9789140680679

Faktabok t JOMFEBOEF EJTLVTTJPOTTJEB UJMM WBSKF LBQJUFM

fysik INGRID MONTHAN

INGRID MONTHAN

TITANO-serien bestรฅr av faktabรถcker i biologi, fysik och kemi fรถr grundskolans รฅr 6/7โ 9 samt kompletterande lรคrarpรคrmar.

TITANO fysik

TITANO-serien

t CBT PDI Mร T NFS EFM J WBSKF LBQJUFM Gร S ร LBE JOEJWJEVBMJTFSJOH t LPOUJOVFSMJHU ร UFSLPNNBOEF UFTUB EJH PDI Uร OL VU GSร HPS t PSEMJTUB NFE Gร SLMBSJOHBS BW WJLUJHB CFHSFQQ Lรคrarhandledning t LPQJFSJOHTVOEFSMBH UJMM BSCFUTIร GUFO NFE Nร M MBCPSBUJPOFS och arbetsuppgifter t LPNNFOUBSFS PDI BOWJTOJOHBS UJMM BSCFUTIร GUFOB t TUร E UJMM GBLUBCPLFOT EJTLVTTJPOTTJEPS t TWBS PDI LPNNFOUBSFS UJMM GBLUBCPLFOT GSร HPS

40680679_TitaNO_Omslag.indd 1

2012-01-27 14.16

INNEHÅLL Materia .......................................................................................................................................................... 7

Rymdfart ........................................................................................................................................ 53

Vad är materia?................................................................................................................................8

Satelliter...................................................................................................................................................... 54

Läs mer

Rymdstationen ISS ......................................................................................................... 56

Tät materia ........................................................................................................................................... 11

På spaning efter planeter ............................................................................. 59

Materia hålls ihop av krafter ................................................................... 12

Apollolandarna ........................................................................................................................... 62

Idéer om materia ................................................................................................................... 13

Läs mer

Nanoforskning ............................................................................................................................ 14

Mer om satelliter ................................................................................................................... 64

Sammanfattning ...................................................................................................... 16

Robotar på Mars..................................................................................................................... 66 Mariner Venus Mercury 1973 ............................................................ 68

Elektricitet................................................................................................................................ 17

Voyager på väg ut............................................................................................................. 70

Ett starkt men stilla flöde ............................................................................ 18

Sammanfattning......................................................................................................... 72

Batteriet ..................................................................................................................................................... 19 Statisk elektricitet ............................................................................................................ 22

Krafter..................................................................................................................................................... 73

Spänning och ström...................................................................................................... 24

Tyngdlöshet ...................................................................................................................................... 74

Elektriska kopplingar .................................................................................................. 25

Krafter påverkar materia .................................................................................. 75

Elsäkerhet ............................................................................................................................................... 27

Friktion............................................................................................................................................................ 76

Läs mer

Hålla balansen ............................................................................................................................. 78

Motstånd mot strömmen ............................................................................... 31

Enkla maskiner ........................................................................................................................... 79

Supraledning.................................................................................................................................... 32

Läs mer

El under 200 år ......................................................................................................................... 33

Krafter kan ritas ...................................................................................................................... 80

Sammanfattning......................................................................................................... 34

Hävstång – en enkel maskin ................................................................... 83 Pendeln mäter tid ............................................................................................................... 85

Värme och väder................................................................................................. 35

Sammanfattning ...................................................................................................... 86

Temperatur .......................................................................................................................................... 36 Värme är rörelse ..................................................................................................................... 37

Tryck ............................................................................................................................................................... 87

Vatten – en underlig vätska ..................................................................... 39

Lagom tryck....................................................................................................................................... 88

Värme sprider sig ................................................................................................................. 40

Tryck mot yta................................................................................................................................. 89

Väder och klimat .................................................................................................................... 41

Luften trycker .............................................................................................................................. 91

Läs mer

Vatten lyfter .................................................................................................................................... 92

Termometern reagerar på värme ............................................... 47

Vattennivå............................................................................................................................................. 93

Värmespridning – både bra och dåligt ........................... 48

Läs mer

Extremt väder .............................................................................................................................. 51

Tryck mäts på många sätt ........................................................................... 94

Sammanfattning .................................................................................................................. 52

4

40680679.indb 4

Innehåll

2012-01-31 10.07

Arkimedes............................................................................................................................................... 96 Sammanfattning......................................................................................................... 97

Läs mer Ljus – elektromagnetisk strålning och fotoner......................................................................................................... 141

Magnetism ................................................................................................................................ 99

Holografi............................................................................................................................................... 142

Magnetfält ..................................................................................................................................... 100

Buktiga speglar .................................................................................................................. 143

El ger magnetism .......................................................................................................... 102

Avbildning i linser........................................................................................................... 146

Magnetfält vill samverka........................................................................... 103

Sammanfattning................................................................................................... 148

Magnetism ger el........................................................................................................... 104 Läs mer

Energi .................................................................................................................................................. 149

Magnetism och säkerhet........................................................................... 107

Solen driver oss.................................................................................................................. 150

Magnetism och människa........................................................................ 108

Energi och arbete.......................................................................................................... 151

Magnetism och rörelse ................................................................................... 109

Energiformer ............................................................................................................................. 153

Eltransport i Sverige.............................................................................................. 111

Effekt – arbete på tid ........................................................................................... 155

Sammanfattning................................................................................................... 112

Energikällor.................................................................................................................................... 156 Läs mer

Akustik............................................................................................................................................ 113

Energin i Sverige.............................................................................................................. 167

Ljud och tryck .......................................................................................................................... 114

Sammanfattning................................................................................................... 172

Ljud låter olika........................................................................................................................ 115 Ljud som inte hörs....................................................................................................... 119

Atom- och kärnfysik........................................................................ 173

Ljud som skadar................................................................................................................. 120

Atomen .................................................................................................................................................... 174

Bullerbekämpning ........................................................................................................ 121

Radioaktivitet ......................................................................................................................... 178

Läs mer

Kärnklyvning upptäcks.................................................................................... 181

Dopplereffekt .......................................................................................................................... 122

Kärnenergi ....................................................................................................................................... 182

Ljud reflekteras................................................................................................................... 123

Militär användning ...................................................................................................... 189

Ljud kan omvandlas till el ......................................................................... 124

Fusion.......................................................................................................................................................... 190

Sammanfattning................................................................................................... 126

Läs mer Ljus från atomen............................................................................................................. 191

Optik ........................................................................................................................................................ 127

Strålning från atomkärnan .................................................................... 194

Synligt ljus ....................................................................................................................................... 128

Sönderfallsserier ............................................................................................................ 198

Ljus som ögat inte ser...................................................................................... 130

Upptäcka och mäta radioaktivitet..................................... 200

Ljus som strålar .................................................................................................................. 134

De fyra grundläggande krafterna ...................................... 204

Linser............................................................................................................................................................. 138

Byggstenar .................................................................................................................................... 205 Sammanfattning................................................................................................... 207 Innehåll

40680679.indb 5

5

2012-01-31 10.07

Elektronik ............................................................................................................................. 209

Fakta om planetsystemet...................................................................... 250

Fyra grundkomponenter............................................................................. 210

Rymdsteg .......................................................................................................................................... 251

Läs mer

Tabeller..................................................................................................................................................... 252

Hur stor är resistansen? .............................................................................. 216

Enheter .................................................................................................................................................... 254

Kondensatorn har kapacitans....................................................... 218

Periodiska systemet............................................................................................... 255

Halvledare......................................................................................................................................... 219

Ordlista...................................................................................................................................................... 256

Sammanfattning................................................................................................... 224

Register .................................................................................................................................................. 260 Bildförteckning.................................................................................................................... 264

Astronomi .......................................................................................................................... 225 Vintergatan – the Milky Way............................................................. 226 Avstånd i rymden .......................................................................................................... 228 Stjärnor föds och dör ........................................................................................... 229 Stjärnhimlen ................................................................................................................................ 233 Läs mer Solen är en stjärna..................................................................................................... 236 Stjärnorna har olika färg.............................................................................. 238 Stjärnans spektrum berättar........................................................... 240 Supernovor lyser starkt ................................................................................ 242 Nebulosor .......................................................................................................................................... 243 Galaxer ...................................................................................................................................................... 244 Universums ålder ........................................................................................................... 246 Från universum till atomkärna..................................................... 247 Sammanfattning ................................................................................................ 248

6

40680679.indb 6

Innehåll

2012-01-31 10.07

Värme och väder Fundera Hur upptäcker kameran att olika delar hos människan på bilden har olika temperatur?

40680679.indb 35

2012-01-31 10.11

Lava och rök stiger upp från en nyöppnad spricka i vulkanen Etna på Sicilien. Smält lava är över 1 000 grader varm.

TEMPERATUR Hur varm är en människa? Ja, det beror på om vi är friska och var vi mäter. När vi ”tar tempen”, alltså mäter temperaturen, ska termometern helst visa nära 37 grader. Visar den mer har vi feber. Temperaturen i handen och på andra ställen utanpå kroppen är lägre.

Febertermometern mäter temperaturen i grader celsius (ºC).*

* Anders Celsius (1701-44)

36

40680679.indb 36

Hur varm är Jorden? Det finns inget enkelt svar. Den glödande lavan i vulkanutbrott kan vara mer än 1 000 grader och på Sydpolen kan det vara minus 80 grader.

Solen har temperaturen 6 000 grader på ytan och 15 miljoner grader inuti. Kan man säga att solens yta är varm? Det beror på vad man jämför med. Solens yta är inte varm om man jämför med solens inre. Man kan egentligen bara säga att saker är mer eller mindre varma.

Det finns ingen gräns för hur varmt något kan bli. Neråt finns det en gräns. Den lägsta temperatur något kan ha är –273 °C. Detta kallas absoluta nollpunkten. Lägre temperatur finns inte.

Värme och väder

2012-01-31 10.11

VÄRME ÄR RÖRELSE Gör ett experiment! Gnugga händerna mot varandra en stund!

Nu känns nog händerna varmare. Du har helt enkelt satt mer fart på molekylerna i handen. Värme är rörelse hos molekylerna.

Dina molekyler krockar med termometern när du mäter din temperatur. Högre fart på molekylerna ger häftigare krockar och termometern visar högre temperatur.

Att ett ämne förlorar värme betyder att molekylerna rör sig långsammare och långsammare. Till sist står molekylerna stilla.

Då är det ingen värme kvar. Vi har absoluta nollpunkten.

Glass är varm

En glass är bara lite varm. I jämförelse med en isbit på toppen av Mount Everest är den förstås mycket varm. I is sitter molekylerna på sina platser och vibrerar lite. I glass sitter molekylerna också på sina platser. De vibrerar lite, men de sitter fast på sina platser så länge glassen är i frysen.

Har man glassen ute en stund börjar den smälta. Molekylerna rör sig så häftigt att de lossnar från sina platser. Glassen börjar rinna och blir flytande.

Man kokar väl inte glassen, men man kan ju tänka sig att det skulle bubbla och börja lukta gott i köket. Molekylerna får så mycket fart att de hoppar ur grytan och far iväg uppåt. Glassen blir gas.

Tre former

All materia uppför sig på samma sätt. Det är inte lika lätt att öka farten på molekylerna i en sten, men det går. Alla ämnen smälter och kokar om man värmer dem. Om man tar bort värme (vi säger för det mesta kyler) kondenserar de och stelnar. Det betyder att molekylerna saktar farten och till sist sitter kvar på sina platser och bara vibrerar lite. Man säger att ämnen kan ha tre olika former: fast, flytande och gas. smälter

fast

stelnar

kokar

flytande

kondenserar

gas

Värme och väder

40680679.indb 37

37

2012-01-31 10.11

TESTA DIG 3.1 Vilken är människans normala kroppstemperatur?

3.2 Vilken är den högsta och lägsta temperatur något kan ha?

3.3 Vad är värme?

3.4 Materia kan finnas i tre former.

Vilka?

3.5 Vad händer när man värmer materia?

TÄNK UT 3.6 Var kommer egentligen vår kroppsvärme ifrån?

3.7 Ge exempel på var det kan vara problem med att ämnen utvidgar sig när de värms?

Rumstemperatur

Av våra 90 grundämnen i naturen är det bara två som är flytande vid rumstemperatur. Det är kvicksilver och brom. Några grundämnen är gaser, t.ex. syre och kväve.

De flesta är fasta ämnen. När vi säger att vi har ett fast ämne menar vi vid 20 °C, alltså vid rumstemperatur.

Smältpunkt och kokpunkt

Att ett ämne är fast i rumstemperatur betyder att temperaturen måste vara högre för att det ska smälta. Guld smälter när det värms till +1 063 °C. Smält guld stelnar också vid +1 063 °C. Den här temperaturen kallas guldets smältpunkt.

Den temperatur ett ämne har när det bildar gas kallar vi ämnets kokpunkt. Syre har en kokpunkt på –183 °C. Materia kan ta mer plats

Materia är ju allt som väger och tar plats. Molekylerna rör sig mer och mer när vi värmer något. Krafterna mellan molekylerna orkar inte riktigt hålla emot. Därför tar ett föremål större plats ju varmare det blir. Däremot väger föremålet lika mycket även om man värmer det. Det blir ju inte mer guld bara för att du värmer din halskedja. Ämnen utvidgar sig olika mycket. En glödlampa blir mycket varm. Man måste ha en metall i sockeln som utvidgar sig lika mycket som glaset. Annars spricker lampan.

I byggnader av olika slag är det viktigt att delarna utvidgar sig lika mycket. Här är det järn och betong som måste följas åt.

40680679.indb 38

2012-01-31 10.11

VATTEN – EN UNDERLIG VÄTSKA Vatten är nog det enda en vandrare i öknen tänker på. Vi bör få i oss tre liter vatten varje dag. Vi består själva till 70 % av vatten. Ett foster flyter nio månader i vatten i mammans mage.

75 % av Jordens yta är vatten.

Vattnet cirkulerar i sjön

Vatten är inte som andra ämnen. Is drar ihop sig när den smälter. Om man sedan fortsätter att För en baby är det naturligt att vara i vatten efter nio månader värma det nollgradiga vattnet fortsätter det att i fostervatten. När babyn badar och kommer under vatten dra ihop sig. Det tar mindre och mindre plats stänger den automatiskt för inandning. Den håller ögonen öppna och ser bra. De här reflexerna stannar kvar om babyn tills det är +4 grader varmt. Först då börjar volyfår gå på ”baby-sim” tidigt. men öka.

Det här är mycket viktigt i naturen. När vatten fryser till is tar det större plats. Molekylerna i isen är inte så tätt packade som i vattnet och isen väger då mindre än vatten per liter. Det betyder att is flyter på vatten. När våra sjöar fryser på vintern stannar isen på ytan. Vid botten kan det fortfarande vara +4 grader.

Där kan fiskar och vattenväxter överleva vintern.

På sommaren värms ytvattnet upp av solen. Vi märker att bottenvattnet är kallare när vi badar. Det fyragradiga vattnet stannar vid botten.

På hösten förlorar vattnet värme och hela sjön har +4 °C till sist temperaturen +4 grader. Då kan vågor göra att vattnet rörs om och att ytvattnet med mer syre kommer ner till bottnen. Där behövs syre för att sjön ska hålla sig frisk. Den här viktiga cirkulationen får vi både vår Det fyragradiga vattnet sjunker till sjöns botten. och höst.

Is och vattenånga

Det är ovanligt med tre olika namn på samma ämne. Fruset vatten har ett eget namn, is. Isens smältpunkt är 0 °C. Vattengas säger vi inte heller, utan vattenånga. Vattnets kokpunkt är 100 °C En annan ovanlig sak är att det behövs mycket värme för att värma vatten och för att is ska smälta. Detta gör att våren kommer senare vid kusterna. Det tar längre tid att värma upp havet än markytan.

Värme och väder

40680679.indb 39

39

2012-01-31 10.11

VÄRME SPRIDER SIG Värme kan sprida sig på tre sätt, genom ledning, strömning och strålning.

Marken leder värme

Värme leds från plåten till handen. Grytlappen isolerar.

Om du sätter dig på marken en vinterdag känner du tydligt att den leder bort värmen från kroppen. Du har kanske också gått barfota på stranden en varm dag och känt hur värmen leds till dina fötter. Det är molekylerna i sanden som knuffar på molekylerna i dina fötter. Att värme leds betyder att molekylerna knuffar på varandra så att de svänger häftigare.

Metaller leder värme bra. Luft däremot är en dålig värmeledare eftersom det är glest mellan molekylerna där.

Vatten och luft strömmar

Varm luft strömmar uppåt. Du känner skillnad om du håller handen ovanför en ljuslåga eller bredvid. Varmt vatten strömmar också uppåt. Vi har varma havsströmmar, t.ex. Golfströmmen, som betyder mycket för klimatet på olika delar av Jorden. När kallare saltvatten här i norr sjunker ersätts det av varmare vatten söderifrån.

Jorden strålar

+ Den varma luften strömmar uppåt. Du måste hålla handen högt ovanför lågan, annars bränner du dig. Värmen som strålar ut åt sidorna känner du inte lika mycket. Du kan hålla handen närmare lågan där.

40

40680679.indb 40

Solen strålar, det vet alla. Jorden strålar också. Kan något som är mörkt också stråla?

Ja, om du sätter in handen mitt i den varma ugnen känner du tydligt värmestrålningen och din hand blir varmare. Solvärmen, som strålar in, skulle göra Jorden varmare och varmare och varmare om inte Jorden strålade ut lika mycket värme i rymden igen.

Värme och väder

2012-01-31 10.11

TESTA DIG 3.8 Vad gör vatten olikt andra ämnen?

3.9 Hur överlever fiskar och vattenväxter vintern, även om det är minusgrader?

3.10 Vilken är isens smältpunkt?

Vilken är vattnets kokpunkt?

3.11 Vilka tre sätt sprider sig värme på?

TÄNK UT 3.12 Småfåglar burrar upp sig för att hålla sig varma under vintern. Hur hänger detta ihop?

3.13 I varma länder är torkad lera ett bra material för husväggar. Varför?

3.14 På många olika ställen i världen har halm eller vass varit omtyckta material till hustak?

Vad är så bra med halm till tak?

VÄDER OCH KLIMAT Solens strålning är orsaken till Jordens väder. Utan solen hade vi helt enkelt inte fått dessa händelser i atmosfären som vi kallar väder. Vädret är det som vi ser och upplever i atmosfären just för tillfället.

Solen ger oss också variationer i klimatet på olika ställen på Jorden. Klimatet är det väder som statistiken säger att vi kan vänta oss under längre tid. I Sverige har vi ett klimat med fyra årstider t.ex. På andra ställen kan det vara ett klimat med mycket liten variation under året t.ex. ökenklimat.

Vädret händer i troposfären

Solens strålning in mot Jordens yta sätter igång allt vårt väder. Det vi kallar väder är händelser i den nedersta tiondelen av atmosfären. Den delen kallas troposfären. Här finns större delen av luften och här är det ständig rörelse. Solens uppvärmning driver upp varm och fuktig luft. Det bildas moln, ur molnen faller regn och snö och ibland blir det till och med åska. Ovanför troposfären är luften mycket tunnare. Här upphör allt väder, luften är alltid torr och stabil. I ett flygplan över 10 000 m höjd kan man titta ner på molntäcket.

Ovanför är luften alltid klar.

Solstrålningen faller in olika brant eller snett på olika platser på Jorden vid olika tider på året. Därför har vi så olika väder på olika ställen på Jorden. Olikheterna i uppvärmning driver fram jättelika strömmar av kall luft från polerna. Vädret beror också av Jordens rotation och av att hav och lågland och berg är olika fördelat på Jordens yta.

Sommar på norra halvklotet

Vinter på norra halvklotet

Värme och väder

40680679.indb 41

41

2012-01-31 10.11

Väderprognos

Varje dag har alla nyheter en del om vädret. Vi vill alla veta t.ex. om det blir sol eller regn till helgen. Flyg och sjöfart liksom räddningstjänsten och trafikverket följer noggrant vädernyheterna. De som arbetar med att kartlägga vädersystemen och göra väderprognoser är meteorologer. De samlar in data om temperatur, lufttryck, luftfuktighet, vindar, molnighet och nederbörd. Det finns väderstationer där någon gör mätningar och skickar in. Data kommer också från automatiska väderstationer och från väderbojar i havet, väderballonger och vädersatelliter. I Sverige är det två slags satelliter som skickar bilder. Meteosat ligger över ekvatorn och följer med Jorden i rotationen. Den ligger alltså alltid över samma punkt på Jorden. Det finns också de polära satelliterna som rusar fram på lägre höjd och går ett varv runt Jorden på 100 minuter.

Alla väderdata som kommer in bearbetas av datorprogram. Meteorologerna ritar själva en väderkarta som kan visas. Tidigare ritade de för hand, men nu ritar de på dator. Det finns symboler som alla är överens om att använda. Röda pilar visar varm luftström och blå visar kall. H står för ett centrum där luften är tätare.

Vi säger: ett högtryck. L står för lågtryck. Där är luften Satellitfoto taget av Europas vädersatellit Meteosat tunnare än normalt. Där varm luft möter kall luft säger i januari. Man ser ett molnområde över Atlanten och vi att vi har en front. Fronten ritas som en båge. ett lågtryck över Island.

Blå pilar visar kall luftström, röda pilar visar varm luftström. Blå båge med taggar visar kallfront, röd båge med små bullar visar varmfront.

42

40680679.indb 42

Värme och väder

2012-01-31 10.12

Fronter

Sverige ligger i en zon där kall luft från polarområdena krockar med varmare luft från andra hållet. Zonen kallas polarfronten och det är längs den som det mesta av vårt väder finns. När kall luft möter varm luft blandar de sig inte. Den varma luften är lättare och den tvingas upp över den kalla. Om det är den varma luften som går framåt talar vi om en varmfront. På väderkartan ritas små bullar i rött på bågen, riktade åt det håll fronten rör sig. När det är den kalla luften som går framåt och kryper under den varma talar vi om en kallfront. På väderkartan visas kallfronten som taggar på bågen i blått, också riktade åt det håll fronten rör sig.

Moln

Olika ytor på marken värms upp olika mycket av solens strålar.

Jord och sand värms upp mer än gräsytor t.ex. Luften ovanför marken värms upp i sin tur. Varm luft strömmar uppåt. I luften finns alltid lite vattenånga. När den varma luften stiger kyls den och då kondenserar vattenångan till små, små vattendroppar.

Många små vattendroppar bildar tillsammans moln. Vi kan se samma sak hända när vi andas ut en kall vinterdag. Den varma utandningsluften innehåller vattenånga som är osynlig. När det är kallt kondenseras den till små vattendroppar och vi ser ett litet moln framför munnen. En varm sommardag ser man ofta att det bildas vita molntussar framåt eftermiddagen. Det är typiska vackert väder-moln.

När det är mycket varmt kan molnen förtätas till bymoln eller åskmoln. Från dem kommer regn, snö eller hagel. Bymolnen ser mörka ut, ofta blåsvarta. De är så mäktiga att de inte alls släpper genom solljuset. Vid ekvatorn värms luften upp och stiger snabbt.

Där bildas regnmoln varje dag och det regnar mycket. Därför finns våra regnskogar vid ekvatorn.

Torr luft Vid fronterna bildas också moln när den varma luften tvingas uppåt. När en front närmar sig kan man till en början se fjädermoln Öken som sedan tätnar till bymoln.

Vita stackmoln är ”vackert väder-moln”.

Regnmoln

Regn Torr luft

Regnskog Öken

Värme och väder

40680679.indb 43

43

2012-01-31 10.12

Nederbörd

När mer och mer vattenånga har kondenserats så att dropparna i molnen är tillräckligt stora, kan de börja falla. Det börjar regna eller snöa, beroende på hur kallt det är nära marken. Regn, snö och hagel kallas tillsammans nederbörd. Enhet för mängd nederbörd är 1 mm.

Vindar

Nederbördsmätaren visar hur många millimeter regn eller snö som fallit. Snön smälts innan man mäter.

På stranden en sommareftermiddag känner vi en sval vind från havet. Då har den varma luften över land strömmat uppåt och svalare luft från havet fyller på. Vi kallar det sjöbris.

På samma sätt ger skillnaden i temperatur mellan trakterna kring polerna och ekvatorn upphov till vindar. Luftcirkulationen i troposfären försöker jämna ut skillnaderna mellan kallt och varmt. Det lyckas bara delvis, men utan atmosfär skulle skillnaden vara mycket större. Eftersom Jorden roterar blir det inte så enkelt som att vinden alltid blåser från polerna mot ekvatorn, utan vindsystemen är mycket mer komplicerade.

Om vinden blåser från norr säger vi att vinden är nordlig.

Vindhastigheten mäts alltid i meter per sekund.

Anemometern mäter vindhastigheten.

På stranden märker vi bara den sjöbris som blåser in mot land. Några hundra meter över oss blåser det åt andra hållet.

44

40680679.indb 44

Värme och väder

2012-01-31 10.12

TESTA DIG

Växthuseffekten

Solen strålar genom glaset i ett växthus och värmer upp marken. Marken värmer sedan upp luften. Det blir varmt i växthuset och vi kan odla blommor som inte trivs där det är kallt.

Jordens atmosfär fungerar som glaset i växthuset.

När marken och haven värmts av solljuset sänder de ut värmestrålning. Största delen av luften är syre och kväve som strålningen bara passerar förbi ut i rymden. I luften finns också vattenånga, koldioxid och några andra större molekyler. De här molekylerna ökar sina rörelser när de träffas av värmestrålningen. Värmen i atmosfären ökar alltså. Den strålar sedan ut igen. På så sätt sprids värmestrålningen åt alla håll. En del träffar marken igen och då blir marken ännu varmare. Det är det här som kallas växthuseffekten. Genom denna behålls mer värme kring Jorden än om det inte fanns någon atmosfär. Utan atmosfär skulle Jordens medeltemperatur ligga långt under vattnets fryspunkt. Nu ligger den kring +15 °C. Växthuseffekten är nödvändig för livet på Jorden.

3.15 Var i atmosfären händer vädret?

3.16 Vilket yrke har de som gör väderprognoser?

3.17 Vad betyder H på väderkartan?

3.18 Vad är polarfronten?

3.19 Hur bildas moln?

3.20 Vad är sjöbris?

värme strålar ut i rymden

solljuset värmer land och hav

värme strålar tillbaka mot jordytan

värme strålar från land och hav

Värme och väder

40680679.indb 45

45

2012-01-31 10.12

Klimatet i framtiden

Nu har vi börjat tänka på hur det ska gå i framtiden. Under de senaste hundra åren har vi släppt ut mer och mer koldioxid i atmosfären. Det beror på att vi förbränner mer kol och olja för att få värme och el. Bilarnas avgaser innehåller också koldioxid.

Det behövs värme för att vatten ska avdunsta. Det känner du tydligt när du badat. Då avdunstar vattnet på din kropp och tar värmen från dig. Haven träffas av solens strålning och värmestrålning från atmosfären. När värmestrålningen ökar avdunstar mer och mer vatten. Det blir mer och mer vattenånga i atmosfären och alltså en ännu större ökning av växthuseffekten.

Det finns en del oroande tecken. Jordklotet har blivit 0,6 grader varmare de senaste hundra åren. Nära polerna går uppvärmningen mycket snabbare. I Alaska har medeltemperaturen ökat 3-4 grader på samma tid. Temperaturökningen gör att de stora isarna på land smälter. Genom satellitmätningar vet vi att havsnivån stiger med över tre millimeter varje år.

Isprover från inlandsisen på Antarktis innehåller små luftbubblor. Man kan nu undersöka hur atmosfären förändrats under nästan en miljon år.

När klimatet ändras blir det stora förändringar för människor och djur. Havsströmmarna kan ändras. Om Golfströmmen ändrar riktning blir det mycket bistrare i Skandinavien. Det kan bli svårt att leva på flera platser på Jorden på grund av torka. En del djurarter kommer att ha svårt att överleva. Isbjörnar i norr och korallrev i söder är i fara. Sjukdomar sprids. Man kan ta som exempel att vi fått mer borrelia i Sverige eftersom fästingar har lättare att överleva när vintrarna är varmare.

Vi har anpassat oss och byggt upp vårt samhälle efter det klimat vi hade under 1900-talet. Nu har vi insett att klimatet har börjat ändras över hela världen. Vi har börjat ta den ökande växthuseffekten i atmosfären på allvar och diskuterar hur vi ska minska utsläppen av växthusgaserna. Detta är en av de stora framtidsfrågorna.

46

40680679.indb 46

Värme och väder

2012-01-31 10.12

LÄS MER TERMOMETERN REAGERAR PÅ VÄRME I en termometer måste man ha något som ändras när temperaturen stiger eller sjunker. En vätska tar större plats när den värms och stiger alltså i ett glasrör. Detta används i många termometrar. Gradtalet avläser man på en skala bredvid röret.

Det finns också termometrar som har en termistor, ett motstånd som ändrar resistans och släpper fram ström bättre när det värms. De visar temperaturen digitalt.

En termostat reagerar på värme men den visar inte temperatur utan slår bara av eller på när temperaturen når över en viss punkt. Termostaten kan vara en bimetall. En bimetall är en remsa med två metaller som sitter ihop och som utvidgar sig olika mycket när de värms. Den metall som utvidgar sig mest böjer hela remsan och kan då t.ex. bryta en strömkrets.

Bimetallen bryter strömmen när strykjärnet blir för varmt.

Skalan visar temperaturen

Celsius gjorde sin termometerskala med hjälp av vatten. Han bestämde att det skulle vara precis 100 grader mellan vattnets fryspunkt och kokpunkt. Vattnets fryspunkt är nu nollstrecket på skalan och kokpunkten är 100 °C. I USA och Storbritannien används fahrenheit*-termometern.

Fahrenheit satte sin nollpunkt vid temperaturen i en blandning av is och koksalt. Ren is smälter vid +32 °F och vattnets kokpunkt är +212 °F. Det betyder att en grad på fahrenheitskalan är mindre än en celsiusgrad.

Kelvinskalan* har lika stora grader som celsiusskalan, men har nollstrecket på absoluta nollpunkten. Eftersom detta är den lägsta möjliga temperaturen finns inga minusgrader på kelvinskalan, bara plusgrader. Detta gör den enkel att räkna med och alla som arbetar med fysik använder den. Vattens fryspunkt är 273 K. Man säger 273 Kelvin, inte 273 grader Kelvin.

212 °F - - - - - - - 32 °F - - - - - - - - 148 °F - - - - - - - -

100 °C 0 - 100 °C - 200 °C - 273 °C

Fahrenheitskalan

Celciusskalan

* D. G. Fahrenheit (1686–1736) * Lord Kelvin, William Thomson, (1824–1907)

Värme och väder

40680679.indb 47

47

2012-01-31 10.12

LÄS MER VÄRMESPRIDNING – BÅDE BRA OCH DÅLIGT Här i norr vill vi för det mesta behålla värmen inomhus medan man söderut vill stänga den ute. I båda fallen vill man se till att värmen inte flyttar sig.

Minska ledning

Metaller och en del andra fasta ämnen leder värme bra. Värme leds när molekyler sitter tätt och har lätt att knuffa till och öka farten på varandra. I luft är det glest mellan molekylerna. Luft leder dåligt. Vi ska alltså ha luft mellan oss och marken. Skosulorna ska vara i något material fullt med små, små luftbubblor. Då leds inte värmen från fötterna ut, eller värmen från marken in, så lätt.

Husväggarna ska ha ett luftlager, liksom våra fönster.

Minska strömning

Luften strömmar ofta runt oss. Det blåser, eller vi rör oss själva.

Vatten strömmar också. Om man hamnar i sjön på vintern ska man behålla kläderna på och ligga så stilla som möjligt. Då kan inte vattnet strömma förbi vår kropp och ta med sig det lilla vattenlagret närmast oss, som värmts av kroppsvärmen.

Husväggarnas luft finns i isoleringen, plattor av glasull eller frigolit. Då kan inte luften strömma i väggen. Termojackor med ett lager dun fungerar på samma sätt.

Ibland är det bra med strömning. I datorn finns en fläkt, liksom i bilen. Fläkten får luft att strömma förbi och ta med sig värme.

Minska strålning

Elefanten fläktar sig med de stora öronen.

48

40680679.indb 48

Du känner att värme strålar från handen om du håller den en bit från ett glasspaket som du tar från frysen. Det är svårt att förhindra värmestrålning. Du kan ju flytta bort handen, men det är inte alltid möjligt att öka avståndet.

Elefanten har stora öron. De gör att ytan, som värme kan stråla från, ökar.

Värme och väder

2012-01-31 10.12

LÄS MER En del förbränningsmotorer har kylflänsar som på samma sätt ökar ytan som värme kan spridas från så att motorn inte blir för varm. När du vill behålla din värme brukar du nog minska din yta genom att hålla armarna tätt intill kroppen.

Mörka ytor strålar ut mer värme än ljusa. Du märker lätt detta om du håller handen en liten bit från olika ytor utomhus. Om du vill behålla chokladen varm längre kan du köpa vita muggar.

Svarta muggar strålar ut värmen snabbare än vita.

Solfångare

Det svarta är svart för att det tar upp synligt ljus och värms av detta. Detta utnyttjar man i en solfångare.

Det är en enkel apparat.

Man har först en glasruta som solljuset strålar in genom. Ljuset värmer en svart plåt. Vatten cirkulerar och värms i rör som ligger mot den svarta plåten.

Det varma vattnet värmer sedan vatten i en tank och går tillbaka till solfångaren där det värms på nytt.

svart plåt

vatten

glasruta

pump

vattenrör

En annan sorts solfångare är tänkt att efterlikna isbjörnens skinn.

Håren i pälsen släpper fram solstrålningen som tas upp av den mörka huden. Den ljusa pälsen har små luftrör i hårstråna och isolerar bra så att värmen stannar kvar.

Den nya solfångaren är inte platt utan buktig så att den kan ta emot solljus från flera riktningar. Ytan har en två centimeter tjock väv som efterliknar isbjörnens skinn. På undersidan ska det vara ett svart material som tar upp värmen. Den här solfångaren blir mycket lättare att flytta till ställen där den behövs snabbt t.ex. i jordbävningsdrabbade städer eller flyktingläger.

isolering

Konstgjord isbjörnspäls ersätter glas i solfångare.

Värme och väder

40680679.indb 49

49

2012-01-31 10.12

LÄS MER

TESTA DIG

TÄNK UT

3.21 Vilka temperaturskalor har vi?

3.30 Hur ska en termos vara gjord för att hålla värmen i varm choklad en vinterdag? Hur ska en termos vara för att hålla is till saften frusen så länge som möjligt en varm sommardag?

3.22 Vilken temperatur på Celsiusskalan är 0 K? 3.23 Hur kan man minska värmeledning?

3.24 Hur kan man minska strömning?

3.25 Varför har man isolering i husväggar?

3.26 Hur kan man minska värmestrålning?

3.27 Varför har elefanten så stora öron?

3.28 Hur fungerar en solfångare?

3.31 Hur många saker som börjar på term... finns i kapitlet? Kan du fler?

3.29 Varför isolerar isbjörnens päls bra?

50

40680679.indb 50

Värme och väder

2012-01-31 10.12

LÄS MER EXTREMT VÄDER Antalet händelser med extremt väder har ökat de senaste tio åren enligt WMO, Världsmeteorologiska organisationen. Antalet människor som drabbats har ökat och samhället är mer sårbart. * Orkan

Stormen Gudrun i januari 2005 ställde till med stor skada i Danmark och södra Sverige.

På några ställen nådde vindbyarna till och med orkanstyrka (vindhastighet 32,7 meter per sekund eller mer). Stormarna i Sverige är ändå inte så farliga. I augusti 2005 drog orkanen Katrina in över södra USA. Tre fjärdedelar av staden New Orleans stod under vatten och flera tusen människor dog.

Tropisk cyklon

Kustområdena strax norr och söder om ekvatorn drabbas av våldsamma tropiska cykloner. År 2005 bildades 28 tropiska cykloner på Nordatlanten och mer än hälften av dem nådde orkanstyrka. En av dem var orkanen Katrina. Cyklonerna bildas där havsvattnet är varmt.

Ursprunget är häftiga åskväder i Afrika. Flera åskväder kan klumpa ihop sig och börja rotera i en virvel. Då har en cyklon startat. I USA kallas en tropisk cyklon ofta ”hurricane” och i Asien ”taifun”, vilket betyder stor vind. De kraftiga vindarna orsakar de största skadorna, men de stora regnmängderna är också en fara. En allt större del av de tropiska cyklonerna verkar nu utvecklas till svåra oväder. Detta är en följd av att havsvattnet blir varmare.

Tornado

En tornado är en liten men våldsam virvelstorm. Den syns som en tratt som sträcker sig från molnen ner mot marken. När den når marken är den som en dammsugare som drar upp allt löst damm och skräp och därför ser den mörk och hotande ut. Den förstör allt i sin väg, sliter upp träd, raserar byggnader och välter bilar.

Ibland kallas en tornado för stortromb. Tromber bildas i stora delar av världen. I Sverige kan tromber bildas ute över havet mot slutet av sommaren när vattnet är varmt, men de drar sällan in över land. Översvämning

Översvämningar drabbar hårdast låglänta områden med typiska torrtider och regntider.

Dit räknas några av de mest tättbefolkade områdena på Jorden. Ett finns längs Gula floden i Kina, ett annat i Bangladesh. Här har miljontals människor mist livet vid översvämningar.

Det värsta är inte regnet och själva stormfloden utan svårigheter med svält och sjukdomar som följer. De här områdena kommer att drabbas hårdast av den höjning av havsnivån som vi väntar att framtidens klimatförändringar ger. * Nobels fredspris 2007: FN:s klimatpanel IPCC och Al Gore ”för deras strävan att bygga upp och sprida en fördjupad kunskap om klimatförändringar orsakade av människan, och att lägga grunden för de åtgärder som krävs för att motverka sådana förändringar”.

Värme och väder

40680679.indb 51

51

2012-01-31 10.12

SAMMANFATTNING Värme och väder

t Ämnen tar större plats ju varmare de blir.

t Man mäter temperatur med termometer.

t Olika ämnen utvidgar sig olika mycket. t Vatten har flera ovanliga egenskaper.

t Den lägsta möjliga temperaturen, –273 ºC, kallas absoluta nollpunkten. Någon högsta temperatur finns inte. t Värme är rörelse hos molekylerna i ett ämne. t Ämnen kan vara i fast, flytande eller gasform.

t Värme sprider sig genom ledning, strömning och strålning. t Väder är händelser i nedersta delen av atmosfären, troposfären. t Klimat är det väder som statistiken säger att vi kan förvänta oss under längre tid. t Meteorologer arbetar med väderprognoser och väderkartor. t Väderdata om temperatur, lufttryck, luftfuktighet, vindar, moln och nederbörd samlas in.

fast

flytande

gas

t Smältpunkt är den temperatur ett ämne har när det smälter eller stelnar. t Kokpunkt är den temperatur ett ämne har när det bildar gas eller kondenserar.

t Växthuseffekten är viktig för livet på Jorden. t Växthusgaser är koldioxid, vattenånga och några andra gaser. t Andelen koldioxid i atmosfären ökar genom människans förbränning av kol, olja och bensin. t Den ökande växthuseffekten kan skapa stora problem genom att Jordens klimat förändras.

Värme och väder Läs mer t Vi använder tre olika temperaturskalor: celsius, fahrenheit och kelvin.

Kelvinskalan har inga minusgrader eftersom den börjar på absoluta nollpunkten. t Värme leds bra i metaller. t Värme leds dåligt i luft och vatten. t Värme sprids genom strömning i luft och vatten.

t Hur vi ska göra för att minska utsläppen av växthusgaser är en viktig fråga. t Vårt samhälle är sårbart för klimatförändringar. t Extremt väder kan vara stormar, orkaner, cykloner, tornados mm. t Följderna kan vara stora skador på byggnader, skogar, vägar, och allt som behövs för att samhället ska fungera.

De följder som tar mest liv är ofta svält och sjukdomar.

t Mörka ytor strålar ut mer värme än ljusa.

52

40680679.indb 52

Värme och väder

2012-01-31 10.12

40680679.indb 4

2012-01-31 10.07

Faktabok t JOMFEBOEF EJTLVTTJPOTTJEB UJMM WBSKF LBQJUFM

fysik INGRID MONTHAN

INGRID MONTHAN

TITANO-serien bestรฅr av faktabรถcker i biologi, fysik och kemi fรถr grundskolans รฅr 6/7โ 9 samt kompletterande lรคrarpรคrmar.

TITANO fysik

TITANO-serien

t CBT PDI Mร T NFS EFM J WBSKF LBQJUFM Gร S ร LBE JOEJWJEVBMJTFSJOH t LPOUJOVFSMJHU ร UFSLPNNBOEF UFTUB EJH PDI Uร OL VU GSร HPS t PSEMJTUB NFE Gร SLMBSJOHBS BW WJLUJHB CFHSFQQ Lรคrarhandledning t LPQJFSJOHTVOEFSMBH UJMM BSCFUTIร GUFO NFE Nร M MBCPSBUJPOFS och arbetsuppgifter t LPNNFOUBSFS PDI BOWJTOJOHBS UJMM BSCFUTIร GUFOB t TUร E UJMM GBLUBCPLFOT EJTLVTTJPOTTJEPS t TWBS PDI LPNNFOUBSFS UJMM GBLUBCPLFOT GSร HPS

40680679_TitaNO_Omslag.indd 1

2012-01-27 14.16