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 pilVandballon i flydende kvælstof

Forsøg nr.: 62
Formål: At demonstrere isolerende egenskaber for is.
Resume: En vandballon fryses ned i flydende kvælstof. Vandet tager overraskende lang tid om at fryse på grund af isens isoleringsevne.
Nøgleord: Faseændring, flydende kvælstof, termiske egenskaber, termodynamik, varme, varmekapacitet, varmeledning.

Beskrivelse:

Har man først prøvet at nedfryse en blomst eller et blad i flydende kvælstof, vil man måske forvente, at alting fryser lynhurtigt, når det puttes i flydende kvælstof. Dette er dog ikke tilfældet, hvilket man kan demonstrere med en vandballon.

Vandballon nedfryses i flydende kvælstof
En vandballon nedfryses i flydende kvælstof. Selv efter et par minutter, vil vandballonen kun være frosset i de yderste lag.

Hold en vandballon nede i flydende kvælstof. Dette gøres f.eks. ved at binde en snor i den ene ende, så man kan holde om ballonen uden at fryse fingrene. Hold ballonen nede i kvælstoffet i et par minutter eller mere.

Når ballonen tages op, kan man med en kniv skære indholdet frit af ballonen. Vandet er selvfølgelig frosset til is, men hvis man hakker hul på isklumpen, vil man opdage, at der stadig er masser af flydende vand indeni.

Vandballon efter at have været nedfrosset i flydende kvælstof
Vandballon der har været nedfrosset i flydende kvælstof.

Grunden til, at ballonen ikke fryser fuldstændigt til is, er, at 1) vand har en stor varmekapacitet, hvorfor der er overraskende store mængder energi i vandet, samt 2) så snart vandballonen kommer ned i det flydende kvælstof, vil det yderste lag fryse til is. Denne is isolerer, og dermed beskyttes vandet inde i midten. Jo mere is, der dannes, des bedre isoleres midten.

Faresymbol Sørg for at bruge handsker eller lignende, når den nedfrosne vandballon håndteres.

Man kan bruge forsøget til at demonstrere, hvorfor man kan holde varmen i en igloo: Is isolerer! Dog gælder det også for en igloo, at man vil ligge i læ for vinden, hvilket er en betydelig faktor, når det drejer sig om at holde varmen.

Spørgsmål og svar:

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 Vand
grøn pil Vandballon

Referencer:

grøn pilW.J. González-Espada, L.A. Bryan and N.-H. Kang: "The intriguing physics inside an igloo", Phys. Educ. 36, 290 (2001). (http://www.iop.org/EJ/journal/PhysEd)

PIRA DCS: 4B50.00 (Termodynamik: Varme og termodynamikkens 1. lov) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 29.11.2004