FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilBallondyr i flydende kvælstof

Forsøg nr.: 41
Formål: At demonstrere at gas trækker sig sammen under afkøling.
Resume: Ballondyr puttes i flydende kvælstof. De trækker sig fuldstændigt sammen, men når de varmes op, puster de sig selv op igen.
Nøgleord: Damptryk, faseændring, flydende kvælstof, tryk.

Beskrivelse:

Ud af meget lange, tynde balloner kan man lave forskellige ballondyr. Hvis man putter disse ned i et kar med flydende kvælstof, vil de trække sig fuldstændigt sammen.

Diagram over forsøg.
Diagram over forsøg.

Dette skyldes, at luften inde i ballonen hurtigt afkøles og kondenseres delvist til flydende luft. Da kold og flydende luft fylder meget mindre end varm og gasformig luft, vil ballonen trække sig sammen.

Det er vigtigt at understrege, at luften stadig er inde i ballonen - den har blot trukket sig meget sammen. Når ballonen tages op igen, så vil luften inde i ballonen begynde at koge og fordampe, hvorved ballonen udvider sig igen. Til sidst vil ballonen være pustet helt op igen.

Ballondyr i flydende kvælstof
Et ballondyr har været i flydende kvælstof (venstre). Efterhånden som det varmes op, udvider det sig og puster sig op til oprindelig størrelse (højre).

Man kan for eksempel forberede forsøget ved at putte mange ballondyr ned i en stor beholder med kvælstof og så overraske publikum ved at "lave" et stort antal ballondyr på meget kort tid.

Faresymbol Når ballonen kommer op fra kvælstoffet, så vil luften indeni være delvist kondenseret. Ballonen indeholder altså flydende ilt, hvilket kan give forfrysninger.

Spørgsmål og svar:

Hvorfor sprænger ballonen?

Da ballongummiet også køles ned i det flydende kvælstof, så bliver dette hårdt og mister sin elasticitet. Løsningen er at puste på ballonen, der hvor den er frosset, samtig med at man drejer ballonen langsomt rundt, så den flydende luft inde i ballonen ikke fryser et nyt stykke til.

Hvor meget udvider kvælstof sig, når det går fra væskeform til gasform?

Ved kvælstofs kogepunkt (-195,8 grader C) er massefylden af flydende kvælstof 804 kg pr. kubikmeter. For gassen ved samme temperatur er massefylden 4,6 kg pr. kubikmeter. Kvælstof udvider sig altså ca. 175 gange, når det går fra væske til gasform. Hvis man varmer gassen op til 0 grader Celsius, så udvider gassen sig yderligere ca. 3,7 gange. Den samlede udvidelse fra flydende form til gasform ved 0 grader er derfor ca. 645 gange.

Hvordan håndterer man flydende kvælstof?

Flydende kvælstof kan man faktisk røre ved i ganske kort tid. Dette skyldes Leidenfrost Effekten. Som opbevaring bør man bruge en professionel termobeholder (dewar). Bruger man en almindelig termoflaske, må låget aldrig nogensinde skrues hårdt på. Flasken kan eksplodere. Under forsøg kan man med fordel bruge to plastikølglas stablet inden i hinanden. Dette skaber et lille luftlag, som isolerer og beskytter den, der holder glasset. Dermed kan man let håndtere kvælstoffet og hælde det op til forsøg. Tryk på "Flydende kvælstof" i udstyrslisten for at finde forhandlere.

Udstyr og materialer:

grøn pil Flydende kvælstof
grøn pil Figurballoner

Referencer:

grøn pilQuick Time film af ballondyr i flydende kvælstof (981 KB).

PIRA DCS: 4E10.20 (Termodynamik: Idealgasloven) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 09.11.2004