9789140688224

INGRID MONTHAN INGRID MONTHAN

ÖKA FÖRSTÅELSEN FÖR ETT HÅLLBART SAMHÄLLE

TITANO FYSIK

TITANO är ett komplett läromedel i NO för årskurs 7–9. Till varje ämne – biologi, fysik och kemi – finns en stadiebok, en välfylld elevwebb och en innehållsrik, digital lärarhandledning.

För dig som vill arbeta helt digitalt finns interaktiva böcker i alla tre ämnena.

Boken innehåller:

.

inledande diskussionssida med samhällsanknuten naturvetenskap till varje kapitel

. .

bas- och lär mer-del i varje kapitel för ökad individualisering

.

återkommande uppslag med temat Hållbar utveckling

TITANO FYSIK

kontinuerligt återkommande testa dig- och förklara och resonera-frågor

ISBN: 978-91-40-68822-4

9 789140 688224

40688224_TF_Omslag.indd Alla sidor

2014-12-17 13:46

INNEHÅLL NATURVETENSKAPLIGT ARBETSÄTT............. 7

RYMDFART......................................................................................................... 63

Vad är materia?.................................................................................................. 10 Tät materia................................................................................................................ 13 Hållbar utveckling: Ingenting försvinner .............. 14

Satelliter........................................................................................................................ 64 Rymdstationen ISS....................................................................................... 66 På spaning efter planeter.................................................................. 69 Apollolandarna................................................................................................... 72 Hållbar utveckling: Generationsmålet....................... 74

LÄR MER

LÄR MER

MATERIA...................................................................................................................... 9

Materia hålls ihop av krafter......................................................... 16 Ideér om materia ...........................................................................................17 Nanoforskning .................................................................................................. 18 Sammanfattning ....................................................................................... 20

ELEKTRICITET.............................................................................................. 21

Mer om satelliter............................................................................................. 76 Robotar på Mars.............................................................................................. 78 Mariner Venus Mercury 1973................................................... 80 Voyager på väg ut.......................................................................................... 82 Sammanfattning......................................................................................... 84

Ett starkt men stilla flöde.................................................................. 22 Batteriet ...................................................................................................................... 23 Hållbar utveckling: Batterier................................................... 26 Statisk elektricitet ........................................................................................ 28 Spänning och ström................................................................................... 30 Motstånd mot strömmen................................................................. 31 Elektriska kopplingar................................................................................. 32 Elsäkerhet ................................................................................................................. 34

KRAFTER................................................................................................................ 85

LÄR MER

LÄR MER

Hur stor är resistansen?....................................................................... 38 Supraledning.......................................................................................................... 40 El under 200 år..................................................................................................41 Sammanfattning ....................................................................................... 42

VÄRME OCH VÄDER ................................................................... 43

Tyngdlöshet ........................................................................................................... 86 Rörelse ........................................................................................................................... 87 Pendeln mäter tid ........................................................................................ 88 Krafter påverkar materia ................................................................... 89 Friktion .......................................................................................................................... 90 Hålla balansen .................................................................................................... 92 Enkla maskiner ................................................................................................... 93 Krafter kan ritas ............................................................................................... 94 Hävstång – en enkel maskin ........................................................ 97 Centralrörelse .................................................................................................... 99 Hållbar utveckling: Trafik och frisk luft.................100 Sammanfattning ...................................................................................102

Temperatur............................................................................................................... 44 Värme är rörelse ............................................................................................. 45 Vatten – en underlig vätska .......................................................... 47 Värme sprider sig .......................................................................................... 48 Väder och klimat ............................................................................................ 49 Hållbar utveckling: Arkivet i Antarktis....................... 54

TRYCK.......................................................................................................................103

LÄR MER

LÄR MER

Termometern reagerar på värme......................................... 57 Värmespridning – både bra och dåligt ........................ 58 Extremt väder...................................................................................................... 60 Sammanfattning......................................................................................... 62

4

INNEHÅLL

Lagom tryck ......................................................................................................104 Tryck mot yta ...................................................................................................105 Luften trycker ................................................................................................107 Vatten lyfter ......................................................................................................108 Vattennivå ............................................................................................................109 Tryck mäts på många sätt ............................................................110 Arkimedes ............................................................................................................112 Hållbar utveckling: Hav i balans....................................114 Sammanfattning ...................................................................................116

MAGNETISM...............................................................................................117 Magnetfält ...........................................................................................................118 El ger magnetism ......................................................................................120 Magnetfält vill samverka ............................................................... 121 Magnetism ger el ......................................................................................122 LÄR MER

Magnetism och säkerhet ..............................................................125 Magnetism och människa ............................................................126 Magnetism och rörelse ...................................................................127 Eltransport i Sverige ............................................................................129 Hållbar utveckling: Vindkraft ............................................130 Sammanfattning ...................................................................................132

AKUSTIK ............................................................................................................133 Ljud och tryck .................................................................................................134 Ljud låter olika ................................................................................................135 Ljud som inte hörs ...................................................................................139 Ljud som skadar ...........................................................................................140 Bullerbekämpning ....................................................................................141 Hållbar utveckling: Buller och störande ljud ..142 LÄR MER

Dopplereffekt .................................................................................................144 Ljud reflekteras ............................................................................................145 Ljud kan omvandlas till el ..............................................................146 Sammanfattning ...................................................................................148

OPTIK .......................................................................................................................149 Synligt ljus .............................................................................................................150 Ljus som ögat inte ser .......................................................................152 Hållbar utveckling: Ozonskiktet ....................................156 Ljus som strålar ............................................................................................158 Buktiga speglar .............................................................................................160 Ljuset kan brytas ........................................................................................162 Linser ............................................................................................................................164 LÄR MER

Ljus – elektromagnetisk strålning och fotoner ...............................................................................................167 3D .....................................................................................................................................168

Avbildning i linser ......................................................................................170 Sammanfattning ...................................................................................172

ENERGI..................................................................................................................173 Solen driver oss ...........................................................................................174 Energi och arbete ....................................................................................175 Energiformer ...................................................................................................177 Effekt – arbete på tid .........................................................................179 Energikällor ........................................................................................................180 LÄR MER

Energin i Sverige ........................................................................................191 Hållbar utveckling: Samhällsplanering ...............196 Sammanfattning ...................................................................................198

ATOM- OCH KÄRNFYSIK ..............................................199 Atomen .....................................................................................................................200 Radioaktivitet ..................................................................................................204 Kärnklyvning upptäcks ......................................................................207 Kärnenergi ......................................................................................................... 208 Militär användning ...................................................................................215 Fusion ..........................................................................................................................216 LÄR MER

Ljus från atomen ........................................................................................217 Strålning från atomkärnan .........................................................220 Sönderfallsserier ........................................................................................224 Upptäcka och mäta radioaktivitet .................................226 Hållbar utveckling: Säker strålmiljö ....................... 230 De fyra grundläggande krafterna ................................. 232 Byggstenar ..........................................................................................................233 Sammanfattning ...................................................................................235

ELEKTRONIK ............................................................................................237 Fyra grundkomponenter ............................................................. 238 LÄR MER

Kondensatorn har kapacitans .............................................. 244 Halvledare .......................................................................................................... 245 Sammanfattning ...................................................................................250

INNEHÅLL

5

ASTRONOMI...............................................................................................251 Vintergatan – the Milky Way ................................................. 252 Avstånd i rymden ......................................................................................254 Stjärnor föds och dör .........................................................................255 Stjärnhimlen ......................................................................................................259 LÄR MER

Solen är en stjärna ...................................................................................262 Stjärnorna har olika färg ................................................................264 Stjärnans spektrum berättar ...................................................266 Supernovor lyser starkt ...................................................................268 Nebulosor .............................................................................................................269 Galaxer ......................................................................................................................270 Universums ålder ......................................................................................272 Sammanfattning ...................................................................................273

6

INNEHÅLL

Fakta om planetsystemet ............................................................274 Rymdsteg.............................................................................................................. 275 Tabeller...................................................................................................................... 276 Ordförklaring ..................................................................................................277 Register ....................................................................................................................278 Bildförteckning ............................................................................................280

NATURVETENSKAPLIGT ARBETSSÄTT

Det naturvetenskapliga arbetssättet bygger på systematiska undersökningar. Du testar frågeställningar och idéer med observationer och experiment. Genom att observera eller göra mätningar samlar du in data som sedan tolkas.

FRÅGESTÄLLNING

Du utgår från en frågeställning och börjar med att formulera en hypotes. Det innebär att du utgår från dina kunskaper och erfarenheter och gissar vad som kommer att hända.

HYPOTES

Därefter testar du hypotesen genom att planera och utföra lämpliga experiment. Efter att du har fått fram ett resultat gör du en utvärdering och kan eventuellt dra en slutsats.

Om hypotesen håller kan den användas för att formulera en teori. En teori är mer än ett antagande.

Den håller även när experimenten upprepas och när resultaten granskas av andra forskare. En teori är den för ögonblicket mest trovärdiga förklaringen.

hypotesen testas med observationer och experiment

hypotesen håller

TEORI

hypotesen håller inte och ändras därför Om hypotesen är felaktig måste den förändras och sedan testas på nytt.

NATURVETENSKAPLIGT ARBETSSÄTT

7

När du genomför en laboration arbetar du på samma sätt som en forskare. Du utgår från en frågeställning och formulerar en hypotes. Sedan får du planera och utföra ett experiment och försöka dra en slutsats av dina resultat. Dokumentationen gör du i en laborationsrapport.

Exempel på en laborationsrapport:

TitaNO Fysik

Frågeställning.

LABORATION

Vid vilken temperatur kokar vatten?

Du ska ta reda på vid vilken temperatur vatten kokar.

Här skriver du vad du tror ska hända.

Utrustning:

Här skriver du vilka saker du använder.

termometer kastrull kokplatta

Hypotes:

Jag tror att vatten kokar vid 100 °C. Utförande:

Här skriver du hur du gör. Rita gärna.

Jag värmer vatten i en kastrull. Jag börjar med varmt vatten från kranen så går det snabbare. När vattnet börjar bubbla kokar det och då mäter jag temperaturen. Jag gör om försöket tre gånger.

Resultat:

Här skriver du ditt resultat. Det är vad du har observerat eller vilka mätresultat du har noterat.

Det kan redovisas i en tabell eller ett diagram.

Mätning

Temperatur i °C

1

97

2

102

3

98

medelvärde

99

Vattnet kokar vid 99 °C.

Slutsats och kommentarer:

Mitt resultat stämde ganska bra med hypotesen.

Enligt teorin kokar vatten vid 100 °C. En felkälla kan vara att termometern inte mäter så noggrant.

Det kan även vara så att jag har rört om för lite eller låtit termometern röra vid kastrullens botten eller läst av termometern för tidigt.

8

NATURVETENSKAPLIGT ARBETSSÄTT

Här skriver du om ditt resultat stämde med hypotesen eller inte och om du kan dra någon slutsats av experimentet. Du skriver också vilka felkällor som finns och vad du eventuellt kunde gjort annorlunda.

VÄRME OCH VÄDER Den högra delen av bilden är tagen med en värmekamera. Vad visar färgerna i bilden?

Vad bör man tänka på för att få så god värmehushållning som möjligt i byggnaden?

Resonera kring vad som skiljer när man bygger hus i varma respektive kalla klimatområden.

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).1

1

Anders Celsius (1701-1744)

44

VÄRME OCH VÄDER

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

45

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?

FÖRKLARA & RESONERA 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?

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

46

VÄRME OCH VÄDER

Tätheten ändras med temperaturen När ett ämne värms upp eller förlorar värme ändras tätheten.

Ett annat namn för täthet är densitet. När ämnet får högre temperatur tar det större plats. Det betyder att densiteten minskar.

När ämnet blir kallare drar det ihop sig och densiteten ökar.

Detta är viktigt att tänka på i olika konstruktioner. Ämnen utvidgar sig olika mycket. En halogenlampa blir mycket varm.

Man måste ha en metall i sockeln som utvidgar sig lika mycket som glaset. Annars spricker lampan.

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.

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 värma det nollgradiga vattnet fortsätter det att dra ihop sig. Det tar mindre och mindre plats tills det är +4 °C. Först då börjar volymen 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 °C. 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 till sist temperaturen +4 °C. 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 och höst.

För en baby är det naturligt att vara i vatten efter nio månader i fostervatten. När babyn badar och kommer under vatten stänger den automatiskt för inandning.

Den håller ögonen öppna och ser bra. De här reflexerna stannar kvar om babyn får gå på ”baby-sim” tidigt.

+4 °C

Det fyragradiga vattnet sjunker till sjöns botten.

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

47

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.

48

VÄRME OCH VÄDER

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.

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?

FÖRKLARA & RESONERA 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. Varm och fuktig luft stiger uppåt. 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

49

Väderprognos

Satellitfoto taget av Europas vädersatellit Meteosat i januari. Man ser ett molnområde över Atlanten och ett lågtryck över Island.

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 tunnare än normalt. Där varm luft möter kall luft säger vi att vi har en front.

Fronten ritas som en båge.

6 18 15

H

14

22 20 20

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

50

VÄRME OCH VÄDER

25

18 18

20

H

15

23 26

21

L

32 28

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 Varm luft strömmar uppåt. I luften finns alltid lite vattenånga.

När den varma luften stiger kyls den och då kondenserar vatten­ ångan 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 moln­ tussar framåt eftermiddagen. Det är typiska vackert väder-moln.

Vita stackmoln är ”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 fronterna bildas också moln när den varma luften tvingas uppåt. När en front närmar sig kan man till en början se fjädermoln som sedan tätnar till bymoln.

Vid ekvatorn värms luften upp och stiger snabbt.

Regnmoln Där bildas regnmoln varje dag och det regnar mycket.

Regn Därför finns våra regnskoTorr luft Torr luft gar vid ekvatorn.

Regnskog Öken

Öken

VÄRME OCH VÄDER

51

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.

52

VÄRME OCH VÄDER

värme strålar ut i rymden

solljuset värmer land och hav

värme strålar tillbaka mot jordytan

värme strålar från land och hav

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, grönsaker eller frukter 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.

TESTA DIG 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?

FÖRKLARA & RESONERA 3.21 Varför är växthuseffekten

nödvändig för livet på Jorden?

VÄRME OCH VÄDER

53

HÅLLBAR UTVECKLING Arkivet i Antarktis Forskare har kommit på att det finns ett arkiv med prover från vår atmosfär under en miljon år.

Var? Jo, i Antarktis is! När snön packas och blir is blir små bubblor med luft instängda. I luften finns små mängder av koldioxid. Ett forskarlag har borrat 3000 m ner i isen och tagit upp långa iskärnor. De har undersökt luften i bubblorna och tagit reda på koldioxidhalten. Koldioxiden

sprider sig jämnt i atmosfären, så de får ett mått på hur mycket koldioxid det finns runt hela Jorden. Genom att undersöka vilka atomer som finns i bubblorna har de även kunnat uppskatta temperaturen när bubblan bildades. De har med mycket arbete kunnat göra diagram som visar hur temperaturen i atmosfären har varit under de senaste 420 000 åren och hur koldioxidhalten har varierat.

(⁰C)

Koldioxidhalt (ppm) 400

25

20

Den undre kurvan i diagrammet visar medeltemperaturens svängningar från genomsnittet.

300

15

10

5

Den översta kurvan visar koldioxidhaltens variation i atmosfären under samma tid. Skalan visar koldioxidhalten i miljarddelar.

200 0

-5

100 – 400 000

– 300 000

– 200 000

– 100 000

0

De senaste 150 åren har något hänt. Koldioxidkurvan sticker iväg uppåt. Människan har hittat kol och olja på Jorden. Vi kallar det fossila bränslen. De har bildats av döda växter och djur som pressats samman. Efter att de fossila bränslena har lagrats under hundra miljoner år, tar vi nu upp dem i snabb takt. Vi använder dem på olika sätt och när de förbränns släpps kolet ut i atmosfären igen.

54

VÄRME OCH VÄDER

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

1 Beskriv hur medeltemperaturen har ändrats på Jorden.

2 Perioden mellan två temperaturtoppar kallas en istidscykel. Hur många istidscykler visar diagrammet?

Beskriv var är vi nu i den senaste istidscykeln.

3 Jämför de båda kurvorna. Hur hänger koldioxidutsläppet ihop med klimatet?

MILJÖMÅL Begränsad klimatpåverkan ”Halten av växthusgaser i atmosfären ska i enlighet med FN:s ramkonvention för klimatförändringar stabiliseras på en nivå som innebär att människans påverkan på klimatsystemet inte blir farlig. Målet ska uppnås på ett sådant sätt och i en sådan takt att den biologiska mångfalden bevaras, livsmedelsproduktionen säkerställs och andra mål för hållbar utveckling inte äventyras. Sverige har tillsammans med andra länder ett ansvar för att det globala målet kan uppnås.”

VÄRME OCH VÄDER

55

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.

När klimatet ändras blir det stora förändringar för människor och djur. Havsströmmarna kan ändras. Om Golfströmmen ändrar riktning blir det mycket kallare i Skandinavien. Det kan bli svårt att leva på flera platser på Jorden på grund av torka. En del Grönland Island 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 Europa eftersom fästingar har lättare att n överleva när vintrarna är varmare. e m öm r t s f Vi har anpassat oss och byggt Gol Nordupp vårt samhälle efter det klimat amerika Atlanten vi hade under 1900-talet. Nu har vi insett att klimatet har börjat ändAfrika ras över hela världen. Vi har börjat ta den ökande växthus­effekten i atmosfären på allvar och diskuteSydamerika rar hur vi ska minska utsläppen av växthusgaserna. Detta är en av de Golfströmmen bidrar till att varmt vatten från Atlanten stora framtids­frågorna. strömmar norrut och gör Europas klimat varmare.

56

VÄRME OCH VÄDER

LÄR 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.

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

I USA och Storbritannien används fahrenheit 1-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.

Kelvinskalan2 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.

- 148 °F - - - - - - - -

100 °C 0 - 100 °C - 200 °C - 273 °C

Fahrenheitskalan

Celciusskalan

1

D. G. Fahrenheit (1686–1736)

2

Lord Kelvin, William Thomson, (1824–1907)

VÄRME OCH VÄDER

57

LÄR 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. Isoleringen gör att luften inte kan strömma i väggen. Termojackor med ett lager dun fungerar på samma sätt.

Ibland är det bra med strömning. I datorn och i bilen finns fläktar som får luft att strömma förbi och ta med sig värme. På så sätt förhindrar man överhettning.

Minska strålning

Elefanten fläktar sig med de stora öronen.

58

VÄRME OCH VÄDER

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.

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. Även ytan påverkar strålningen. Elefanten har stora öron som gör att den värmestrålande ytan ökar.

LÄR 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.

Solfångare

I en solfångare utnyttjar man att mörka ytor tar upp synligt ljus och värms upp av detta. 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

isolering

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.

Konstgjord isbjörns­päls ersätter glas i solfångare.

VÄRME OCH VÄDER

59

LÄR 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

En stor orkan mellan Florida och Kuba.

60

VÄRME OCH VÄDER

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.

LÄR MER 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 lågt liggande 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.

TESTA DIG 3.22 Vilka temperaturskalor har vi?

3.23 Vilken temperatur på Celsius-

skalan är 0 K?

3.24 Hur kan man minska värme­

ledning?

3.25 Hur kan man minska ström-

ning?

3.26 Varför har man isolering i

husväggar?

3.27 Hur kan man minska värme-

strålning?

3.28 Varför har elefanten så stora

öron?

3.29 Hur fungerar en solfångare?

3.30 Varför isolerar isbjörnens

päls bra?

FÖRKLARA & RESONERA 3.31 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?

VÄRME OCH VÄDER

61

SAMMANFATTNING VÄRME OCH VÄDER .. Värme sprider sig genom ledning, strömning och strålning.

.. Man mäter temperatur

med termometer.

.. Väder är händelser i nedersta delen av atmosfären, troposfären.

.. Den lägsta möjliga temperaturen, –273 ºC, kallas absoluta

nollpunkten. Någon högsta temperatur finns inte.

.. Värme är rörelse hos molekylerna i ett ämne. .. Ämnen kan vara i fast, flytande eller gasform.

.. Klimat är det väder som statistiken säger att vi kan

förvänta oss under längre tid.

.. Meteorologer arbetar med väderprognoser och väderkartor. .. Väderdata om temperatur, lufttryck, luftfuktighet,

vindar, moln och nederbörd samlas in.

.. Växthuseffekten är viktig för livet på Jorden. fast

flytande

gas

.. Smältpunkt är den temperatur ett ämne har när det

smälter eller stelnar.

.. Kokpunkt är den temperatur ett ämne har när det bildar

gas eller kondenserar.

.. Ämnen tar större plats ju varmare de blir. .. Olika ämnen utvidgar sig olika mycket. .. Vatten har flera ovanliga egenskaper.

.. Växthusgaser är koldioxid, vattenånga och några andra gaser. .. Hållbar utveckling:

Genom att ta prover från inlandsisen på Antarktis kan man undersöka hur klimatet förändrats. Andelen koldioxid i atmosfären ökar genom människans förbränning av kol, olja och bensin.

.. Den ökande växthuseffekten kan skapa stora problem

genom att Jordens klimat förändras.

.. Hur vi ska göra för att minska utsläppen av växthusgaser

är en viktig fråga.

VÄRME OCH VÄDER LÄR MER .. Vi använder tre olika temperaturskalor: celsius, fahrenheit .. Mörka ytor strålar ut mer värme än ljusa.

och kelvin. Kelvinskalan har inga minusgrader eftersom den börjar på absoluta nollpunkten.

.. Värme leds bra i metaller. .. Värme leds dåligt i luft och vatten. .. Värme sprids genom strömning i luft och vatten.

62

VÄRME OCH VÄDER

.. Vårt samhälle är sårbart för klimatförändringar. .. Extremt väder kan vara stormar, orkaner, cykloner,

tornados mm.

.. 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.

INGRID MONTHAN INGRID MONTHAN

ÖKA FÖRSTÅELSEN FÖR ETT HÅLLBART SAMHÄLLE

TITANO FYSIK

TITANO är ett komplett läromedel i NO för årskurs 7–9. Till varje ämne – biologi, fysik och kemi – finns en stadiebok, en välfylld elevwebb och en innehållsrik, digital lärarhandledning.

För dig som vill arbeta helt digitalt finns interaktiva böcker i alla tre ämnena.

Boken innehåller:

.

inledande diskussionssida med samhällsanknuten naturvetenskap till varje kapitel

. .

bas- och lär mer-del i varje kapitel för ökad individualisering

.

återkommande uppslag med temat Hållbar utveckling

TITANO FYSIK

kontinuerligt återkommande testa dig- och förklara och resonera-frågor

ISBN: 978-91-40-68822-4

9 789140 688224

40688224_TF_Omslag.indd Alla sidor

2014-12-17 13:46