GRUNDBOG C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN - Syntetisk tale
GRUNDBOG C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN - Syntetisk tale
GRUNDBOG C ERIK BOTH HENNING HENRIKSEN - Syntetisk tale
- 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