Studiebesök på Balthazar science center, Skövde kommun maj 2011

Efter att ha läst nästan en hel termin med matematik och naturveteskap för tidiga åldrar var det dags för ett studiebesök på Balthazar. En sinnenas verkstad i stil med det stora kända Tom Tits experiment i Södertälje (http://www.tomtit.se). Baltazar har sitt ursprung i en teknikverkstad som Anna-Stina Ahlrik drev i samverkan med Volvo. Baltazar byggdes ut i samband med Skövdes firande av stadens 650 års jubileum.

Tanken bakom verksamheten är att den ska vara en resurs till skolorna i kommunen men också en öppen verksamhet för privatpersoner. Idag arbetar ca 12 personer där och Balthazar består av tre delar, science center, språk (fd. English house) och natur (fd. naturskolan). Det är gratis för kommunens skolor och förskolor att anlita dessa för studiebesök eller besök uti i verksamheten. En önskan från Baltazar är att deras medverkan ska vara en del i något övergripande som sker i undervisningen, inte bara ”en kul grej”.

Beläggningen för anläggningen är fördelad så att förmiddagarna är uppbokade och eftermiddagarna mer lediga, naturlig följd av att skolorna har undervisning på förmiddagarna. Jag tror att detta kan brukas mer väl med en riktad information till förskolor, fritidshem och grundskolans senare år.

Att få vistas i en kreativ miljö likt den på Balthazar gynnar elevernas nyfikenhet, upptäckarförmåga och skaparglädje. Men om målet är en ökad kunskap om naturvetenskapliga fenomen behövs en tydlig undervisning och förklaring kring de olika experiment som finns på platsen. Jag anser att många av de saker som erbjuds på Baltazar borde kunna erbjudas eleverna på deras skolor runt om i kommunen, det finns experimentlådor att låna i två veckors perioder men detta material borde få finnas på varje skola varje dag. Den uppsökande verksamheten där någon från Balthazar kommer ut till skolan ger mig som blivande lärare en känsla av att det behövs speciella saker och annorlunda kunskap för att jag ska kunna arbeta naturvetenskapligt med mina elever, det är fel utifrån vad denna kurs på högskolan vill lära oss. Det jag gillar bäst med Balthazar är att de har fortbildning för lärare och arbetslag där nya idéer, lust att lära, nyfikenhet och motivation behöver spridas. Våra elever har det redan men lärare behöver fylla på sina ”depåer” kontinuerligt samt vid behov. / Ida

http://www.balthazar.skovde.se/

Materia

Materia i naturvetenskap det som alla föremål består av. Materia kännetecknas av massa, och finns i fast, flytande eller gasform. (Nationalencyklopedin). Ämnen beter sig olika beroende på temperaturen eftersom ämnena kan anta fyra olika former (aggregationstillstånd), fast, flytande, gas, plasma.

All materia innehåller mer eller mindre värme i form av värmerörelse. Inom de grundläggande naturlagarna är den om värmeutjämning, att en varmare materia kommer att avge värme till sin omgivning. (Hewitt, 2002)

Specifik värmekapacitet, värmekapacitivitet, är en fysikalisk storhet som anger ett ämnes förmåga att magasinera termisk energi, det vill säga ange ett ämnes termiska tröghet (Hewitt, 2002). Värmekapacitiviteten hos ett ämne kan beskrivas som den mängd energi som går åt för att värma upp ett kilogram av ämnet en grad. Vatten har en hög specifik värmekapacitet därför lämpar sig vatten i kylsystemet på en bil eller i andra maskiner. Eftersom vatten även håller sig varmt länge användes det förr till varmvattenflaskor för att värma upp våra kalla fötter på vintern.

Inför exkursion - Landhöjning och jordprofil

Landhöjning
Landhöjning är jordskorpans höjning i jämförelse med havsnivån. I början på 17000-talet observerades jordens höjning i Norden. Då kallades det för vattuminskning eftersom de trodde att det var havsvattnet som försvann. I själva verket beror det på den kilometertjocka isen som belastade jorden under den senaste istiden. Detta kallas även för postglacial landhöjning. Som mest är Sveriges ökning ungefär 300 meter vid Ångermanlands kust. Om man räknar med hur mycket som höjdes när själva isavsmältningen pågick, så är det en höjning på totalt ca 800 meter. Idag varierar landhöjningen på olika ställen i Sverige. I norr vid Bottenvikskusten höjs det med cirka 1 cm/ år och i söder i Skåne är det cirka 0 cm/år.

Jordskorpan kan även höjas på ett annat sätt som kallas för tektonisk höjning. Detta förekommer vid smalare områden längs plattgränser på jorden i samband med bergskedjebildning.

Jordprofil
Jordprofil beskriver jorden i höjdled. Marken består oftast av ett ytlager av organiskt material med synliga växtdelar. Sedan ett urlakningsskikt som är mörkfärgat av organiskt material och ett urlakningsskikt som består av blekjord. Efter det kommer ett anrikningsskikt och dessa fyra finns i praktiskt alla marker. Sedan finns även ett opåverkat skikt och en underliggande berggrund.

Podsol & Brunjord
Podsol och brunjord är de två viktigaste jordmånerna i Sverige. Podsol är den vanligaste som har 70 % av ytan. Överst har podsol ett mårlager med organiskt material och under det ett gråvitt lager som kallas blekjord och sedan ett anrikningsskikt av rostjord. Podsolen har dålig omblandning och få grävande organismer. Vid podsolsjord förekommer barrskog, lågt pH och granit/gnejs och är vanligast vid kalltempererade och fuktiga klimat.

I brunjorden finns grävande djur som skapar omblandning och luftning och det gör att förmultningsskiktet (förnan) blir tunt. Under förnan finns ett tjockt mullager och därunder ett anrikningsskikt. Vid brunjord förekommer lövskog, lera och näringsrik mark.

Brunjord och lövskogar var för 5-8000 år sedan dominerande i Sydsverige. På grund av att granen bredde ut sig så har mycket utav det blivit podsoliserats. Många brunjordar har blivit jordbruksmark.

http://www.lantmateriet.se/templates/LMV_Page.aspx?id=15100
www.ne.se
http://www.geologivagen.se/faktabladomgeologi/landhojningen.4.1b6d7ca710edc795ad380001206.html
http://www.entek.chalmers.se/~anly/miljo/k4marken.pdf

Exkursion

Vulkanism

Vulkaner fungerar som ett slags ventiler för att få utlopp för hettan från jordens inre. Vid ett vulkanutbrott tränger het bergartssmälta (magma) upp och rinner ut som lava. Gaser som frigörs ur magman gör att utbrottet blir explosivt, ungefär som när man öppnar en skakad flaska med kolsyrad läsk. När utbrottet är explosivt kommer huvuddelen av materialet ut som vulkanisk aska, i vissa fall som ett hett gas- och askmoln som rusar ned och förbränner allt i sin väg. Detta är den farligaste typen av utbrott. Vesuvius utbrott år 79 e.Kr., Mont Pelées utbrott år 1902, och Mount St. Helens utbrott år 1980 var alla av denna typ. Uppskattningar säger att ¾ av all lava som når jordytan gör det vid undervattensutbrott. Varje år äger mellan 50 och 70 utbrott rum, antalet historiskt dokumenterade utbrott runtom i världen är ca 550, och totala antalet utbrott de senaste 10 000 åren uppskattas till mellan 1300 och 1500.

Ett vulkanutbrott medför stor förstörelse för både människor och natur. Stora utbrott som sprider aska och gas långt upp i atmosfären kan även ha en global påverkan på klimatet. På lite längre sikt är påverkan ganska positiv, eftersom vulkanaska ofta ger upphov till bördiga jordar. Sett i ett riktigt långsiktigt geologiskt perspektiv kan man hävda att vulkanism och magmatism har skapat våra kontinenter och landområden. Utan dem skulle förmodligen hela jordens yta vara täckt av vatten. Dessutom har vulkaniska processer hjälpt till att skapa många av de malmförekomster som vår moderna civilisation är uppbyggd på.

Pangaea

Pangaea var inte den första superkontinenten på jorden. Jordens första kontinenter formades för omkring två miljarder år sedan och har sedan dess slagits samman och delats upp i omgångar beroende på att jordens plattor är i ständig rörelse. För ca 500-700 miljoner år sedan fanns superkontinenten Pannotia och för omkring 750-1 000 miljoner år sedan. Rodina. Superkontinenten vilken existerade för drygt 250 miljoner år sedan kallades Pangaea och bildades när de tidigare kontinenterna. Gondwana och Laurasien drev ihop. Samtidigt som det största utdöendet i jordens historia skedde, 95 % av alla organismer dog. Gondwana och Laurasien började åter glida isär för omkring 200 miljoner år sedan, Och fortsatte tills dagens kontinenter hade bildats för omkring 100 miljoner år sedan.

Pangaea sträckte sig från pol till pol som ett enormt C, på mitten delat av ekvatorn. Några av de bergskedjor som bildades då Pangaea uppstod finns fortfarande kvar, till exempel Appalacherna i Nordamerika och Uralbergen i Centralasien. Runt Pangaea fanns ett hav Panthalassa, lika stort som alla nuvarande hav tillsammans. Kontinentens storlek gjorde att inga regnmoln nådde fram till dess mycket varma inre. Manteln under Pangaea var mycket het och trycktes därför upp mot Jordens yta, vilket gjorde att Afrika låg tiotals meter ovanför de övriga kontinenterna.

Istiden

Istider, innebär tidsperioder med kontinentala nedisningar. Dessa är långsamma klimatförändringar vilka drivs av förändringar i t.ex. jordaxelns lutning, jordens avstånd till solen och jordbanans elliptiska form. Då jorden är närmare solen rör den sig snabbare än när den är längre ut. Som jordens axel lutar nu står solen högt på himlen runt midsommar på norra halvklotet när jorden är längst bort från solen. Eftersom jorden rör sig långsammast i sin bana just då är sommarhalvåret sju dygn längre än vinterhalvåret! Men jordaxeln vrider sig ett varv på 25 880 år, resultatet blir att om 12 000-13 000 år har den vridit sig så att vinterhalvår inträffar när jorden är längst från solen och sommarhalvår då den är närmast då blir sommarhalvåret istället 7 dygn kortare än vinterhalvåret. Detta betyder mindre mängd sommarvärme att smälta bort vinterns snö med.

Den äldst kända istidsperioden inträffade för 2,3 miljoner år sedan. Perioder av istider har sedan dess varit en del av jordens historia. Den istidsperiod man vet mest om är kvartärtidens. Analyser av sediment och fossil visar bl.a. små variationer i solinstrålning på norra halvklotet ledde till nedisningar av de nordligare delarna av Nordamerika, Europa, Asien och de stora bergskedjorna. På flera håll i den Skandinaviska fjällkedjan finns spår av en eller flera istider i form av förstenad morän (bergarten tillit) med en ålder på ca 650 miljoner år. De senaste 800 000 åren har totalt inneburit åtta istider. Den mest omfattande nedisningen har inträffat i slutet av varje istid, varpå en snabb övergång till nästa värmetid skett. En sådan omfattar vanligen endast 10 000–20 000 år, men den nuvarande värmeperioden beräknas bestå betydligt längre.

/Carola

Referenser

Nationalencyklopedin. Tillgänglig: http://www.ne.se/istider [2011-04-11]

Nationalencyklopedin. Tillgänglig: http://www.ne.se/klimatf%C3%B6r%C3%A4ndring [2011-04-11]

Naturhistoriska Riksmuseet. Tillgänglig:

http://www.nrm.se/sv/meny/faktaomnaturen/geologi/jordklotetsutveckling/varldenvaxerfram.1105.html [2011-04-11]

Naturhistoriska Riksmuseet. Tillgänglig:

http://www.nrm.se/sv/meny/faktaomnaturen/geologi/vulkanerochjordbavningar/vulkanerochvulkanism.1070.html [2011-04-11]

Västgötabergen och dess omgivning

Västgötaslätten utgör tillsammans med Dalboslätten den mest utbredda landskapstypen i Västra Götaland. Höjdskillnaderna inom de vidsträckta slätterna överstiger sällan 20 m. Extremt flacka berggrundsytor återfinns i närheten av Västergötlands platåberg, särskilt vid Kinnekulle, Halleberg och Hunneberg.

Platåberg
Tidigare taffelberg, berg med branta sidor och en flack, mer eller mindre horisontell överyta, vilken utgörs av en motståndskraftig bergart. Platåberg är i allmänhet uppbyggda av horisontellt lagrade sedimentära bergarter. Svenska exempel är platåbergen i Västergötland, med en hätta av hård diabas på krönet.

Platåberg ( lager på lager)
Diabas
Lerskiffer
Kalksten
Alunskiffer
Sandsten
Urberg

Västergötlands platåberg är erosionsrester av ett tidigare sammanhängande täcke med kambriska, ordoviciska och siluriska sedimentära bergarter. Dessa fossilförande bergarter bredde ut sig över stora delar av Skandinavien. Under en vulkaniskt aktiv period i yngre perm trängde magma in i den sedimentära berggrunden längs sprickor och försvagningszoner. Magman stelnade och bildade ett täcke av hård diabas som har skyddat platåbergens mer lättvittrade sedimentbergarter. I Billingen–Falbygdenområdet och på Kinnekulle har diabasen trängt in i sprickor över äldre siluriska lager. Därför har såväl kambriska som ordoviciska och siluriska lager bevarats. På Halle- och Hunneberg har diabasen däremot trängt igenom kambriska och äldre ordoviciska lager. Här har således yngre ordoviciska och siluriska lager försvunnit genom vittring och erosion eftersom de saknat ett skyddande diabastäcke.

Billingen
Berg i Västergötland, det största av de s.k. Västgötabergen; 300 m ö.h. Billingen, som är 20 km långt och 10 km brett, är ett platåberg uppbyggt av kambrosiluriska avlagringar med ett skyddande diabastäcke Därunder följer lager av silurisk och ordovicisk lerskiffer. Sedan följer ordovicisk ortoceratitkalksten, uranhaltig kambrisk alunskiffer och underst ett mäktigt lager av kambrisk sandsten. På platån finns rikligt med barrskog och mossar, t.ex. Blängs mosse, känd för sina botaniska relikter från den arktiska tiden. På sluttningarna växer lövskog och talrika örtarter tack vare den kalkhaltiga berggrunden.

Billingen genomdras av dalar i olika riktningar vilka delar Billingen i två stora hälfter. - Ortnamnet (omkring 1325 Billingh) anses innehålla ordet billing ”tvilling” med syftning på bergets två av en dal åtskilda huvuddelar.

Kinnekulle
Platåberg i Västergötland, 300 m ö.h. Kinnekulle är uppbyggt av sedimentära bergarter avsatta under kambrosilur, vilka vilar på urberget. Underst finns ett lager sandsten, därefter följer alunskiffer, kalksten, lerskiffer och överst ett yngre lager av diabas, vilket skyddat de underliggande bergarterna från erosion. Här finns också det mäktigaste kända lagret bentonit i Sverige. Vegetationen är mycket varierad; jordbruksmark, ängar och naturliga betesmarker omväxlar med lummiga löv- och blandskogar. Dock finns också, på Kinnekulles östra sida, karg alvarnatur.
Från 1930-talet och fram till 1946 fanns på Kinnekulles sydöstra sluttning ett oljeskifferdestillationsverk, där brännolja utvanns ur alunskiffern. Restprodukterna från destillationen ger en djupt röd jord som kallas rödfyr. Kalkstensbrytning har skett i stor omfattning på Kinnekulle, t.ex. i Hällekis.
Ortnamnet (omkring 1325 Kindculle) betyder väl snarast 'berget, kullen i Kinne härad'.
Källor:
Nationalencyklopedin. Hämtad 2011-04-14
Naturhistoriska riksmuseet. Hämtad 2011-04-14
Skövde kommun, Skövde natur guide

Den geologiska tidsskalan

Den tidsskala som först utvecklades i England var ursprungligen en relativ tidsskala, men med tiden har man satt absoluta åldrar på gränserna mellan de olika geologiska perioderna.
Genom undersökningar av meteoriter kunde den amerikanske geokemisten Clair Patterson på 1950-talet beräkna jordens ålder till 4 550 miljoner år. Denna siffra har sedan bekräftats av andra forskare och justerats till 4 567 miljoner år.
I och med inrättandet av International Union of Geological Sciences (IUGS, den internationella unionen för geologiska vetenskaper, som den geologiska tidsskalan blev möjlig att datera på 1960-talet. Hittills har forskare arbetat med funderingar kring var och på vilka grunder gränserna mellan de olika enheterna ska definieras Dessa förfinas åldersbestämningar kontinuerligt och tidsskalan revideras allteftersom nya data tillkommer. Indelningen i eoner, eror och perioder är densamma i alla länder. När det gäller epoker och lägre enheter finns parallella skalor i olika delar av världen.

Den geologiska tidsskalan sträcker sig från jordens fram till nutiden. Den första delen, fram tills för 2500 miljoner år sedan, kallas Arkeikum. Därefter Proterozoikum, från 2500 miljoner år tills för 540 miljoner år sedan. Under Proterozoikum bildades mycket av berggrunden i Sverige, det vi i dagligt tal kallar urberget. Tillsammans brukar dessa två tidsepoker kallas Prekambrium. Livet uppkom redan under Arkeikum, men förblev outvecklat och bestod endast av enkla encelliga organismer fram till slutet av Proterozoikum. Under den efterföljande eonen, Fanerozoikum, skedde en explosionsartad utveckling av flercelliga växter och djur, först i havet och senare även på land.

Gränserna mellan åtminstone en del av dessa perioder markeras av massutdöenden av olika livsformer, exempelvis dinosauriernas utdöende vid gränsen Krita-Tertiär. Efter dessa massutdöenden tog evolutionen ny fart, och nya livsformer utvecklades.

Johansson, Å , Naturhistoriska riksmuseet. Hämtad 2011-04-14
Sundqvist, B, Nationalencyklopedin. Hämtad 2011-04-14

Energi

Energi´ (latin energi´a, av grekiska ene´rgeia”verksamhet”, ”handlingskraft”) ett abstrakt begrepp som är icke materiellt. Historiskt kan begreppet hänföras till Galilei på 1600-talet, men tvåhundra år senare utvecklades det och kunde klargöra drag hos naturen, bl.a. sambanden mellan arbete, värme och rörelse.

Energiprincipen, en fysikalisk lag (grundad på erfarenhet): energi inte kan förintas eller nyskapas, utan bara omvandlas från en energiform till en annan. Olika slags energiformer är t.ex. mekanisk, elektrisk, magnetisk, termisk (värme) och kemisk energi, strålnings- och kärnenergi. Energiprincipen kan uttryckas genom att säga att energin i ett slutet system är konstant. Energiprincipen kallas också för termodynamikens första huvudsats. Även massa kan enligt relativitetsteorin(Einsteins E=m*C2 energi=massa × (ljushastigheten)2) betraktas som en form av energi.

Energi mäts i joule (J), en vardagligare enhet är kilowattimme (kWh). Energi per tidsenhet kallas effekt. Effekt mäts i joule per sekund (J/s), benämnd watt (W). Begreppet energi är nära förbundet med begreppet kraft. En kraft som bringar en kropp i rörelse uträttar ett arbete på denna, varvid kroppens energi ökar, arbetets storlek är lika med kraften.

Olika energiformer

• Mekanisk energi är en energi som är kinetisk eller potentiell (läges eller rörelseenergi.)

• Den termiska energin rörelsen hos molekylerna. Värme kan tillföras eller bortföras från ett system, varvid den termiska energin ändras. När värme avges från eller upptas i en given mängd materia ändras temperaturen hos materian, som kan vara gas, vätska eller fast kropp. Den specifika värmekapaciteten, som anges i J/(kg•°C), anger hur stor temperaturändring som erhålls i en bestämd mängd materia för en viss till- eller bortförsel av värme.

• Inom elektricitetsläran behandlas energin hos stationära och rörliga laddningar. Atomer hålls samman av elektriska krafter mellan kärnans positiva och elektronernas negativa laddning. Molekyler hålls samman på ett liknande sätt, och kemisk energi baseras därför på den elektriska kraften. Kemisk energi binds eller frigörs vid kemiska reaktioner. När kol och väte förenar sig med syre vid förbränning och bildar koldioxid respektive vatten frigörs kemisk energi i form av värme.

• Kärnenergi, handlar om krafterna i atomkärnan som är mycket starka men har en räckvidd av endast ca 10–15 m, vilket motsvarar atomkärnans dimensioner. Genom relativitetsteorin fås ett samband mellan massa och energi. Sambandet är energi=massa × (ljushastigheten)2. Ljushastigheten är mycket stor och mycket energi frigörs alltså om en liten massa omvandlas till termisk energi(värmeenergi), t.ex. vid kärnreaktioner. Det mest kända av sådana exempel är delningen (fissionen) av uranatomer i ett kärnkraftverk eller i en kärnvapenexplosion.

• Solstrålningen har sitt ursprung i omvandling av materia till energi genom en kedja kärnreaktioner där lätta atomkärnor slås samman till tyngre, en liten del av deras massa övergår till kinetisk (rörelse) energi hos de nybildade atomkärnorna, vilket ger solen dess höga temperatur.

Omvandling av energi
Vissa energiomvandlingar är fullständiga: exempelvis kan den kinetiska energin helt omvandlas helt till värme, men det omvända gäller inte. En värmemängd kan bara till en del omvandlas till arbete (t.ex. i en ångturbin). Verkningsgraden i detta fall definieras som kvoten(skillnaden) mellan det erhållna nyttiga arbetet och den tillförda värmemängden. Allmänt gäller att det inte finns någon process där man ur en enda värmekälla kan ta ut värme som helt omvandlas till mekaniskt arbete. Detta är en formulering av termodynamikens andra huvudsats (Kelvins formulering).

Energitransport
Transport av energi kan ske genom strålning, konvektion och ledning, eller genom transport av energibärare, t.ex. elektricitet, olja, naturgas eller ånga. Energi kan också överföras genom mekanisk kraftöverföring eller hydrauliska/luftdrivna system.
• Strålningen är vanligen elektromagnetisk. Elektromagnetisk strålning omfattar ett mycket stort våglängdsintervall och innehåller bl.a. radiovågor, värmestrålning, synligt ljus, ultraviolett strålning och röntgenstrålning. Värmestrålning avges av alla kroppar. Om en kropps temperatur är lägre än ca 500 °C är huvuddelen av strålningsenergin infraröd. Vid högre temperaturer avges en ökande del av strålningen i det synliga. Desto högre temperaturen är, desto mer energi avges med strålningen Energiflödet från solen till jorden sker genom strålning.

• Konvektion är värmetransport genom att en gas eller vätska för med sig värme. Ett värmeelement värmer t.ex. ett rum både genom värmestrålning och genom att värme förs över direkt till luften. Den uppvärmda luften stiger och för därmed genom konvektion med sig värme från värmeelementet.

• Ledning av värme sker genom all materia. Den drivs av en temperaturskillnad, och någon samtidig transport av massa, som vid konvektion, sker inte. Värmetransporten är proportionell mot temperaturskillnaden och materialets värmeledningsförmåga. Energitransport genom värmeledning kan underlättas eller försvåras genom val av material med hög eller låg värmeledningsförmåga.
Energilagring
Energi kan lagras på många sätt, t.ex. genom att man behåller vatten i en högt belägen damm. Energi kan också lagras som kinetisk energi i ett svänghjuls rotation, eller i kemisk form i ett bränsle eller i en ackumulator. Värme kan lagras i en isolerad materia eller genom utnyttjande av fasövergångar, t.ex. genom utnyttjande av vattnets ångbildnings- eller smältvärme. Energilagring spelar stor roll för anpassningen av energitillförseln till den tidpunkt under dygnet eller året då energin efterfrågas.

Människans energibehov
Människans fysiologiska energibehov uppgår i vila till ca 0,1 kWh per timme, (2 400 kcal per dygn) och tillgodoses genommaten. Energi behövs också för framställning och tillredning av mat samt tillverkning och utnyttjande av bostäder, transportmedel och all övrig utrustning människor använder. För att tillgodose dessa energibehov har omfattande system för energiförsörjning byggts. Dessa utnyttjar främst fossila bränslen som primärenergi. För att erhålla en viss nytta i form av varm bostad, lagad mat från spisen, låg temperatur i kylskåpet, bild på TV-skärmen behöver man använda olika mycket energi, beroende på hur de apparater som använder energin är utformade.

Energienheter
Energi har SI-enheten joule (J), vilket är detsamma som wattsekund (Ws) eller newtonmeter (Nm).

Termodynamik =läran om värmets natur och dess omvandling till andra energiformer.

Termodynamikens huvudsatser. I en makroskopisk värld kan satserna betraktas som obevisade axiom (självklart riktiga påståenden). Beräkningar av verkningsgrad och prestanda sker i det sammanhanget med utgångspunkt från egenskaper som volym, tryck och temperatur. I den mikroskopiska världen relateras materiens egenskaper till atomerna och molekylerna och deras rörelser. Gasens tryck mot en vägg orsakas av molekylernas stötar, temperaturen är ett uttryck för atomernas och molekylernas värmerörelse.

• Termodynamikens nollte huvudsats
Två kroppar som var för sig är i termisk jämvikt med en tredje kropp, står även i termisk jämvikt med varandra.

(Satsen formulerades efter första och andra huvudsatsen men bör ändå rangordnas före dem.) Satsen uttrycker det faktum att två kroppar i kontakt med varandra antar samma temperatur. Om de skulle ha olika temperatur övergår värmeenergi från den varmare till den kallare kroppen, tills det utjämnats.
• Termodynamikens första huvudsats
Energi kan inte förintas eller nyskapas; den kan endast omvandlas mellan olika energiformer.

Fysikens kanske viktigaste sats vilken har olika ordvändningar en är: energin i ett slutet system är konstant. Mekanisk eller elektrisk energi kan omvandlas till värme genom friktion resp. genom elektrisk ström i ett motstånd. Massa är en form av energi som t.ex. i kärnreaktorer omvandlas till annan energi. Energiomvandlingar lyder dock bestämda lagar.

• Termodynamikens andra huvudsats
Det finns ingen process vars enda resultat är att värme överförs från en kallare till en varmare kropp (Clausius).

Det finns ingen process vars enda resultat är att värme från en enda värmekälla helt omvandlas till mekaniskt arbete (Kelvin).

Makroskopiskt uppfattar vi att värme spontant flyter från en varm till en kall kropp, aldrig tvärtom. Clausius formulering av andra huvudsatsen kan tyckas självklar, framför allt om man betraktar värme som en rörelse hos materiens smådelar. Om en kall och en varm kropp kommer i förbindelse med varandra är det orimligt att tänka sig att den svagare molekylrörelsen i den kalla kroppen avtar medan den varma kroppens molekylrörelse blir än intensivare. Värmeenergi intar en särställning genom att den är kopplad till den oordnade molekylrörelsen. Man vet att t.ex. mekanisk energi fullständigt kan övergå till värmeenergi men att omvändningen inte utan vidare är möjlig. Som ett mått på oordning används en termodynamisk storhet,entropi, S. Produkten av entropi och temperatur har dimensionen energi.

• Termodynamikens tredje huvudsats
Entropin för en ren kristallin substans är noll vid absoluta nollpunkten (Nernsts värmeteorem).

Entropin/oordningen blir noll då materiens atomer endast kan ordnas på ett enda sätt. Detta är fallet i en perfekt kristall då värmerörelsen har avstannat. En följd av satsen är att exempelvis att längdutvidgning eller specifik värmekapacitet, går mot noll vid absoluta nollpunkten.

Tillståndsvariabler
Egenskaperna hos ett fysikaliskt system anges med tillståndsvariabler. De delas in i två grupper beroende på om de beror av mängden materia eller ej. Temperatur och tryck är oberoende av mängden materia. De representerar en intensitet och kallas därför intensiva variabler. Volym däremot beror av mängden materia. Den kallas en extensiv storhet. Energi kan skrivas som produkten av en intensiv och en extensiv egenskap, t.ex. tryck × volym = energi.

Termodynamisk process
Innebär en ändring av tillståndet hos ett system. Om t.ex. en värmemängd Q tillförs ett system vid konstant volym (isokor process) ökar systemets inre energi, U, och därmed temperaturen. Detta uttrycks med en materialegenskap, den specifika isokora värmekapaciteten, cV, som utgör den värmemängd som fordras för att höja temperaturen 1 grad för 1 kg av ämnet. Om i stället trycket är konstant (isobarprocess) åtgår mera värme p.g.a. att systemet även expanderar och utför ett arbete mot omgivningen Den specifika isobara värmekapaciteten, cp, är alltid större äncV,


TERMODYNAMIK
http://www.ne.se/lang/termodynamik
NATIONALENCYKLOPEDIN, 2011-04-05

Teknik - Temperatur

Temperatur är definitionen för värme och den första termometern uppfanns av Galileo 1602, ca 70 år senare var kvicksilvertermometern vida känd. Kelvinskalan – har sin nollpunkt vid den temperatur som ett medium har då den är i sitt grundtillstånd (absoluta nollpunkt) och uttrycks i enheten kelvin. Innan den moderna synen på temperatur var klar användes skalor med nollpunkten satt vid andra temperaturer. Dessa används fortfarande i vardagliga sammanhang: Celsiusskalan – den vanligaste temperaturskalan i Sverige och i många andra europeiska länder. Uppfanns av svensken Anders Celsius. Temperaturer anges på skalan med enheten grad Celsius (°C), vars steglängd är lika med 1 K. Vatten fryser vid 0 °C och kokar vid 100 °C. Fahrenheitskalan – används mest i länder utanför Europa, till exempel USA. Temperaturer anges på skalan med enheten grad Fahrenheit (°F). Vatten fryser vid 32 °F och kokar vid 212 °F.

Temperatur kan också beskrivas som den kinetiska energin hos ett ämne. D v s rörelsen hos molekylerna/atomerna inom ämnet. Vid högre temperatur rör de sig mer och vid lägre temperatur mindre. Det är inte den totala kinetiska energin som mäts utan den genomsnittliga temperaturen för ett ämne. T ex det är dubbelt så många molekyler i rörelse i 2L vatten mot i 1L vatten men temperaturen är ju trots allt densamma, därför att den genomsnittliga kinetiska energin per molekyl är densamma.

Specifik värmekapacitet, värmekapacitivitet, är en fysikalisk storhet som anger ett ämnes förmåga att magasinera termisk energi, det vill säga ange ett ämnes termiska tröghet. Värmekapacitiviteten hos ett ämne kan beskrivas som den mängd energi som går åt för att värma upp ett kilogram av ämnet en grad. Vatten har en hög specifik värmekapacitet därför lämpar sig vatten i kylsystemet på en bil eller i andra maskiner. Eftersom vatten även håller sig varmt länge användes det förr till varmvattenflaskor för att värma upp våra kalla fötter på vintern. Termisk energi är den inre energin i ett system som påverkas av temperaturen. Telefonlinjer tenderar att hänga slaka mellan stolparna på sommaren medan de drar sig samman och blir kortare på vintern. Detta måste civilingenjörerna ta hänsyn till då de väljer vilket material de ska arbeta med. Betongen som väljs måste stämma överens med övriga material osv.

/Carola

Hewitt, P. G. (2002). Conceptual Physics. (10) Harlow, England and New York: Addison-Wesley. (s. 268-279)