Fra is til damp: når temperaturen står stille
Når man varmer is op, stiger temperaturen ikke jævnt. Der er to steder, hvor den står næsten stille, selvom kogepladen varmer hele tiden. Eleverne logger temperaturen fra knust is til kogende vand og finder ud af, hvor energien bliver af.
Hvordan ændrer temperaturen sig, når is varmes op, til vandet koger, og hvorfor står den stille undervejs?
Det skal I bruge
| Vare | Varenr. | Antal og formål |
|---|---|---|
| Temperatursensor, trådløs (PASCO PS-3201) | PS-3201 | 1 pr. gruppe |
| Bægerglas 400 ml (8 stk.) | 100031 | 1 bægerglas pr. gruppe |
| Kogeplade, enkelt | 005000 | 1 pr. gruppe |
| Stativfod A-fod med stang | 000110 | 1 pr. gruppe |
| Stativklemme m. muffe | 001032 | 1 pr. gruppe, til at holde sensoren |
| Beskyttelsesbriller, komfort | 910020 | 1 pr. elev |
Andet udstyr: knust is eller små isterninger (ca. 300 ml); en ske eller glasspatel til at røre med; tablet eller computer med SPARKvue.
Sikkerhed
Kogepladen og det kogende vand er meget varmt. Brug beskyttelsesbriller, og hold sensoren i en stativklemme, så den ikke skal holdes i hånden. Lad bægerglasset køle af, før det flyttes.
Sådan gør I
- Fyld bægerglasset halvt med knust is og sæt det på kogepladen.
- Spænd temperatursensoren fast i stativklemmen, så spidsen er midt i isen uden at røre bunden.
- Start målingen i SPARKvue med et målepunkt hvert 5. sekund.
- Tænd kogepladen på middel varme. Rør forsigtigt rundt, så isen smelter jævnt.
- Skriv ned, hvad I ser undervejs: når isen er smeltet, når de første bobler kommer, og når vandet koger.
- Lad vandet koge i ca. 5 minutter, før I stopper målingen og slukker kogepladen.
- Markér de to vandrette stykker på grafen og aflæs temperaturen ved hvert af dem.
Med PASCO-sensor
Med den trådløse temperatursensor (PS-3201) kan hele forløbet logges i SPARKvue, og eleverne kan bagefter markere de vandrette stykker og aflæse temperaturen præcist. Uden sensor kan I bruge et termometer med probe (160300) og aflæse hvert 30. sekund.
Hvad sker der?
Når isen varmes op, går energien først til at gøre isen varmere. Ved 0 °C bruges energien i stedet til at bryde bindingerne mellem vandmolekylerne, så isen kan smelte. Derfor står temperaturen stille, indtil al isen er smeltet.
Bagefter stiger temperaturen igen, til vandet koger. Ved ca. 100 °C bruges energien til at få molekylerne helt fri af hinanden, så vandet bliver til damp. Det kræver meget energi, og derfor bliver temperaturen ved kogepunktet, så længe der er vand tilbage.
Den energi, der skal til for at smelte og fordampe, kaldes smeltevarme og fordampningsvarme.
Spørgsmål til eftertanke
- Ved hvilke temperaturer var kurven vandret?
- Hvorfor stiger temperaturen ikke, mens isen smelter?
- Hvilket vandret stykke var længst, og hvad fortæller det om, hvor meget energi der skal til?
- Hvorfor kogte jeres vand måske ikke præcis ved 100 °C?
Til læreren
Kurven får typisk et tydeligt plateau ved 0 °C og et ved 97-100 °C. Kogepunktet afhænger af lufttrykket, og sensoren kan vise lidt under 100 °C, fordi den sidder i vandet og ikke i dampen.
Plateauet ved kogning varer længere end smeltningen, fordi fordampningsvarmen er ca. syv gange så stor som smeltevarmen. Det er en god indgang til at tale om energi uden formler.
Differentiering: De ældste elever kan bruge kogepladens effekt og tiden for plateauerne til at give et groft skøn over smelte- og fordampningsvarmen.
Vejledningen er udarbejdet af LabDidakt. Læreren skal altid selv vurdere sikkerheden ved forsøget i sin klasse og følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladene for de kemikalier, der bruges.
