KOSMOS SIRI HALVORSEN • ARILD BOYE • PER AUDUN HESKESTAD
NATURFAG FOR VG1
TEKNIKK OG INDUSTRIELL PRODUKSJON BYGG- OG ANLEGGSTEKNIKK
TP BA
LÆREBOK • BOKMÅL
© CAPPELEN DAMM AS, Oslo 2020 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med Cappelen Damm AS er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. Kosmos TP, BA følger læreplanen for Kunnskapsløftet LK20 naturfag yrkesfag Vg1 for teknikk og industriell produksjon, bygg- og anleggsteknikk. Omslagsdesign: Kristine Steen / 07 Media – 07.no Omslagsfoto: Getty Images / Orbon Alija Grafisk formgiving: Kristine Steen / 07 Media – 07.no Hovedillustratør: Bjørn Norheim Forlagsredaktør: Eva Irgens Trykk og innbinding: Livonia Print Sia, Latvia 2020 Boken er satt i Berling 11 punkt og trykt på 100 g G-print ISBN 978-82-02-66819-8 1. utgave 1. opplag 2020 www.kosmos.cdu.no www.cdu.no
BILDELISTE Cappelen Damm s11n, s16, s75m Arild Boye s137ø, 144n, 146n Getty Images: Andreas Häuslbetz s6, MarkSwallow s8ø, yoh4nn s8nv, SeventyFour s8nh, DavidSzabo s9, Fahroni s11ø, Synergee s13, seb_ra s14, fotomem s21, DKart s24, Nemanja Otic s26v, Alberto Masnovo s26m, David Liu s26h, Armin Staudt s27, piola666 s28, George Clerk s29ø, Ridofranz s29n, JaumeOrpinell s31v, sompong_tom s31h, rottadana s34ø, Velvetfish s34v, Avstraliavasin s34h, SlobodanMiljevic s35, Deshevykh Dmitry s36, 123ducu s37ø, tibu s37n, brizmaker s39, MariusLtu s40, CharlieChesvick s41ø, erlucho s41n, donvictorio s42ø, hekakoskinen s42n, Robert Plesko s43, witoldkr1 s44, Thinkstock s45, J D Porter LRPS s46, Akhararat W s47, nicolasprimola s48, kjekol s49ø, Tommy Svensson s49v, Jupiterimages s49h, dla4 s50ø, John Morrison s50n, narvikk s51, Dmitry Naumov s52, Ingram Publishing s53ø, Piotr_malczyk s53n, MikeLane45 s54ø, Julia Mladich s54n, AliMuratSenel s55, baona s56ø, Romualdo Crissi s56ø, Ladislav Kubes s58, Andreas Häuslbetz s67, Carlosgaw s68, Dusan Petkovic s70, alex_skp s74øv, Irina Drazowa-Fischer s74øm, Marat Musabirov s74øh, BWFolsom s74mv, dem10 s74mh, Pineapple Studio s74nv, StockPhotosArt s74nh, orinocoArt s74 n, Kumer Sergii s75ø, Basilios1 s75nv, joebelanger s75nh, ʺ̵̛̛̣̌ ˀ̡̨̱̖̦̔ s76ø, a_namenko s76n, Manuel_Faba s77, real444 s78ø, Dontstop s78n, Matic Grmek s79, margouillatphotos s83ø, Emilija Randjelovic s83n, serezniy s84, martin-dm s85, gbh007 s86, Antonio Diaz s88, ARISA Therpbanchornchai s90, MarianVejcik s91, Olaf Schmitz s92, jxfzsy s94, urfinguss s99, Dean Hindmarch s100, franckreporter s102, skynesher s104, Chris Joubert s105, olaser s106, edelmar s107, Milan Markovic s108, serezniy s109, nensuria s111, Halfpoint s112, Rattankun Thongbun s114, Lazar Obradovic s115, buz s116, RossHelen s117, SarinyApinngam s118, shaadjutt s120, Ron Thomas and Patty Thomas s126, Traitov 128, Endel Grensmann s129ø, Thinkstock s129n, Elena Elisseeva s134, ZernLiew s135ø, Mustang79 s135n, struvictory s137n, urfinguss s138, Peopleimages s141, Mukhina1 s142ø, Islentyev Dmitry s142n, fotojog s143v, alain grimplet s143h, mipan s145, alexlmx s146v, Petmal s146h, serkansenturk s147, bentrussell s148, Spiderplay s149v, P_Wei s149h, Eakrin Rasadonyindee s153, NataGolubnycha s154v, NolimitPictures s154h, MarioGuti s155, PinkBadger s160, Morten Normann Almeland s162, BlackJack3D s163ø, AndrewJohnson s163n, David Papazian s165ø, Marek Mnich s165v, kyoshino s165n, PeterHermesFurian s166, Bruce Turner s167v, Henrik L s167m og h, sl-f s168ø, gl0ck s168n, brozova s169ø, Bluecinema s169n, Ozgurdonmaz s170, sturti s171, Anek@TL2 s173, Liudmyla Liudmyla s174v, pidjoe s174m, Marek Mnich s174h, MiguelMalo s175, StockSeller s176, Drewrawcliffe drew s177, Juan Enrique Del Barrio s178, Mikhailo Pavlenko s179, Funtay s180, Stefan Wolny s183, Maxim Larin s185, Terryfic3D s188, Nina Shannon s189 Ruter s144ø.
Forord Kosmos er det greske ordet for verden. Kosmos betyr orden og skjønnhet, det motsatte av kaos! Vi håper at denne boka skal hjelpe deg til å se at det er orden, system og skjønnhet i naturfag. Hvert kapittel begynner med en kort oversikt over hva du skal lære. Viktig stoff har vi uthevet med blå rammer, så du raskt skal kjenne det igjen. Avsnitt med Mer om-stoff er tenkt som en ekstra utfordring for deg som ønsker å gå litt i dybden. Innimellom teksten finner du noen undringsspørsmål. Disse spørsmålene bør du tenke over eller diskutere med andre, for da blir teksten som følger, lettere å forstå. Etter hvert delkapittel står det hør deg selv-oppgaver. Når du løser disse oppgavene, får du samtidig en repetisjon av hovedtrekkene i det du nettopp har gjennomgått. Etter hvert kapittel følger et sammendrag av kapittelet. Her finner du også flere oppgaver. Det er både «vanlige» oppgaver, utfyllingsoppgaver, kople sammen-oppgaver og kjenne igjen ord-oppgaver. Disse oppgavene gir deg en mer grunnleggende forståelse av lærestoffet. Litt vanskeligere oppgaver er merket med . Til slutt i hvert kapittel finner du forslag til forsøk og tips til utforskinger for ditt eget utdanningsprogram. I åpne forsøk får du ingen oppskrift på hva du skal gjøre. Du får litt informasjon om temaet. Deretter skal du lage problemstilling og velge metode for hvordan du eller gruppen din vil gjennomføre forsøket. Interaktive oppgaver, videoer, animasjoner og andre ressurser kan du hente på elevnettstedet kosmos.cdu.no.
Hilsen forfatterne
Kosmos TP, BA
3
Innhold Forord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1
Utforskning
................ 1.1 Forskerens arbeidsmetoder . . . . . . . . 1.2 Et eksempel på en utforskning . . . . . 1.3 Rapportskriving. . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forsøk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ÅF 1.1 Åpne forsøk . . . . . . . . . . . . . ÅF 1.2 Bygg ditt eget insekthotell . . F 1.3 Form og fart . . . . . . . . . . . . . F 1.4 Hvilket papirfly flyr lengst?. . F 1.5 Hva isolerer best mot varmetap? . . . . . . . . . . . . . . .
4
7 8 13 16 18 19 21 21 21 22 23 23
2
Teknologi og bærekraft . . . .
2.1 Bærekraftig utvikling. . . . . . . . . . . . . 2.2 Teknologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Klimaendringer . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Energiforbruk . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Miljøendringer . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Avfall. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forsøk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ÅF 2.1 Åpne forsøk . . . . . . . . . . . . . ÅF 2.2 Ungdom tar ansvar . . . . . . . . F 2.3 Arbeidsplasser eller miljø . . . F 2.4 Klimaundersøkelse . . . . . . . . F 2.5 Hvor kommer frukt og grønnsaker fra? . . . . . . . . . . F 2.6 Biltrafikk. . . . . . . . . . . . . . . . F 2.7 Forbruk og karbonutslipp . . . F 2.8 Dobbel emballasje . . . . . . . . F 2.9 Avfallssortering . . . . . . . . . . .
25 26 29 32 37 42 53 59 60 64 64 64 64 65 65 65 66 67 67
3
Næringsstoffer og kosthold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 Mat består av næringsstoffer . . . . . . . 3.2 Karbohydrater, fett og proteiner . . . . 3.3 Vitaminer, mineraler og vann . . . . . . 3.4 Fordøyelsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Energi i mat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Variert kosthold . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Et bærekraftig kosthold. . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forsøk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ÅF 3.1 Åpne forsøk . . . . . . . . . . . . . F 3.2 Energiinnholdet i matvarer . . F 3.3 Spytt spalter stivelse . . . . . . .
4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
Helse og livsstil . . . . . . . . . . .
Hva mener vi med god helse? . . . . . Psykisk helse . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trening og helse . . . . . . . . . . . . . . . Sykdommer knyttet til livsstil . . . . . Rusmidler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vurdere pålitelighet i informasjon fra ulike medier . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forsøk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ÅF 4.1 Åpne forsøk . . . . . . . . . . . . F 4.2 Livsstil . . . . . . . . . . . . . . . . F 4.3 Fysisk aktivitet . . . . . . . . . . F 4.4 Måling av puls . . . . . . . . . .
69 70 73 78 80 83 86 90 93 94 98 98 98 99
101 102 104 105 108 114 116 119 120 124 124 124 124 125
5
Energi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Materialer . . . . . . . . . . . . . . . . .
127 5.1 Bærekraftige energikilder . . . . . . . . 128 5.2 Solfangere og solceller. . . . . . . . . . . 132 5.3 Energieffektive løsninger i bygg . . . 135 5.4 Varmepumper . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 5.5 Bioenergi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 5.6 Energilagring . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 5.7 Lagring av energi med hydrogen . . . 147 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Forsøk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 ÅF 5.1 Åpne forsøk . . . . . . . . . . . . 157 F 5.2 Enkel solfanger . . . . . . . . . . 157 F 5.3 Solcelle . . . . . . . . . . . . . . . . .158 F 5.4 Fordamping . . . . . . . . . . . . .158 F 5.5 Solcelle . . . . . . . . . . . . . . . . .159
6.1 Hva er et materiale? . . . . . . . . . . . . 6.2 Tre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Metall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Plast. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Betong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Overflatebehandling . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forsøk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ÅF 6.1 Åpne forsøk . . . . . . . . . . . . F 6.2 Bygg et høyt tårn . . . . . . . . F 6.3 Jern ruster. . . . . . . . . . . . . . F 6.4 Bilvoks . . . . . . . . . . . . . . . . F 6.5 Alternativ til plast. . . . . . . .
161 162 164 168 170 174 176 179 182 183 188 188 188 189 190 190
Stikkord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191
Kosmos TP, BA
5
160
6 Materialer Jernalderen begynte i Norge 500 år f.Kr. Perioden fikk navnet sitt fordi menneskene begynte å bruke jern som materiale i våpen og redskaper. Dette fikk stor betydning for jakt, fangst og fiske. Materialer er tilpasset det de skal brukes til. Hvilke materialer vi bruker, avhenger også av hvor mye vi har av dem. Bygninger bør bygges av materialer som er sterke og gjerne lett tilgjengelige. Verdens høyeste bygning skal bli 1 km høy. Den bygges av stål og ligger i Saudi-Arabia. Verdens høyeste bygg av tre er på 18 etasjer, eller 84,5 m, og vi finner det i Brumunddal i Norge. Biler bør bygges av et materiale som er stivt og sterkt og samtidig så lett som mulig. Det vanligste materialet i bilens karosseri er stål. I dag erstatter noen fabrikker deler av dette stålet med lettmetallet aluminium. For elbiler er det viktig at vekten er så lav som mulig. Derfor blir plast i økende grad brukt i disse bilene.
DETTE LÆRER VI OM
Bygg- og anleggsteknikk
• undersøke egenskapene til ulike materialer og overflatebehandlinger og vurdere bruk av disse i et bærekraftsperspektiv Teknikk og industriell produksjon
• undersøke egenskapene til ulike materialer og overflatebehandlinger og vurdere bruk av disse i et bærekraftsperspektiv Tverrfaglige tema: bærekraftig utvikling
6 • Materialer
161
I DETTE KAPITTELET LÆRER DU OM:
6.1 Hva er et materiale?
• materialene tre, glass, metall, plast og betong
• behandling av overflaten til materialer
• materialer i et bærekraftsperspektiv
Materialer bruker vi til å lage noe Et materiale er et fast stoff som kan brukes til å lage noe. Et materiale kan være tre, glass, metall, plast eller betong. Det meste av det vi bruker eller har rundt oss, er laget av ulike materialer. Vi finner forskjellige materialer i hus, biler, mobiltelefoner, tekstiler og mye annet. Det utvikles stadig nye materialer med ulike egenskaper. Egenskapene til de forskjellige materialene bestemmer hva de best kan brukes til. Viktige egenskaper for et materiale kan for eksempel være hvor sterkt det er og hvor mye det veier. Et materiale bør også være lett å forme og bearbeide og være mest mulig miljøvennlig. Hvilke materialer er skolen laget av?
Et materiale er et fast stoff som kan brukes til å lage noe.
Det meste av det vi bruker eller har rundt oss, er laget av materialer.
162
Hvilke organiske og uorganiske materialer kan du se?
Vi kan gruppere materialer på forskjellige måter. Vi skiller for eksempel mellom organiske og uorganiske materialer. Et organisk materiale inneholder grunnstoffet karbon. Alt som lever eller har levd vil inneholde karbon. Derfor kalles også et organisk materiale noen ganger for et levende materiale. Det betyr ikke at materialet lever i vanlig forstand, men at det en gang har vært levende. Tre- og plastmaterialer er eksempler på dette. Et materiale som ikke inneholder karbon vil tilsvarende kalles et uorganisk eller dødt materiale. Glass er et eksempel på et uorganisk materiale.
Organiske materialer inneholder karbon. De har en gang vært levende. Uorganiske materialer inneholder ikke karbon.
Kompositt er flere materialer satt sammen Setter vi sammen flere materialer, kaller vi det et komposittmateriale. Betong, stivet opp med jernstenger er et eksempel på det. Det kalles armert betong. Bildekk, som består av lag av gummi blandet med litt karbon og forsterket med duker av tekstilfiber eller stål, er et annet eksempel på et kompositt. Et kompositt får ofte bedre og andre egenskaper enn materialene hver for seg. Det kan bli sterkere, lettere og mer miljøvennlig.
Et kompositt består av flere materialer satt sammen. Det får ofte bedre og andre egenskaper. Bildekk er et kompositt.
Overflatebehandling Vi kan også forbedre egenskapene til de fleste materialer ved å overflatebehandle dem. Da vil materialet forhåpentligvis tåle vær og vind bedre, få et bedre utseende eller bli sterkere. Metaller og tre er ofte overflatebehandlet. Metaller som skal brukes ute, må overflatebehandles for å unngå at de korroderer. Jern vil for eksempel ruste hvis det ikke blir overflatebehandlet. Dette vil du lære mer om senere i dette kapittelet.
Vi kan forbedre egenskapene til de fleste materialer ved å overflatebehandle dem. Maling brukes til overflatebehanding.
6 • Materialer
163
Vurdere bruk av materialer i et bærekraftsperspektiv Når vi skal velge et materiale eller et produkt bør vi vite mest mulig om hvordan det er produsert og hvordan det skal behandles når det ikke fungerer lenger. Til hvert ledd i framstillingen av et materiale bør vi vurdere miljøkonsekvensene, blant annet bruk av giftige stoffer, energibruk, klimagassutslipp, avfall, bruk av emballasje og vannforbruk. Råstoffer Produksjon Transport Behandling etter bruk 1
2
3
Du skal velge mellom tre ulike materialer. Figuren til venstre viser miljøpåvirkningen de tre materialene har fra de blir produsert til de ikke kan brukes lenger. Rød rute betyr en negativ påvirkning på miljøet, grønn rute betyr mindre negativ påvirkning på miljøet og hvit rute betyr at vi ikke kjenner miljøpåvirkningen.
Hvilket materiale ville du valgt?
Når vi skal velge et materiale eller et produkt bør vi vite mest mulig om hvordan det er produsert og hvordan det skal behandles når det ikke fungerer lengre.
HØR DEG SELV
1. Hva er et materiale? 2. Hva er et organisk materiale? 3. Nevn minst to materialer som er relevant for ditt utdanningsprogram. 4. Hva er et kompositt? 5. Hvorfor overflatebehandler vi materialer? 6. Hvordan kan vi vurdere bruk av materialer i et bærekraftsperspektiv?
6.2 Tre Tre brukes i bygninger og andre konstruksjoner Materialer av tre:
• MDF, Medium Density Fiberboard
• Kryssfinèr • Sponplate
I Norge er de fleste bolighus bygget av tre. Grunnen til dette er at vi har mye skog i Norge. Tre er et materiale som har vært brukt i bygninger og andre konstruksjoner i lange tider. I Norge bruker vi mye tre fra gran og furu. Tre som byggemateriale har mange fordeler. Tre er gjenvinnbart, det kan brukes om igjen flere ganger. I forhold til vekten er tre like sterkt som stål, og det har en veldig god holdbarhet i tørr tilstand. Hva kan vi bruke materialet tre til?
164
I Norge bruker vi mye tre fra gran og furu.
Vi har god tilgang på skog i Norge, så vi slipper som regel å frakte trematerialet over lange avstander for å bruke det. Det er viktig når vi skal tenke på å redusere klimautslipp og få en mest mulig bærekraftig byggeprosess.
Tre er like sterkt som stål i forhold til sin vekt.
Furugreinene har nålformede blader som kalles for barnåler.
Treets sammensetning Når man ser på et tverrsnitt av en trestamme, finner man barken ytterst. Innenfor barken finner man et lag som kalles yteveden. Yteveden sørger blant annet for transport av vann fra røttene opp til bladene. Den inneholder celler fylt med vann. Det innerste laget av trestammen kaller vi kjerneveden. Den består av døde celler som er fylt med luft. Kjerneveden har som sin eneste oppgave å holde treet oppreist.
Bark
Yteved
Kjerneved
Ved å telle de mørke ringene i treet kan vi bestemme treets alder. Lyse ringer dannes om våren, og mørke ringer dannes om sommeren. En lys og en mørk ring er treets vekst i løpet av ett år. Dette kalles for en årring.
Kan du bestemme alderen på treet til venstre?
Barken er ytterst. Innenfor barken finnes et lag som kalles yteveden. Det innerste laget av trestammen kaller vi kjerneveden.
6 • Materialer
165