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 pilBordtennisbold i flydende kvælstof

Forsøg nr.: 67
Formål: At demonstrere hvordan kvælstof udvider sig fra væske til gasform. At demonstrere kraftmoment.
Resume: Et meget lille hul prikkes i en bordtennisbold. Bolden puttes i flydende kvælstof. Når den kommer op igen, vil kvælstoffet inde i bordtennisbolden udvide sig og få bolden til at rotere uhyre hurtigt.
Nøgleord: Impulsmoment, kraftmoment, mekanik, rekyl, rotation, damptryk, faseændring, flydende kvælstof, tryk.

Beskrivelse:

Flydende kvælstof udvider sig kraftigt, når det varmes op og fordamper. Dette kan man bruge til at lave en slags raket eller kanon. Disse forsøg kan bruges til at studere lineær impuls og impulsbevarelse. Ønsker man i stedet at diskutere impuls- og kraftmoment, kan man bruge en bordtennisbold.

Flydende kvælstof drevet rotation af bordtennisbold
Bordtennisbold sættes i hurtig rotation via flydende kvælstof.

Med en spids nål prikkes et lille hul i bordtennisbolden. Det er vigtigt, at hullet ikke prikkes vinkelret på overfladen, men at nål prikkes ind lidt skævt (næsten tangentialt) på overfladen.

Nu holdes bordtennisbolden ned under overfladen i flydende kvælstof. Brug for eksempel en tang, så du ikke får forfrysninger.

Bordtennisbold med hul i puttes i flydende kvælstof
Et lille skævt hul prikkes i en bordtennisbold. Denne holdes ned under overfladen på et glas flydende kvælstof. Herefter placeres bolden på bordet, eventuelt i en lille skål eller papkasse, så den ikke flyver bort.

Bordtennisbolden bliver nu varmere, og det flydende kvælstof begynder at koge og fordampe. Dette får trykket til at stige, hvorved der dannes en dampjet ud hullet. Da denne dampjet peger skævt ud fra overfladen, vil bordtennistbolden påvirkes af et kraftmoment, der får bolden til at rotere meget hurtigt.

Spørgsmål og svar:

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 Bordtennisbold
grøn pil Nål

PIRA DCS: 4C30.00 (Termodynamik: Faseovergange) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 10.12.2004