image029.gif

 

Kogning ved afkøling

 

Det er da noget af en opfindelse: Skal man have vand til at koge, så skal man bare køle det af!

Desværre duer det ikke til noget på en campingplads! Men helt uinteressant er det vel næppe heller?

Det er en forudsætning, at der ikke er andet end H2O-molekyler til stede i kolben. Demonstrations­eksperimentet star­ter derfor med, at vandet i kolben koger i et stykke tid, inden hanen lukkes.

I kolben er der derefter mættet damp. Og hvis temperaturen kun ændres langsomt, vil der stedse være balance mellem molekyler, der undslipper fra (de blå) og indfanges af (de gule) væskeoverfladen.

Hvis temperaturen i væsken imidlertid pludselig hæves (der sættes en flamme under), kan vilkårene for kogning opstå, idet damptrykket til den forhøjede væsketemperatur i bunden er større end trykket i kolben, som er bestemt af den lavere temperatur på overfladen.

Men samme situation kan jo frembringes ved pludseligt at sænke trykket i kolben. Og dette kan gøres ved at afkøle kolbens vægge. Hvis væggen afkøles (T1 < T2) vil færre molekyler forlade væggen. Derfor synker trykket. Trykket p indstiller sig mellem pm‑trykkene for de to temperaturer T1 og T2 afhængigt af størrelserne af de overflader som har disse temperaturer. Trykket p vil, hvis ellers kluden er kold  nok og ikke for lille, blive så meget mindre end pm(T2) at dampen kan presse væsken til side og væsken koger.

Voila!

 

Tilbage til 16.12.03

 

 

 

 

 

 

Nikkedukken

 

 

image031.gif 

Det væsentlige er en lukket beholder med en væske med lavt kogepunkt (og dermed stort damptryk ved stuetemperatur), en freon eller butan eller pentan (lightergas).

Dukkens hoved er besat med filt, som holdes vådt af nikkeriet. Fordampningen fra hovedets yderside afkøler hovedet.

Hvis man tænker sig en prop i røret mellem de to områder, vil trykket i det varme område være højere end trykket i det kolde. Uden proppen er forholdene ikke i ligevægt. I det varme område vil overfladen forsøge at forøge trykket, mens det modsatte gør sig gældende i det kolde område. Det betyder, at væsken trykkes op i røret, mens væskemolekyler fordamper fra overfladen i det varme område og  dampmoleimage033.gifkyler fortættes på væggene i det kolde område. Derfor hæver hele systemets tyngdepunkt sig, og dukken tipper, når tyngdepunktet kommer op over ophængningspunktet.

Den tipper til næsten vandret. Røret er tykt nok til at tillade, at væsken løber tilbage fra hovedet, samtidig med at damp løber op i hovedet.

Og det hele begynder forfra.

 

Der sker i nikkedukken det samme som i kolben, der koger ved afkøling. Hovedet er det kolde område (kluden), mens kroppen svarer til kolben. Kogningen i kroppen er ikke så voldsom, at der dannes bobler. Men den større fordampning øger trykket i kroppen i forhold til i hovedet, og væsken stiger op i røret.

 

 

Termometre

Gallileitermometer

 

”Mål alt, hvad måles kan, og gør det måleligt, som endnu ikke kan måles.”

http://www.stockfreeimages.com/Galileo-Thermometer-I-thumb14493.jpgMed denne flotte arbejdsdevise bidrog Gallilei til den omvæltning, som i løbet af 1500 og 1600-tallet førte fra den antikke verdensforståelse til den nye videnskab, som nu kaldes den klassiske mekanik, og som stod færdig med Newtons Principia i 1687.

Måleapparater som ure og termometre, som for os er helt elementære, skulle dengang opfindes. Gallileis faldeksperimenter foregik med tidsmåling foretaget ved hjælp af vandure eller forsøgspersonens pulsslag. Den sidste metode er især tankevækkende i forbindelse med de eksperimenter, som dengang udførtes for første gang, og som derfor let kunne føre til en vis ophidselse!

Det af Gallilei opfundne termometer har dengang haft en helt anden seriøs funktion end i dag, hvor vi blot kan nyde det spøjse påfund og den rolige, æstetiske udstråling fra en fjern fortid.

Gallileis termometer bygger på, at vandet udvider sig ved opvarmning mere end det glas, som kuglerne er lavet af. Rumudvidelseskoefficienten for glas er 2,7×10-5pr.°C og for vand 21×10-5pr.°C. Udvidelsen foregår stort set uafhængigt af trykket. At luften ovenover komprimeres er derfor uden betydning.

Ved udvidelsen mindskes vandets massefylde. Da opdriften på kuglerne er lig med tyngden på den fortrængte væske, vil opdriften aftage, når temperaturen stiger. Kuglerne falder successivt til bunds, når temperaturen stiger.

 

image035.gif 

Münchowtermometer af første grad

 

De små flydere (små reagensglas) er åbne nedadtil. De er belastet med ståltråd som ballast og indeholder en passende mængde luft.

Når temperaturen stiger, vil luften i flyderne udvide sig. Det større damptryk fra vandet vil ligeledes bidrage til at gasrumfanget i flyderne vokser med temperaturen, hvorfor de vil stige til vejrs.

 

 

 

Münchowtermometer af anden grad

 

image037.gifHer er vandet indelukket med kun meget lidt luft oven over. Når temperaturen stiger, vil vandet udvide sig, så gasrumfanget over vandet formindskes, og trykket stiger. Det stiger præcis lige så meget i de små flydere. Begge steder er der luft og mættet vanddamp. Hvis rumfanget over væsken i den store beholder halveres, så vil også gasrumfanget i de små flydere halveres.

I dette termometer vil flyderne altså synke til bunds med stigende temperatur.

 

Et godt fremstillet Gallileitermometer er formodentligt meget pålideligt uafhængigt af dets alder.

De to til denne lejlighed opfundne termometre vil til at begynde med i hvert fald være ustabile. De luftarter, der er opløst i vandet fra vandhanen er næppe i balance med den atmosfæriske luft. Men med tiden vil balance formodentligt opstå, hvorefter de vel næppe ændrer sig! - ?