Värmeutvidgning och entropi
Om du värmer upp stål, så blir det längre. Däremot är detta inte sant med alla material. Gummisnoddar t.ex drar ihop sig, vilket du kan använda för att bygga en enkel motor.
Radio Unga Forskare Stockholm - Vetenskap - Sveriges första podcast!
Du lyssnar på: Värmeutvidgning och entropi
Notering: vi håller på att bygga upp funktionen. Så allt är ännu inte klart. Bättre navigation och transkription är på väg.
Vi lade ut våra första episoder 1997, innan det ens fanns något som hette podcast. Sedan dess har vi lagt ut över 400 föredrag och diskussioner. 2004 sände vi vår sista avsnitt över 88,9 MHz i Stockholm. Sedan dess har podden legat i träda. Men nu är den tillbaka som arkiv.
Transkription38 repliker · 3:29
Transkriptionen är automatiskt genererad och kan innehålla fel.
Klicka på en replik för att höra den.
Värmutvidgning och entropi. De flesta material utvidgar sig när man värmer upp dem och drar ihop sig när de blir kallare.
Ett typiskt exempel är stål som har ungefär 13 miljonterdelars utvidgning per grad.
Det betyder att om man värmer upp en stål så blir det något längre.
Längsskillnaden är relativt liten för de normala temperaturförändringar man ser i det vanliga vädret men kan ibland få stor betydelse till exempel för järnvägar.
Där har man räls som är mycket lång och när den börjar utvidga sig till exempel på en mycket solig dag så böjer den sig.
Resultatet kan bli så kallade solkurvor vilket får tågen att spåra ur.
På samma sätt utvidgar vatten sig också något mer när det värms upp och en grads temperaturhöjning i världen skulle leda till att vattenytan går upp 8 cm.
Även utan att man tillfört mer vatten till världshaven vilket skulle kunna få stor effekt på grund av växthuseffekten.
Anledningen till att värmeutvidgning sker är att atomerna vibrerar beroende på temperaturen.
När temperaturen ökar så vibrerar de kraftigare vilket gör att de trycker mer ifrån varandra.
Har man gitter av atomer till exempel i en metall så kommer det att växa en smula när det blir varmare.
Det här kan utnyttjas till exempel i bimetaller där man sätter två metaller som har olika värmeutvidgning sida vid sida.
Eftersom den ena utvidgas mer än den andra när det blir varmt så kommer det här lilla bläcket att böja sig vilket kan sluta en elektrisk kontakt vilket används i termostater.
Men det finns också en del saker som uppför sig på andra sätt.
Gummiband drar ihop sig istället.
Det här kan utnyttjas på intressanta sätt.
Man kan till exempel bygga ett hjul där ekrarna är gummiband som går ihop till centralt nav.
Och så värmer man på ena sidan.
Då dras naturligtvis navet mot den sidan.
Hjulet blir obalanserat och rör sig.
Detta bringar in nya gummiband på den uppvärmda delen och flyttar uppvärmda gummiband ut på den kalla delen och hjulet börjar rotera.
Kanske inte världens mest effektiva motor men en intressant demonstration av hur man kan konvertera värme till rörelsenergi.
Hur kommer det sig egentligen att gummibandet drar ihop sig?
Ja, på mikroskalan så består gummiband av en spagetteliknande anhopning i molekyler.
När man drar ut ett gummiband så tvingas den här spagettirören att bli ganska rak.
Därmed måste den också bli mycket mer ordnad.
Nu finns det en naturlag som säger att entropin, ett mått på oordningen, alltid måste öka.
Eller så måste man frigöra värme.
Värme kan egentligen sägas vara koncentrerad oordning.
Så vad som händer är att när man tar och drar ut ett gummiband så blir det mer ordnat och det måste frigöra värme.
Det här kan man faktiskt känna genom att ta ett gummiband, sätta mot överläppen som är mycket känslig för temperaturskillnader och dra ut det.
Det blir varmare.
Om man väntar en stund och sen låter det bli kortare igen så känner man hur det blir kallt.
Värme sugs upp i omgivningen för att kunna tillåta gummibandets molekyler att kullra ihop sig.
Det här är också samma princip som inträffar när man skapar kylbad genom att hälla ammoniumnitrat i vatten.
Oordningen ökar så snabbt så att naturen är villig att suga i värme för att uppnå det.
Kort sagt, värmeutvidgning är inte en självklarhet.
Är man tillräckligt oordnad så kan det istället bli en värmekrympning.
För att ladda ner föredragen till din dator istället för att bara lyssna på dem, högerklickar du på länken “Ladda ner föredraget” och väljer “Spara som” eller motsvarande för din webbläsare.