Anja Røyne

Fysiker


2 kommentarer

Hvorfor kan man ikke brenne vann?

Hydrogen brenner jo, og man trenger oksygen for å brenne noe. Så hvorfor kan man ikke brenne vann?

20130623-140324.jpgSosiale atomer

For de aller fleste atomer er det fullstendig uutholdelig å være helt alene.

Derfor binder de seg sammen og danner forskjellige stoffer. Vann, for eksempel, består av molekyler der to hydrogenatomer og ett oksygenatom har klumpet seg sammen. Flesteparten av molekylene i lufta vi puster er dannet av to nitrogenatomer eller to oksygenatomer.

Atomene er altså nødt til å være sammen med noen, og ofte må de nøye seg med første og beste mulighet. Men om de kunne få velge, så liker de noen grupperinger fremfor andre.

Hydrogengass består av molekyler med to hydrogenatomer i hver, på samme måte som oksygengass. Om vi blander sammen disse to gassene, får vi en gass med to forskjellige typer gassmolekyler. Alle atomene her har det greit nok, men de kunne hatt det mye bedre. Hadde de bare greid å rive seg fra hverandre ett lite øyeblikk, sånn at to hydrogenatomer kunne ha grepet fatt i ett oksygenatom og dannet vann, så hadde de fått slappet mye mer av.

Dørstokkmila

Tenk deg at du er et søvnig hydrogenatom. Da vil tilværelsen som hydrogenmolekyl være sofaen, og vannmolekylet være senga. Problemet er at det er så vanskelig å komme seg opp fra sofaen.

Det er her vi trenger en fyrstikk. Brenner jeg deg på tåa så skal jeg tenke meg du kommer deg opp fra sofaen. På samme måte er vi nødt til å tilføre litt ekstra energi for å få slitt i stykker gassmolekylene og danne vann.

Når atomene omsider har kommet seg over i den behagelige vanntilstanden, kan de slenge fra seg det ekstra ubehaget de hadde som gassmolekyler. Denne irritasjonsenergien er stor nok til å rive fra hverandre flere gassmolekyler. På denne måten blir mer og mer oksygengass og hydrogengass omgjort til vann. Noe av energien som blir frigjort kan vi også kjenne som varme.

Hva som skjer når noe brenner

Det jeg har beskrevet over, er i korte trekk hva som foregår når noe brenner: Ett stoff reagerer med et annet stoff, stort sett oksygen, og danner et tredje stoff mens det frigjøres energi.

Så hvorfor brenner ikke vann?

Vannet har allerede brent. Vannet er asken etter en hydrogenbrann. Atomene i vannmolekylene har det så hyggelig at de kan nesten ikke få det bedre. Det er ingenting å hente på å la dem bli til noe annet.


Legg igjen en kommentar

Hvor mange molekyler er det i ett glass vann?

20130617-125140.jpgJeg prøver å forstå hvor små atomer og molekyler egentlig er.

Hell en desiliter vann oppi et glass. Da har du flyttet på 3×1024, eller
3000 000 000 000 000 000 000 000
vannmolekyler.

Om du tar dette tallet og deler det på to hundre, så får du antall glass du trenger for å få plass til alt vannet som finnes på jorda. Både ferskvann og saltvann.

Legg all sanda fra som finnes på alle verdens strender i en stor haug. Så finner du nok sand til å lage fire tusen hauger til. Da har du like mange sandkorn som det er molekyler i vannglasset.

Ingen vet helt hvor mange stjerner som finnes i universet. De beste anslagene ligger et sted mellom 1022 og 1024 stjerner. Det er altså omtrent like mange vannmolekyler i et glass vann som det finnes stjerner i hele universet.

Tenk litt på det, du.

Kanskje universet vårt bare er et glass med vann, i en helt annen virkelighet?


Legg igjen en kommentar

Sandkasselek for voksne

Denne helgen har jeg altså brukt til å legge heller i hagen. Jeg foreslo egentlig at vi skulle ha de hellene fordi jeg trodde det bare var å dra jord utover, slenge ut noen heller og strø gressfrø over det hele. Nå forstår jeg at det innebærer spaing av flere tonn sand og løfting av inmari tung stein. Men fint blir det, og jeg har innsett at sand er ganske fascinerende greier.

Innerst ved husveggen hadde vi en ganske stor grøft fylt med leca. Det er visst noe man gjør for å unngå vann i kjelleren. Hulrommene mellom lecaekulene er nemlig så store at vannet ikke greier å holde seg fast i dem, men renner rett ned og bort til naboen (jeg tror det er planen). Vi måtte ta bort trappa inn til huset, så for å komme ut i hagen måtte man ta et stort skritt ned og rett i denne lecagrøfta. Når du tråkker på leca så sklir kulene mot hverandre og ut til siden så du synker ned. Omtrent som å hoppe i ballrommet på IKEA men du blir mye mer møkkete og irritert.

Så var altså spørsmålet hvordan vi skulle legge heller, til å gå på, oppå all denne lecaen. Vi bestemte oss for å dekke kulene med en fiberduk. Oppå der la vi et lag med sand som vi tråkket til.

Her er den fascinerende biten: En halv meter bred grøft med kuler som ikke kan holde noe som helst oppå, en tynn duk og en tommelfingerbredde med hardpakket fuktig sand – det blir forbausende stabilt! Plutselig kunne vi spasere omkring oppå grøfta og det føltes som et fast gulv. Er ikke det egentlig veldig rart?

Alle har lekt i sandkassa som barn, men en del av erfaringene er vel gått i glemmeboka. For å oppsummere: Tørr sand går det ikke an å bygge med, det renner bare ned. Klissvåt sand går det heller ikke an å bygge med, det blir bare som våt rennete gjørme. Fuktig sand, derimot, kan du bygge de mest fantastiske byggverk med.

Når sanda er fuktig er det både vann og luft mellom sandkornene. Sandkorn har overflater som er veldig glade i vann. Som jeg har snakket om før, så kan vann like veldig godt å klamre seg til for eksempel glass (som jo er laget av sand), men vannet er veldig lite glad i å ha en overflate rett ut mot lufta.

Når to sandkorn er veldig nær hverandre, får vannet muligheten til å lage en liten dråpe mellom disse to kornene. Dråpen har veldig mye overflate mot sand, og bare litt mot luft, og er derfor fornøyd med tilværelsen. Vannet lager det man kaller en kapillærbru mellom de to sandkornene. Om du prøver å dra disse kornene fra hverandre, strekkes vanndråpen og den får mer og mer overflate mot luft. Det vil den ikke! Derfor vil vanndråpen prøve å dra sandkornene tilbake mot hverandre. Vanndråpen virker omtrent som en liten strikk som er limt fast mellom de to sandkornene. Om man drar hardt nok, ryker strikken (dråpen) og kornene kan bevege seg fritt i forhold til hverandre igjen. I fuktig sand sitter de fleste av sandkornene fast i flere andre med slike vanndråpestrikker. Det er derfor man kan bygge sandslott med overheng og det hele uten at det raser sammen. Dersom jeg skulle ha greid å bøye fiberduken og det tynne sandlaget ned i lecagrøfta da jeg tråkket på den, måtte jeg ha dratt mange sandkorn fra hverandre. Kraften fra alle de bittesmå vanndråpene gjorde at det ikke skjedde.

Når sanda er veldig tørr er det nesten ingen kapillærbruer til å holde fast sandkornene, slik at de er frie til å bevege seg i forhold til hverandre. På mange måter oppfører tørr sand seg omtrent som vann, der man kan tenke seg at sandkornene spiller rollen til vannmolekylene. Den vil for eksempel stort sett renne nedover. En forskjell på tørr sand og vann er at siden sandkornene ikke er spesielt gode venner, de bryr seg altså ikke om de er ved siden av et annet sandkorn eller ikke, så blir ikke de kornene som sitter i utkanten ulykkelige. Derfor er det ikke sånn at sanda gjør det den kan for å unngå å få for stor overflate, slik som vann gjør det.

En annen forskjell er den at det er friksjon mellom sandkornene. Når sanda renner ned så får man ikke en helt rett overflate, men det dannes en haug. Desto mer kantete sandkornene er, desto lettere det er for dem å huke seg fast i hverandre, og desto brattere kan denne haugen bli. Det blir også en del luft imellom kornene i haugen. Om man dunker, tramper eller rister på sanda, får sandkornene hjelp til å rive seg løs fra naboene og hoppe videre nedover til de til slutt ligger så tett som de kan komme, med en plan overflate. Da har de på en måte nådd sitt nullpunkt og vil ikke flytte seg noe mer uten at noen kommer og løfter dem opp. Da vi skulle legge stein, var det viktig at sanda under fikk finne sitt nullpunkt før steinen ble lagt ut. Ellers ville den med tid og stunder greie å komme seg dit og så ville steindekket vårt blitt ugjevnt. Derfor leide vi en såkalt hoppetusse (fint navn), en tung sak med plate under og motor oppå som får den til å hoppe rundt omkring på sanda. Det bråkte og førte forhåpentligvis til at steinene våre ligger der de ligger i mange år.

I kliss våt sand er det heller ingen kapillærbruer, for her er det jo vann over alt og ingen plagsomme overflater mellom vann og luft. Derfor er våt sand like håpløs som tørr sand når det gjelder sandslottbygging.

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård (fint skal det være).

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård.


2 kommentarer

Flom og ødeleggelser

Nå er det mye vann over alt!

Problemene med vann oppstår når det blir mye av det, og spesielt når det renner fort. Jo fortere vannet renner, jo vanskeligere er det å stoppe det eller få det til å svinge unna. Når det kommer en mengde vann rennende mot en parkert bil, så kan vannet velge å svinge rundt bilen, eller det kan fortsette rett fram og ta bilen med seg. Om hastigheten til vannet er stor nok, koster det mer energi å svinge unna enn det gjør å ta bilen med seg. Siden naturen er gjerrig velges den billigste løsningen, og bilen får seg en tur nedover elva.

Når det er flom finner ofte vannet nye veier å renne. Kanskje har elva i alle år vært nødt til å svinge rundt en voll. Plutselig er vannstanden blitt høyere, og noe vann finner en vei å renne over toppen av vollen. Det rennende vannet graver med seg litt jord og sand. Da blir det lettere å renne der, og mer vann kommer til. Mer vann, høyere hastighet, og så blir vannet i stand til å ta med seg grusen under i tillegg. Dette forsterker seg til hele elva kommer rennende ned gjennom sentrum og tar med seg alt som står i dens vei.

Elva renner gjennom Kvam sentrum. Foto: Dag W. Grundseth, Aftenposten

Elva renner gjennom Kvam sentrum. Foto: Dag W. Grundseth, Aftenposten

Egentlig så pleier ikke vannet å begynne med å grave seg gjennom en demning fra toppen. Tenk deg en demning som består av jord, grus og stein, som holder en mengde med vann bak seg. Trykket er høyest nederst i vannet, og trykket her blir større når vannstanden blir høyere. Det er vanskelig å presse vannet gjennom demningen, men det er ikke umulig. Noen små sprekker og hull går det an å finne veien gjennom. Når trykket bak demningen blir høyt nok, begynner noe vann å piple gjennom nederst i demningen. På utsiden, der vannet kommer ut i det fri, greier det å grave løs litt jord eller sand. Da blir veien for vannet som kommer bak litt kortere, det er altså litt lettere for vannet å komme gjennom, og det gjør at hastigheten kan øke litt. Så graver vannet ut litt til, og gravingen fortsetter, i raskere og raskere tempo. Det som først så ut som uskyldig pipling på utsiden av demningen blir til et hull som utvider seg, fra utsiden, helt til det bryter gjennom og hele demningen kollapser.

Dette er gjerne mekanismen som får veier til å kollapse. Vannet vil fra den ene siden av veien til den andre, og enten hadde det ikke noe rør å renne gjennom, eller så var røret blitt for lite. Da begynner det først å sildre gjennom, og grave med seg mer og mer grovkornet fyllmasse fra den andre siden av veien, helt til det ikke er noe igjen til å holde asfalten oppe og den knekker og faller ned i hullet. Yr.no har lagt ut en fantastisk film som viser hvordan riksveg 3 ved Atna kollapser. Røret som gikk under veien var blitt for lite, og vannet har gravd ut alt så asfalten henger i løse lufta. En sprekk oppstår i asfaltdekket, og den vokser raskere og raskere – og så raser hele veien ned. (mannen med gravemaskin og mobiltelefon ser forbløffende rolig ut.)


Legg igjen en kommentar

Har bølgene som endene lager alltid samme vinkel?

Da baby og jeg slappet av i sola ved vannet i går ble jeg sittende og se på ender. Når det er stille på vannet lager endene så fine mønstre bak seg. Og så begynte jeg å lure: Hva er det som bestemmer vinkelen til kjølvannsbølgene? Er det hvor fort anda svømmer? Formen på anda, kanskje? Eller er det egentlig sånn at alle kjølvannsbølgene har den samme vinkelen – og hvorfor, isåfall?

ender

Her måtte et Google-søk til, og det viser seg at disse V-formede kjølvannene kalles for Kelvin-kjølvann. De er oppkalt etter Lord Kelvin (han med temperaturskalaen, og mye annet) som beskrev fenomenet i 1887. Dette går altså definitivt i kategorien Gammel Forskning. Det er ikke bare ender som lager slike kjølvann, man kan også se dem etter båter på stille hav.

Jeg tok faktisk feil med alle mine grublerier. I bunn og grunn er bare en ting som bestemmer vinkelen på kjølvannet, og det er den fysiske loven for tyngdekraft. Denne loven gjør at bølger på dypt vann beveger seg fortere jo større bølgelengde de har, i motsetning til for eksempel lydbølger i luft som går like fort uansett om lyden er lys (kort bølgelengde) eller mørk (lang bølgelengde).

Når anda svømmer lager den hele tiden bølger med mange forskjellige bølgelengder. Disse beveger seg som sirkler ut i fra det punktet der de ble dannet. Kjølvannstripene vi ser er et område der veldig mange bølgetopper fra forskjellige bølger havner på samme sted til samme tid, og forsterker hverandre til noe som ser ut som en stor bølge. Det er bølger andre steder på vannet også, men de er så spredt utover at vi knapt kan se dem.

Vinkelen på den linja som blir dannet av de ytterste av de forsterkede bølgene er omtrent 19 grader i forhold til linja som anda følger. Hvorfor det er akkurat denne vinkelen er man dessverre nødt til å bruke ganske komplisert matematikk for å forstå. Det morsomme er at vinkelen er så grunnleggende. På en annen planet, der et romvesen hadde svømt på en sjø av noe helt annet enn vann, ville kjølvannet ha fått den samme vinkelen så lenge loven for gravitasjon var den samme på denne planeten som på jorda.

Bildene under har jeg lånt fra denne boka for å vise at man kan beskrive hele det vakre Kelvin-mønsteret matematisk uten å si noe som helst om fart eller form på båten (eller anda) eller egenskaper til vannet, annet enn at det er flytende.

Kelvin_sammenligning


4 kommentarer

Stephen Taber og telehivmysteriet

Det skjer hvert år: Våren kommer, og avisene skriver om nye veiprosjekter som er ødelagt av telehiv.

Når vann fryser til is nede i bakken blir noen gang overflaten presset oppover, og det er dette vi kaller telehiv. Gjengs oppfatning er at dette skjer fordi at vann utvider seg når det fryser, sånn som vi kan oppleve om vi legger en full flaske i fryseboksen og den sprekker.

Men, hold dere fast: Dette er (nesten aldri) årsaken til telehiv! Flaska i fryseboksen sprenger ikke om du ikke har satt på korken. Vannet nede i jorda er heller ikke spesielt innestengt. Når det fryser og utvider seg, kan det vannet som blir til overs dyttes nedover i jorda. Dessuten så utvider vannet seg med ni prosent når det fryser, mens «hivet» som forårsakes av telen kan bli mye større enn dette skulle tilsi.

For å rette opp i denne misforståelsen kommer nå et innlegg i kategorien Gammel Forskning.

Stephen Taber II

Stephen Taber II

For 101 år siden, i 1912, fikk den unge Dr. Stephen Taber II stillingen som professor ved institutt for geologi og mineralogi ved universitetet i South Carolina. Siden han var eneste professor ved instituttet kunne han gjøre omtrent som han ville.

Stephen Taber hadde lagt merke til tidligere forskning som så ut til å vise at is var i stand til å løfte opp overflaten mye mer enn de ni prosentene utvidelse skulle tilsi. Han var forbløffet over at dette ikke hadde vagt mer oppsikt, og fikk lyst til å studere dette i mer detalj. De første, lovende eksperimentene fikk han gjort noen kalde netter vinteren 1914-1915. Det var imidlertid vanskelig å være avhengig av været for å gjøre eksperimenter, så han la studiet på hylla for noen år. Gjennombruddet kom i 1927. Som han skriver i artikkelen sin:

«In March, 1927, a suitable low-temperature apparatus was placed at my disposal by Mr. E.W. Allen,  district manager of the Frigidaire Corporation, and I began an investigation to determine the factors involved in excessive and differential frost heaving.»

Professoren lagde sylindere av papp, som han dyttet fulle av leire. På innsiden av pappen hadde han smurt parafin så de skulle være vanntette. De var åpne i bunn, og han plasserte dem på et lag med sand nederst i fryseboksen. Så helte han på vann så både leiren av sanda ble helt gjennomvåte. Plassen mellom sylindrene fylte han med tørr sand. Siden kjøleelementene i fryseboksen var på toppen, ville dette være ganske likt sånn som det er i virkeligheten når jord fryser. Da er det jo også kaldest øverst.

Tabers eksperimenter, kopiert fra artikkelen hans fra 1929.

Tabers eksperimenter, kopiert fra artikkelen hans fra 1929.

Øverst på sylindrene plasserte han forskjellige lodd: av tre, av jern eller begge deler. Det gjorde han fordi han lurte på både hvor mye vekten på toppen ville ha å si, og hva som ville være effekten av temperaturen på toppen av sylinderen. Treloddet er selvfølgelig lettest, mens metall leder varme bedre, så sylinderen med bare jernloddet vil være kaldest oppå.

Hva skjedde?

Alle loddene ble løftet oppover. Det som ble løftet aller mest var ikke det lette treloddet, men det tunge jernloddet! Det betyr at det ikke er vekten, men temperaturen som har mest å si. Jernet klarer å flytte bort mer av varmen fra vannet, så det greier å danne mer is. Med et trelodd oppå får varmen mye motstand for å komme seg bort, og det bremser på frysingen. Det som løftet seg minst var kombinasjonen tre + jern. Her er det vanskelig å få bort varmen, og i tillegg er det en stor vekt som må løftes opp. Det betyr altså at vekten også har noe å si.

Taber noterte også hvor mye loddene ble løftet i forhold til hvor langt ned sylindrene hadde fryst (ratio of uplift to depth of freezing). Om det bare var vannet som satt der fra før som hadde blitt til is, så burde dette bli omtrent ni prosent, eller 0,09. Det han målte var mye mer, rundt 40 prosent.

Det betyr at vann har flyttet seg fra et annet sted og til der hvor isen ble dannet. Det eneste vannet som var tilgjengelig var i den varmere delen av sylinderen under isen, og i sanden nedenfor. Fryseprosessen har altså trukket vannet oppover!

Det minner vel litt om disse trærne jeg snakket om? Helt riktig, vi er tilbake til kapillærkrefter og overflater. Leire (og silt, som bare er litt mer grovkornet) består av bittesmå mineralkorn, med overflater som elsker vann. Siden plassen mellom kornene er så liten, er det vanskelig for vannet både å lage bobler og å fryse til is. Derfor kan temperaturen komme godt under null før vannet begynner å fryse.

Selv om noe av vannet har frosset til is, er ikke mineraloverflatene spesielt lystne på å gi slipp på det flytende vannet sitt. Frosset is og mineraloverflater går nemlig ikke spesielt godt overens. Derfor vil det fortsette å være flytende vann mellom iskrystallen og leirkornene. Når en iskrystall først er dannet, vil det oppstå en liten konflikt: Vannet på isen vil fryse, men isen vil ha et flytende lag rundt seg. Dette gjør at når litt av vannet rundt isen fryser til, skapes et undertrykk som suger vann opp til der hvor det fryser.

Ganske likt det som skjer i trærne. Der brukes litt av vannet opp til fordampning, og nytt vann må suges opp. I jorda brukes noe av vannet opp til å lage is, og nytt vann må suges opp nedenifra.

Dette er også grunnen til at isen ikke er gjevnt fordelt i leira, men legger seg lagvis nedover. Har man først begynt å lage is ett sted er det nemlig mye lettere å fortsette å fryse på den enn å lage ny is et annet sted. Derfor suges vann opp til en islinse til det har blitt kaldt nok et stykke lengre ned til å starte en ny linse der. Taber viser fram et stykke frossen vei han har fått av en kamerat i veibransjen, for å demonstrere at det er det samme som skjer i virkelig telehiv:

Frossen veibit, 1929.

Frossen veibit, 1929.

Noen ganger kan sugekreftene i vann som fryser føre til ganske enorme formasjoner, som disse pingoene.

(om noen vil lese mer, ligger Tabers originale artikkel her)


Legg igjen en kommentar

Bildefredag

Jeg har mye bilder fra forskningen som jeg bruker til å finne ut av ting, men noen ganger får jeg bilder som bare er veldig fine. Jeg har tenkt å dele noen av disse fremover.

Dette bildet er fra et eksperiment der jeg smeltet et magnesiumsalt og lot det bli kaldt mellom to glassflater. Så tilsatte jeg vann sånn at det kom i kontakt med kanten av saltet. Der vann og salt kommer i kontakt løser saltet seg først opp før det felles ut igjen og danner krystaller. Det er det man ser i venstre side av bildet. Etterhvert som reaksjonsfronten trenger seg lengre inn i saltet blir er krystallene mye mindre og de ordner seg på rekker på en eller annen måte.

Til høyre ser vi saltet: Det som er helt svart her salt som har blitt kaldt, men ikke rukket å krystallisere ennå. Atomene sitter hulter til bulter og det er helt gjennomsiktig, som et glass. Det som ser ut som snøkrystaller er krystaller som har oppstått i salt-glasset. Siden atomene i saltglasset beveger seg, littegrann, vil det etterhvert være noen som klarer å strukturere seg og lage en krystall. Der noen først har begynt å bygge krystall blir det lettere for naboene å sette seg fast. Slik gror de utover fra ett startpunkt. Det samme vil faktisk skje i vanlig vindusglass om man bare venter lenge nok. Glass er på en måte en underkjølt væske, som skulle ha blitt til krystaller men ikke har greid det enda.

Jeg har en polarisator på hver side av prøven. Det gjør at krystallene ser lyse eller mørke ut ut i fra hvilken retning atomene inni sitter. Vann og glass blir svart fordi atomene ikke sitter i noen bestemt retning.

Bildet er tatt med mikroskop, og den virkelige størrelsen på det dere ser er ca 5 millimeter.

God helg!


6 kommentarer

Overflater som elsker vann. Å drives oppover av kjærlighet

Etter gårsdagens innlegg om trær fikk jeg dette spørsmålet:

«Hvordan får Redwoodtreet sugd vannet helt opp på toppen da? Har de det bare helt grusomt de molekylene på toppen? »

Jeg skulle vel ha sett det komme. Jeg tok det ikke med i gårsdagens historie fordi jeg ikke greide å finne en god måte å forklare det på. Men nå skal jeg gjøre et forsøk.

Det er med stoffer som med mennesker – noen går godt overens, og noen gjør det absolutt ikke.

Vannet er en sånn type som andre har sterke meninger om. Det finnes noen overflater som hater vann, og noen som elsker det.

Glass er en av dem som elsker vann. Har du noen gang tatt en blodprøve der de har brukt et lite glassrør til å suge opp blodet med? Selv om røret peker oppover, så forsvinner blodet (som stort sett består av vann) inn i røret helt av seg selv.

Dette er det som skjer: Den nederste biten av røret kommer i kontakt med bloddråpen, og vannmolekylene kommer i kontakt med glasset.

«Dette var jammen flott», sier glasset der nederst. «Se her, dere. Vi får sitte her inntil vannet istedenfor å bare ha den kjedelige lufta å henge med.»

Vannmolekylene virrer litt rundt, som molekyler gjør. Noen ganger tar et av molekylene som sitter øverst oppe på glasset et ekstra stort skritt oppover. Da holder glasset så godt fast på det at vannet ikke kommer seg ned igjen. Sånn kryper vannet i gjevnt tempo oppover glassflaten.

På utsiden av røret blir det etterhvert veldig tungt å krype oppover, fordi vannet må dra hele den store vannoverflaten etter seg – som å klatre opp en fjellside samtidig som man løfter et enormt teppe opp fra bakken. Derfor kommer ikke vannflaten så veldig langt opp før det blir nødt til å stoppe. Inni det lille røret, derimot, hjelper glasset på alle kantene med på å dra det lille runde overflateteppet oppover. Jo mindre røret er, jo lettere er det å komme høyt opp.

Inne i bladene på et tre er det noen bitte, bitte små rør. Det er her de lange sugerørene i trestammen ender opp. Disse små rørene er så trangeat de bare har plass til noen få vannmolekyler i bredden. Innsiden av røret elsker vann minst like mye som det glass gjør, og siden nesten alle vannmolekylene inne røret får sitte og kose med røroverflaten, er det nesten ingen grenser for hvor høyt de kan greie å klatre. Selv strevet med å trekke 100 meter vann opp bak seg er det verdt.

Dette bildet har jeg stjålet fra hydrologie.org. Et fint eksempel på at vann i trange rør kryper høyest.

Dette bildet har jeg stjålet fra hydrologie.org. Et fint eksempel på at vann i trange rør kryper høyest.

(om dette hørtes i overkant fjasete ut, så kan jeg forsikre om at det er vitenskapelig fundert. Riktig fagterminologi for disse overflatene er hydrofile, vann-elskende, og hydrofobe, vann-hatende.)


5 kommentarer

Dykkersyke i trær

I går nevnte jeg så vidt at vann koker ved lavere temperatur når man er høyt oppe på fjellet.

Vannet koker lettere fordi trykket er lavere der oppe. Man har rett og slett en mindre mengde med luft å bære på når man har beveget seg et stykke opp gjennom atmosfæren. Når trykket er lavt er det lettere for molekylene å frigjøre seg fra hverandre og ta steget over i gassfasen.

Dette har faktisk ganske mye med trær å gjøre!

Et tre består på en måte av mange små sugerør ved siden av hverandre, som alle er fylt med vann. Siden det hele tiden fordamper noe vann fra bladene, strømmer det vann fra røttene og helt opp til de høyeste grenene.

Disse redwoodtrærne kan bli over 100 meter høye, og greier allikevel å dra vann helt opp til de øverste bladene sine.

Disse redwoodtrærne kan bli over 100 meter høye, og greier allikevel å dra vann helt opp til de øverste bladene sine.

Inne i hvert av sugerørene synker trykket jo lengre opp i treet man kommer. Vann er såpass tungt at 10 meter med vann gir det samme trykket som hele atmosfæren. Det er derfor vi ganske fort kan merke at trykket blir stort når vi dykker.

10 meter opp i treet er altså trykket «en atmosfære» mindre enn det var nede ved bakken.

En atmosfære minus en atmosfære blir…

null!

Null trykk? Høres ganske rart ut. Og om du er et redwoodtre har du kanskje fortsatt 90 meter igjen! Da fortsetter vi oppover i treet og får minus en… minus to… …. minus ni atmosfærer!

I en væske kan vi kan se for oss at molekylene holder hender med hverandre, i akkurat den avstanden til hverandre som de liker best. De danser rundt og bytter partner i blant, men liker ikke å være for langt borte fra vennene sine. Når vi senker trykket tar vi tak i molekylene og drar dem fra hverandre. De holder hverandre fortsatt i hendene men de må strekke veldig på armene sine for å klare det, så de har det ganske ubehagelig.

Om de hadde hatt plass skulle de for lenge siden bare ha sluppet hverandre og svirret rundt i gasstilstand. Men inne i sugerøret i treet får de ikke plass! De er klemt inne mellom de stive celleveggene i treet og klarer ikke lage nok plass til en gassboble.

Dette er bra for treet, for om det oppstår en boble midt inne i sugerøret så greier ikke treet lengre å bruke det røret til å suge vann med. Noen ganger skjer det, og da kalles det embolisme – dykkersyke. Det er nemlig noe av det samme som kan skje når trykket i blodet synker veldig fort hos dykkere som er på vei til overflaten.

Embolisme er ikke bra for trær. Derfor er det mange forskere som prøver å forstå mer om hvordan embolisme oppstår. En av metodene de bruker er å sette mikrofoner på trær og høre det lille poppet som kommer hver gang en boble oppstår inne i treet. De kan også lage negativt trykk inne i små trebiter ved å kjøre dem i sentrifuge, og så finne ut hvor dårlig sugererørene dungerer etterpå ved å måle hvor vanskelig det er å dytte vann gjennom trebiten.


10 kommentarer

Det bruser i kaffekjelen min

Babyen sovnet (ja jeg har mammapermisjon for tiden), og jeg gikk sporenstreks på kjøkkenet for å lage meg en kopp kaffe før jeg skulle sette meg ned og jobbe.

Da jeg stod der og ventet på at kaffekjelen skulle lage akkurat den lyden som forteller at vannet er passe varmt, tenkte jeg

nå kunne det jo passe fint å skrive litt om underkjølt koking.

Ja! Vi kjenner vel alle det: Man skrur på kjelen eller vannkokeren. Først skjer det ingen ting, så begynner det å bruse, og til slutt koker det skikkelig. Brusefasen er det vi kan kalle underkjølt koking.

Vann koker som kjent ved 100 grader Celsius (om du ikke er alt for høyt til fjells). Det som skjer da er at vannmolekylene har fått så mye fart på seg at de ikke orker å bry seg om nabomolekylene sine lengre. De vil fyke omkring for seg selv, og da trenger de mye mer plass. Det flytende vannet går over til gass, altså vanndamp.

Når vi skal koke opp vannet, så varmer vi opp kjelen. Eller varmeelementet i vannkokeren. Så går varmen videre fra denne metallflaten og over i vannet der vi vil ha den. Den eneste måten vi kan få varme til å flytte på seg er å få den til å trille nedoverbakke – altså strømme fra et sted med høy temperatur, til et sted med lavere temperatur. Derfor må det være sånn at varmeelementet er varmere enn vannet. Det blir da også sånn at vannet som er like inntil varmeelementet er varmere enn vannet litt lengre unna. I mitt tilfelle: Vannet på bunn er varmere enn vannet lengre opp i kjelen.

Så stiger varmt vann opp, kaldt vann detter ned, og varmen flyttes fra høy til lav temperatur sånn at alt vannet blir varmere og varmere. Vannet som blir 100 grader først, kommer opp i den temperaturen når det ligger helt nederst i kjelen.

Da skal vannet bli til gass. Men det er ikke gjort uten videre! For at vannet nederst i kjelen skal få lov til å bli til vanndamp må man nemlig også danne en overflate mellom damp og vann. Nå er det nesten alltid sånn at atomer og molekyler ikke liker å være en del av en overflate. De vil aller helst være omringet av sine brødre og søstre inne i gassen eller væsken. Derfor krever det littegrann ekstra varme for å danne en boble. Boblen oppstår når den totale gleden til vannmolekylene som har fått lov til å bli gass inne i boblen er større en den totale misnøyen til dem som må sitte ytterst og være overflate.

Inne i den nye boblen har hvert molekyl mye mer plass enn i vannet rundt. Dette gir den oppdrift og den begynner å stige oppover.

Men hva skjer når den har kommet et stykke oppover i vannet? Her er det ikke så varmt lengre! Det var jo bare nederst i kjelen vi hadde rukket å komme over 100 grader. På et eller annet tidspunkt blir det kaldt og ikke så attraktivt å være gass allikevel.

Popp – boblen sprekker. Lyden av mange bobler som sprekker blir til brusing i kaffekjelen.

Når alt vannet har rukket å bli så varmt at boblene kommer seg helt opp uten å sprekke, koker vannet på ordentlig.

Grunnen til at det kalles underkjølt koking er selvfølgelig det at du har koking nederst i kaffekjelen selv du ikke ville ha lest av 100 grader om du hadde stukket et termometer ned i kjelen.

Kaffekjele og ferdig kaffe. Den ble dessverre drukket opp i løpet av blogginnlegget. Nå har jeg ikke kaffe til dataanalysen. Søren heller.

Kaffekjele og ferdig kaffe. Den ble dessverre drukket opp i løpet av blogginnlegget. Nå har jeg ikke kaffe til dataanalysen. Søren heller.