Man kan populært sige, at man klipper lange<br />

carbonkæder over, så man får to mindre. Denne proces hedder<br />

cracking.<br />

Cracking sker også på raffinaderiet. Efter at råolien i destil -<br />

lationstårnet er blevet opdelt i fraktioner, sendes en fraktion<br />

med store molekyler hen over en katalysator. Her knækkes<br />

molekylernes carbonkæde over. Ved en ny fraktioneret destillation<br />

opdeles den crackede olie i flere fraktioner, bl.a. benzin.<br />

Hvis man cracker et molekyle af dodecan kan man fx til<br />

sidst få to molekyler hexan. Dette molekyle har netop seks<br />

carbon-atomer.<br />

Plast<br />

I naturen findes der mange stoffer, som består af meget store<br />

molekyler. Det er fx æggehvide, stivelse, gummi og cellulose.<br />

Sådanne store molekyler kaldes makromolekyler. Det er også<br />

muligt at lave makromolekyler kunstigt. Sådanne kunstigt frem -<br />

stillede stoffer med makromolekyler kaldes kunststoffer eller<br />

plast (plastic). Et plastmolekyle kan indeholde op til 30 000 carbon-atomer.<br />

127


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

Dannelse af polyethen<br />

Model af hvordan mange monomere af ethen<br />

omdannes til en polymer.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Organiske stoffer indeholder carbon.<br />

Ved fraktioneret destillation skilles råolien<br />

i fraktioner.<br />

Ved cracking spaltes lange carbonkæder<br />

i kortere.<br />

Carbonhydrider indeholder kun carbon<br />

og hydrogen.<br />

Plast er opbygget af makromolekyler.<br />

Makromolekyler består af mange tusind<br />

atomer.<br />

Polymer er et fællesnavn for alle plasttyper.<br />

En monomer er et fællesnavn for de små<br />

molekyler, som en polymer opbygges af.<br />

En polymer dannes ved, at molekyler af en<br />

monomer binder sig til hinanden i en lang<br />

kæde.<br />

Plast har givet designerne et nyt materiale, der har mange<br />

fordele. Plast er let, isolerer mod elektrisk strøm, er nem at<br />

forme og billig at producere. Den ruster eller rådner ikke.<br />

Derfor nedbrydes den heller ikke så let i naturen, hvor den der -<br />

for forurener.<br />

For 100 år siden blev ingen produkter lavet af plast. I dag<br />

er der masser af plast. I en bil er der omkring 150 kg plast,<br />

mens det meste på en sejlbåd er lavet af plast. Tidligere i hi -<br />

storien har vi haft perioder, der blev kaldt stenalder, bronzealder<br />

og jernalder. Om mange år vil man måske betegne vores<br />

tid som plastalderen.<br />

Fremstilling af plast ved polymerisering<br />

Næsten al plast fremstilles af fraktioner af råolie, men størstedelen<br />

af olieprodukterne bliver brugt som brændstof. Kun ca.<br />

7,5 % bruges til fremstilling af plast.<br />

Et af olieprodukterne er ethan. Molekylet indeholder to carbon-atomer<br />

og har formlen CH 3 CH 3 . Fra raffinaderiet fås også<br />

et andet molekyle med kun to carbon-atomer, ethen. Dette<br />

molekyle har formlen CH 2 CH 2 . Hvor ethan har en enkeltbinding<br />

mellem de to carbon-atomer, så har ethen en dobbeltbinding.<br />

Formlen kan derfor også skrives som CH 2 =CH 2 . Dette<br />

molekyle kaldes en monomer.<br />

128


KAPITEL 6 · KEMISK PRODUKTION<br />

EKSPERIMENT<br />

En flaskeskulptur af termoplast<br />

En elkedel fyldes med vand, der opvarmes til kogning.<br />

Vandet hældes ned i en stor plastflaske til mineralvand<br />

eller sodavand. Ved hjælp af et par arbejdshandsker<br />

trykkes, vrides eller trækkes flasken til en ønsket form.<br />

Når det er sket, hældes det varme vand ud af flasken,<br />

der herefter overhældes med koldt vand. Når flasken<br />

er afkølet, kan man fylde den med farvet vand.<br />

Der findes to typer af plast, hærdeplast og termoplast.<br />

Termoplast bliver blød, når den opvarmes. Efter afkøling<br />

beholder den sin nye form. Termoplast kan derfor nemt<br />

genbruges.<br />

// KGB6.28 tegning Ikke to personer,<br />

men en lærer i midten. Hænderne er<br />

ok. I højre hånd holdes en elkedel,<br />

som der kommer kogende vand ud af.<br />

I højre hånd holdes flasken med en<br />

digeltang om halsen. Flasken skal stå<br />

midt i et vandfad. Der må ikke være<br />

etiket på flasken//<br />

Ethenmolekylets dobbeltbinding kan gå op, så molekylet<br />

kan binde sig til et andet ethenmolekyle. Herved går det andet<br />

molekyles dobbeltbinding op, så det kan binde sig til et tredje<br />

molekyle. På denne måde kan der dannes en carbonkæde med<br />

tusindvis af carbon-atomer. Denne reaktionsproces kaldes en<br />

polymerisering, og derfor kaldes plast også for en polymer, dvs.<br />

sammensat af mange monomerer.<br />

Verdens mest almindelige plasttype<br />

Når monomeren hedder ethen, kaldes plasten, dvs. polymeren,<br />

for polyethen. Nogle gange bruger man et lidt forældet navn<br />

polyethylen. Det er verdens mest benyttede plast. Den bruges fx<br />

til ølkasser, plastposer, plastspande, plastflasker, gas- og vandrør,<br />

legetøj, køkkenfolie og isolering på ledninger.<br />

Kopiark 6.15 og 6.16<br />

129


CAFE KOSMOS<br />

kravle op ad glatte flader som fx<br />

glas. Edderkopper er dog langsomme<br />

i forhold til en gekko.<br />

GEKKOEN<br />

En gekko er en øgle, der kan være<br />

op til 30 cm lang. Den lever i varme<br />

lande. En gekko kan i en rasende<br />

fart løbe op og ned ad vægge. Den<br />

kan løbe under loftet med hovedet<br />

nedad.<br />

KEMIKERNE GØR DIG TIL<br />

SPIDERMAN<br />

Teenageren Peter Parker bliver i skolen bidt af en<br />

radioaktiv edderkop. Herved får han edderkoppeagtige<br />

egenskaber. Han får superkræfter, og han kan kravle<br />

op ad vægge. Da Peter Parker er dygtig til fysik og<br />

kemi, opfinder han et tyndt, men meget stærkt reb,<br />

som han kan svinge sig i. Historien om Spiderman startede<br />

i 1962 som et tegneseriehæfte. Alt var fantasi,<br />

men fyrre år efter er kemikere godt i gang med skabe<br />

det, som før kun var en god historie.<br />

SPIDERMANS REB<br />

Det reb, Spiderman slynger sig i,<br />

kan måske snart fremstilles af nanorør.<br />

Diameteren på et nanorør kan<br />

være helt ned til 0,4 nanometer,<br />

men er ofte omkring fem nanometer.<br />

Længden af rørene er op til en<br />

hundrededel af en millimeter.<br />

Man arbejder på at lave reb af<br />

nanorør. Hvis man sætter fire millioner<br />

nanorør ved siden af hinanden<br />

får man en tykkelse på kun<br />

0,01 mm. Det er tyndere end en sy -<br />

tråd, men rebet vil være ufatteligt<br />

stærkt.<br />

SPIDERMANS FINGRE<br />

Man kan tænke sig, at Spiderman<br />

for enden af fingrene har små hår.<br />

Det har edderkopper, og ved hjælp<br />

af de små hår kan edderkopper<br />

En lille gekko fra Vietnam. Denne<br />

art blev først fundet i 2005.<br />

På hver af en gekkos tyve tæer er<br />

der mere end en million små hår,<br />

der hver er splittet op i 100 til 1000<br />

mindre dele. I alt har en gekko<br />

omkring en milliard af sådanne små<br />

hårdele under fødderne. Disse hårdele<br />

synker ned i de mindste fordyb -<br />

ninger på den flade, som gekkoen<br />

løber hen over.<br />

En gekko har fem tæer på hver fod.<br />

130


CAFE KOSMOS<br />

VAN DER WAALSKE KRÆFTER<br />

Når de små hår under gekkoens<br />

fødder kommer i tæt kontakt med<br />

underlaget, dannes der mellem<br />

hårene og underlaget nogle bindingskræfter,<br />

der hedder van der<br />

Waalske kræfter. De virker kun, når<br />

stofferne er i meget tæt kontakt<br />

med hinanden. Afstanden skal<br />

være mindre end en nanometer. De<br />

van der Waalske kræfter virker ved<br />

lim og tape. Det binder, når afstanden<br />

fra det klæbende stof til underlaget<br />

bliver meget lille.<br />

Gekkoens fødder er naturens egen<br />

form for en perfekt tape. Gekkoens<br />

”tape” kan bruges igen og igen.<br />

Der sker ingen kemiske reaktioner,<br />

og der sidder ikke noget klistret<br />

stof tilbage på væggen, hvor gekkoen<br />

har været. Samtidig er gekkoens<br />

”tape” stærkere end nogen<br />

kendt tape. Hvis alle gekkoens hårdele<br />

på samme tid er i berøring<br />

med loftet, kunne man hænge<br />

mere end 100 kg på gekkoen, uden<br />

at den falder ned. Kræfterne er så<br />

store, at hvis en gekko dør, mens<br />

den sidder på loftet, så bliver den<br />

døde gekko hængende.<br />

SYNTETISK ”GEKKOTAPE”<br />

Ville du ønske, at du kunne klatre<br />

op ad vægge ligesom Spiderman<br />

Måske er der ikke så længe til, at<br />

det bliver muligt.<br />

Forskere forsøger at lave materialer<br />

med fibre så tynde som gekkoens<br />

hår. Man har allerede fremstillet<br />

fibermaterialer ved at sætte nanorør<br />

sammen. Sådan en syntetisk<br />

gekkotape har flere ”nanohår” pr.<br />

kvadratcentimeter end hårene på<br />

gekkoens fødder. Denne syntetiske<br />

gekkotape kan bære en vægt, der<br />

Hårene på en gekkotå. Forstørrelsen er ca. 440 gange.<br />

er fire gange større end gekkoens<br />

hår kan bære.<br />

Forskerne er meget begejstrede, for<br />

de van der Waalske kræfter virker<br />

på alle materialer. Man har fået den<br />

samme virkning ved gekkotape<br />

lavet med hår af silikonegummi og<br />

plast. De kunstige hår skal blot<br />

splittes op i mange tynde fibre.<br />

<strong>Syntetisk</strong> gekkotape vil være fremragende.<br />

Den klæber meget kraftigt,<br />

men er let at vride løs, og den<br />

klæber på alle flader. Den fungerer<br />

også under vand, og den virker i<br />

det tomme rum. Man vil kunne<br />

hænge billeder og hylder op på<br />

131<br />

væggen uden at skulle bore huller i<br />

væggen og uden at malingen ødelægges.<br />

Målet er at fremstille syntetisk gekkotape<br />

med en van der Waalsk<br />

kraft, der er 200 gange større end<br />

hos gekkoen. Så kan man fremstille<br />

vanter og støvler med ”gekkohår”.<br />

Militæret i USA har et forskningsprojekt<br />

i gang. Det skal give en soldat<br />

med ”gekkovanter” og ”gekkostøvler”<br />

mulighed for at klatre op<br />

ad en lodret væg. Projektet kaldes<br />

Z-man.<br />

Den næste filmhelt kommer måske<br />

til at hedde ”Gekkoman”


DET VED DU NU OM KEMISK PRODUKTION<br />

NANOTEKNOLOGI MATERIALER I ET HUS GØDNING<br />

En nanometer er en<br />

milliardtedel af en meter,<br />

dvs. 0,000000001 m (10 –9 m).<br />

Enheden nanometer skrives<br />

kort som nm.<br />

Nanoteknologi beskæftiger sig<br />

med partikler, der er mindre<br />

end 100 nanometer.<br />

Nanopartikler har en stor<br />

overflade i forhold til deres<br />

rumfang.<br />

Mange nanopartikler kan virke<br />

som katalysatorer.<br />

Selvrensende overflader indeholder<br />

ofte nanopartikler af<br />

titandioxid, TiO 2 .<br />

Kalksten består af calciumcarbonat,<br />

CaCO 3 .<br />

Når man brænder kalksten,<br />

afgiver de carbondioxid, CO 2 ,<br />

og bliver til calcium-oxid, CaO,<br />

der kaldes brændt kalk.<br />

Når man opløser brændt kalk i<br />

vand, optager calcium-oxidet<br />

vand og omdannes til basen<br />

calcium-hydroxid, Ca(OH) 2 , der<br />

kaldes læsket kalk.<br />

Når læsket kalk blandes med<br />

sand, får man mørtel.<br />

Når mørtel optager CO 2 fra<br />

luften, omdannes mørtlen til<br />

kalksten.<br />

Når cement blandes med sten,<br />

sand og vand, får man beton.<br />

Gips er calciumsulfat med<br />

to molekyler krystalvand,<br />

CaSO 4 · 2 H 2 O.<br />

Den mest benyttede kunstgødning<br />

er NPK-gødning. Den indeholder<br />

de vigtigste grundstoffer<br />

for planterne, nitrogen, phosphor<br />

og kalium.<br />

Nitrogen findes i salte, der<br />

indeholder ammonium-ionen,<br />

NH 4 + , eller nitrat-ionen, NO 3 – .<br />

Phosphor findes i salte, der<br />

indeholder phosphat-ioner, ofte<br />

hydrogenphosphat-ionen,<br />

HPO 4 2– .<br />

NPK-salte<br />

Vand, H 2<br />

O<br />

Kalium findes ofte som saltet<br />

kaliumchlorid, KCl, der indeholder<br />

chlorid-ionen, Cl – , eller<br />

som kaliumsulfat, K 2 SO 4 , der<br />

indeholder sulfat-ionen, SO 4 2– .<br />

Luftens nitrogen deltager i et<br />

kvælstofkredsløb, hvor nitrogen<br />

en tid findes i planter og dyr.<br />

Organiske stoffer indeholder<br />

grundstoffet carbon.<br />

På et raffinaderi opdeles råolie i<br />

fraktioner ved destillation.<br />

Benzin består af molekyler med<br />

fra fem til ti carbon-atomer.<br />

Carbonhydrider er stoffer, der<br />

kun indeholder carbon og hydrogen.<br />

OLIE OG PLAST<br />

Det mindste carbonhydrid er<br />

methan, der har formlen CH 4 .<br />

Plast består af meget store<br />

molekyler, makromolekyler.<br />

Plast fremstilles ved polymerisation,<br />

hvor korte molekyler<br />

(monomerer) kobles sammen til<br />

lange molekyler (polymerer).<br />

132


PRØV DIG SELV<br />

Hvad betyder ordet ”nano”<br />

Hvad er armeret beton<br />

Hvilke tre grundstoffer er de<br />

vigtigste for planterne<br />

Hvor kommer asfalt fra<br />

Hvad hedder den mest<br />

almindelige plasttype<br />

KAN DU HUSKE<br />

UDFORDRING<br />

Hvorfor har man ikke opdaget<br />

nanopartikler inden 1990<br />

Hvorfor kan man støbe med<br />

beton under vand, men ikke<br />

bruge mørtel under vand<br />

Undersøg ved hjælp af internettet,<br />

hvorfra i verden gødningsfabrikkerne<br />

får deres<br />

råstoffer. Hvorfra får de fx<br />

phosphat<br />

Hvilke egenskaber ved tjære<br />

og asfalt gør dem velegnede til<br />

belægning af veje<br />

FORSTÅR DU<br />

Hvorfor skal stofferne i gødning<br />

være letopløselige i vand<br />

Hvorfor kan man adskille<br />

råolien i fraktioner ved<br />

destillation<br />

På et raffinaderi cracker man<br />

carbonhydrider, dvs. omdanner<br />

lange molekyler til kortere.<br />

Hvorfor<br />

Hvorfor er termoplast særlig<br />

nyttig


KAPITEL 7


Madens kemi<br />

<br />

KEMISKE STOFFER I MADEN<br />

<br />

DRIKKEVARER<br />

<br />

PRODUKTION AF FØDEVARER<br />

<br />

SUND MAD – FARLIG MAD<br />

<br />

CAFE KOSMOS: TYGGEGUMMI<br />

Menneskekroppen opbygges af de stoffer, som vi spiser og<br />

drikker. Kroppen danner hele tiden nye celler til erstatning for<br />

dem, der dør. Knogleceller holder i 15-25 år. Hudceller dør efter<br />

ca. 20 dage og nogle blodceller efter bare 30 timer.<br />

Kroppen omdanner noget af maden, så der dannes energi.<br />

Den bruges til at holde kroppen i gang. Vi skal kunne bevæge os.<br />

Vi skal trække vejret, blodet skal pumpes rundt i kroppen,<br />

og temperaturen skal holdes på 37 °C. Alt levende må optage<br />

stoffer fra omgivelserne og skabe energi ud af disse stoffer.<br />

Hvorfor har kroppen brug for proteiner<br />

Smager blod sødt<br />

Hvad er en sportsdrik<br />

Hvilke stoffer er der i mælk<br />

Hvorfor er der tilsætningsstoffer i mad<br />

Hvorfor er karameller og colaer brune<br />

135


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Kemiske stoffer i maden<br />

Når maden er spist, skal de kemiske stoffer i maden transporteres<br />

ud til alle celler i kroppen. De stoffer, cellerne har brug<br />

for, skal derfor være i maden. Vi kan kun fungere og arbejde,<br />

hvis maden indeholder disse stoffer. De kaldes kulhydrater,<br />

fedtstoffer og proteiner. Desuden skal der være mineraler,<br />

vitaminer og vand.<br />

Kulhydrater, fedtstoffer og proteiner<br />

Lidt forenklet kan man sige, at kulhydrater og fedt giver energi,<br />

mens proteiner opbygger cellerne.<br />

Kulhydrater, fedtstoffer og proteiner er opbygget af grundstofferne<br />

carbon, hydrogen og oxygen, men i forskellige<br />

mængdeforhold. Proteinerne indeholder dog også grundstofferne<br />

nitrogen, svovl og phosphor.<br />

Vandmængden i kroppen ligger fra 60 til<br />

70 %. Der er forskel på vandindholdet<br />

i mænd og kvinder, og på børn og ældre.<br />

Kulhydrater<br />

Bolsjer, pasta, bananer og colaer har noget til fælles. De indeholder<br />

sukker. Der er dog flere slags sukker. Fællesnavnet for<br />

dem er kulhydrat.<br />

Grundstofferne i:<br />

kulhydrater fedtstoffer<br />

C<br />

C<br />

H<br />

H<br />

O<br />

O<br />

proteiner<br />

C<br />

H<br />

O<br />

N<br />

S<br />

P<br />

Sukkerindhold pr. 100 g<br />

Æblesaft<br />

Cola<br />

Banan<br />

Chokolade<br />

Vingummi<br />

Bolsjer<br />

8 g<br />

11 g<br />

15 g<br />

40 g<br />

43 g<br />

54 g<br />

Ordet “kulhydrat” fortæller, at kulhydraterne indeholder kul,<br />

dvs. carbon. Hydrat betyder vand. Kulhydrater kan derfor<br />

opfattes som sammensat af carbon og vand. Fx har molekylet<br />

for den mest simple sukkerform, glucose, formlen C 6 H 12 O 6 .<br />

Molekylet kan opfattes, som om det er opbygget af seks carbon-atomer<br />

og seks vandmolekyler.<br />

Planterne danner kulhydrater ved hjælp af fotosyntesen.<br />

136


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Carbon tages fra luftens carbondioxid, CO 2 , og vand fra jorden.<br />

Uden planterne ville der ikke være kulhydrater på Jorden.<br />

De forskellige slags kulhydrater kan opdeles i tre grupper:<br />

monosaccharider, disaccharider og polysaccharider.<br />

Monosaccharider<br />

Den mest simple form for sukker er monosacchariderne. De<br />

har formlen C 6 H 12 O 6 . Forstavelsen “mono” betyder “en”, og<br />

den viser, at der kun er en enhed af C 6 H 12 O 6 i molekylet.<br />

De to mest almindelige monosaccharider hedder glucose og<br />

fructose. Sukkeret i vindruer er glucose, der også kaldes druesukker.<br />

Fructose findes i mange frugter og i honning. Både<br />

glucose og fructose har den kemiske formel, C 6 H 12 O 6 , men<br />

atomerne i molekylerne er ikke forbundet på samme måde.<br />

Disaccharider<br />

En anden type sukker, disacchariderne, er opbygget af to<br />

monosaccharider, der er bundet sammen til ét molekyle, et<br />

disaccharid. Forstavelsen “di” betyder to. Når to molekyler<br />

monosaccharid bindes sammen til et disaccharid, frigives et<br />

vandmolekyle. Formlen for et disaccharid bliver derfor<br />

C 12 H 22 O 11 . Reaktionen skrives:<br />

Blodsukker<br />

Blod smager sødt, for der er sukker i blod.<br />

Det kaldes blodsukker. Det er samme type<br />

kulhydrat som i vindruer, dvs. glucose.<br />

Mad med kulhydrater<br />

Monosaccharider:<br />

• Vindruer indeholder glucose. Derfor<br />

kaldes glucose også for druesukker.<br />

• Tomater indeholder fructose.<br />

Disaccharid:<br />

• Chokolade indeholder rørsukker.<br />

Polysaccharider:<br />

• Knækbrød indeholder bl.a. cellulose.<br />

• Kartofler indeholder stivelse.<br />

C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 ➝ C 12 H 22 O 11 + H 2 O<br />

Det almindelige hvide sukker hedder rørsukker. Det udvindes<br />

af sukkerrør og sukkerroer. Rørsukker er et disaccharid, der er<br />

sammensat af et molekyle glucose og et molekyle fructose.<br />

Kopiark 7.1<br />

Polysaccharider<br />

De største molekyler af sukker er polysacchariderne. De er<br />

opbygget som en kæde af monosaccharider. Forstavelsen “poly”<br />

betyder mange. Stivelse og cellulose er polysaccharider.<br />

Et stivelsesmolekyle indeholder 200 til 2000 glucosemolekyler.<br />

Der er stivelse i mange fødevarer, fx brød, kartofler og<br />

ris. Ren stivelse er et hvidt pulver uden lugt og smag.<br />

Fibrene i planter og træ er opbygget af cellulose. Det er<br />

ekstra lange polysaccharider.<br />

Kopiark 7.2<br />

137


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Monosaccharider og disaccharider<br />

<br />

Test for monosaccharid: Hæld ca. 400 mL vand i et bægerglas,<br />

og varm det op næsten til kogepunktet. Hæld et par dråber<br />

fortyndet natriumhydroxid-opløsning, NaOH, i et reagensglas.<br />

Fyld reagensglasset halvt op med vand, og hæld lidt glucose i.<br />

Tilsæt et par dråber kobbersulfat-opløsning, CuSO 4 , indtil opløsningen<br />

bliver lyseblå. Sæt reagensglasset ned i bægerglasset,<br />

og lad det stå nogle minutter i det varme vand. Hvad sker<br />

EKSPERIMENT<br />

Det røde bundfald består af et kobber-oxid, Cu 2 O, der indeholder<br />

kobber-ionen, Cu + . Det viser, at sukkeret er et monosaccharid.<br />

Cu 2+ -ionen i kobbersulfat er ved reaktionen med monosaccharidet<br />

blevet reduceret til en Cu + -ion, en kobber-ion med<br />

kun én ladning.<br />

Test almindeligt sukker. Det er et disaccharid. Dannes der rødt<br />

bundfald<br />

Tilsæt et par mL fortyndet saltsyre, og varm igen reagensglasset<br />

i bægerglasset. Nu dannes der et rødt bundfald, for syren<br />

spalter disaccharidet i to monosaccharider.<br />

Proteiner<br />

Proteiner er et vigtigt byggemateriale for kroppen, fx er negle,<br />

hår, muskler og sener opbygget af proteiner. Proteiner kan<br />

ikke oplagres i kroppen til senere brug. Derfor skal en voksen<br />

hver dag spise ca. 60 g protein. Børn skal i forhold til deres<br />

vægt have mere protein end voksne, for børn vokser. Bl.a. kød,<br />

bønner, ost og æg indeholder proteiner. En gammel betegnelse<br />

for proteiner er æggehvidestoffer.<br />

Protein-indhold i procent<br />

Mælk<br />

Korn<br />

Blod<br />

Knogler<br />

Hår<br />

5<br />

12<br />

21<br />

30<br />

100<br />

138


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Der findes flere millioner forskellige proteiner, men menne -<br />

skets krop indeholder kun omkring 50 000 af dem.<br />

Proteinerne er opbygget af aminosyrer. Således kan et<br />

enkelt protein være opbygget af op til 220 000 aminosyrer.<br />

Man kan forestille sig et protein som en perlekæde, hvor perlerne<br />

er de enkelte aminosyrer. Typen og rækkefølgen af perlerne<br />

(aminosyrerne) samt længden af kæden bestemmer,<br />

hvilket protein der er <strong>tale</strong> om.<br />

Vi skal bruge 20 forskellige aminosyrer for at opbygge de<br />

proteiner, der er i kroppen. Otte af disse aminosyrer (for børn<br />

er det ti) kan kroppen ikke selv danne. De må tilføres med<br />

føden. Disse otte aminosyrer kaldes essentielle (livsnødvendige)<br />

aminosyrer. Kun planter kan opbygge alle proteiner ud fra<br />

mere simple forbindelser. Dyr og mennesker kan ikke.<br />

Under fordøjelsen nedbrydes proteinerne til mindre og<br />

mindre kæder, og til sidst til de enkelte aminosyrer. De transporteres<br />

derefter med blodet ud til alle kroppens celler, hvor<br />

aminosyrerne bruges til opbygning af kroppens egne proteiner.<br />

Proteinerne fra dyr indeholder flere af de essentielle aminosyrer,<br />

end planterne gør. Derfor skal vegetarer spise mange<br />

ærter og bønner for at få nok af de essentielle aminosyrer.<br />

Kopiark 7.3<br />

H<br />

|<br />

H 2<br />

N–C–COOH<br />

|<br />

H<br />

Opbygning af et protein<br />

1. Det mest simple aminosyremolekyle, glycin.<br />

2. Aminosyrer.<br />

3. Aminosyrer bindes sammen til en kæde,<br />

et protein.<br />

4. Proteinet bukkes til en spiral.<br />

Når man pisker æggehvide, får man et fast<br />

stof. Omdannelsen fra flydende til fast stof<br />

sker, når proteinerne omdannes fra spiralform<br />

til lange kæder.<br />

Proteintilskud<br />

Medmindre man dyrker meget hård motion,<br />

skal man ikke tage tilskud af proteiner.<br />

Overskud af proteiner i kosten kan ikke<br />

oplagres, men omdannes til kropsfedt.<br />

139


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Model for opbygningen af<br />

et fedtstof<br />

Glycerolmolekylet kan binde netop tre<br />

fedtsyrer. De kan være forskellige eller ens.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Kulhydrater kan opdeles i tre grupper:<br />

monosaccharider, disaccharider og<br />

polysaccharider.<br />

Monosacchariderne har formlen C 6 H 12 O 6 .<br />

Forstavelsen ”mono” betyder ”en”.<br />

De to mest almindelige monosaccharider<br />

er glucose og fructose. Glucose findes bl.a.<br />

i vindruer. Fructose findes i mange frugter<br />

og i honning.<br />

Druesukker er et ældre navn for glucose.<br />

Disacchariderne er opbygget af to mono -<br />

saccharider, der er bundet sammen til ét<br />

molekyle. Forstavelsen ”di” betyder to.<br />

Almindeligt hvidt sukker er et disaccharid,<br />

der hedder rørsukker.<br />

Æggehvidestoffer er en ældre betegnelse<br />

for proteiner.<br />

Proteinerne er opbygget af aminosyrer.<br />

Fedtstoffer indeholder ofte tre fedtsyrer,<br />

der holdes fast af stoffet glycerol. De forskellige<br />

fedtstoffer indeholder forskellige<br />

fedtsyrer.<br />

Stearinsyre, C 17 H 35 COOH, er en meget<br />

kendt fedtsyre.<br />

Fedtstoffer<br />

I kroppen har fedtet fire vigtige opgaver:<br />

• Fedt skal give energi til kroppen.<br />

• Fedt skal bringe de fedtopløselige vitaminer A, D, E og K ud<br />

til kroppens celler.<br />

• Fedt skal isolere kroppen, så der ikke afgives for meget<br />

varme til omgivelserne.<br />

• Fedt skal virke stødabsorberende for kroppens indre organer.<br />

Fedt kan oplagres i kroppen, indtil det skal bruges af cellerne<br />

for at producere energi.<br />

Alle fedtstoffer er opbygget på samme måde. Molekylerne<br />

består oftest af tre fedtsyrer, der holdes fast af stoffet glycerol.<br />

De forskellige fedtstoffer indeholder forskellige fedtsyrer. En<br />

meget kendt fedtsyre er stearinsyre. Formlen for stearinsyre<br />

kan skrives som C 17 H 35 COOH. Molekylet er opbygget med en<br />

lang carbonkæde:<br />

H H H H H H H H H H H H H H H H H O<br />

H–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–OH<br />

H H H H H H H H H H H H H H H H H<br />

=<br />

Fedt i kød indeholder ofte op til 30 % stearinsyre. Der er også<br />

stearinsyre i fedtstoffet i chokolade. Et ægte stearinlys er lavet<br />

af stearinsyre. Det er stearinsyre, der brænder, når lyset brænder.<br />

Kopiark 7.4 og 7.5<br />

Fedtindhold i 100 g<br />

Avocado 24 g<br />

Pølse 41 g<br />

Chokolade 30 g<br />

Ost 31 g<br />

Valnødder 64 g<br />

140


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Drikkevarer<br />

Kroppen skal have vand for at erstatte det vand, der forsvinder<br />

med udåndingsluften og med sveden. Når sveden på<br />

kroppen fordamper, afkøles kroppen. Hvis man derfor ikke<br />

kan svede på grund af vandmangel, vil kroppens temperatur<br />

stige til over de 37 °C. Det ender med, at personen kollapser.<br />

Sportsdrik<br />

En sportsdrik skal give kroppen tre ting: vand, salte og energi.<br />

Kroppen skal have tilført de salte, som tabes med sveden,<br />

og kroppen skal have energi i form af sukker (kulhydrat). Det<br />

sendes rundt i kroppen med blodet. Sukkeret i blodet kaldes<br />

blodsukker. Mængden af sukker i blodet skal holdes på en<br />

fast koncentration. Falder blodsukkeret under en vis koncentration,<br />

går man “sukkerkold”, og præstationsevnen falder.<br />

Den perfekte sportsdrik<br />

En sportsdrik skal indeholde salte svarende til sammensætningen<br />

af normal sved. Sportsdrikken kan indeholde flere forskellige<br />

former for sukker. Det mest almindelige er at benytte<br />

glucose (druesukker). Det er den sukkerform, som findes i<br />

blodet, og som hurtigst optages i kroppen.<br />

I en isotonisk sportsdrik er mængdeforholdet mellem vand<br />

og salt det samme som i kroppens celler og i blodet. Mængden<br />

af sukker ligger fra 6 til 8 %.<br />

Kopiark 7.6<br />

Mælk<br />

Mælk fra en ko indeholder næsten 90 % vand og ofte fra 3 til 4 %<br />

fedt. Fedt er ikke opløseligt i vand. I mælk flyder en mængde<br />

små fedtkugler rundt i vandet. Størrelsen af fedtkuglerne er<br />

1<br />

mindre end 50 mm. Fedtkuglerne klumper ikke sammen, fordi<br />

de er omgivet af et tyndt lag af proteiner, en membran. En sådan<br />

fedtkugle omgivet af en membran kaldes en micelle.<br />

Fedtmicellerne gør mælken uigennemsigtig og giver mælken<br />

dens hvidgule farve. Hvis fedtkuglerne fjernes, bliver mælken<br />

blålig, som fx skummetmælk.<br />

I mælk findes også calcium-ioner, Ca 2+ , og forskellige phosphat-ioner.<br />

De er alle vigtige for at få sunde knogler og tænder.<br />

Ioner i en liter sved<br />

Mængden kan variere fra person til person<br />

0,02 g calcium-ioner, Ca 2+<br />

0,05 g magnesium-ioner, Mg 2+<br />

0,23 g kalium-ioner, K +<br />

1,15 g natrium-ioner, Na +<br />

1,48 g chlorid-ioner, Cl –<br />

141


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Finhvalens mælk indeholder mere end 10 gange<br />

så meget protein og fedt som modermælk.<br />

Finhvalen er verdens næststørste dyr. Finhvaler<br />

kan blive op til 27 m lange og veje op til 80 ton.<br />

Hunnen føder en unge hvert andet eller hvert<br />

tredje år. Ungen dier i 6-7 måneder. Nyfødte<br />

finhvaler er over 6 m lange og vejer ca. 2 ton.<br />

På mejeriet<br />

Når mælken kommer til mejeriet, bliver den centrifugeret. Da<br />

fedtkuglerne vejer mindre end resten af mælken, samler fedtkuglerne<br />

sig i midten af centrifugen som fløde. Den fjernes,<br />

og af noget af den fremstilles smør.<br />

Under centrifugeringen opvarmes mælken i kort tid til<br />

75 °C, så bakterier slås ihjel. Mælken er nu blevet pasteuriseret.<br />

Mælken kan herefter blive homogeniseret. Ved denne proces<br />

omdannes store fedtkugler til mindre. De mindre kugler kan<br />

lettere flyde rundt i mælken uden at klumpe sig sammen og<br />

uden at stige op til et lag fløde.<br />

Næring i mælk<br />

Mælk er det eneste naturlige levnedsmiddel, der er bestemt til<br />

netop fortæring. Proteinerne i mælk har præcis den fordeling<br />

af de essentielle (livsnødvendige) aminosyrer, som kroppen<br />

behøver. I andre fødevarer kan der være underskud af en eller<br />

flere af de essentielle aminosyrer.<br />

Efter fødslen fordobler et barn sin vægt i løbet af 100 dage.<br />

En kalv behøver kun 50 dage, da komælk indeholder mere end<br />

dobbelt så meget af protein og mineraler som modermælk.<br />

Kopiark 7.7<br />

Vand med brus<br />

Mange drikkevarer indeholder carbondioxid, CO 2 . Det giver<br />

en syrlig smag. Når man åbner for en sådan flaske, dannes en<br />

masse små bobler af CO 2 , der stiger til vejrs. Det giver en<br />

“prikkende” smag.<br />

Mineralvand og sodavand får CO 2 tilsat kunstigt. CO 2<br />

pumpes ved højt tryk ned i væsken, hvor størstedelen af CO 2<br />

opløses i vandet.<br />

Kopiark 7.8<br />

Vin, øl og champagne<br />

I vin og champagne opstår CO 2 -indholdet ved gæring.<br />

Sukkeret i druesaften omdannes af gærceller til alkohol og<br />

CO 2 . Reaktionen skrives:<br />

C 6 H 12 O 6 ➝ 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2<br />

142


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Et colaspringvand<br />

Tag proppen af en stor (2 L) flaske sukkerfri<br />

cola. Bor et 4 mm hul i proppen. Bor et tyndt<br />

hul (1-2 mm) gennem fem stykker pebermynte-<br />

Mentos. Træk en sytråd gennem proppen.<br />

Sæt pastillerne på sytråden under proppen.<br />

Træk den anden ende af sytråden op gennem<br />

proppen.<br />

Hæld lidt cola ud af flasken. Sæt flasken stabilt<br />

på jorden udendørs. Hold fast i begge ender af<br />

sytråden, og sænk forsigtigt pastillerne ned<br />

i fla sken. Stram hele tiden op i sytråden, så<br />

pastillerne ikke når ned til colaen. Hold fast<br />

i sytråden, mens proppen skrues til.<br />

Slip begge ender af sytråden, og løb væk.<br />

Alkoholen, C 2 H 5 OH, har det kemiske navn ethanol, der i daglig<br />

<strong>tale</strong> kaldes sprit.<br />

Det er den samme reaktion, der sker ved fremstilling af øl.<br />

Her er det sukkeret i kornsorten byg, der omdannes til ethanol<br />

og CO 2 . Under gæringen slipper der CO 2 ud til omgivelserne.<br />

Derfor har man i bryggerier en grænseværdi for, hvor<br />

højt indholdet af carbondioxid i luften må blive. Her regner<br />

man med en grænseværdi på 0,5 %.<br />

Når man laver champagne, tilsætter man ekstra sukker, så<br />

der dannes meget CO 2 . Herved bliver trykket i flasken meget<br />

højt. Det kan være farligt. Når man skal åbne en flaske champagne,<br />

må man ikke holde flasken rettet mod andre personer.<br />

Proppen ryger af med så stor fart, at den kan slå et øje itu. I en<br />

ølflaske er trykket ikke så højt.<br />

Kopiark 7.9<br />

Alkoholen, C 2 H 5 OH, har det kemiske navn<br />

ethanol. Molekylet ligner en hund.<br />

143


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Reaktion og ligevægt<br />

Når man skriver en reaktion<br />

bruges en reaktionspil: ➝<br />

Når man skriver en ligevægt<br />

bruges en “dobbeltharpun“:<br />

Nyttige oplysninger<br />

En sportsdrik indeholder 6-8 % sukker og<br />

desuden salte svarende til sammensætningen<br />

i normal sved.<br />

I en isotonisk sportsdrik er mængdeforholdet<br />

mellem vand og salte det samme som i<br />

kroppens celler og i blodet.<br />

Komælk indeholder næsten 90 % vand og<br />

ofte fra 3 til 4 % fedt.<br />

En micelle i mælk er en lille fedtkugle omgivet<br />

af en membran af proteiner. Størrelsen<br />

1<br />

af fedtkuglerne er mindre end 50 mm.<br />

Ved pasteurisering opvarmes mælk i kort tid<br />

til 75 °C, så bakterier slås ihjel.<br />

Ved homogenisering af mælk omdannes<br />

store fedtkugler til mindre.<br />

Alkoholen ethanol, C 2 H 5 OH, dannes ved<br />

gæring af sukker.<br />

Ved en kemisk ligevægt findes noget af de<br />

reagerende stoffer sammen med noget af<br />

produkterne, fx når CO 2 opløses i vand. En<br />

del af CO 2 reagerer med vandet og danner<br />

kulsyre, H 2 CO 3 .<br />

En reaktionspil ➝ , bruges, når man<br />

skriver en kemisk reaktion.<br />

En “dobbeltharpun” , bruges, når man<br />

skriver en kemisk ligevægt.<br />

Kemisk ligevægt<br />

I drikkevarer med CO 2 , reagerer noget CO 2 med vandet og<br />

danner kulsyre, H 2 CO 3 . Reaktionen kan skrives:<br />

H 2 O + CO 2 H 2 CO 3<br />

I vandet findes herefter både kulsyre og luftarten CO 2 opløst<br />

i vandet. Indholdet smager syrligt. Det er smagen af kulsyren.<br />

Disse to stoffer danner en såkaldt ligevægt. Det vises ved ikke<br />

at skrive en reaktionspil, men en “dobbeltharpun”. Den fortæller,<br />

at reaktionen kan gå både til højre og til venstre.<br />

Hvis man øger trykket af CO 2 , vil der dannes mere H 2 CO 3 .<br />

Reaktionen vil gå mod højre.<br />

Hvis man fjerner noget CO 2 , vil en del af kulsyren omdannes,<br />

så der dannes mere CO 2 . Reaktionen vil gå mod venstre.<br />

Det kan man se, når man tager proppen af en flaske med brus.<br />

Når boblerne stiger til vejrs i væsken, og CO 2 forsvinder op<br />

gennem overfladen, vil noget af kulsyren omdannes til mere<br />

CO 2 , der også kan stige til vejrs som bobler. Efter et stykke tid<br />

er kulsyren i væsken forsvundet. Nu smager væsken ikke mere<br />

syrligt. Smagen er ikke længere frisk, og man siger, at smagen<br />

er flad. Man kan også måle, hvordan pH-værdien stiger, efter<br />

at proppen er taget af flasken.<br />

Mineralvand indeholder CO 2<br />

144


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Produktion af fødevarer<br />

I næsten al forarbejdet mad er der tilsat såkaldte tilsætningsstoffer.<br />

De skal forbedre maden. Nogle påvirker holdbarheden,<br />

andre smag og udseende. Brugen af tilsætningsstoffer diskuteres<br />

meget, for mange mener, at nogle af tilsætningsstofferne<br />

kan være skadelige, og at man skal bruge madvarerne i deres<br />

rene form.<br />

Tilsætningsstoffer<br />

Ifølge regler i EU må de stoffer, der tilsættes mad, ikke være skadelige.<br />

De skal alle have været gennem mange undersøgelser.<br />

Stoffer, der ikke er undersøgt, må ikke bruges i madvarer.<br />

Listen over godkendte tilsætningsstoffer kaldes Positivlisten.<br />

Nogle af tilsætningsstofferne har lange indviklede kemiske<br />

navne, og derfor har alle godkendte tilsætningsstoffer fået et E-<br />

nummer, der er lettere at huske.<br />

Hvis der er tilsætningsstoffer i en madvare, der er fremstillet<br />

på en fabrik, skal tilsætningsstofferne nævnes på etiketten,<br />

enten med deres navn eller med deres E-nummer. Det skal også<br />

nævnes, hvilken funktion tilsætningsstoffet har.<br />

Stofferne i Positivlisten kan deles op i mange forskellige<br />

grupper. Der er fx farvestoffer, konserveringsmidler, antioxidanter<br />

og sødestoffer.<br />

Farvestoffer har E-numre fra E 100. Farvestoffer bruges fx i<br />

kager, slik og sodavand. Friske grøntsager, kød, fisk, brød og<br />

mælk må ikke farves. Farvestoffet karamel (sukkerkulør), der<br />

giver farve til cola, betegnes E 150.<br />

Konserveringsmidler har E-numre fra E 200. Konserverings -<br />

midler bruges i fx brød, leverpostej og pølser.<br />

Antioxidanter har E-numre fra E 300. Antioxidanter bruges<br />

i fx margarine og madolier. Antioxidanter er stoffer, der hin drer<br />

madvarer i at reagere med luftens oxygen. Antioxidanter kan<br />

hindre, at fedtstoffer bliver harske. I mad, der indeholder frugt,<br />

hindrer de, at maden ændrer farve eller mister smag. Uden antioxidanter<br />

vil frugten blive brun. Ascorbinsyre (C-vitamin)<br />

betegnes E 300. Denne antioxidant tilsættes æblemos, så den<br />

forbliver gul og ikke bliver brun.<br />

Nogle tilsætningsstoffer er dannet i naturen, mens andre er<br />

syntetiske, dvs. de er kunstigt fremstillet.<br />

Metaller i mad<br />

Det er tilladt, at blande metal i nogle<br />

madvarer. Aluminium har E-nummer 173,<br />

sølv E 174 og guld har E 175. Man mener<br />

ikke, at disse tre metaller i små mængder<br />

kan skade os.<br />

Aspartam<br />

– et kunstigt sødemiddel<br />

Aspartam søder 200 gange mere end<br />

almindeligt sukker. Derfor er aspartam et af<br />

de mest benyttede tilsætningsstoffer.<br />

145


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Aromastofferne kan opdeles i tre grupper:<br />

1. De naturlige, der er udvundet fra naturstoffer.<br />

2. De natur-identiske, der er syntetisk fremstillet, men også<br />

forekommer i naturen.<br />

3. De syntetiske, der ikke findes i naturen.<br />

Aroma- og smagsstoffer omfatter de kunstige sødemidler, fx<br />

aspartam, der kendes fra sukkerfri læskedrikke. Aspartam<br />

betegnes E 951.<br />

Spegepølsen indeholder antioxidanten<br />

ascorbinsyre og konserveringsmidlet<br />

natriumnitrit.<br />

Bagning<br />

Når man skal bage brød, bruger man mel. Det er korn, der er<br />

malet (knust) til et fint pulver. Man blander vand og gær i<br />

melet. Blandingen kaldes dej.<br />

Gær består af gærceller, der er levende organismer. De “spiser”<br />

sukkeret i dejen og udskiller luftarten carbondioxid, CO 2 .<br />

Det får brødet til at hæve. Når dejen sættes i ovnen, dræber den<br />

høje temperatur gærcellerne.<br />

Når man bager kager, bruger man ofte bagepulver i stedet<br />

for gær. Det mest almindelige bagepulver hedder natron. Det er<br />

stoffet natriumhydrogencarbonat, NaHCO 3 . Det er et fint pulver,<br />

der blandes godt ind i dejen. Ved bagningen i ovnen med<br />

Hullerne i ost<br />

Ved produktion af ost sker der en gæringsproces,<br />

hvor mælkesukkeret omdannes.<br />

Herved dannes CO 2 . Denne luftart presser<br />

efterhånden osten væk, så de karakteristiske<br />

huller opstår. Den danske forsker Sigurd<br />

Orla-Jensen var den første, der i 1904 kunne<br />

forklare, hvordan hullerne i ost opstår. Han<br />

kaldes derfor ofte for ”manden, der<br />

opfandt hullerne i ost”.<br />

KGB7.20 foto MANGLER af<br />

emmenthalerost med store<br />

huller<br />

146


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Fremstilling af farvestoffet i cola<br />

Farvestoffet i cola er karamel (sukkerkulør). Det fremstilles af<br />

sukker.<br />

Læg en spiseskefuld sukker på en teflonbelagt pande. Læg endnu<br />

en spiseskefuld sukker et andet sted på panden. Læg en halv<br />

teskefuld hjortetakssalt oven på den ene sukkerbunke, og bland<br />

denne bunke godt sammen. Læg en halv teskefuld vand oven<br />

i hver bunke, og rør vandet godt ind i bunkerne.<br />

Opvarm panden, mens der med hver sin teske røres rundt i de<br />

to bunker. Stop opvarmningen, når bunken med hjortetakssalt er<br />

blevet brun.<br />

Hver af de to bunker opløses i en halv liter vand. Er der forskel<br />

på farven af opløsningerne<br />

Ved opvarmning omdannes sukkeret til mange forskellige forbindelser.<br />

Man siger, at sukkeret karamelliseres. Denne reaktion går<br />

hurtigst, når der er ammonium-ioner, NH + 4 , til stede. De kommer<br />

fra hjortetakssaltet, der har den kemiske formel ammoniumcarbonat,<br />

(NH 4 ) 2 CO 3 .<br />

den høje temperatur spaltes bagepulveret og frigiver carbondioxid<br />

og vanddamp. Det får kagen til at hæve. Den kemiske<br />

reaktion kan skrives som:<br />

2 NaHCO 3 ➝ Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O<br />

Et andet bagepulver er hjortetakssalt. Det består af ammoniumcarbonat,<br />

(NH 4 ) 2 CO 3 . Når det opvarmes, dannes luftarterne<br />

ammoniak, NH 3 og CO 2 .<br />

Ved bagningen er temperaturen højest på ydersiden af<br />

dejen. Den høje temperatur spalter kulhydraterne i melet.<br />

Herved dannes mange forskellige kemiske forbindelser, der har<br />

en brun farve. Det giver brødets skorpe den brune farve. Denne<br />

reaktion kaldes karamellisering. Den brune farve i karameller<br />

opstår ved opvarmning af sukker.<br />

Ved opvarmning af sukker fås det brune sukkerkulør. Dette<br />

farvestof bruges til at farve øl, sovs, eddike, cognac og colaer.<br />

Kopiark 7.10, 7.11, 7.12, 7.13, 7.14 og 7.15<br />

Nyttige oplysninger<br />

Positivlisten er en fortegnelse over stoffer,<br />

der må tilsættes mad.<br />

Tilsætningsstofferne har alle et E-nummer.<br />

Karamel (sukkerkulør), der bl.a. giver farve<br />

til cola, betegnes E 150.<br />

Antioxidanter er stoffer, der hindrer madvarer<br />

i at reagere med luftens oxygen.<br />

Bagepulver spaltes ved høj temperatur og<br />

frigiver luft og vanddamp.<br />

Natron, natriumhydrogencarbonat, NaHCO 3 ,<br />

er det mest almindelige bagepulver.<br />

Natron spaltes således:<br />

2 NaHCO 3 ➝ Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O.<br />

Sukker karamelliseres (brunfarves) ved høj<br />

temperatur.<br />

147


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Sund mad – farlig mad<br />

Sund mad skal indeholde vitaminer og mineraler, men al mad<br />

bliver efter et stykke tid dårlig. Det sker, fordi stofferne i<br />

maden reagerer med luftens oxygen, eller fordi mange mikroorganismer<br />

som fx svampe og bakterier spiser af maden.<br />

Mikroorganismerne skal ligesom større levende væsner have<br />

føde for at få energi og for at vokse og formere sig. Når mikroorganismerne<br />

formerer sig, kan der blive så mange, at maden<br />

bliver farlig at spise.<br />

Mineraler<br />

Kroppen skal bruge mineraler, der indeholder bestemte grundstoffer.<br />

Vitaminpiller indeholder disse mineraler. Fx skal kroppen<br />

have meget calcium, phosphor og natrium. Andre grundstoffer,<br />

som fx jern, iod og selen, behøves kun i mindre mængde.<br />

Calcium-ioner, Ca 2+ , bruges til opbygning af skelettet og<br />

tænderne. Hertil skal også bruges phosphor.<br />

Natrium-ioner, Na + , findes i kropsvæskerne. Natriumionerne<br />

er vigtige for de elektriske signaler i nerverne.<br />

Jern-ioner, Fe 2+ , er en vigtig del af blodet. De indgår i et stof,<br />

der hedder hæmoglobin. Det hjælper til at føre oxygen ud i<br />

kroppen.<br />

Iodid-ioner, I – , er nødvendige for dannelsen af hormoner,<br />

der indgår i omsætningen af føden.<br />

Selen er vigtig for kroppens immunsystem, der skal bekæmpe<br />

infektioner.<br />

Vitaminer<br />

Vitaminer er kemiske stoffer, der indgår i mange enzymer.<br />

Enzymer er stoffer, der kontrollerer kemiske reaktioner i kroppen.<br />

I mange tilfælde øger de hastigheden af reaktionerne, dvs.<br />

de fungerer som en slags katalysatorer.<br />

Der er 13 forskellige vitaminer, der kan inddeles i to slags: de<br />

vandopløselige og de fedtopløselige. Kroppen kan ikke selv<br />

danne vitaminer. De må indtages med føden. Dog kan D-vitamin<br />

dannes i huden, når den rammes af sollys. Bakterier i tarmen<br />

kan danne K-vitamin. Selv om vitaminer kun findes i ringe<br />

mængde i kroppen, er deres betydning stor, og derfor kan vitaminmangel<br />

føre til alvorlige sygdomme.<br />

148


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

A-vitamin<br />

Findes i smør, mælk, æg, tomater<br />

og gulerødder.<br />

Mangel på A-vitamin giver dårligt syn i mørke. Slimhinderne<br />

udtørres, så de ikke beskytter så godt mod infektioner.<br />

B-vitamin<br />

Findes i gryn, groft brød, ost,<br />

fisk og kød.<br />

Mangel på B-vitamin giver mindre madlyst samt revner<br />

i mundhulen og på tungen.<br />

C-vitamin<br />

Findes i frugt, bær og grøntsager.<br />

Mangel på C-vitamin giver træthed og mindsket modstandskraft<br />

mod infektioner.<br />

D-vitamin<br />

Findes i fisk, mælk, smør og lever.<br />

Mangel på D-vitamin giver ringere optagelse af calcium,<br />

så man får svagere knogler og dårlige tænder.<br />

K-vitamin<br />

Findes i grøntsager, æg og ost.<br />

Mangel på K-vitamin bevirker, at blodet i sår ikke kan størkne.<br />

Først når blod størkner, stopper blødningen.<br />

Konservering<br />

Et af de kraftigst virkende giftstoffer dannes af en bakterie.<br />

Denne gift medfører hvert år mange dødsfald i Danmark.<br />

Sygdommen kaldes pølseforgiftning. Bakterien kan formere sig i<br />

kødvarer, der ikke har fået tilsat et konserveringsmiddel, og som<br />

er opbevaret for varmt.<br />

For at undgå at blive syg af dårlig mad, skal man holde<br />

maden frisk. Hvis man derfor vil opbevare mad i længere tid,<br />

skal maden gøres holdbar, dvs. konserveres. Det kan man gøre<br />

ved at slå mikroorganismerne ihjel eller ved at opbevare maden<br />

i en tilstand, der hindrer mikroorganismerne i at formere sig.<br />

Kopiark 7.16 og 7.17<br />

Konservering kan ske<br />

på to måder:<br />

• Man slår mikroorganismerne ihjel.<br />

• Man hæmmer mikroorganismernes<br />

formering.<br />

Konservering, der slår mikroorganismer ihjel<br />

• Opvarmning: Ved at opvarme mad kan man forlænge holbarheden<br />

og samtidig slå alle mikroorganismerne ihjel. Gær og skimmelsvampe<br />

dør, når maden opvarmes til over 60 °C. For at slå<br />

alle bakterier ihjel, skal temperaturen op på over 80 °C. Ved<br />

pasteurisering af mælk, hvor mælken kortvarigt opvarmes til<br />

75 °C, slås næsten alle mikro organismerne i mælken ihjel.<br />

Konserveringsmetoder, der hæmmer<br />

mikroorganismernes formering<br />

• Maden opbevares i en lufttæt beholder: Konservesdåserne blev<br />

opfundet ca. 1810. Når låget er sat lufttæt på, opvarmes<br />

dåsen, så mikroorganismerne slås ihjel.<br />

149


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

Energiindhold<br />

kJ pr. gram<br />

Fedt 39<br />

Protein 17<br />

Kulhydrat 17<br />

Alkohol 30<br />

Megajoule og kilojoule<br />

En megajoule (MJ) er en million joule.<br />

1 MJ = 10 6 J<br />

En kilojoule (kJ) er tusind joule.<br />

1 kJ = 10 3 J<br />

• Køleskab og fryser: Ved lav temperatur formerer mikroorganismer<br />

sig meget langsomt.<br />

• Frysetørring: Bær og supper kan frysetørres. I en stor beholder<br />

afkøles de hurtigt til –80 °C. Herved fryser alt vandet hurtigt<br />

til is. Herefter pumper man luften ud af beholderen. Ved<br />

det lave tryk sublimerer iskrystallerne, dvs. de bliver til<br />

vanddamp. Den pumpes ud, og når maden herefter varmes<br />

op igen, er vandet væk, og uden vand kan mikroorganismerne<br />

ikke leve.<br />

• Maden gøres sur: Hvis man tilsætter noget syre, fx eddike, til<br />

maden, kan mikroorganismerne ikke formere sig så godt.<br />

Agurker, asier og rødbeder gemmes i glas i en lage af eddike.<br />

Yoghurt har længere holdbarhed end mælk, for yoghurt<br />

fremstilles ved at nogle bakterier, mælkesyrebakterier,<br />

omdanner sukkeret i mælk til mælkesyre.<br />

• Saltning: Når der tilsættes meget salt til maden, trækkes vandet<br />

ud, og mikroorganismerne kan ikke leve i den salte mad.<br />

Når man senere skal spise maden, lægges den i vand, indtil<br />

saltet er trukket ud af maden.<br />

• Maden gøres sød: Hvis man hælder meget sukker i maden,<br />

trækkes vandet også ud. Marmelade og syltetøj kan holde<br />

sig, hvis sukkerindholdet er højt nok.<br />

• Andre konserveringsmidler: Her kan man bruge forskellige<br />

andre syrer, som fx benzoesyre, og sorbinsyre.<br />

På en biograftur spiser børn og unge<br />

gennemsnitligt 172 gram slik, chokolade<br />

eller popcorn. Samtidig drikker de en kvart<br />

liter sodavand. Dette biografmåltid har<br />

et energiindhold på 3,3 MJ.<br />

Energien i mad<br />

I maden er der fire slags næringsstoffer, som kroppen kan<br />

omsætte og herved få energi. Det er kulhydrat, proteiner, fedt og<br />

alkohol. Ved forbrændingen af maden i kroppen reagerer<br />

maden med oxygen i cellerne:<br />

mad + oxygen ➝ vand + carbondioxid + energi<br />

Fedt indeholder mest energi. Et gram fedt giver en energi på<br />

39 kilojoule.<br />

150


KAPITEL 7 · MADENS KEMI<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Energien i alkohol<br />

Sæt en beskyttelsesskærm op, og bær briller.<br />

Skær et cirkulært hul i siden på en 250 mL<br />

plastflaske. Hullet skal være så stort, at spidsen<br />

af en fyrfadslighter lige kan gå igennem.<br />

Hæld 3 mL 95 % ethanol i flasken og sæt en<br />

prop løst i halsen på flasken. Sæt en finger<br />

for hullet og ryst flasken grundigt. Sæt spidsen<br />

af fyrfadslighteren ind i åbningen og tænd.<br />

Ethanolen antændes og brænder i en<br />

eksplosion, der blæser proppen af flasken.<br />

Alkohol brænder godt, fordi energiindholdet<br />

i alkohol er stort, 30 kJ pr. gram. Det er<br />

årsagen til, at man kan bruge alkohol i stedet<br />

for benzin som brændstof i biler. I en bilmotor<br />

antændes alkoholen af gnisten i tændrøret,<br />

og stemplet i motoren skubbes ned.<br />

En aktiv pige har brug for omkring 9 MJ om dagen. En dreng<br />

omkring 11 MJ. Hvis man spiser mere, omdannes det til fedt i<br />

kroppen. Fx har man kun brug for ca. 125 g sukker om dagen.<br />

En chokolademuffin indeholder fx 2,4 MJ. Det er mere end en<br />

portion frikadeller med kartofler, salat og lidt dressing.<br />

Omkring to tredjedele af biografernes indtægter kommer fra<br />

selve filmene. Resten kommer fra salget af usunde madvarer. I<br />

nogle biografer kan man få menuer med 1,8 liter sodavand og<br />

6,5 liter popcorn. Denne menu har et energiindhold på over 10 MJ.<br />

Det er al den energi, man bør få på en hel dag, og det svarer til<br />

mere end to ugers anbefalet indtagelse af tomme kalorier for<br />

børn. En fødevareekspert har kaldt menuen for “knald i låget”.<br />

Forbruget af sukker stiger hvert år. Og det gør mængden af<br />

slik også. En “lille” sodavand er ikke så lille som i gamle dage. Før<br />

var den på 25 centiliter, nu er den på 50. Hvis al sukkersødet<br />

sodavand blev udskiftet med vand, ville gennemsnitsdanskeren<br />

tabe næsten 7 kg på et år.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Calcium-ioner, Ca 2+ , bruges til opbygning<br />

af skelettet og tænderne.<br />

Natrium-ioner, Na + , er vigtige for de<br />

elektriske signaler i nerverne.<br />

Jern-ioner, Fe 2+ , er en vigtig del af blodet.<br />

Enzymer er stoffer, der kontrollerer kemiske<br />

reaktioner i kroppen.<br />

D-vitamin findes i fisk, mælk, smør og lever.<br />

Mangel på D-vitamin giver ringere optagelse<br />

af calcium, så man får svagere knogler<br />

og dårlige tænder.<br />

Ved konservering slås mikroorganismer<br />

ihjel, eller deres formering hæmmes.<br />

Energiindholdet i fedt er højt, 39 kJ pr.<br />

gram.<br />

151


CAFE KOSMOS<br />

TYGGEGUMMI<br />

Hver dansker tygger i gennemsnit 250 stykker<br />

tyggegummi om året.<br />

carbonkæder med enkeltbindinger<br />

mellem carbon-atomerne. Der er<br />

dog også nogle dobbeltbindinger i<br />

carbonkæderne. De bevirker, at<br />

tyggegummiet bliver blødt.<br />

Sødemidlerne kan være almindeligt<br />

sukker, sorbitol (der fås fra<br />

majs eller hvede), xylitol (som fås<br />

fra majs eller birkebark) eller aspartam,<br />

der er et kunstigt fremstillet<br />

sødemiddel, og som søder 200<br />

gange mere end almindeligt<br />

sukker.<br />

Smagsstofferne kan fx være lakrids,<br />

mentol, pebermynte, aroma fra<br />

jordbær, citron, æble eller cola.<br />

Smagsstofferne opløses af spyttet,<br />

og mængden af smagsstof i<br />

tyggegummiet er tilpasset den normale<br />

tyggetid, der er lige omkring<br />

20 minutter.<br />

HVORFOR ER TYGGEGUMMI<br />

ELASTISK<br />

For at et stof kan være elastisk, skal<br />

det have lange, trådlignende mole -<br />

DET ÆLDSTE TYGGEGUMMI<br />

Arkæologer har ved en udgravning<br />

i det sydlige Sverige fundet en<br />

klump tyggegummi, der er 9000 år<br />

gammel. Klumpen er en blanding<br />

af honning og harpiks fra birketræer.<br />

Man kan se, at det var<br />

tyggegummi, for der er tandmærker<br />

i klumpen.<br />

INDHOLDET I TYGGEGUMMI<br />

Tyggegummi består af gummi, sø de -<br />

midler, smagsstoffer, blødgørings -<br />

stoffer og farvestoffer.<br />

Et typisk stykke tyggegummi kan<br />

bl.a. indeholde:<br />

30 % gummi<br />

60 % sødemidler<br />

3-4 % smagsstoffer<br />

2 % blødgøringsstoffer<br />

3 % tandbeskyttende ingredienser<br />

I mange år indeholdt tyggegummi<br />

naturgummi, der var aftappet fra<br />

gummitræet. Men da behovet for<br />

gummi – også til andre formål – er<br />

blevet større, fremstiller man nu<br />

gummiet fra råolie. Man bruger carbonhydriderne.<br />

De består af lange<br />

152


CAFE KOSMOS<br />

kyler. I de fleste elastiske stoffer skyl -<br />

des elasticiteten, at længden af<br />

bindingerne mellem atomerne æn -<br />

dres.<br />

Hvis man trækker i en carbonkæde,<br />

strækkes den, fordi vink lerne<br />

mellem carbon-atomerne mind skes<br />

lidt. I gummi er der også bindinger<br />

mellem carbonkæderne, og disse<br />

bindinger løsnes, hvis man trækker i<br />

stoffet. Hvis man holder en elastik<br />

op mod læberne, og derefter<br />

trækker i elastikken, kan man<br />

tydeligt mærke, at den bliver<br />

varmere. Den energi, der var bundet<br />

i den normale struktur, frigives<br />

som varme, når elastikken strækkes.<br />

BRUGT TYGGEGUMMI<br />

Med tiden vil tyggegummi blive<br />

hårdt, selv uden at det tygges. Det<br />

sker, når luftens oxygen angriber<br />

dobbeltbindingerne og omdanner<br />

dem til enkeltbindinger. For at det<br />

ikke skal ske for hurtigt, tilsætter<br />

man antioxidanter til tyggegummiet.<br />

Antioxidanterne optager luf -<br />

tens oxygen. Der er mange forskellige<br />

slags antioxidanter i tygge -<br />

gummi. Et af dem er C-vitamin.<br />

Under tygning opløses antioxidanterne<br />

i spyttet, og tyggegummiet<br />

bliver mere og mere hårdt, fordi<br />

dobbeltbindingerne efterhånden<br />

omdannes til enkeltbindinger.<br />

GRISERI PÅ FORTOVET<br />

Tyggegummi klæber specielt godt<br />

til asfalt, fordi asfalt og gummiet i<br />

tyggegummi indeholder samme<br />

type stof, carbonhydrider. Når<br />

tyggegummi spyttes ud på fortovet,<br />

klistrer det fast, og det er<br />

svært at fjerne. Klatterne fjernes<br />

bedst ved at fryse dem med tøris<br />

ved –80 °C. I frossen tilstand kan de<br />

skrabes af. De sidste rester opløses<br />

med rensebenzin.<br />

Hvis du taber tyggegummi på tøjet<br />

eller på et gulvtæppe, så læg straks<br />

en isterning på tyggegummiet. Det<br />

stivner og kan forsigtigt trækkes af.<br />

Rundt om Storkespringvandet på<br />

Amagertorv i København er der ca.<br />

15-20 tyggegummiklatter pr. kva -<br />

dratmeter. Københavns Kommune<br />

bruger omkring 100 000 kr. hvert år<br />

på at fjerne tyggegummi omkring<br />

Storkespringvandet.<br />

I Irland overvejer politikerne at<br />

lægge skat på tyggegummi for at<br />

få penge til at fjerne det fra fortovene.<br />

Storbyen Singapore i Malaysia er<br />

berømt for at være en meget ren<br />

153<br />

by. Derfor blev myndighederne så<br />

trætte af tyggegummirester på fortove<br />

og gader, at folk fra 1992 til<br />

2004 blev straffet hårdt for at<br />

spytte tyggegummi ud på gaden.<br />

Hvis man ”smuglede” en pakke tyg -<br />

gegummi ind i landet, kostede det<br />

et års fængsel.<br />

Efter udenlandsk pres blev reg ler -<br />

ne så lempet noget, men selv i dag<br />

må man kun tygge tyggegummi i<br />

Singapore, hvis ens læge har givet<br />

tilladelse til det. Tyggegummiet<br />

kan være nikotintyggegummi til<br />

afvænning af rygere. Det kan indeholde<br />

medicin, der hjælper mod<br />

hovedpine, allergi eller køresyge.<br />

Tyggegummi kan kun købes på<br />

apotekerne, og apotekeren skal<br />

have køberens navn og pasnummer.<br />

TYGGEGUMMI BESKYTTER<br />

TÆNDERNE<br />

Når man har spist mad, der indeholder<br />

kulhydrater, omdannes<br />

rester af dem i mundhulen til syrer.<br />

De bevirker, at pH-værdien på tænderne<br />

falder. Syrerne trækker<br />

vigtige mineraler ud af tænderne,<br />

så man lettere får huller. For at<br />

modvirke det, har spyttet en vigtig<br />

funktion. Spyttet fortynder, neutraliserer<br />

og skyller syrerne væk fra<br />

tænderne. Dermed mindskes risiko -<br />

en for huller i tænderne.<br />

En normal voksen udskiller om kring<br />

en halv liter spyt om dagen. Det<br />

kan ske meget langsomt (0,3 mL pr.<br />

minut), men når man begynder at<br />

tygge, øges mængden af spyt til<br />

omkring 5 mL pr. minut. Det er<br />

mere end det tidobbelte. Hvis man<br />

derfor ikke har mulighed for at<br />

børste tænderne efter et måltid, er<br />

det i stedet godt at tygge et<br />

sukkerfrit tyggegummi.


DET VED DU NU OM MADENS KEMI<br />

KEMISKE STOFFER I MADEN<br />

DRIKKEVARER<br />

Komælk indeholder ofte<br />

90 % vand og 3-4 % fedt.<br />

Ved pasteurisering opvarmes<br />

mælk i kort tid til 75 °C,<br />

så bakterier slås ihjel.<br />

Ved homogenisering af mælk<br />

omdannes store fedtkugler til<br />

mindre.<br />

Alkoholen ethanol, C 2 H 5 OH,<br />

dannes ved gæring af sukker.<br />

En “dobbeltharpun”<br />

bruges, når man skriver en<br />

kemisk ligevægt.<br />

PRODUKTION AF FØDEVARER<br />

Antioxidanter er stoffer, der<br />

hindrer madvarer i at reagere<br />

med luftens oxygen.<br />

Bagepulver spaltes ved høj<br />

temperatur og frigiver luft og<br />

vanddamp.<br />

Positivlisten er en fortegnelse<br />

over stoffer, der må tilsættes<br />

mad.<br />

Natron, natriumhydrogen -<br />

carbonat, NaHCO 3 , er det mest<br />

almindelige bagepulver.<br />

Kulhydrater kan opdeles i tre<br />

grupper: monosaccharider,<br />

disaccharider og polysaccharider.<br />

Tilsætningsstofferne har alle<br />

et E-nummer.<br />

SUND MAD – FARLIG MAD<br />

Natron spaltes således:<br />

2 NaHCO 3 ➝ Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O.<br />

Monosacchariderne har formlen<br />

C 6 H 12 O 6 .<br />

Almindeligt hvidt sukker<br />

er et disaccharid, der hedder<br />

rørsukker.<br />

Æggehvidestoffer er et<br />

gammelt ord for proteiner.<br />

Proteinerne er opbygget af<br />

aminosyrer.<br />

Fedtstoffer indeholder forskellige<br />

fedtsyrer.<br />

Stearinsyre, C 17 H 35 COOH, er en<br />

meget kendt fedtsyre.<br />

Calcium-ioner, Ca 2+ , bruges<br />

til opbygning af skelettet og<br />

tænderne.<br />

Natrium-ioner, Na + , er vigtige<br />

for de elektriske signaler i<br />

nerverne.<br />

Jern-ioner, Fe 2+ , er en vigtig del<br />

af blodet.<br />

Enzymer er stoffer, der styrer<br />

kemiske reaktioner i kroppen.<br />

Vitaminer kan deles i vand -<br />

opløselige og fedtopløselige.<br />

Mangel på D-vitamin giver<br />

154<br />

ringere optagelse af calcium,<br />

så man får svagere knogler og<br />

dårlige tænder.<br />

Ved konservering slås mikro -<br />

organismer ihjel, eller deres<br />

formering hæmmes.<br />

Energiindholdet i fedt er højt,<br />

39 kJ pr. gram.


PRØV DIG SELV<br />

KAN DU HUSKE<br />

Hvad hedder sukkeret i vindruer<br />

Hvad betyder forstavelserne mono, di og poly<br />

Proteiner har også et ældre dansk navn. Hvilket<br />

Hvad er et E-nummer<br />

Hvad sker der ved en pasteurisering<br />

Hvilke stoffer dannes ved gæring<br />

FORSTÅR DU<br />

Kartofler er hvide. Hvorfor bliver<br />

pomfritter gule eller brune<br />

Hvordan virker gær i en dej<br />

Hvordan virker et bagepulver<br />

Hvorfor er calcium-ioner, Ca 2+ ,<br />

vigtige i kosten<br />

Hvordan virker konserveringsmidler<br />

UDFORDRING<br />

Søg på internettet for at finde forskellen<br />

mellem en sportsdrik og en energidrik.<br />

Søg på internettet for at finde ud af,<br />

hvordan man fremstiller flødekarameller.<br />

Undersøg deklarationen på forskellige<br />

margariner. Er der farvestoffer i<br />

Er der antioxidanter i Hvor stort er<br />

energiindholdet<br />

155


KAPITEL 8<br />

Kemi,


menneske<br />

og samfund<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

KEMI – FØR OG NU<br />

REN LUFT - RENT VAND<br />

FORBRUG OG GENBRUG<br />

FRONTLINJEKEMI I DANMARK<br />

CAFE KOSMOS: GULDMEDALJERNE, DER FORSVANDT<br />

PÅ BLEGDAMSVEJ<br />

At udvise omtanke ved brug af naturen er blevet et vigtigt emne.<br />

For det er menneskets virksomhed, der skader dyr og planter.<br />

Og det er efterhånden blevet klart for alle, at vi også skader<br />

vores egne levevilkår. Derfor vil der bl.a. være brug for dygtige<br />

kemikere til at skabe en bedre levevis. Og politikerne må have<br />

mod til at lovgive, så vi ikke ender med en global katastrofe,<br />

fx en fødevarekrise, en energikrise eller en forureningskrise.<br />

Hvad er sur regn<br />

Hvad er iltsvind<br />

Er der mad nok i verden<br />

Hvad er en bæredygtig udvikling<br />

Hvad er biobrændsel<br />

157


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Kemi – før og nu<br />

For 2500 år siden mente den græske filosof Thales, at alt stof<br />

kom af vand. Vand var således den tids grundstof, og der var<br />

kun ét. En anden filosof mente, at alt kom af luft. Dengang<br />

kunne man ikke udføre forsøg, der kunne afgøre sagen. Det<br />

kunne man først mere end 2000 år senere.<br />

Verdens første<br />

grundstofsystem:<br />

De fire elementer.<br />

Skaberen af det moderne<br />

periodiske system<br />

Dimitri Ivanovic Mendelejev,<br />

russisk kemiker (1834-1907).<br />

Mendelejev opstillede i 1869 det første<br />

periodiske system med de dengang 64<br />

kendte grundstoffer. Grundstof nr. 101,<br />

der blev fundet i 1955, har fået navnet<br />

mendelevium efter Mendelejev.<br />

Ideen om grundstoffer<br />

For ca. 2400 år siden opstillede den græske filosof Demokrit<br />

en atomteori. Han mente, at alt stof var opbygget af nogle<br />

mindste dele, som kan kaldte atomer. Det mente den græske<br />

filosof Aristoteles ikke. Han hævdede, at alt stof var sammensat<br />

af fire elementer: jord, vand, ild og luft. Der var således fire<br />

grundstoffer. Den teori holdt i over 2000 år.<br />

Det har siden vist sig, at Demokrit havde ret, og Ari sto -<br />

teles’ teori var forkert. Først englænderen John Dalton (1766-<br />

1844) gav os den klare definition på et grundstof: “Et grundstof<br />

er et stof, der ikke består af andre stoffer”.<br />

I 1869 kendte man kun 64 grundstoffer, fx var ædelgasserne<br />

endnu ikke opdaget. Det år offentliggjorde den russiske<br />

kemiker Dimitri Mendelejev et skema over grundstofferne.<br />

Mendelejev opstillede grundstofferne efter stigende atommasse<br />

i vandrette rækker, som han kaldte perioder. Grundstoffer<br />

med fælles egenskaber blev anbragt i søjler lige over hinanden.<br />

Da grundstofferne var anbragt, kunne Mendelejev se, at<br />

der var tre tomme pladser, dvs. plads til tre endnu ukendte<br />

grundstoffer. De blev fundet senere, og det viste tydeligt, at<br />

Mendelejevs system var godt. Det blev derfor model for det<br />

moderne periodiske system. Alle grundstoffer, der siden er<br />

fundet, passer fint ind i systemet.<br />

Et kemisk forsøg med stor betydning<br />

I 1828 opdagede den tyske kemiker Friedrich Wöhler noget<br />

opsigtsvækkende.<br />

Wöhler havde fremstillet urinstof i sit laboratorium. Det var<br />

et stof, som man kun kendte fra levende væsner, men Wöhler<br />

havde som den første skabt et organisk stof af uorganiske stoffer,<br />

dvs. af stoffer fremstillet af døde ting, som fx sten.<br />

Efter sit forsøg skrev Wöhler til en ven: “Jeg kan fortælle<br />

158


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Dem, at jeg kan lave urinstof uden brug af nyrer, helt uden brug<br />

af et levende væsen, det være sig et menneske eller en hund”.<br />

Først mange år efter var der udført så mange forsøg og<br />

fremstillet så mange forskellige organiske stoffer, at ideen, om<br />

at nogle stoffer indeholder en særlig livskraft, forsvandt. Det<br />

betød, at ingen stoffer var vigtigere end andre.<br />

Det moderne periodiske system<br />

I det moderne periodiske system er grundstofferne sat i rækkefølge<br />

efter deres atomnummer. Hydrogen er nr. 1, helium er<br />

nr. 2, osv. Grundstofferne er også opstillet efter elektronfordelingen<br />

i atomerne, for et atoms kemiske egenskaber<br />

afhænger af elektronernes fordeling i elektronskallerne.<br />

Derfor kan et grundstofs placering i det periodiske system<br />

fortælle noget om grundstoffets egenskaber.<br />

Placeringen bruges til at finde egenskaberne af grundstoffer,<br />

som man ikke har set, ud fra egenskaberne af grundstoffer,<br />

som man kender. Det periodiske system kan derfor bruges<br />

til at forudsige, hvordan forskellige grundstoffer vil reagere<br />

med hinanden.<br />

Friedrich Wöhler, tysk kemiker (1800-1882).<br />

Kendt som “fader til den organiske kemi”,<br />

fordi han som den første kunne vise,<br />

at ingen stoffer indeholder en særlig<br />

”livskraft”.<br />

Metaller og ikke-metaller. Til venstre i det periodiske system står<br />

metallerne, og til højre findes ikke-metallerne. De to grupper<br />

af grundstoffer er adskilt af trappelinjen.<br />

Halvmetaller. Grundstofferne omkring trappelinjen kaldes<br />

halvmetaller, fordi de har egenskaber fra både metallerne og<br />

ikke-metallerne. Det gælder fx silicium.<br />

Perioder. De vandrette rækker kaldes perioder. Første periode<br />

indeholder kun hydrogen og helium. I alt er der syv perioder.<br />

Alle grundstoffer i en periode har samme antal elektronskaller.<br />

Grundstof nr. 11, natrium, står i tredje periode. Et natrium-atom<br />

har tre elektronskaller. Der er to elektroner i første<br />

skal, otte i anden og en i tredje skal. I 2. til 7. periode ændrer<br />

grundstofferne egenskaber hen gennem perioden, fx er de første<br />

grundstoffer metaller, mens de sidste er ikke-metaller.<br />

Hovedgrupper: I det periodiske system er der otte lodrette søjler,<br />

der kaldes hovedgrupper. Der er yderligere ti lodrette søj-<br />

159


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

ler. De kaldes undergrupper. Grundstof ferne i en hovedgruppe<br />

har mange ens egenskaber. Det er fordi, alle grundstoffer i<br />

en bestemt hovedgruppe har samme antal elektroner i yderste<br />

skal.<br />

Ædelgasreglen<br />

Ioner med samme elektronfordeling som en<br />

ædelgas er særlig stabile.<br />

Opbygning af molekyler<br />

Molekyler er opbygget, så atomerne i deres<br />

yderste skal får netop samme antal elektroner,<br />

to eller otte, som en ædelgas. Atomer<br />

bliver nemlig særlig stabile, når de har<br />

samme elektronfordeling som en ædelgas.<br />

Denne erfaring kaldes ædelgasreglen.<br />

Alkalimetallerne. I 1. hovedgruppe findes øverst hydrogen, og<br />

nedenunder ses metallerne lithium, natrium, kalium, rubidium,<br />

caesium og francium. Disse metaller kaldes alkalimetallerne.<br />

De har ligesom hydrogen alle en elektron i yderste elektronskal.<br />

Metal-atomerne har svært ved at holde fast på den yderste<br />

elektron, og ved kontakt med et andet atom mister de let elektronen<br />

til dette atom. Derfor har disse metaller mange fælles<br />

egenskaber, fx er de meget reaktive. De skal opbevares under<br />

petroleum, for ellers vil de reagere med luft og fugtighed i luften.<br />

De er alle bløde og kan skæres med en kniv.<br />

Halogenerne. I 7. hovedgruppe findes ikke-metallerne fluor,<br />

chlor, brom og iod. De har alle syv elektroner i yderste skal.<br />

Derfor er de meget reaktive stoffer. De vil meget gerne optage<br />

en elektron fra et andet atom, så de får otte elektroner i yderste<br />

skal. Hvis fx fluor kommer i kontakt med vand, sker der<br />

nærmest en eksplosion. Ved stuetemperatur er fluor og chlor<br />

luftarter, brom er en væske, og iod er et fast stof. Det viser, at<br />

smeltepunktet stiger ned gennem hovedgruppen.<br />

Ædelgasserne. I 8. hovedgruppe findes grundstofferne helium,<br />

neon, argon, krypton, xenon og radon. Helium har to elektroner<br />

i yderste skal, mens resten af ædelgasserne har otte elektroner<br />

i yderste skal. For alle ædelgasserne er yderste skal fyldt<br />

helt op med elektroner. Derfor kan atomerne ikke danne bindinger<br />

med andre atomer. Ædelgassernes molekyler er derfor<br />

en-atomige.<br />

Kopiark 8.1, 8.2, 8.3 og 8.4<br />

Kemisk binding i molekyler<br />

En kemisk binding i et molekyle består af nogle elektroner,<br />

der holder atomkernerne sammen. Elektronerne i en kemisk<br />

binding deles på en sådan måde, at hvert atom får en fyldt<br />

yderste skal.<br />

160


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Oxygen og iod<br />

Bland ca. 50 mL koncentreret hydrogenperoxid,<br />

H 2 O 2 , med 5-10 mL sulfosæbe i et bægerglas.<br />

Hæld det i et højt cylinderglas, og stil det på<br />

en avis. Hæld ca. 10 mL ca. 10 % kalium-iodid,<br />

KI, ned i cylinderglasset. Vent lidt.<br />

Der stiger skum op i og ud over kanten af<br />

glasset. Tænd en træpind, og stik den ind i<br />

skummet. Den slukkes ikke, men flammer<br />

op inde i skummet.<br />

I forsøget spaltes hydrogenperoxid til vand<br />

og oxygen: 2 H 2 O 2 ➝ 2 H 2 O + O 2 . Kalium-iodid<br />

virker som katalysator.<br />

En kemisk binding kan skrives som bare en streg. Da der skal<br />

to elektroner til en kemisk binding, bliver stregformlen for<br />

hydrogenmolekylet H-H.<br />

Halogenernes molekyler. Alle halogenernes molekyler er to-atomige,<br />

fx F 2 , Cl 2 , Br 2 og I 2 . Når to halogen-atomer skal danne<br />

et molekyle, deles de to atomer om to elektroner, en fra hvert<br />

atom. På denne måde får atomerne ædelgasreglen opfyldt.<br />

Ædelgasreglen siger: Atomer med samme elektronfordeling som en<br />

ædelgas er særlig stabile.<br />

Oxygenmolekylet: Oxygenmolekylet, O 2 , indeholder to atomer.<br />

Hvert oxygen-atom har seks elektroner i yderste skal. Hvert<br />

oxygen-atom må derfor give to elektroner til bindingen, for at<br />

hvert atom kan siges at have otte elektroner omkring sig.<br />

Hvert oxygen-atom har derfor samme elektronfordeling som<br />

neon. Når hvert oxygen-atom bidrager med to elektroner til<br />

den kemiske binding, er der fire elektroner i bindingen. En<br />

sådan binding kaldes en dobbeltbinding. Stregformlen for<br />

oxygenmolekylet skrives som O=O.<br />

Nitrogenmolekylet. Nitrogen-atomerne har kun fem elektroner<br />

i yderste skal. Hvert nitrogen-atom må derfor afgive tre elektroner<br />

til bindingen. Stregformlen for nitrogenmolekylet skrives<br />

som N N.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Metallerne står til venstre i det periodiske<br />

system.<br />

Ikke-metallerne står til højre i det periodiske<br />

system.<br />

Perioderne er de vandrette rækker i det<br />

periodiske system. Der er syv perioder.<br />

I en periode har alle grundstoffer samme<br />

antal elektronskaller.<br />

Hovedgrupperne er grundstofferne i otte<br />

lodrette søjler i det periodiske system.<br />

I en hovedgruppe har alle grundstoffer<br />

samme antal elektroner i yderste skal.<br />

Alkalimetallerne er fællesnavnet for<br />

metallerne i 1. hovedgruppe.<br />

Halogenerne er fællesnavnet for grundstofferne<br />

i 7. hovedgruppe.<br />

Ædelgasserne er fællesnavnet for grundstofferne<br />

i 8. hovedgruppe.<br />

En kemisk enkeltbinding består af to<br />

elektroner, et elektronpar.<br />

En kemisk dobbeltbinding består af fire<br />

elektroner, to elektronpar.<br />

161


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Ren luft – rent vand<br />

Luftforureningen er blevet mindre i løbet af de sidste 20 år.<br />

Alligevel er hver femte dansker udsat for en uacceptabel luftkvalitet.<br />

Vores drikkevand hentes dybt nede i jorden, fra<br />

grundvandet. Når regnvandet siver ned gennem jordlagene,<br />

filtreres partikler, snavs og bakterier fra. Drikkevandet i<br />

Danmark er derfor normalt meget rent. Men kan vi blive ved<br />

med at have så godt drikkevand<br />

Partikelforurening i luften<br />

Der er støvpartikler i luften. Støvpartiklerne kommer fra vulkaner<br />

og sandstorme, men især fra biler og industri. Lastbiler<br />

udsender sodpartikler, der er uforbrændte rester af brændstoffet,<br />

dieselolie. De store partikler falder hurtigt ned på jorden.<br />

De små partikler kan hvirvle rundt i luften i længere tid.<br />

Man ved ikke præcist, hvor meget helbredet tager skade af<br />

luftforureningen, specielt af partikelforureningen. Nogle forskere<br />

er for Danmark kommet frem til følgende cirkatal:<br />

Saharas sand falder over<br />

Danmark<br />

Kraftige vinde er i stand til at løfte tusinder<br />

af ton jord, støv og sand op i flere kilometers<br />

højde, hvor vinden kan flytte det langt væk.<br />

Der er flere gange faldet sand fra Sahara i<br />

Danmark, fx i 2001. Det sker i forbindelse<br />

med regnvejr eller snefald. Saharas sand er<br />

gult og meget finkornet, nærmest som støv.<br />

• 5000 dødsfald (kræft, hjerte- og karsygdomme).<br />

• 22000 tilfælde af kronisk bronkitis.<br />

• 200000 astma-anfald.<br />

Det er især de bittesmå sodpartikler, der menes at være farlige<br />

for helbredet. Partiklerne er så små, at de er i nanostørrelse.<br />

De kan trænge gennem lungevæggen og komme ind i blod -<br />

årerne, hvor blodet fører partiklerne ud i hele kroppen.<br />

Luftforureningen i Danmark kommer ikke kun fra kilder<br />

i Danmark. En stor del bæres hertil fra bl.a. tyske og hollandske<br />

industriområder.<br />

Partiklerne kommer bl.a. fra dieselbiler og fra brændeovne.<br />

Derfor skal lastbiler have et filter, der kan fange partiklerne.<br />

Man må også kun sælge brændeovne, der har en høj forbrændingstemperatur.<br />

Ved en højere temperatur brænder også<br />

mindre partikler.<br />

Kopiark 8.5<br />

Svovlforurening i luften<br />

I kul og olie findes stoffer, der indeholder grundstoffet svovl.<br />

Ved forbrænding af kul og olie brænder svovlet til svovldi oxid,<br />

162


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

SO 2 , ved reaktionen: S + O 2 ➝ SO 2 . Alle kender lugten af SO 2 .<br />

Det er den lidt stikkende lugt, der kommer, når man tænder<br />

en tændstik.<br />

Når svovldioxid, SO 2 , kommer i kontakt med luftens oxygen<br />

og vanddamp, dannes der svovlsyre, H 2 SO 4 . Reaktionen<br />

kan skrives: 2 H 2 O + 2 SO 2 + O 2 ➝ 2 H 2 SO 4 . Når man indånder<br />

SO 2 , dannes der svovlsyre på lungernes fugtige inderside.<br />

Følgerne er hoste og vejrtrækningsproblemer.<br />

Kopiark 8.6<br />

Sur regn – en kemisk succeshistorie<br />

Regnvand har ikke pH=7. Selv helt rent regnvand er ikke neutralt.<br />

Vandet er lidt surt. Det skyldes indholdet af CO 2 i luften.<br />

Noget CO 2 opløses i regnvand, så der dannes lidt kulsyre,<br />

H 2 CO 3 . pH-værdien af helt rent vand, der er i kontakt med<br />

luften, er derfor 5,6.<br />

Det SO 2 , der ender i luften, danner svovlsyre. Men der dannes<br />

ikke kun SO 2 ved forbrænding af kul og olie. Der dannes<br />

Svovlforurening<br />

Svovludledningen fra kun 15 af verdens<br />

største containerskibe svarer til udledningen<br />

fra hele verdens bilpark på omkring 750 millioner<br />

biler.<br />

De store skibe benytter ofte brændstoffet<br />

brændselsolie. Det er noget af det, der er<br />

tilbage fra råolien, når man har fjernet bl.a.<br />

benzin og dieselolie. Se side 125.<br />

På raffinaderierne fjernes svovl fra benzin<br />

og diesel, men svovlindholdet i skibenes<br />

brændstof kan alligevel være ca. 4,5 %. Og<br />

der er ikke krav om at skibene skal opfange<br />

det udledte svovldioxid. Det skal man på<br />

land, fx på kraftværker, hvor man også må<br />

bruge denne olie.<br />

Skibene er ikke underlagt national lovgivning,<br />

og det gør det svært for et enkelt land<br />

at lovgive på dette område.<br />

163


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Afbrænding af svovl<br />

giver sur regn<br />

I kul, dieselolie og benzin er der lidt svovl. Når<br />

det brænder, dannes luftarten svovldioxid, SO 2 .<br />

Fyld lidt vand i bunden af et cylinderglas. Dryp<br />

et par dråber BTB-indikator i. Vandet farves<br />

grønt, for BTB-indikatoren er grøn i en neutral<br />

opløsning.<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Læg lidt svovlpulver på en forbrændingsske.<br />

Antænd svovlet og sænk det brændende svovl<br />

ned i cylinderglasset. Brug en glasplade som<br />

låg. Der kommer hvid røg i glasset.<br />

Tag skeen op, når ilden er gået ud. Ryst vandet<br />

i glasset frem og tilbage, så svovldioxidet opløses.<br />

Herved dannes en syre. Den får pH-værdien<br />

til at falde, så indikatoren skifter farve til gul.<br />

Mål evt. pH-værdien af væsken.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Lastbiler og store skibe udsender<br />

sodpartikler, der er uforbrændte rester<br />

af brændstoffet, brændselsolie.<br />

Ved forbrænding af svovl dannes svovl di -<br />

oxid, SO 2 , ved reaktionen: S + O 2 ➝ SO 2 .<br />

Helt rent regnvand har en pH-værdi<br />

på lidt under 6.<br />

Sur regn indeholder lidt svovlsyre og<br />

salpetersyre. Regnen kan have en pH-værdi<br />

under 5.<br />

Iltsvind får alt liv i vandet til at dø. Årsagen<br />

er for meget nitrat og phosphat i vandet.<br />

Nitratbomben. Nitratindholdet i grundvandet<br />

vil stige de kommende år. Det kaldes<br />

nitratbomben.<br />

også carbondioxid, CO 2 , og nitrogen-oxider, NO X -er. Nitro -<br />

gen-oxider danner også syre. Ved kontakt med vand dannes<br />

forskellige former for nitro genholdige syrer, fx HNO 3 .<br />

Når det regner, vil der ud over kulsyre også være lidt svovlsyre<br />

og salpetersyre i vandet. Det kan derfor have en pH-værdi<br />

under 5. Man kalder det for sur regn. Den lave pH-værdi i regnen<br />

ødelægger mange planter. Søer og vandløb bliver mere<br />

sure, og det ødelægger livsvilkårene for dyr og planter. Flere<br />

steder i verden ser man store områder med skovdød. Træerne<br />

trives dårligt, eller de går ud.<br />

Det er dog muligt at begrænse den sure regn ved rensning<br />

af røg. På side 168 og 169 er beskrevet, hvordan man meget<br />

effektivt har fået mindsket mængden af den sure regn. I<br />

Danmark var udslippet af syredannende stoffer størst om -<br />

kring 1970. I 1990 var det halveret, og i 2008 var det faldet til<br />

kun en tiendedel.<br />

Kopiark 8.7, 8.8 og 8.9<br />

164


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Vandforurening og iltsvind<br />

Hvis en kunstgødning er letopløselig, opløses den let af regnvand.<br />

Noget optages af planterne, resten løber gennem jorden<br />

og ender i grøfter, åer, søer og fjorde. Nitrat og phosphat i<br />

vandet vil få vandplanter, specielt alger, til at vokse uhæmmet,<br />

så der dannes store, grønne områder. Her kan sollyset ikke nå<br />

ned til bundplanterne. De dør, og da alger kun lever i kort tid,<br />

dannes der hurtigt store områder med døde alger. De rådner<br />

og bruger herved det oxygen, der er opløst i vandet. Herved<br />

dræbes alt liv i vandet, fx alle fisk. Denne tilstand kaldes ilt -<br />

svind. I meget varme somre i Danmark er der områder ved<br />

kysterne og specielt i fjordene, hvor alt liv dør.<br />

Det er ikke kun kunstgødning, der er årsag til iltsvind.<br />

Nitrater og phosphater kommer også fra gylle og fra byernes<br />

spildevand, fx sulfosæbe og afføring.<br />

Nitratbomben<br />

Noget nitrat, NO – 3 , føres med regnvandet ned til grundvandet.<br />

Når vi pumper vand op til drikkevand, indeholder det<br />

nitrat. Det er meget uheldigt, for i kroppen omdannes nitrat<br />

til nitrit, NO – 2 . Det mindsker transporten af oxygen rundt i<br />

kroppen. Det er specielt farligt for spædbørn, som får flaske<br />

med modermælkserstatning, der opløses i vand. Børnene kan<br />

komme til at mangle så meget oxygen i blodet, at de kan blive<br />

blå i ansigtet. Endelig kan nitrit også danne kræftfremkaldende<br />

stoffer i maven.<br />

Mængden af nitrat i drikkevand må ikke overstige 50 mg<br />

pr. liter drikkevand. Ved mange drikkevandsboringer er indholdet<br />

højere, og man må stoppe med at hente drikkevand<br />

derfra. Evt. kan man fortynde vandet med vand fra andre<br />

boringer med mindre nitratindhold, så de 50 mg ikke overskrides.<br />

Flere steder i landet er regnvandet omkring 60 år om at nå<br />

ned til grundvandet. Disse steder drikker man det regnvand,<br />

der faldt for 60 år siden. I løbet af de sidste 60 år har man<br />

brugt mere og mere gødning. Derfor vil indholdet af nitrat<br />

stige i grundvandet. Ingen ved, hvor meget og hvor hurtigt<br />

indholdet af nitrat i vores drikkevand vil stige. Man kalder<br />

denne udvikling for nitratbomben.<br />

Kopiark 8.10<br />

Algeforekomster omkring<br />

Danmark<br />

Hvis der er nitrat, NO – 3 , og phosphat,<br />

PO 3– 4 , i vandet, vil der dannes mange alger.<br />

Det giver iltsvind i vandet. Iltsvindet kan<br />

dræbe dyr og fisk i vandet.<br />

Gødning<br />

Nitrat<br />

NO 3<br />

–<br />

Grundvand<br />

Drikkevand<br />

Gylle<br />

Nitrat<br />

NO 3<br />

–<br />

165


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Forbrug og genbrug<br />

Hvert år stiger antallet af mennesker på Jorden med ca. 100<br />

millioner. Det betyder, at der i fremtiden vil blive endnu mere<br />

mangel på mad, og mange kommer til sulte. Kemi kan hjælpe<br />

i kampen mod sulten, men fremtiden kan ikke reddes med<br />

kemi alene. Vi må alle ændre vores måde at leve på. Vi kan ikke<br />

forbruge så meget mere, og vi må blive bedre til genbrug.<br />

Antallet af mennesker på Jorden vokser,<br />

men jordkloden vokser ikke. Hvor går<br />

grænsen for, hvor mange mennesker vi kan<br />

være For på Jorden er der en endelig<br />

mængde resurser. Olien vil snart slippe op.<br />

Kan vi blive ved med at producere mad til så<br />

mange mennesker<br />

Manglen på mad<br />

Hvert syvende menneske går sulten i seng. Omkring en milliard<br />

mennesker sulter eller er udsat for hungersnød. Yderligere<br />

to milliarder lider af fejl- og underernæring.<br />

Der mangler mad i verden. I syv ud af de seneste otte år<br />

(2001-2009) er der er blevet spist mere mad, end der er blevet<br />

produceret. Ris- og kornlagrene er blevet brugt, så der ikke er<br />

meget tilbage til dårlige tider. Derfor er prisen på fødevarer<br />

steget, og det især for de tre vigtigste afgrøder for den fattigste<br />

del af verden, nemlig hvede, majs og ris. I løbet af et år<br />

(2007-2008) steg kornprisen med 88 %. Langt størstedelen af<br />

stigningen i kornprisen skyldtes de højere oliepriser.<br />

Der er flere årsager til fødevarekrisen, bl.a.:<br />

• De stigende oliepriser. Landbrugsmaskinerne bruger olie og<br />

benzin. Og der bruges energi for at lave gødning og pesticider,<br />

dvs. stoffer, der bekæmper skadedyr, som ødelægger<br />

afgrøderne.<br />

• Klimaforandringer. Tørke og oversvømmelser har allerede<br />

mindsket høsten i flere dele af verden.<br />

• Biobrændsel. Fødevarer er lavet om til brændstof. På grund af<br />

de stigende benzinpriser fremstiller man nu biobrændsel,<br />

dvs. sprit (ethanol) af planter som korn og majs, der ellers<br />

bruges til mad.<br />

Gødning giver mad<br />

I Afrika er befolkningstallet mere end fordoblet de sidste 50<br />

år, men produktionen af fødevarer er ikke steget. Høstud byt -<br />

tet pr. hektar har i Afrika været uændret de sidste 50 år, mens<br />

166


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

det alle andre steder i verden er blevet tre til fire gange større.<br />

Nogle steder, som fx i Kina, er det blevet fem til seks gange<br />

større. Forklaringen er enkel. Den hedder brug af gødning.<br />

Det økologiske fodspor<br />

Vi forbruger energi, mad, transport, service, tøj, materialer<br />

osv., og med forbruget følger en mængde affald. Forbrug har<br />

miljømæssige konsekvenser, og det kan måles ved det såkaldte<br />

økologiske fodspor. Det kan beregnes for en enkelt person,<br />

en familie eller for et land. Et forbrug af en bestemt størrelse<br />

kræver et vist areal på land eller i havet.<br />

Det økologiske fodspor er størrelsen af det areal, der er nødvendigt, for<br />

at naturen kan levere vores forbrug, dvs. hvor meget produktivt landareal<br />

der skal til, for at det kan skabe energi og mad m.m.<br />

En dansker har et økologisk fodspor på 70 000 m 2 . Det svarer<br />

til ca. 70 parcelhusgrunde. Det areal vil kunne forsyne én person<br />

med den mængde energi, mad, tøj, materialer m.m., som<br />

personen bruger i dag.<br />

Danskerne har et stort forbrug. Der er dog store forskelle i<br />

verden. Den typiske amerikaner har et økologisk fodspor på<br />

næsten 100 000 m 2 . I Afrika er det nede på 5000 m 2 . Det svarer<br />

til ca. fem danske parcelhusgrunde.<br />

Gennemsnittet for verden ligger lidt over 20 000 m 2 . Dette<br />

tal er større, end det areal der er til rådighed på Jorden. Vi forbruger<br />

altså mere, end naturen kan yde. Hvis alle indbyggere<br />

på Jorden skulle leve som danskerne, ville der være brug for tre<br />

jordkloder.<br />

Bæredygtig udvikling og genbrug<br />

Ved en bæredygtig udvikling forstår man, at vi ikke bruger<br />

Jordens resurser hurtigere, end naturen er i stand til at genskabe<br />

dem. Vi må heller ikke skabe mere affald, end naturen<br />

kan optage i sine kredsløb. Vi skal derfor genbruge meget<br />

mere affald, fx plast. Plast, der smides ud som affald, er tabt<br />

som råstof.<br />

Genbrug af plast<br />

Der er to hovedtyper af plast, termoplast og hærdeplast.<br />

Termoplast og hærdeplast<br />

I termoplast er der svage kemiske bindinger<br />

mellem carbonkæderne. Ved opvarmning<br />

kan de glide mellem hinanden. I hærdeplast<br />

er der derimod stærke kemiske bindinger<br />

mellem carbonkæderne. De kan ikke glide<br />

mellem hinanden.<br />

167


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Fordelene ved genbrug<br />

af papir<br />

Næsten 80 % af al plast er termoplast, fx er mange køkkenartikler<br />

lavet af termoplast.<br />

Termoplast bliver blød ved opvarmning, og kan presses i<br />

en ny form. Ved afkøling holdes den nye form. Termoplast<br />

kan derfor bruges igen og igen. Kasserede produkter kan genanvendes.<br />

Hærdeplast kan ikke omsmeltes og egner sig derfor ikke til<br />

genbrug. Til gengæld er produkter af hærdeplast meget hårde,<br />

og de kan i mange sammenhænge bruges i stedet for metaller.<br />

Fx er vindmøllevinger lavet af hærdeplast.<br />

Det er dog muligt at genbruge hærdeplast. Det males til et<br />

fint pulver og bruges opblandet i andre plasttyper til fx<br />

affaldssække.<br />

Kopiark 8.11<br />

Genbrug af papir<br />

Danmark er et af verdens mest papirforbrugende lande. Hver<br />

dansker bruger i gennemsnit 271 kg papir om året. Det er bety -<br />

deligt mere, end der bruges i vore nabolande. Kun i Belgien er<br />

forbruget større.<br />

Pap og papir kan genbruges. Det kan be<strong>tale</strong> sig, for ved<br />

fremstilling af genbrugspapir kræves færre resurser end ved at<br />

fremstille nyt papir af træ. Energi- og vandforbrug er meget<br />

mindre.<br />

Det er muligt at genanvende papir op til fem gange. Her -<br />

efter er papirfibrene slidt op. Aviser, breve, brochurer, fotokopier,<br />

ugeblade og meget mere kan bruges til genbrugspapir. Det<br />

er kun rent og tørt papir, som kan genbruges. Papir med madaffald,<br />

plast eller lignende ødelægger muligheden for genbrug.<br />

Derfor kan fx mælkekartoner ikke genbruges. De skal brændes.<br />

Det er lovpligtigt for virksomheder at indsamle pap og<br />

papir til genbrug. Målet er, at 75 % af pap- og papiraffaldet fra<br />

virksomhederne bliver genbrugt.<br />

Genbrug af røg<br />

Mange kraftværker bruger kul som energikilde. Men der er<br />

svovl i kul, og ved forbrændingen af kullene brænder svovlet<br />

til svovldioxid, SO 2 . Det skal fjernes fra røgen, for ellers vil der<br />

dannes svovlsyre i luften. Ved forbrændingen af kullene dannes<br />

også aske, såkaldt flyveaske.<br />

168


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

<br />

EKSPERIMENT<br />

Genbrug af sølv<br />

På hospi<strong>tale</strong>rne tages der stadig mange<br />

røntgenfotos. Det sorte på et røntgenfoto er<br />

sølvpulver. Det er for dyrt til at blive smidt ud.<br />

Det udvindes og genbruges. Sølvet opløses<br />

med fortyndet salpetersyre. Herved dannes en<br />

opløsning af sølvnitrat, AgNO 3 .<br />

Opstil forsøget, som tegningen viser. Hæld en<br />

ca. 1-2 % sølvnitratopløsning i bægerglasset.<br />

Elektroderne skal være to helt rene grafitstænger.<br />

Efter et stykke tid vokser der sølvkrystaller ud<br />

fra overfladen på den negative elektrode. Der<br />

sker følgende reaktion:<br />

Ag + + en elektron ➝ Ag<br />

Ved den positive elektrode bobler der oxygen<br />

op.<br />

Røgen sendes først gennem en beholder med et støvfilter. Her<br />

fjernes mere end 99,9 % af flyveasken fra røgen. Asken bliver<br />

tiltrukket af nogle elektrisk ladede metalplader. Asken sætter<br />

sig på pladerne, der rystes, så asken falder ned i bunden af<br />

beholderen. Røgen kan også sendes gennem hundredvis af<br />

stofposer. Med faste intervaller rystes poserne, så asken falder<br />

ned i bunden af filtret. Næsten al flyveasken genbruges ved<br />

fremstilling af cement og beton.<br />

Når flyveasken er fjernet, ledes røgen videre til et afsvovlingsanlæg.<br />

Her renses røgen i et vasketårn, hvor den overbruses<br />

med vand, hvori der er opløst kalk. Svovldioxidet reagerer<br />

med kalken og luften.. Derved dannes calciumsulfat, gips.<br />

Reaktionen kan skrives:<br />

Nyttige oplysninger<br />

Biobrændsel er ethanol fremstillet af<br />

planter.<br />

Det økologiske fodspor er størrelsen af det<br />

areal, der er nødvendigt, for at naturen til<br />

stadighed kan levere hele vores forbrug.<br />

Termoplast bliver blød ved opvarmning og<br />

kan presses i en ny form. Termoplast er god<br />

til genbrug.<br />

Hærdeplast kan ikke omsmeltes og egner<br />

sig derfor ikke til genbrug.<br />

At lave genbrugspapir kræver færre resurser<br />

end at fremstille nyt papir af træ.<br />

2 SO 2 + 2 CaCO 3 + O 2 + 4 H 2 O ➝ 2 CaSO 4 · 2 H 2 O + 2 CO 2<br />

Ved rensning af røgen får man så store mængder gips, at det<br />

dækker Danmarks forbrug af gipsplader til byggeri.<br />

169


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Emulgatorer fra Danisco Ingredients findes<br />

i halvdelen af al is og i hvert fjerde brød,<br />

der sælges i verden.<br />

Katalysatorer<br />

Omkring 60 % af verdens kunstgødning<br />

indeholder ammoniak, der er fremstillet ved<br />

hjælp af Topsøes katalysatorer.<br />

Frontlinjekemi i Danmark<br />

Danmark har næsten ingen råstoffer. Derfor må virksomheder<br />

i Danmark være bedre til teknologi end virksomheder i<br />

andre lande. En bedre teknologi skabes af dygtige forskere. De<br />

følgende firmaer er blevet verdens førende netop ved at have<br />

forskere, der har udviklet den bedste teknologi inden for deres<br />

område.<br />

Haldor Topsøe A/S<br />

Virksomheden producerer katalysatorer. I dag bruges katalysatorer<br />

til 90 % af alle kemiske processer. En katalysator får en<br />

proces til at løbe meget hurtigere, dvs. produkterne dannes<br />

hurtigere. Katalysatorer bruges bl.a. til at fremstille ammoniak,<br />

NH 3 . Af det kan man fremstille kunstgødning. Der er omkring<br />

2000 ansatte i virksomheden.<br />

I 2004 stiftede virksomheden et nyt firma, Topsøe Fuel Cell.<br />

Det bliver det første firma i Danmark, der vil fremstille brændselsceller.<br />

De kan erstatte benzin- og dieselmotorer. Man forventer,<br />

at de første anlæg kan sælges omkring 2011-2012.<br />

Brændselscellerne er opbygget af millimetertynde keramikplader,<br />

der omdanner brændstoffet til elektricitet eller<br />

varme. Brændselscellerne omdanner ca. 60 % af brændstoffet<br />

til nyttig energi. Det er meget mere end en dieselmotor kan.<br />

Endelig er forureningen fra brændselscellerne ganske lille.<br />

170


KAPITEL 8 · KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Danisco Ingredients A/S<br />

Virksomheden er verdens største inden for produktion af<br />

emulgatorer til fødevareindustrien. Omkring 25 % af verdens<br />

forbrug af emulgatorer kommer fra det danske firma. Der er<br />

omkring 7000 ansatte, heraf ca. 1200 i Danmark.<br />

En emulgator kan fastholde små dråber vand i olie eller<br />

små dråber olie i vand. De skiller ikke, olien og vandet er jævnt<br />

fordelt. I fx margarine holdes vand og fedtstof sammen af en<br />

emulgator.<br />

Novo Nordisk A/S<br />

Virksomheden producerer bl.a. insulin, som bruges af mennesker<br />

med sukkersyge. Der er fabrikker i otte lande, og der<br />

er mere end 28 500 ansatte, heraf over 13 500 i Danmark.<br />

Novozymes A/S<br />

Virksomheden er en af verdens førende producenter af enzymer.<br />

Enzymer virker som katalysatorer. De får biokemiske<br />

reaktioner til at løbe hurtigere. Novozymes fremstiller mere<br />

end 600 forskellige industrielle enzymer, der bruges til mange<br />

forskellige formål, fx i vaskemidler. Der er mere end 4500<br />

ansatte.<br />

Pletter af mælk, æg, chokolade, blod eller sved på tøjet kan<br />

være svære at fjerne med sæbe, men enzymer klarer det. Nogle<br />

sæber til tøjvask er derfor tilsat enzymer. Der er altid flere forskellige<br />

enzymer i vaskepulver, for hvert enzym virker kun på<br />

nogle bestemte stoffer.<br />

Bioethanol. Novozymes og Danisco<br />

Novozymes og Danisco har gjort Danmark til det førende<br />

land inden for produktion af enzymer til fremstilling af bioethanol.<br />

I fremtiden skal det stof erstatte benzin og dieselolie.<br />

De danske firmaer fremstiller enzymer, der kan danne ethanol<br />

fra stoffer i planter.<br />

I dag fremstiller man første generations bioethanol. Det udvindes<br />

af fx majs. Anden generations bioethanol skal fremstilles<br />

af affaldsprodukter, fx stængler fra majsplanter og sukkerrør.<br />

I Danmark skal det fremstilles af halm, dvs. stængler af korn.<br />

Ved denne metode fjernes der ikke mad fra verdensmarkedet.<br />

Kopiark 8.12, 8.13, 8.14 og 8.15<br />

Når man har sukkersyge (diabetes), danner bugspytkirtlen<br />

for lidt eller intet insulin. En del af<br />

dem, som har diabetes, skal derfor hyppigt have<br />

tilført dette stof. Tidligere anvendtes almindelig<br />

sprøjte, kanyle og medicinglas. Novo Nordisk<br />

har gjort det nemmere. Med en såkaldt<br />

NovoPen, hvor alt udstyr og medicin er samlet i<br />

ét, kan også børn selv foretage indsprøjtningen.<br />

Den ene ende af pennen presses mod huden.<br />

Med et tryk på den anden ende klares indsprøjtningen.<br />

I dag arbejder Novo bl.a. på at<br />

udvikle nye typer af diabetes-medicin.<br />

171


CAFE KOSMOS<br />

GULDMEDALJERNE,<br />

DER FORSVANDT<br />

PÅ BLEGDAMSVEJ<br />

Hvert år får nogle dygtige forskere en belønning på<br />

mange millioner kroner. Det er Nobelprisen. Den er<br />

opkaldt efter den svenske opfinder Alfred Bernhard<br />

Nobel (1833-1896). Han tjente en formue på at opfinde<br />

og fremstille dynamit og andre sprængstoffer. I hans<br />

testamente gav han næsten alle sine penge til en fond,<br />

der skal uddele en pris for forskning til nytte og<br />

af vigtighed for menneskeheden. Der uddeles<br />

Nobelpriser i fysik, kemi, medicin, økonomi, litteratur<br />

og desuden en fredspris.<br />

KØBENHAVN – ET FRISTED<br />

I 1933 kom Hitler og nazisterne til<br />

magten i Tyskland, og kort efter<br />

begyndte de at forfølge jøderne.<br />

Mange af dem flygtede til Dan mark.<br />

Her arbejdede den danske professor<br />

Niels Bohr på Institut for Teoretisk<br />

Fysik på Blegdamsvej i København.<br />

Bohr inviterede mange jødiske fysikere<br />

og kemikere til at forske i<br />

København, bl.a. de tyske fysikere,<br />

James Franck og Max von Laue, og<br />

den ungarske kemiker George de<br />

Hevesy. I 1922 havde Hevesy under<br />

et tidligere ophold i København<br />

opdaget grundstoffet hafnium.<br />

Fysikeren James Franck var en<br />

meget modig mand, og han talte<br />

åbent imod de nye racelove, som<br />

nazisterne indførte. I protest tog<br />

han sin afsked fra universitetet i<br />

Göttingen. I 1934 var han gæsteprofessor<br />

i fysik i København. Da han i<br />

1935 skulle flytte til USA, bad han<br />

Niels Bohr opbevare den nobelprismedalje,<br />

som han i 1925 havde fået<br />

i fysik for sine eksperimentelle<br />

undersøgelser om elektroner. Denne<br />

opdagelse bekræftede Niels Bohrs<br />

teori om atomernes opbygning.<br />

I 1922 fik den danske fysiker Niels Bohr Nobel pri sen i fysik.<br />

Nobelpriserne uddeles hvert år på<br />

Alfred Nobels dødsdag, den 10.<br />

december. Nobelpriserne bliver<br />

uddelt i Stockholm med undtagelse<br />

af Nobels fredspris, som uddeles i<br />

Norge. Hver nobelpristager får en<br />

guldmedalje, et diplom, tilbud om<br />

svensk statsborgerskab og en penge -<br />

sum på ikke mindre end ti millioner<br />

svenske kroner.<br />

Guldmedaljen har på den ene side<br />

et portræt af Alfred Nobel, og på<br />

den anden side står navnet på prismodtageren.<br />

Guldmedaljen er 6,6 cm i diameter<br />

og vejer omkring 200 g. Den har en<br />

værdi på omkring 10 000 danske kro -<br />

ner. Op til 1980 var den af 23 karat<br />

guld.<br />

172<br />

Niels Bohr


CAFE KOSMOS<br />

Tyske soldater<br />

marcherer ind i Århus<br />

d. 9. april 1940.<br />

Max von Laue (1879-1960) havde<br />

opdaget, hvordan en røntgenstråle,<br />

der bliver sendt ind i en krystal,<br />

kommer ud i nogle andre retninger.<br />

Det viste, at røntgenstråler udbredte<br />

sig som en bølge, samt at krystaller<br />

var opbygget som et gitter. For<br />

denne opdagelse fik Laue i 1914<br />

Nobelprisen i fysik. Nazisterne var<br />

også efter fysikeren Einstein, der var<br />

jøde. Max von Laue forsvarede<br />

åbent Einstein.<br />

Tyskeren Carl von Ossietzky, der var<br />

modstander af naziregimet i Tysk -<br />

land, fik i 1935 Nobels fredspris. Det<br />

blev nazisterne meget vrede over,<br />

og de forbød herefter alle tyskere at<br />

modtage Nobelprisen. De forskere,<br />

der tidligere havde fået den, ville få<br />

deres guldmedalje konfiskeret. Og<br />

man kunne blive dømt til døden for<br />

at sende guld ud af Tyskland. Max<br />

von Laue havde taget sin guldme -<br />

dalje med til København, hvor Niels<br />

Bohr opbevarede den.<br />

KONGEVAND NARRER<br />

NAZISTERNE<br />

Da tyskerne besatte Danmark i<br />

1940, blev det farligt for både<br />

Franck og Laue, fordi deres navn var<br />

indgraveret på deres guldmedaljer.<br />

Niels Bohr talte straks med George<br />

de Hevesy om, hvad de skulle gøre<br />

med guldmedaljerne. Hevesy foreslog,<br />

at de gravede dem ned, men<br />

det kunne Bohr ikke lide. Herefter<br />

foreslog Hevesy, at han kunne opløse<br />

guldmedaljerne i kongevand. Det<br />

er en blanding af koncentreret saltsyre<br />

og koncentreret salpetersyre.<br />

Navnet kongevand kommer af, at<br />

blandingen er i stand til at opløse<br />

metallernes konge, guld. Guld-ato-<br />

173<br />

merne oxideres til guld-ioner, Au 3+ ,<br />

der bindes i en kemisk forbindelse,<br />

som holdes opløst i syren.<br />

Da tyskerne kom til København,<br />

hældte Hevesy kongevand på guldmedaljerne.<br />

Kongevandet med det<br />

opløste guld blev hældt på en flaske,<br />

der blev stillet ind i kemikaliedepotet<br />

blandt alle de andre flasker med syrer<br />

og baser. Da tyskerne gennemsøgte<br />

instituttet, fandt de ikke guldet.<br />

I 1943 måtte både Hevesy og Bohr<br />

flygte til Sverige. Først da krigen<br />

sluttede i 1945 kom de tilbage til<br />

København. Hevesy fandt flasken<br />

frem og ud vandt guldet af kongevandet.<br />

Gul det blev herefter sendt<br />

til Stockholm, hvor man af guldpulveret<br />

fremstillede to nye guldme -<br />

daljer; en til James Franck og en til<br />

Max von Laue.


DET VED DU NU OM KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

KEMI – FØR OG NU<br />

FRONTLINJEKEMI I DANMARK<br />

Perioderne er de vandrette<br />

rækker i det periodiske system.<br />

Der er syv perioder.<br />

I en periode har alle grundstoffer<br />

samme antal elektronskaller.<br />

REN LUFT – RENT VAND<br />

Ved forbrænding af svovl<br />

dannes svovldioxid, SO 2 , ved<br />

reaktionen: S + O 2 ➝ SO 2 .<br />

Helt rent regnvand har en pHværdi<br />

på lidt under 6.<br />

Sur regn indeholder lidt svovlsyre<br />

og salpetersyre. Regnen kan<br />

have en pH-værdi på under 5.<br />

Iltsvind får alt liv i vandet til at<br />

dø. Årsagen er for meget nitrat<br />

og phosphat i vandet.<br />

Nitratindholdet i grundvandet<br />

vil stige de kommende år. Det<br />

kaldes nitratbomben.<br />

Hovedgrupperne er otte<br />

lodrette søjler i det periodiske<br />

system.<br />

I en hovedgruppe har alle<br />

grundstoffer samme antal elektroner<br />

i yderste skal.<br />

En kemisk enkeltbinding består<br />

af et elektronpar.<br />

En kemisk dobbeltbinding<br />

består af fire elektroner, to<br />

elektronpar.<br />

FORBRUG OG GENBRUG<br />

Biobrændsel er ethanol fremstillet<br />

af planter.<br />

Det økologiske fodspor er størrelsen<br />

af det areal, der er nødvendigt,<br />

for at naturen til<br />

stadighed kan levere hele vores<br />

forbrug af mad og energi.<br />

Termoplast bliver blød ved<br />

opvarmning og kan presses i en<br />

ny form. Termoplast kan genbruges.<br />

Hærdeplast kan ikke<br />

omsmeltes, og egner sig derfor<br />

ikke til genbrug.<br />

At lave genbrugspapir kræver<br />

færre resurser end at fremstille<br />

nyt papir af træ.<br />

174<br />

60 % af al teknisk fremstillet<br />

ammoniak i verden er lavet<br />

med katalysatorer fra firmaet<br />

Haldor Topsøe A/S.<br />

Halvdelen af al is og hvert<br />

fjerde brød, der sælges i verden,<br />

indeholder emulgatorer fra firmaet<br />

Danisco Ingredients A/S.<br />

Firmaet Novozymes A/S er<br />

verdens førende producent af<br />

enzymer.<br />

Firmaerne Novozymes A/S og<br />

Danisco A/S er verdens største<br />

inden for produktion af<br />

enzymer til fremstilling af<br />

bioethanol.<br />

Første generations ethanol<br />

fremstilles af fx majs.<br />

Anden generations ethanol<br />

fremstilles af fx halm.


PRØV DIG SELV<br />

KAN DU HUSKE<br />

FORSTÅR DU<br />

Hvad er sur regn<br />

Hvem skabte det moderne<br />

periodiske system<br />

Hvad er fælles for grundstofferne<br />

i en periode i det<br />

periodiske system<br />

Hvordan er en kemisk binding<br />

opbygget<br />

Hvad er halogenerne<br />

Hvordan opstår sur regn<br />

Hvorfor har grundstofferne<br />

i en hovedgruppe kemiske<br />

egenskaber, der ligner hinanden<br />

Hvad er en dobbeltbinding,<br />

og hvad er en tripelbinding<br />

Forklar, hvad nitratbomben er.<br />

Hvorfor har selv helt rent<br />

regnvand ikke pH = 7<br />

UDFORDRING<br />

Firmaet Novo Nordisk A/S<br />

fremstiller insulin. Hvad sker<br />

der, hvis sukkersyge mennesker<br />

ikke får insulin<br />

Hvordan kan man bekæmpe<br />

iltsvind i vandet omkring<br />

Danmark<br />

Hvorfor er det bedre at<br />

fremstille anden generations<br />

bioethanol end første<br />

generations bioethanol


Opsamling<br />

Dette kapitel er en hjælp til at<br />

skabe overblik over vigtige begreber og<br />

sammenhænge fra Kosmos A og B.<br />

Siderne kan også være en hjælp til<br />

repetitionslæsning inden afgangsprøven.<br />

Fysik · Kosmos A · 178<br />

Kemi · Kosmos A · 182<br />

Fysik · Kosmos B · 186<br />

Kemi · Kosmos B · 190<br />

177


KOSMOS A · KAPITEL 1<br />

START PÅ FYSIK<br />

TID<br />

Den grundlæggende enhed for tid er sekund, der forkortes<br />

s. Enhederne minut, time, døgn, måned og år<br />

kan også bruges.<br />

I naturvidenskabelige fag som fysik og kemi skal der<br />

altid være både et tal og en enhed, når værdien af en<br />

størrelse angives.<br />

• 1 minut = 60 sekunder<br />

• 1 time = 60 minutter = 3600 sekunder<br />

• 1 døgn = 24 timer<br />

Jorden drejer sig hvert døgn en omgang om sin akse.<br />

Samtidig bevæger Jorden sig rundt om Solen. Den tur<br />

varer et år.<br />

På side 8 findes en tabel med navnene på forskellige<br />

tier-potenser, som hyppigt benyttes i forbindelse med<br />

enheder.<br />

Inden for astronomien er der to længdeenheder:<br />

• en astronomisk enhed, AU, der er Jordens gennemsnitlige<br />

afstand til Solen.<br />

• et lysår, der er den længde, lyset bevæger sig på et år.<br />

• 1 AU er ca. 150 · 10 9 m eller 150 millioner kilometer.<br />

• Et lysår er 9,5 · 10 15 m, dvs. ca. 60000 gange længere<br />

end en astronomisk enhed.<br />

TEMPERATUR<br />

• Temperaturer angives i grader Celsius, °C.<br />

• En blanding af vand og is har temperaturen 0 °C.<br />

• Kogende vand har temperaturen 100 °C.<br />

• Temperaturer kan også angives i kelvin, K.<br />

• Kelvinskalaen starter ved det absolutte nulpunkt,<br />

der er –273 °C. Temperaturen 0 °C er i kelvinskalaen<br />

273 kelvin (273 K).<br />

Der findes ikke temperaturer, som er lavere end temperaturen<br />

ved det absolutte nulpunkt, men der er ingen<br />

øvre grænse for temperatur.<br />

LÆNGDE<br />

Sammenhængen mellem kelvin-, celsius- og fahrenheitskalaerne.<br />

Fahrenheitskalaen benyttes i mange engelsk<strong>tale</strong>nde<br />

lande.<br />

Længde er en størrelse, der måles i enheden meter.<br />

Man kan også angive længder i bl.a. enhederne kilometer,<br />

centimeter, millimeter og nanometer.<br />

• 1 kilometer = 1000 meter<br />

• 1 meter = 100 centimeter<br />

• 1 centimeter = 10 millimeter<br />

• 1 millimeter = 1000 000 nanometer<br />

Længder forkortes som:<br />

• kilometer, km<br />

• meter, m<br />

• centimeter, cm<br />

• millimeter, mm<br />

• nanometer, nm<br />

MASSE<br />

0 273 373 K<br />

–273 0 100 °C<br />

–460 32 212 °F<br />

Masse angives i enheden kilogram.<br />

• 1 kilogram = 1000 gram. Enheden kilogram<br />

forkortes kg, og gram forkortes g.<br />

• 1 ton = 1000 kilogram.<br />

178


KOSMOS A · KAPITEL 2<br />

STOFEGENSKABER<br />

TILSTANDSFORMER<br />

Alle stoffer kan eksistere i tre tilstandsformer:<br />

som fast stof, som væske eller på luftform.<br />

Et fast stof bevarer altid sin form. Anbringes et fast stof<br />

i en beholder, vil det ikke tage form efter beholderen.<br />

En væske, der hældes i en beholder, vil lægge sig på<br />

bunden af beholderen og have en vandret overflade.<br />

En luftart, der lukkes inde i en beholder, vil fylde den<br />

helt ud.<br />

Temperaturen af et stof afhænger af molekylernes fart.<br />

Molekylerne ligger stille ved det absolutte nulpunkt,<br />

–273 °C.<br />

Molekylerne i de tre tilstandsformer viser, om stoffet er<br />

en luftart, en væske eller et fast stof. Som luftart er der<br />

langt mellem molekylerne, der bevæger sig tilfældigt.<br />

I en væske ligger molekylerne tæt sammen. I et fast stof<br />

sidder molekylerne i en regelmæssig struktur, et gitter.<br />

Densitet =<br />

Masse<br />

Rumfang<br />

• Enheden for densitet er kg/m 3 eller g/mL.<br />

Densitet er et moderne navn. Tidligere har denne størrelse<br />

heddet vægtfylde, massefylde eller massetæthed.<br />

VÆSKER<br />

Et stofs overgang fra flydende form til luftform kaldes<br />

fordampning. Den højeste temperatur et stof kan have,<br />

mens det er på væskeform, kaldes kogepunktet.<br />

Det kræver varme, når et stof skal fordampe. Væsker<br />

udvider sig normalt ved opvarmning.<br />

LUFTARTER<br />

FASTE STOFFER<br />

Faste stoffer udvider sig ved opvarmning.<br />

Den temperatur, hvor et fast stof smelter, dvs. ændrer<br />

tilstandsform til væske, kaldes smeltepunktet. Mens et<br />

stof smelter, ændrer temperaturen sig ikke.<br />

Det kaldes sublimation, når et fast stof omdannes direkte<br />

til en luftart.<br />

• Et stofs densitet er stoffets masse pr. rumfang.<br />

• Densiteten udregnes som stoffets masse divideret<br />

med dets rumfang, dvs.<br />

Densiteten af luftarter er mindre end densiteten af<br />

væsker og faste stoffer.<br />

• En liter luft har en masse lidt over et gram.<br />

• Væsker og faste stoffers densitet er normalt mellem<br />

1000 og 10000 gange større.<br />

Luftarter udvider sig ved opvarmning.<br />

Når luftarter afkøles, vil de omdannes til væske. Man<br />

siger, at luftarten fortættes.<br />

Skyer består af meget små vanddråber og tit også af<br />

små iskrystaller.<br />

I den atmosfæriske luft er der normalt lidt vanddamp.<br />

Mængden af vanddamp i luften kaldes luftfugtigheden.<br />

179


KOSMOS A · KAPITEL 3<br />

TRYK OG OPDRIFT<br />

TYNGDEKRAFT<br />

TRYK I LUFT OG VÆSKER<br />

Enheden for kraft er newton, der forkortes N.<br />

Alt her på Jorden er påvirket af tyngdekraften, der skyldes<br />

Jordens tiltrækning.<br />

Tyngdekraftens retning er mod Jordens centrum.<br />

Tyngdekraften på et kilogram er ca. 10 newton.<br />

• Ganger man massen (i kilogram) med ti, får man<br />

tyngdekraften (i newton).<br />

Tyngdekraften på Månen skyldes Månens tiltrækning.<br />

På Månen er tyngdekraften seks gange mindre end på<br />

Jorden. Det er fordi, Månen er mindre og lettere end<br />

Jorden.<br />

Da Armstrong og Aldrin landede på Månen i 1969<br />

oplevede de, at tyngdekraften var meget svagere end<br />

på Jorden. Havde de stillet sig på en vægt, ville den<br />

have vist omkring en sjettedel af, hvad den viste på<br />

Jorden.<br />

Trykket ved jordoverfladen er normalt 101325 pascal.<br />

Målt med en anden enhed er trykket 1 atmosfære.<br />

Meteorologer angiver tit tryk i enheden hektopascal.<br />

Normalt atmosfæretryk er i denne enhed 1013 hekto -<br />

pascal.<br />

Trykket ved jordoverfladen skyldes vægten af den luftsøjle,<br />

der strækker sig til atmosfærens top. Luftens tryk<br />

på en kvadratmeter ved jordoverfladen svarer til, at der<br />

over fladen og op til atmosfærens top er luft med massen<br />

10 ton.<br />

Trykket i atmosfæren falder, når man bevæger sig op.<br />

Trykket i vand stiger 1 atmosfære, når man går 10 meter<br />

ned.<br />

OPDRIFT<br />

Opdriften på en genstand er lige så stor som tyngdekraften<br />

på den fortrængte væske- eller luftmængde.<br />

Det er opdriften, der får balloner til at svæve, og får<br />

skibe til ikke at synke.<br />

Varm luft har en lavere densitet end kold luft.<br />

Den varme luft i posen fortrænger derfor kold luft.<br />

Der kommer en opdrift på posen.<br />

TRYK<br />

Trykket på en flade er kraften ned på fladen divideret<br />

med fladens areal.<br />

Kraften på en flade er derfor trykket ganget med fladens<br />

areal.<br />

Enheden for tryk er newton pr. kvadratmeter, N/m 2 ,<br />

der kaldes pascal og forkortes Pa.<br />

180


KOSMOS A · KAPITEL 4<br />

ELEKTRICITET<br />

ELEKTRISK LADNING<br />

Der findes to slags ladning, positiv og negativ.<br />

Enheden for ladning er coulomb, der forkortes C.<br />

• Elektronen har en negativ ladning.<br />

• Protonen har en positiv ladning.<br />

• Neutronen er neutral, dvs. uden ladning.<br />

Protonens ladning kaldes elementarladningen,<br />

der betegnes med e. Der findes ikke ladninger, der er<br />

mindre end elementarladningen.<br />

• Ladninger med ens fortegn frastøder hinanden.<br />

• Ladninger med modsat fortegn tiltrækker hinanden.<br />

ELEKTRISK STRØM OG BATTERIER<br />

Et batteri er “et lager“ for ladning.<br />

Batterier er normalt sammensat af flere elementer.<br />

Et element har en pluspol og en minuspol.<br />

Strømstyrken er den ladning, der passerer gennem en<br />

ledning pr. sekund.<br />

Enheden for strømstyrke er ampere, der skrives A.<br />

SPÆNDING OG RESISTANS<br />

Ohms lov kan også skrives som<br />

Resistans = Spændingsforskel<br />

Strømstyrke<br />

eller<br />

Spændingsforskel = Resistans · Strømstyrke<br />

ELEKTRISKE KREDSLØB<br />

I et elektrisk kredsløb er den samlede resistans af en<br />

serieforbindelse lig med summen af de enkelte resistanser.<br />

En strøm på en tiendedel ampere gennem kroppen i<br />

nogle sekunder er livsfarlig.<br />

Sikringer afbryder strømmen, hvis den bliver for kraftig.<br />

For at undgå ulykker er der sikringer i alle boliger og i<br />

de fleste elektriske apparater.<br />

Elektrisk energi måles i kilowatt-timer, kWh.<br />

I 2009 koster 1 kWh ca. 2 kr.<br />

Effekt er energiomsætning pr. sekund.<br />

Størrelsen af en elektrisk energi er effekten ganget<br />

med tiden.<br />

Elektronerne bevæger sig modsat strømmens retning.<br />

Enheden for spændingsforskel er volt, der skrives V.<br />

Et batteri har en spændingsforskel mellem plus- og minuspolen.<br />

Enheden for resistans (modstand) er ohm, der skrives Ω.<br />

Metaller er normalt gode ledere for elektrisk strøm.<br />

De har en lille resistans. De fleste andre stoffer er isolatorer.<br />

Nogle få stoffer, fx silicium og germanium, er halvledere,<br />

dvs. de hverken er gode ledere eller gode isolatorer.<br />

Sammenhæng mellem strømstyrke, resistans og spændingsforskel<br />

kaldes Ohms lov:<br />

Strømstyrke =<br />

Spændingsforskel<br />

Resistans<br />

181


KOSMOS A · KAPITEL 5<br />

START PÅ KEMI<br />

HVAD ER KEMI<br />

Kemi drejer sig om, hvordan stoffer er opbygget.<br />

I kemien beskrives, hvordan stofferne udvindes eller<br />

fremstilles, og hvad de bruges til.<br />

Kemikere har undersøgt og beskrevet mere end 10 millioner<br />

stoffer.<br />

EGENSKABER FOR KEMISKE STOFFER<br />

– SPECIELT GLAS<br />

Råstoffer kan hentes direkte i naturen.<br />

• Glas fremstilles ved at opvarme en blanding af bl.a.<br />

sand og kalk.<br />

• Glas har ikke noget smeltepunkt.<br />

• Ved opvarmning bliver glas mere og mere blødt.<br />

Det mest brugte glas til eksperimenter er reagensglasset.<br />

Det er lavet af en speciel slags glas, Pyrex, der tåler<br />

kraftig opvarmning.<br />

SIKKERHED I FYSIK/KEMI-LOKALET<br />

• Bunsenbrænderen skal stå sikkert.<br />

• Ræk ikke armen hen over brænderen.<br />

• Hav ikke langt hår hængende løst i nærheden af<br />

brænderen.<br />

• Husk, at brænderen er varm lang tid efter, den er<br />

slukket.<br />

• Tilsæt pimpsten for at mindske risikoen for stød -<br />

kogning i et reagensglas, der opvarmes.<br />

• Et reagensglas holdes med en træklemme, når man<br />

opvarmer en væske.<br />

• Hold åbningen af reagensglasset ind mod væggen<br />

og aldrig hen mod andre personer.<br />

Beskyttelsesbriller skal bruges, hvis der er risiko for, at<br />

glasudstyr kan sprænge, eller hvis der arbejdes med<br />

stoffer, der ved kontakt med øjet kan skade det.<br />

Øjenskylleflasken bruges, hvis et stof kommer i øjet.<br />

Flasken indeholder en saltvandsopløsning, som kan<br />

skylle øjet rent.<br />

Brandtæppet bruges, hvis der går ild i tøjet på en person.<br />

UDSTYR TIL KEMI<br />

182


KOSMOS A · KAPITEL 6<br />

STOFFER I HVERDAGEN<br />

VAND ER FORUDSÆTNINGEN FOR LIV<br />

KRYSTALLER<br />

Blodet transporterer oxygen og livsvigtige stoffer fra<br />

maden ud til alle kroppens celler.<br />

80 % af blodet er vand, og stofferne, der transporteres<br />

af blodet, er opløst i vandet i blodet.<br />

Krystaller dannes i en opløsning, når opløsningsmidlet<br />

fordamper, eller når en mættet opløsning afkøles.<br />

En overmættet opløsning indeholder mere stof end en<br />

mættet opløsning, og opløsningen er derfor ustabil.<br />

OPLØSELIGHED<br />

ADSKILLELSE AF STOFFER<br />

Et stof opløses hurtigere, hvis det er findelt, og der<br />

omrøres. Ofte hjælper opvarmning også.<br />

Når der kan opløses meget af et stof, fx sukker i vand,<br />

er det letopløseligt. Et stof er letopløseligt i vand, hvis<br />

der kan opløses mere end 1 g stof i 100 mL vand.<br />

Når der kun kan opløses ganske lidt af et stof, fx kridt i<br />

vand, kaldes stoffet tungtopløseligt.<br />

Et stof er tungtopløseligt i vand, hvis der kan opløses<br />

mindre end 1 g stof i 100 mL vand.<br />

Et stof er uopløseligt, når man slet ikke kan opløse<br />

noget af det, fx sand i vand.<br />

I en mættet opløsning kan der ikke opløses mere stof.<br />

En mættet opløsning kaldes også en koncentreret<br />

opløsning.<br />

Man får en opslæmning ved at røre faste, uopløselige<br />

partikler op i fx vand. Når en opslæmning får lov at stå,<br />

sedimenterer det uopløselige stof.<br />

Når det faste stof i en opslæmning er sedimenteret, kan<br />

man skille det faste stof fra vandet. Ved en dekantering<br />

hældes væsken forsigtigt væk, uden at bundfaldet følger<br />

med.<br />

Man kan fremskynde sedimenteringen ved at centrifugere<br />

blandingen. Ved centrifugering synker partiklerne<br />

hurtigere.<br />

Ved en filtrering kan man fjerne faste stoffer fra en<br />

opslæmning.<br />

Et opløst stof kan udvindes af en opløsning ved en<br />

inddampning, hvor vandet koges væk.<br />

I en umættet opløsning kan der opløses mere stof.<br />

En umættet opløsning kaldes også en fortyndet opløsning.<br />

En opløselighedskurve er en graf, der viser, hvor meget<br />

stof der kan opløses ved forskellige temperaturer.<br />

De fleste stoffer opløses bedre i varmt end i koldt vand.<br />

Opløselighed i vand<br />

Opløselighed af forskellige stoffer i 100 mL vand ved<br />

stuetemperatur, 20 °C.<br />

Stof<br />

Sukker<br />

Kridt<br />

Sand<br />

Opløselighed<br />

211 g<br />

0,0065 g<br />

0 g<br />

183


KOSMOS A · KAPITEL 7<br />

GRUNDSTOFFER OG KEMISKE FORBINDELSER<br />

ATOMER<br />

• Atomet er den mindste del af et stof, der kan<br />

eksistere alene.<br />

• Atomet består af en atomkerne med elektroner<br />

udenom.<br />

• Atomkernen indeholder protoner og neutroner.<br />

• Næsten hele atomets masse findes i atomkernen.<br />

• Protoner, neutroner og elektroner kaldes for<br />

elementarpartikler.<br />

• Protonerne er positivt ladet.<br />

• Neutronerne er ikke elektrisk ladet.<br />

• Elektronerne er negativt ladet.<br />

KEMISKE FORBINDELSER<br />

OG MOLEKYLER<br />

I en kemisk forbindelse er atomer af forskellige grundstoffer<br />

bundet til hinanden.<br />

• Vand er en kemisk forbindelse.<br />

• Vand har den kemiske formel H 2 O.<br />

I vandmolekylet er der tre atomer.<br />

To hydrogen-atomer og et oxygen-atom.<br />

Et tal inde i en formel fortæller, hvor mange atomer<br />

der er af det grundstof, som står lige før tallet.<br />

KROMATOGRAFI<br />

Ordet kromatografi kommer fra græsk og betyder<br />

”at skrive med farve”.<br />

Ved hjælp af kromatografi kan man adskille forskellige<br />

molekyler.<br />

Ved papirkromatografi skilles en sammensat farve i de<br />

farvestoffer, den er lavet af.<br />

Papiret med de adskilte farver kaldes et kromatogram.<br />

Man ser, at blækprøven er sammensat af farve 1 og<br />

farve 2, men ikke af farve 3.<br />

GRUNDSTOFFER<br />

• Der er 115 grundstoffer.<br />

• I naturen findes 92 grundstoffer.<br />

• De sidste 23 har forskerne fremstillet i laboratoriet.<br />

De kaldes ”grundstoffer”, fordi alle stoffer er opbygget<br />

af atomer af grundstoffer og ikke af mindre dele.<br />

Uanset hvor vi kigger ud i Universet, finder vi kun disse<br />

grundstoffer.<br />

• Et grundstofs atomnummer er det antal protoner,<br />

atomet har i kernen.<br />

• Grundstof nr. 1 er hydrogen.<br />

• Grundstof nr. 2 er helium.<br />

• Det største atom indeholder 115 protoner i<br />

atomkernen.<br />

Blækprøve Farve 1 Farve 2 Farve 3<br />

184


KOSMOS A · KAPITEL 8<br />

ILD<br />

STOFFER BRÆNDER<br />

En forbrænding er en kemisk reaktion mellem et stof<br />

og luftarten oxygen.<br />

• Carbon, C, brænder til luftarten carbondioxid, CO 2 .<br />

• Hydrogen, H 2 , brænder til vanddamp, H 2 O.<br />

Ved en fuldstændig forbrænding omdannes alt carbon<br />

og hydrogen i det brændende stof til carbondioxid og<br />

vanddamp.<br />

Ved en ufuldstændig forbrænding er der ikke nok<br />

oxygen til stede. Der dannes i stedet carbonmonoxid,<br />

CO, der også kaldes kulilte. Det er en giftig luftart.<br />

TÆNDE ILD<br />

Sikkerhedstændstikker kan kun tændes på en strygeflade.<br />

ILDEBRAND<br />

En brand kan kun opstå, hvis tre betingelser er opfyldt:<br />

• Der skal være noget brændbart materiale.<br />

• Der skal være oxygen til stede.<br />

• Temperaturen være høj nok.<br />

Det vises ved den såkaldte brandtrekant.<br />

Et reaktionsskema viser, hvilke stoffer der reagerer med<br />

hinanden, og hvilke nye stoffer der dannes ved reaktionen.<br />

Stoffer, der reagerer med hinanden, kaldes reaktanter.<br />

De stoffer, der dannes, kaldes produkter.<br />

Et symbolsk reaktionsskema kan skrives på denne måde:<br />

reaktanter ➝ produkter.<br />

Ved en reaktion kan der ikke forsvinde atomer, og der<br />

kan ikke komme flere til.<br />

Antallet af atomer, der findes før reaktionen, skal også<br />

være til stede efter reaktionen.<br />

ILD OG FLAMMER<br />

Et fast stof bryder i brand, når det er opvarmet til<br />

antændelsestemperaturen. Fx bryder papir i brand ved<br />

ca. 250 °C.<br />

En væske bryder i brand, når den er opvarmet til<br />

flammepunktet. Branden starter i dampene fra væsken.<br />

• Væsker med et flammepunkt under 100 °C betegnes<br />

som brandfarlige.<br />

• En væske med et flammepunkt mellem 0 og 21 °C<br />

betegnes som meget brandfarligt, og emballagen<br />

skal forsynes med faresymbolet F.<br />

• En væske med et flammepunkt under 0 °C betegnes<br />

som yderst brandfarligt, og emballagen skal forsynes<br />

med faresymbolet Fx.<br />

En brand kan slukkes ved at sænke temperaturen af det<br />

brændende stof.<br />

En brand kan også slukkes ved at hindre luften i at<br />

komme hen til det brændende stof.<br />

En brands omfang kan mindskes ved at fjerne stoffer,<br />

der kan brænde.<br />

185


KOSMOS B · KAPITEL 1<br />

SOL, MÅNE OG STJERNER<br />

HIMLEN OVER OS<br />

Solen er en stjerne blandt milliarder af andre i<br />

Mælkevejen. Mælkevejen, der ses som et tåget bånd på<br />

himlen, består af stjerner. Solen ligger i udkanten af<br />

Mælkevejen. Der findes milliarder af andre mælkeveje,<br />

de såkaldte galakser.<br />

JORDEN OG MÅNEN<br />

• Jorden bevæger sig i en ellipseformet bane om Solen.<br />

• En tur rundt varer et år.<br />

• Månen bevæger sig i en ellipseformet bane om<br />

Jorden.<br />

• Der går 29,5 døgn mellem to fuldmåner.<br />

• Jordens akse er ikke vinkelret på den plan, hvor<br />

Jorden bevæger sig rundt om Solen.<br />

• Jordens akse hælder 23,5°.<br />

• Hældningen medfører, at vi får sommer og vinter.<br />

• Ved jævndøgn er dag og nat lige lange.<br />

• Ved vintersolhverv har man den korteste dag i året.<br />

• Ved sommersolhverv har man den korteste nat i året.<br />

FORMØRKELSER OG TIDEVAND<br />

På nattehimlen er der fiksstjerner. De sidder i et fast<br />

mønster, de såkaldte stjernebilleder.<br />

Fordi Jorden drejer rundt, bevæger stjernerne sig i cirkler<br />

på nattehimlen. Centrum for cirklerne ligger ved<br />

Nordstjernen.<br />

Planeter er himmellegemer, der flytter sig rundt om<br />

Solen. Planeterne flytter sig på nattehimlen tæt på en<br />

linje, der kaldes ekliptika.<br />

Jorden<br />

Månen<br />

Solen<br />

SOLSYSTEMET<br />

Solsystemet består af Solen, otte planeter og mange<br />

mindre himmellegemer. De otte planeter i Solsystemet<br />

er Merkur, Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus<br />

og Neptun.<br />

Planeter, asteroider og kometer bevæger sig i ellipseformede<br />

baner omkring Solen. Meteoritter er små himmellegemer,<br />

der er faldet ned på Jorden.<br />

Indtil slutningen af 1500-tallet troede man, at Jorden<br />

var centrum i Universet. Det kaldes det geocentriske<br />

verdensbillede. Efter opfindelsen af kikkerten omkring<br />

1600 blev man klar over, at Solen er centrum i Sol -<br />

systemet. Det kaldes det heliocentriske verdensbillede.<br />

En solformørkelse finder sted, når Månen skygger for<br />

Solens lys. En total solformørkelse kan kun ses i et smalt<br />

bælte på Jorden.<br />

En måneformørkelse finder sted, når Månen ligger i<br />

skyggen bag Jorden. En måneformørkelse kan derfor<br />

kun ses fra den halvdel af Jorden, hvor der er nat.<br />

Tidevandet opstår, fordi der forskellige steder på Jorden<br />

ikke er samme tiltrækningskraft fra Månen (og Solen).<br />

• Når tidevandet er højest, kaldes det flod.<br />

• Når det er lavest, kaldes det ebbe.<br />

• Der er flod cirka to gange hvert døgn.<br />

• Ved fuldmåne og ved nymåne er tidevandet særlig<br />

kraftigt. Det kaldes springflod.<br />

186


KOSMOS B · KAPITEL 2<br />

MAGNETISME<br />

MAGNETER<br />

• Magneter har to poler, en nordpol og en sydpol.<br />

• To ens poler frastøder hinanden.<br />

• En nordpol og en sydpol tiltrækker hinanden.<br />

Magneter er omgivet af et magnetfelt, hvor feltlinjerne<br />

viser magnetfeltets retning.<br />

Jorden kan betragtes som en magnet med sydpolen liggende<br />

tæt ved den geografiske nordpol. Jorden er derfor<br />

omgivet af et magnetfelt.<br />

MAGNETER OG ELEKTRISK STRØM<br />

En elektrisk strøm frembringer et magnetfelt.<br />

Højrehåndsreglen fortæller, hvordan man kan bestemme<br />

magnetfeltets retning omkring en ledning.<br />

Hold højre hånd let krummet<br />

omkring ledningen<br />

med tommelfingeren i<br />

strømmens retning.<br />

Magnetfeltet vil ligge rundt<br />

om ledningen i fingrenes<br />

retning. En magnetnåls<br />

nordpol vil blive påvirket i<br />

fingrenes retning. Sydpolen<br />

påvirkes i modsat retning.<br />

En strømførende ledning påvirkes af et magnetfelt.<br />

Lillefingerreglen benyttes til at bestemme retningen af<br />

kraften på en ledning i et magnetfelt.<br />

Anbring højre hånd med håndfladen mod nordpolen<br />

og med fingrene i strømmens retning. Lillefingeren vil<br />

så vise retningen af kraften på ledningen.<br />

En elektromagnet er en spole med jernkerne. Magnet -<br />

feltet i en spole vokser, når antallet af vindinger og<br />

strømstyrken vokser.<br />

ANVENDELSER AF 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 />

I en generator laves elektrisk strøm, når en spole bevæger<br />

sig i et magnetfelt, eller når en magnet bevæger sig forbi<br />

en spole. Der dannes herved en vekselstrøm.<br />

I en højt<strong>tale</strong>r får et magnetfelt en spole til at svinge.<br />

Spolen er i forbindelse med en membran, der laver lyden.<br />

187


KOSMOS B · KAPITEL 3<br />

ENERGI<br />

ENERGIENS MANGE FORMER<br />

Det arbejde, en kraft udfører på en genstand, er kraftens<br />

størrelse ganget med den strækning, genstanden<br />

flyttes.<br />

• Arbejdets størrelse udregnes som:<br />

Arbejdet = Kraften · Strækningen<br />

• Arbejde angives i enheden joule, der forkortes J.<br />

• Beliggenhedsenergi og bevægelsesenergi er to<br />

energi former.<br />

• Det internationale navn for bevægelsesenergi er<br />

kinetisk energi.<br />

• Beliggenhedsenergi hedder potentiel energi.<br />

ENERGI I SAMFUNDET<br />

• Effekt er et udtryk for, hvor hurtigt energi omdannes<br />

fra en energiform til en anden.<br />

• Effekten udregnes som<br />

Effekten =<br />

Arbejdet<br />

Tiden<br />

• Effekt angives i enheden watt, der forkortes W.<br />

• En kilowatt-time, der forkortes kWh, er en enhed for<br />

energi.<br />

Et stofs brændværdi angiver den varmemængde, der<br />

dannes, når 1 kg af stoffet brænder.<br />

Alle ting falder lige hurtigt, når der ikke er luftmodstand.<br />

ENERGIBEVARELSE OG VARME<br />

Energi angives i enheden joule, der forkortes J.<br />

Det er en naturlov, at energien er bevaret.<br />

Varme er energi, der flytter sig fra steder med høj temperatur<br />

til steder med lav temperatur.<br />

For at opvarme 1 g vand 1 ºC skal der tilføres ca. 4,2 J.<br />

Varmeenergi blev tidligere angivet i enheden kalorie,<br />

der forkortes cal.<br />

Solceller virker som elementer.<br />

ENERGIFORBRUG<br />

188<br />

• De fossile brændstoffer stammer fra Jorden.<br />

• De vedvarende energikilder får deres energi fra<br />

Solen.<br />

• Vedvarende energikilder udnyttes med vindkraft,<br />

vandkraft, solceller, solfangere og biogasanlæg.


KOSMOS B · KAPITEL 4<br />

LYD OG LYS<br />

LYD<br />

• Lyd er en trykbølge, der i luft bevæger sig med en<br />

fart på ca. 340 m/s.<br />

• Bølgelængden er afstanden mellem to bølgetoppe.<br />

For lyd er det to steder, hvor trykket er størst.<br />

• Frekvensen af en bølge er antallet af svingninger<br />

pr. sekund.<br />

• Enheden for frekvens er hertz, hvor 1 Hz betyder<br />

1 svingning pr. sekund.<br />

• Menneskets øre kan høre lyde med frekvenser<br />

mellem 20 Hz og 20000 Hz.<br />

Ved spejling er udfaldsvinklen lige så stor som indfaldsvinklen.<br />

• En lysstråle brydes, når den går fra et materiale til<br />

et andet.<br />

• Forskellige farver brydes forskelligt.<br />

• Rød brydes mindst, og violet brydes mest.<br />

En regnbue opstår, når sollyset, efter spejling inde i<br />

vanddråberne, spredes i forskellige retninger.<br />

ANVENDELSER AF ”LYS”<br />

For en bølge gælder følgende sammenhænge:<br />

Fart<br />

Bølgelængde =<br />

Frekvens<br />

Fart<br />

Frekvens =<br />

Bølgelængde<br />

Fart = Bølgelængde · Frekvens<br />

LYS<br />

• Lys er en bølge, der består af svingende elektriske og<br />

magnetiske felter.<br />

• De forskellige farver har forskellige bølgelængder.<br />

• Sollys er sammensat af alle spektrets farver: rød,<br />

orange, gul, grøn, blå og violet.<br />

En lysleder er en meget tynd og bøjelig tråd af glas eller<br />

plast. Lys kan ikke slippe ud af lyslederen, fordi lyset bliver<br />

totalt tilbagekastet fra overfladen. Lysledere er meget<br />

effektive til hurtig overførsel af store mængder information.<br />

Lysledere benyttes også af læger, når de skal se ind<br />

i fx luftrøret, blæren eller maven på en patient.<br />

• Lysdioder laver lys på en måde, så kun lidt energi spildes<br />

som varme.<br />

• Lysdioder, der også kaldes LED, vil blive meget anvendte<br />

i lyskilder i fremtiden, da gammeldags glødepærer ikke<br />

længere må sælges.<br />

ANVENDELSER AF ”LYD”<br />

Ultralyd er lyd med frekvenser over 20000 Hz.<br />

Dopplereffekten er den ændring i frekvens, der høres, når<br />

en lydgiver bevæger sig.<br />

189


KOSMOS B · KAPITEL 5<br />

LUFT<br />

NITROGEN OG OXYGEN<br />

HYDROGEN<br />

Den atmosfæriske er luft sammensat af forskellige<br />

luftarter. Der er 78 % nitrogen, N 2 , og 21 % oxygen, O 2 ,<br />

samt små mængder af andre luftarter.<br />

Oxygen reagerer let med andre stoffer. Når et stof<br />

brænder, er det netop en reaktion mellem stoffet og<br />

oxygen.<br />

• Grundstof nr. 1 er hydrogen.<br />

• Hydrogen er den letteste luftart.<br />

• Hydrogen kan fremstilles ved elektrolyse af vand.<br />

• Hydrogen påvises ved at sætte en brændende træpind<br />

hen til en lille prøve i et reagensglas.<br />

Man kan undersøge, om en luftart er oxygen,<br />

ved at sætte en glødende træpind ned i luftarten.<br />

Bryder træpinden i brand, er luftarten oxygen.<br />

Næsten halvdelen af alle atomer i jordskorpen er<br />

oxygen.<br />

Luftens oxygen dannes af planter ved fotosyntese.<br />

Den kemiske reaktion for fotosyntesen kan skrives som:<br />

sollys + 6 H 2 O + 6 CO 2 ➝ C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 .<br />

ÆDELGASSERNE OG KEMISK BINDING<br />

• Ædelgasserne er helium, neon, argon, krypton, xenon<br />

og radon.<br />

• Helium er den letteste af ædelgasserne.<br />

• Ædelgasserne danner kun ganske få kemiske forbindelser<br />

med andre grundstoffer.<br />

• Ædelgasserne kan ikke brænde, og man kan hverken<br />

smage eller lugte dem.<br />

• Ædelgassernes molekyler indeholder kun ét atom.<br />

Molekylerne er en-atomige.<br />

CARBONDIOXID, CO 2<br />

• Hydrogen, oxygen og nitrogen danner to-atomige<br />

molekyler, H 2 , O 2 og N 2 .<br />

• I et hydrogenmolekyle, H 2 , er der en enkeltbinding<br />

mellem hydrogen-atomerne.<br />

• I et oxygenmolekyle, O 2 , er der en dobbeltbinding<br />

mellem oxygen-atomerne.<br />

• I et nitrogenmolekyle, N 2 , er der en tripelbinding<br />

mellem nitrogen-atomerne.<br />

• Den atmosfæriske luft indeholder ca. 0,0385 % carbondioxid,<br />

CO 2 .<br />

• Mængden er konstant stigende.<br />

• Carbondioxid er en tung luftart.<br />

Man bruger en CO 2 -indikator eller kalkvand til at afgøre,<br />

om en luftart er carbondioxid.<br />

Hydrogen Oxygen Nitrogen Carbondioxid Vand<br />

190


KOSMOS B · KAPITEL 6<br />

METALLER OG IONER<br />

METALLER OG LEGERINGER<br />

Grundstofferne deles op i metaller og ikke-metaller.<br />

I naturen findes 70 grundstoffer, der er metaller.<br />

• Metaller har metalglans.<br />

• Metaller er gode elektriske ledere og gode varme -<br />

ledere.<br />

• Letmetallerne har en densitet på under 5 g/cm 3 .<br />

• Titan, aluminium og magnesium er letmetaller.<br />

• Tungmetallerne har typisk en densitet fra 7 til<br />

11 g/cm 3 .<br />

• Jern, kobber og zink er tungmetaller.<br />

Ædelmetallerne er fx guld, platin og sølv.<br />

Legeringer er en sammensmeltning af to eller flere<br />

grundstoffer, ofte metaller.<br />

• Messing er en legering af zink og kobber.<br />

• Bronze kan fx være en legering af tin og kobber.<br />

• Stål og rustfrit stål er også legeringer.<br />

IONER<br />

Det maksimale antal elektroner i en skal kan angives ved<br />

udtrykket 2n 2 , hvor n er skallens nummer. I den yderste skal<br />

i et atom kan der dog maksimalt være otte elektroner.<br />

• En positiv ion dannes ved, at et atom afgiver en eller<br />

flere elektroner.<br />

• Alle metallerne danner positive ioner.<br />

• En natrium-ion har det kemiske symbol Na + ,<br />

en magnesium-ion Mg 2+ .<br />

• En negativ ion dannes ved, at et atom modtager en<br />

eller flere elektroner.<br />

• Ikke-metallerne danner negative ioner.<br />

• En chlorid-ion har det kemiske symbol Cl – , en oxid-ion<br />

O 2– .<br />

Når et natrium-atom mister en elektron, bliver det til en<br />

natrium-ion.<br />

METALTEKNOLOGI<br />

• Metaltråde gøres tyndere og længere ved trækning.<br />

• Metalplader gøres tyndere ved valsning.<br />

Metalgenstande kan sættes sammen ved svejsning eller<br />

lodning.<br />

METALLERNE<br />

– UDVINDING OG GENBRUG<br />

Ved ristning omdannes en metalforbindelse til et metaloxid,<br />

fx kobber-oxid. Det rene metal fås ved en reduktion,<br />

hvor oxygen fjernes fra metal-oxidet.<br />

Aluminium fremstilles ved elektrolyse.<br />

Metaller reagerer med luftens oxygen. Det kaldes<br />

korrosion. Når jern reagerer med oxygen, siger man,<br />

at jernet ruster.<br />

191


KOSMOS B · KAPITEL 7<br />

SYRER OG BASER<br />

SYRER OG BASER<br />

KATALYSATORER OG ENZYMER<br />

Alle syrer indeholder en hydrogen-ion, H + , der kan fraspaltes.<br />

En hydrogen-ion, H + , opstår, når et hydrogenatom,<br />

H, mister sin elektron.<br />

• Organiske syrer findes i planter og dyr.<br />

• Alle syrer i madvarer er normalt organiske syrer.<br />

• Alle organiske syrer betegnes som svage syrer.<br />

• Eddike indeholder den organiske syre eddikesyre.<br />

• Uorganiske syrer er fremstillet af mineraler.<br />

• Uorganiske syrer findes ikke i større mængde i naturen.<br />

• Uorganiske syrer fremstilles alle teknisk.<br />

Svovlsyre, H 2 SO 4 , saltsyre, HCl, og salpetersyre, HNO 3 ,<br />

er stærke, uorganiske syrer.<br />

En katalysator får en reaktion til at gå hurtigere, uden<br />

at katalysatoren, bliver forbrugt.<br />

Enzymer fungerer ligesom katalysatorer.<br />

Enzymer øger reaktionshastigheden ved bestemte<br />

biologiske reaktioner.<br />

FARLIGE STOFFER<br />

På etiketten af et farligt stof skal der være et orangefarvet<br />

faresymbol.<br />

Uorganiske syrer er altid opløst i vand.<br />

• De fleste baser indeholder en hydroxid-ion, OH – .<br />

• En hydroxid-ion, OH – , består af et oxygen-atom, et<br />

hydrogen-atom og en ekstra elektron.<br />

• En base er et stof, der kan optage en hydrogen-ion.<br />

Basen natriumhydroxid har den kemiske formel NaOH.<br />

Natriumhydroxid opløses let i vand.<br />

Ammoniak, NH 3 , er en luftart, der let opløses i vand.<br />

Opløsningen kaldes ammoniakvand, og den er en base.<br />

SYRER, pH OG NEUTRALISATION<br />

pH-skalaen går fra 0 til 14.<br />

Rent vand har en pH-værdi på 7.<br />

pH-skalaen giver et mål for mængden af hydrogenioner<br />

og hydroxid-ioner.<br />

En sur opløsning er opløsning af en syre i vand.<br />

pH-værdien er mellem 0 og 7.<br />

En basisk opløsning er en opløsning af en base i vand.<br />

pH-værdien er mellem 7 og 14.<br />

Med indikatorpapir kan man undersøge, om en opløsning<br />

er sur eller basisk.<br />

En syre neutraliseres ved at hælde base i den.<br />

Når pH kommer op på 7, er opløsningen blevet neutral.<br />

192


KOSMOS B · KAPITEL 8<br />

GLOBAL MILJØKEMI<br />

FOSSILE BRÆNDSTOFFER OG BIOGAS<br />

Fossile brændstoffer er kul, olie og naturgas.<br />

Naturgas indeholder flere forskellige stoffer, men der er<br />

over 90 % af luftarten methan, CH 4 .<br />

• Biogas består af mest methan, CH 4 , og lidt CO 2 .<br />

• Biogas opstår ved forrådnelse af døde planter<br />

og døde dyr.<br />

CARBON-KREDSLØBET<br />

Carbon-kredsløbet beskriver, hvordan carbon-atomer<br />

kan flyttes fra et stof til et andet. Det sker i et evigt<br />

kredsløb, der kaldes carbon-kredsløbet.<br />

• Fotosyntesen i planterne fjerner carbondioxid, CO 2 ,<br />

fra luften.<br />

• Planterne kan ved hjælp af sollyset omdanne luftens<br />

CO 2 til oxygen, O 2 .<br />

• Carbon-atomet fra CO 2 ender i sukkerstoffet glucose,<br />

der har den kemiske formel C 6 H 12 O 6 .<br />

LUFTFORURENING OG OZON<br />

NO X -er er et fællesnavn for mange giftige kemiske<br />

forbindelser mellem nitrogen og oxygen. X-et står for antal<br />

oxygen-atomer.<br />

• Ozon er luftarten O 3 . Den er ekstrem farlig.<br />

• Ozonlaget ligger i atmosfæren i en højde på 20 til<br />

50 kilometer.<br />

• Ozon i ozonlaget dannes af sollyset.<br />

• Ozonlaget stopper den farlige ultraviolette stråling<br />

fra Solen.<br />

Ozonlaget nedbrydes af de såkaldte CFC-gasser (Carbon,<br />

Fluor og Chlor). Et hul i ozonlaget er udtryk for, at ozon -<br />

laget et bestemt sted på Jorden er blevet tyndere.<br />

DRIVHUSEFFEKT OG KLIMAÆNDRINGER<br />

Uden drivhuseffekten ville temperaturen på Jorden være<br />

ca. 30 grader lavere. Drivhusgasser er luftarter, der opfanger<br />

varmestrålingen fra jordoverfladen.<br />

De vigtigste drivhusgasser er:<br />

• vanddamp, H 2 O<br />

• carbondioxid, CO 2<br />

• methan, CH 4<br />

• ozon, O 3<br />

Fotosyntese<br />

Carbonkredsløb<br />

Det meste carbondioxid, CO 2 , dannes ved afbrænding af<br />

de fossile brændstoffer, naturgas, olie og kul. CO 2 -indholdet<br />

i luften er steget så meget i de sidste hundrede år, at det<br />

er højere, end det har været i mere end den sidste halve<br />

million år.<br />

CO 2<br />

– indholdet i luften målt i procent<br />

Årstal<br />

193


STIKORD<br />

A<br />

Afhængige variable 94<br />

Afsvovlingsanlæg 169<br />

Alfastråling 14<br />

Alkalimetaller 160<br />

Aluminium-ion 96<br />

Aminosyrer 139<br />

Ammonium-ion 96<br />

Analogt signal 76<br />

Antioxidanter 145, 153<br />

Aristoteles 158<br />

Armeret beton 119<br />

Aromastoffer 146<br />

Asfalt 125, 126<br />

Astronomisk enhed 31<br />

Atomar masseenhed 12<br />

Atomart mikroskop 42<br />

Atombombe 20<br />

Atomer 8<br />

Atomkernen 9, 12<br />

A-vitamin 149<br />

B<br />

Bacon, Francis 92<br />

Bagepulver 146<br />

Baggrundsstråling 17<br />

Becquerel, Henri 13<br />

Benzin 125, 126<br />

Betastråling 14<br />

Beton 118<br />

Big Bang 30<br />

Binære tal 76<br />

Biobrændsel 62, 166<br />

Bioethanol 171<br />

Bohr, Niels 10, 172<br />

Bohrmodellen 10<br />

Brahe, Tycho 31<br />

Brintbil 62<br />

Brintsamfund 59<br />

Brændselsceller 60, 62, 170<br />

Brændselsolie 125, 126<br />

Brændt kalk 117<br />

B-vitamin 149<br />

Bæredygtig udvikling 167<br />

C<br />

Calcium-ion 96<br />

Carbon-14-metoden 18<br />

Carbonat-ion 96<br />

Carbonhydrider 126<br />

Ccd 83<br />

Cd 82<br />

Cellulose 137<br />

Cement 118<br />

Champagne 142<br />

Chill-effekt 36, 37<br />

Chip 74<br />

Chlorid-ion 95<br />

Computerskærm 82<br />

Cracking 127<br />

Curie, Marie 13<br />

C-vitamin 149<br />

D<br />

Dalton, John 158<br />

Danisco Ingredients A/S 171<br />

Demineraliseret vand 103<br />

Demokrit 8, 158<br />

Den naturvidenskabelige<br />

metode 92<br />

Destillation 101<br />

Destilleret vand 102<br />

Deuterium 12<br />

Dieselolie 125, 126<br />

Digitalt signal 76<br />

Dioder 72<br />

Disaccharider 137<br />

Dobbeltbinding 161<br />

Dobbeltharpun 144<br />

Dobbeltstjerner 33<br />

Dopplereffekt 30<br />

Dosimeter 25<br />

Dotering 72<br />

Drivhuseffekt 34<br />

Dvd 82<br />

D-vitamin 149<br />

E<br />

Effektiv spænding 55<br />

Einstein, Albert 17<br />

Elektrisk guitar 65<br />

Elektroder 104<br />

Elektrolyse 104<br />

Elektrolyt 104<br />

Elektroner 8<br />

Elektronmikroskop 42<br />

194<br />

Elektronskaller 10<br />

Elektronspring 10, 11<br />

Element 105<br />

Emulgatorer 171<br />

Energi i mad 150<br />

Energibærer 55<br />

Energikvalitet 56<br />

Energilagring 61<br />

Enkeltbinding 161<br />

Ensretning 72<br />

E-nummer 145<br />

Enzymer 171<br />

Essentielle aminosyrer 139<br />

Ethan 126<br />

Ethanol 142<br />

F<br />

Faraday, Michael 50<br />

Fedtstoffer 136, 140<br />

Fedtsyrer 140<br />

Fejlstrøm 81<br />

Fission 20<br />

Flammefarve 11, 99<br />

Flaskegas 126<br />

Flyveaske 119, 168, 169<br />

Forstærker 74<br />

Fotoceller 75<br />

Fotodioder 72<br />

Fotoner 10<br />

Fraktioner 125<br />

Fraktioneret destillation 125<br />

Franck, James 172<br />

Fructose 137<br />

Frysetørring 150<br />

G<br />

Galakse 30<br />

Galvanisering 105<br />

Gammastråling 14<br />

Geigertæller 16<br />

Gekko 130<br />

Gekkotape 131<br />

Genbrug 166, 167, 168, 169<br />

Generatorer 52<br />

Geotermisk energi 57<br />

Gejser, 38<br />

Gips 118, 169<br />

Glas 120<br />

Glucose 137<br />

Glycerol 140<br />

Grundstof 158, 159, 160, 161<br />

Gær 146<br />

Gæring 142, 146<br />

Gødning 121<br />

H<br />

Haldor Topsøe A/S 170<br />

Halogenerne 160<br />

Halveringstid 14<br />

Halvledere 72<br />

Halvmetaller 159<br />

HDTV 77<br />

Hevesy, George de 172, 173<br />

Hologrammer 78<br />

Homogenisering 142<br />

Hovedgrupper 159<br />

HPFI-afbrydere 81<br />

Hærdeplast 167, 168<br />

Højspænding 56<br />

Højtryk 35<br />

I<br />

Ikke-metaller 159<br />

Iltsvind 165<br />

Induktion 50, 51<br />

Induktionskomfur 63<br />

Induktionsloven 51<br />

Insulin 171<br />

Integrerede kredse 74<br />

Intravenøst drop 108<br />

Ionbytter 103<br />

Ionbyttet vand 103<br />

Ioner 96<br />

Iongitter 95<br />

Ioniserende stråling 15<br />

Ismanden 18<br />

Isotonisk saltvand 108<br />

Isotonisk sportsvand 141<br />

Isotoper 12<br />

J<br />

Jordens skaller 40<br />

Jordens temperatur 38<br />

Jordskælv 39<br />

Jordskælvsbølge 40<br />

Jævnspænding 55


K<br />

Kalium-ion 96<br />

Kalk 117<br />

Kalksten 117<br />

Kameraer 83<br />

Karamellisering 146<br />

Katalysatorer 170<br />

Kemisk binding 160<br />

Kemisk ligevægt 144<br />

Keramiske fliser 119<br />

Kernekraft 20<br />

Kernekraftværk 21<br />

Klima 34<br />

Klimaændring 34<br />

Koldfront 35<br />

Kongevand 173<br />

Konservering 149<br />

Krystalvand 118<br />

Kulhydrater 136<br />

Kulstof-14-metoden 18<br />

Kunstgødning 122<br />

Kvantefysik 11<br />

K-vitamin 149<br />

Kædereaktion 20, 23<br />

L<br />

Landbrise 35<br />

Lavtryk 35<br />

LCD-skærm 83<br />

Lede-retning 72<br />

Lehmann, Inge 40<br />

Lithium-batterier 107<br />

Luftforurening 162<br />

Lys 10<br />

Lysdioder 72<br />

Lyslederkabel 77<br />

Lysår 31<br />

Læsket kalk 117<br />

M<br />

Magnesium-ion 96<br />

Magnetfelt 50<br />

Makromolekyler 127<br />

Mendelejev, Dimitri 158<br />

Metaldetektor 66, 67<br />

Metaller 159<br />

Methan 126<br />

Micelle 141<br />

Mikrobølgeovn 64<br />

Mikrochip 74<br />

Mikroskop 41<br />

Mineraler 148<br />

Minesøger 67<br />

Monomer 128<br />

Monosaccharider 137<br />

Morsealfabetet 76<br />

Mursten 119<br />

Mælk 141<br />

Mørkt stof 45<br />

Mørtel 117<br />

N<br />

Nanometer 8, 114<br />

Nanorør 114<br />

Nanoteknologi 114<br />

Natriumchlorid 95<br />

Natriumhydrogencarbonat 146<br />

Natrium-ion 95<br />

Natron 146<br />

Naturgas 58<br />

Neutroner 12<br />

Neutronstjerne 45<br />

Nitratbomben 165<br />

Nitrat-ion 96<br />

Nitrogenkredsløbet 123<br />

Nobelprisen 172<br />

Novo Nordisk A/S 171<br />

NPK-gødning 122<br />

O<br />

Olieraffinaderier 125<br />

Organisk gødning 122<br />

Organisk kemi 124<br />

Organiske stoffer 124<br />

Oxideret 106<br />

P<br />

Paraffin 127<br />

Pasteurisering 142, 149<br />

Perioder 159<br />

Petroleum 125, 126<br />

Phosphat-ion 96<br />

Pixel 83<br />

Plasmaskærm 83<br />

Plast 127<br />

Polyethen 128<br />

Polyethylen, se polyethen<br />

Polymer 128<br />

Polymerisering 128<br />

Polysaccharider 137<br />

Positroner 17<br />

Primærspole 53<br />

Propan 126<br />

Proteiner 136, 138<br />

Protoner 12<br />

PTC-modstand 80<br />

Påvisning af ioner 99<br />

R<br />

Radar 84<br />

195<br />

Radioaktivitet 13<br />

Radioaktivt affald 22<br />

Radium 13<br />

Radon 17, 19<br />

Reaktionspil 144<br />

Redox-proces 106<br />

Reduceret 106<br />

Relativitetsteorien 17<br />

Rensning af stoffer 101<br />

Rosinbollemodellen 9<br />

Rutherford, Ernest 8<br />

Rutherfordmodellen 9<br />

Rutherfords bro 43<br />

Rørovn 117, 118<br />

Rørsukker 137<br />

Råolie 125<br />

S<br />

Salte 95<br />

Saltes kemiske formler 97<br />

Saltes navne 97<br />

Saltning 150<br />

Seismograf 39, 40<br />

Sekundærspole 53<br />

Selvrensende glas 115<br />

sievert 24<br />

Silikater 120<br />

Smøreolie 125, 126<br />

Solceller 61<br />

Sommerfugleeffekten 37<br />

Sort hul 44<br />

Spiderman 130<br />

Sporelementer 121<br />

Sportsdrik 141<br />

Spærrelag 73<br />

Spærre-retning 72<br />

Stearinsyre 140<br />

Stivelse 137<br />

Styring 80<br />

Sulfat-ion 96<br />

Supernova 31, 44<br />

Sur regn 163, 164<br />

Svovldioxid 163, 164, 168<br />

Svovlforurening 162, 163, 168<br />

Søbrise 35<br />

Sødemidler 152<br />

Sølv-ion 96<br />

T<br />

Tagsten 119<br />

Technetium 18<br />

Temperaturregulering 80<br />

Termoplast 167, 168<br />

Thales 158<br />

Thomson, Joseph 8<br />

Tilskuer-ioner 99<br />

Tilsætningsstoffer 145<br />

Titandioxid 115<br />

Tjernobyl 25<br />

Transformer 53<br />

Transistorer 73<br />

Trefasespænding 56<br />

Tryk 35<br />

Tungt vand 12<br />

Tv-signal 77<br />

Tv-skærm 83<br />

Tyggegummi 152<br />

U<br />

Uafhængige variable 94<br />

Uran 13, 22<br />

Urinstof 158, 159<br />

V<br />

Van der Waalske kræfter 131<br />

Vandforurening 165<br />

Variable 94<br />

Varmfront 35<br />

Vekselspænding 55<br />

Vekselstrøm 73<br />

Vindmøller 86<br />

Vindrose 86<br />

Vindstyrke 36<br />

Virkningsgrad 57<br />

Vitaminer 148<br />

Von Laue, Max 173<br />

W<br />

Wegener, Alfred 39<br />

Wöhler, Friedrich 158, 159<br />

Z<br />

Zink-ion 96<br />

Zink-sølvoxid-elementet 107<br />

Æ<br />

Ædelgasreglen 95, 160, 161<br />

Ædelgasserne 160<br />

Æggehvidestoffer 138<br />

Ø<br />

Økologisk fodspor 167<br />

Øl 142<br />

Ørsted, Hans Christian 50<br />

Ötzi 7, 18


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, Lone Skafte Jespersen og<br />

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 og<br />

Niels Hartling. Gyldendal.<br />

En kort historie om næsten alt, Bill Bryson. Gyldendal.<br />

KEMISK PRODUKTION<br />

Olie – et dansk råstof, Gunnar Cederberg. Gyldendal.<br />

MADENS KEMI<br />

Kend Kemien 1, Henrik Parbo Annette Nyvad og Kim Kusk<br />

Mortensen. Gyldendal.<br />

KEMI, MENNESKE OG SAMFUND<br />

Bogen om grundstofferne, Henning Henriksen og Erik Pawlik.<br />

Gyldendal.<br />

Mendeleev og det periodiske system, Preben Hartmann-Petersen.<br />

Polyteknisk Forlag.<br />

ATOMFYSIK<br />

Marie Curie og hendes nærmeste familie, Preben Hartmann-<br />

Petersen. Polyteknisk Forlag.<br />

HIMMEL OG JORD<br />

Universet, Michael J.D. Linden-Vørnle. Gyldendal.<br />

Universets melodi, Henry Nørgaard, Kaare Lund Rasmussen<br />

og Niels Elbrønd Hansen. Gyldendal.<br />

Inge Lehmann og Jordens kerne, Bjarne Kousholt.<br />

Polyteknisk Forlag.<br />

Liv i Universet – er vi alene Ib Lundgaard Rasmussen.<br />

Politikens Forlag.<br />

ENERGI PÅ VEJ<br />

H.C. Ørsted og fornuften i naturen, Bjarne Kousholt.<br />

Polyteknisk Forlag.<br />

Michael Faraday og induktionen, Bjarne Kousholt.<br />

Polyteknisk Forlag.<br />

Evig energi – brændselsceller og brintsamfundet,<br />

Ole Trinhammer. Fysikforlaget.<br />

Evig energi – evighedsmaskiner, Ole Trinhammer. Fysikforlaget.<br />

ELEKTRONIK OG STYRING<br />

Nanoteknologiske horisonter, DTU.<br />

Evig energi – solceller, Ole Trinhammer. Fysikforlaget.<br />

KEMISKE METODER<br />

Kend Kemien 1, Henrik Parbo Annette Nyvad og Kim Kusk<br />

Mortensen. Gyldendal.<br />

196


FOTOLISTE<br />

Omslag Corbis, Steve Austin<br />

06 Corbis/Sygma/Vienna Report<br />

Agency<br />

09 ø. Gyldendals Billedbibliotek<br />

09 n. Corbis /Bettmann<br />

10 Gyldendals Billedbibliotek<br />

11 Corbis/David Stoecklein<br />

13 ø. Corbis/Bettmann<br />

13 n. Gyldendals Billedbibliotek<br />

15 A/S Søren Frederiksen<br />

17 Gyldendals Billedbibliotek<br />

20 Gyldendals Billedbibliotek<br />

21 Scanpix<br />

24 Corbis/Jose Luis Pelaez, Inc.<br />

25 ø. NASA<br />

25 n. Søren Lundberg<br />

28 NASA<br />

30 Søren Lundberg<br />

31 Gyldendals Billedbibliotek<br />

36 DMI<br />

38 Scanpix/Torben Christensen<br />

40 Scanpix/Allan Moe<br />

41 Foci/Spl<br />

42 Foci/Spl<br />

43 Institut for Fysik/DTU<br />

44 NASA<br />

45 NASA<br />

48 Corbis/Johannes Kroemer<br />

51 ø. Gyldendals Billedbibliotek<br />

51 n. A/S Søren Frederiksen<br />

53 A/S Søren Frederiksen<br />

57 Søren Lundberg<br />

58 Polfoto/DPA<br />

60 Ole Trinhammer<br />

61 Polfoto<br />

63 Daewoo<br />

64 ø. OBH Nordica<br />

64 n. Søren Lundberg<br />

66 Scanpix/Keld Navntoft<br />

67 ø. Polfoto/Morten Langkilde<br />

67 n. Corbis/Robert Maass<br />

70 Polfoto/Thomas Borberg<br />

72 Gyldendals Billedbibliotek/<br />

iStockphoto<br />

75 A/S Søren Frederiksen<br />

81 Søren Lundberg<br />

82 Foci/Spl<br />

84 ø. Nikon<br />

84 n. Scanpix/Reuters<br />

86 Scanpix<br />

87 ø. Gyldendals Billedbibliotek<br />

87 n. Scanpix<br />

90 Corbis<br />

92 Corbis/PoodlesRock<br />

93 Søren Lundberg<br />

96 Søren Lundberg<br />

99 Søren Lundberg<br />

101 Søren Lundberg<br />

102 Søren Lundberg<br />

105 Søren Lundberg<br />

106 Henning Henriksen<br />

107 Søren Lundberg<br />

108 ø. Corbis/Zefa<br />

108 n. Scanpix/Mogens Flindt<br />

109 ø. Corbis/Zefa<br />

109 n. Corbis/Wendy Stone<br />

110 ø. Corbis<br />

112 Corbis/Eberhard Streichan<br />

114 ø Corbis/Digital Art<br />

114 n. Polfoto<br />

115 Søren Lundberg<br />

117 Finn Hansen<br />

118 Scanpix/Preben Madsen<br />

119 Scanpix/Mikkel Østergaard<br />

120 Polfoto/AP<br />

122 Intermedia Reklam AB<br />

124 Søren Lundberg<br />

127 Søren Lundberg<br />

130 ø. Corbis/Melissa Moseley/Sony<br />

Pictures<br />

130 m. Scanpix/Horst Ossinger<br />

130 n. Corbis/Joe McDonald<br />

131 Foci/Spl<br />

134 Corbis/Dann Hardif<br />

137 Søren Lundberg<br />

139 Corbis/Pete Saloutos<br />

140 Søren Lundberg<br />

141 Polfoto/DPA<br />

142 Corbis/Judy Griesedieck<br />

144 Scanpix/Reuters<br />

145 Søren Lundberg<br />

146 Søren Lundberg<br />

148 Søren Lundberg<br />

150 Søren Lundberg<br />

152 ø. Scanpix/BAM<br />

152 n. Søren Lundberg<br />

197<br />

153 Polfoto<br />

156 Polfoto/Torben Åndahl<br />

158 Gyldendals Billedbibliotek<br />

159 Corbis/Michael Nicholson<br />

162 Gyldendals Billedbibliotek<br />

163 Gyldendals Billedbibliotek/<br />

iStockphoto<br />

165 Scanpix/Kennet Havgaard<br />

170 ø. Danisco Ingredients A/S<br />

170 n. Poul Møller/Haldor Topsøe A/S<br />

171 Novo Nordisk A/S<br />

172 ø. Henning Henriksen<br />

172 n. Gyldendals Billedbibliotek<br />

173 Gyldendals Billedbibliotek<br />

180 NASA<br />

186 ESO<br />

188 v. A/S Søren Frederiksen<br />

188 h. Gyldendals Billedbibliotek/<br />

CDanmark<br />

190 Søren Lundberg<br />

191 Scanpix<br />

Bagside Foci/Spl – Foci/Spl – Corbis,<br />

Steve Austin


DET PERIODISKE SYSTEM<br />

1 H<br />

92 U <br />

4 Be<br />

3 Li<br />

11 Na<br />

19 K<br />

37 Rb<br />

55 Cs<br />

87 Fr 12 Mg<br />

20 Ca<br />

38 Sr<br />

56 Ba<br />

88 Ra 21 Sc<br />

39 Y<br />

22 Ti<br />

40 Zr<br />

72 Hf<br />

104 Rf 23 V<br />

41 Nb<br />

73 Ta<br />

105 Db 24 Cr<br />

42 Mo<br />

74 W<br />

106 Sg 25 Mn<br />

43 Tc <br />

75 Re<br />

107 Bh 26 Fe<br />

44 Ru<br />

76 Os<br />

108 Hs 27 Co<br />

45 Rh<br />

77 Ir<br />

109 Mt <br />

Lanthanoiderne<br />

57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm<br />

Actinoiderne<br />

89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu


2 He<br />

5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne<br />

13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar<br />

28 Ni<br />

46 Pd<br />

78 Pt<br />

110 Ds 29 Cu<br />

47 Ag<br />

79 Au<br />

111 Rg 30 Zn<br />

48 Cd<br />

80 Hg<br />

112 Cp 31 Ga<br />

49 In<br />

81 Tl<br />

113 Uut 32 Ge<br />

50 Sn<br />

82 Pb<br />

114 Uuq 33 As<br />

51 Sb<br />

83 Bi <br />

115 Uup 34 Se<br />

52 Te<br />

84 Po 35 Br<br />

53 I<br />

85 At 36 Kr<br />

54 Xe<br />

86 Rn <br />

63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu<br />

95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr


KOSMOS – FYSIK OG KEMI<br />

Grundbog C<br />

1. udgave – 1. oplag 2009<br />

©2009 Gyldendalske Boghandel,<br />

Nordisk Forlag A/S, København<br />

Forlagsredaktion: Søren Lundberg<br />

Ekstern redaktør: Svend Hessing<br />

Grafisk tilrettelæggelse: Carsten Schiøler<br />

Tegninger: Lars Petersen<br />

Tekniske tegninger: Martin Bassett<br />

Tryk: Korotan, Slovenien 2009<br />

ISBN 978-87-02-07505-2<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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!