Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


Legg igjen en kommentar

Så tenner vi ett lys i kveld

Bilde: Wikimedia Commons

Bilde: Wikimedia Commons

Så kom desember igjen (som julekvelden på kjerringa), og adventslys er tent i de tusen hjem. Dette må være årets beste unnskyldning til å finne ut hva en flamme egentlig er for noe.

Fyrstikken

Vi starter med en fyrstikk. For å få noe til å brenne må det først bli varmt nok, og hva varmt «nok» er avhenger av hva det er du vil brenne. Når du drar en fyrstikk mot siden av fyrstikkboksen skjer det en hel liten kjedereaksjon: Friksjonen mellom små glasspartikler på boksen og på fyrstikkhodet får en liten mengde av et kjemikalie på fyrstikkboksen til å ta fyr; dette igjen får et annet kjemikalie i fysrtikkhodet til å produsere oksygen, slik at svovelet i fyrstikkhodet kan begynne å brenne, og dette varmer opp treet i fyrstikken nok til at det tar fyr – voila. Så bruker vi denne flammen til å tenne på stearinlyset.

Veken og stearinen

Det er lett å se at stearinen i nærheten av flammen smelter. Veken  trekker den flytende stearinen opp, på samme måte som tørkepapir suger opp vann. Det vi trenger veken i strearinlyset til er å få den flytende strearinen opp og i kontakt med masse luft.

Helt oppe ved flammen er det så varmt at stearinen blir til gass. Når denne varme gassen kommer i kontakt med oksygenet i lufta, skjer det en heftig reaksjon. Det er dette som er selve forbrenningen. Oksygenet river karbonatomer og hydrogenatomer fra hverandre, og lager nye små molekyler, stort sett vann og CO2.

Flammefargene

Å ta stearin og lage CO2 er ikke fult så enkelt som å ta legoklosser fra hverandre og sette dem sammen på nye måter. Det første som skjer er at det dannes noen skikkelig gira molekyler. Når disse energibuntene slapper av og organiserer seg som trauste vann- og CO2-molekyler, kvitter de seg med den ekstra energien ved å sende ut lys. Dette kan vi se som den blå fargen nederst i flammen.

Den varme gassen stiger oppover, og i midten av gassen blir det vanskelig å få tak i alt det oksygenet som trengs for å få forbrent stearingassen. Karbonet som ikke finner noe oksygen å henge med klumper seg sammen til mikroskopiske sotpartikler. I den varme flammen får sotpartiklene så høy temperatur at de begynner å gløde. Dette får flammen til å bli gul.

Sot eller ikke sot

Dette hadde jeg ikke tenkt på før, men sånn går det når man begynner å google ting. I en rolig stearinlysflamme vil sotpartiklene forbrennes når de når den ytre sonen av flammen, der de har nok oksygen å leke med og temperaturen fortsatt er høy. Men om flammen forstyrres, for eksempel dersom adventskransen er tent i et rom med mye trekk, kan sotpartiklene slynges ut av flammen uten å brenne opp.

Hvis veken blir for lang, vil lyset også begynne å produsere sot. Men hvorfor det er slik har ikke google kunnet forklare meg i kveld. Dette irriterer meg virkelig. Er det sånn at flammen blir ustabil og blafrer når veken blir over en viss lengde, slik at man får samme effekt som av trekk? Eller er det fordi den lange veken gir ekstra mye drivstoff til flammen slik at sotet rett og slett ikke rekker å forbrennes før det forlater den varme flammen? Om det er noen flammeeksperter som leser dette, ville jeg bli takknemlig for en oppklaring i kommentarfeltet.


Legg igjen en kommentar

Hvordan en tornado oppstår, og hva det har med kakao å gjøre.

Etter den ekstreme tornadoen som herjet i Oklahoma forrige uke fikk jeg lyst til å skrive om hvordan tornadoer blir til, men så ble jeg altså så fascinert av dette med adiabatisk nedkjøling at jeg ble nødt til å skrive om kakao først. Her kommer altså tornadohistorien.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Jeg har dessverre (?) ingen tornadobilder jeg har tatt selv, så dette bildet er fra Wikipedias side om tornadoer.

Hvordan har det seg egentlig at så mye faenskap kan klumpe seg sammen på en plass i lufta, og fyke rundt og gjøre skade?

Vanligvis er det jo sånn at ting har en tendens til å spre seg utover. Rot, for eksempel. Det er veldig lett å få et gjevnt lag med lego i hele stua, men det krever mer innsats å få den tilbake i kassa. Vind pleier å ha den samme effekten: Har du raket sammen en svær haug med løv og overlater den til seg selv, vil den etterhvert være spredt (for alle vinder!). Vinden kommer ikke og samler sammen løvet for deg. Men når en tornado oppstår er det akkurat som om vinden samler seg på et sted, ikke for å rydde i hagen, men for å gjøre mest mulig ugagn.

Det er egentlig sånne prosesser som gjør planeten vår til det spennende stedet den faktisk er. Hadde alt bare spredt seg utover, hadde jorda vært flat og grå. Noen ganger fungerer heldigvis naturen sånn at en ting på ett sted fører til mer av den samme tingen på det samme stedet. Dette kalles for en selvforsterkende prosess, eller en ustabilitet. Rennende vann er et typisk eksempel. Når vannet har fått begynne å grave ett sted, gjør det at det blir lettere for mer vann å renne akkurat der, så får du gravd bort mer, du får mer vann, og vips har du fått ett nytt elveleie.

For å danne en tornado er vi nødt til å ha en eller flere selvforsterkende prosesser. Vi må også ha en kilde til energi. Hus kan ikke bli ødelagte helt av seg selv.

På jordoverflaten er det nesten alltid sola som står for energien. Når flomvann gjør ødeleggelser har sola først brukt energi på å flytte vann fra havet og høyt opp på land. Det er denne energien vannet kan bruke til å flytte hus når det renner nedover mot havet igjen. Energien som skal brukes i tornadoen ligger lagret i varm, fuktig luft ved bakken. Da lufta lå over Mexicogulfen, brukte sola energi på å rive vannmolekyler løs havoverflaten og sende dem opp i lufta. Dette er energi som kan bli frigjort om vannmolekylene setter seg sammen og blir til flytende vann igjen. Sola har også brukt energi på å varme opp lufta, både da den lå over havet og etter at den flyttet seg nordover og ble liggende over prærien i Oklahoma.

I Oklahoma møtes ofte denne varme, fuktige lufta sørfra med tørr, kjølig luft fra nord. Kald luft er tyngre enn varm luft, så når den kalde lufta flytter seg sørover, sklir den langs bakken og dytter den varme lufta opp.

Når den varme lufta stiger oppover, kommer den etterhvert opp i luft som har mindre trykk enn den selv. Og akkurat som når lufta du blåser med munnen blir kald fordi den utvider seg, bruker denne lufta en del av den varmeenergien den har fått fra sola til å utvide seg og dytte vekk lufta rundt seg, og den blir kaldere. Kald luft har ikke plass til like mye vanndamp i seg som det varm luft har. Når lufta blir avkjølt, begynner vannmolekylene å klumpe seg sammen på ørsmå partikler og bli til vanndråper. Da frigjøres energien som ble brukt til å fordampe vannet over havet, og den energien gjør at lufta blir varmere, igjen. Når den blir varmere, blir den igjen lettere enn lufta rundt seg – og den stiger videre oppover. Den kan selvfølgelig ikke bare stige opp og etterlate seg et tomrom, så lufta lenger ned blir trukket oppover. Dette er altså en selvforsterkende mekanisme. Luft stiger, vanndråper dannes, lufta stiger mer, trekker med seg mer luft, som igjen utvider seg og lager vann og vil stige, og trekker mer, og så videre.

Når vanndråpene som dannes blir store nok vil de begynne å dette ned som regn. Dette vil etterhvert avkjøle lufta og bakken under slik at mekanismen som løfter luft oppover stoppes. Men, om det er litt vind høyt oppe som dytter regnet vekk fra den stigende lufta, vil du få en sirkulasjon der luft stiger opp ett sted, og regn detter ned et annet sted. Er det i tillegg sånn at vinden blåser litt fortere på den ene siden enn den andre, kan dette systemet begynne å rotere. Da blir det omtrent som en snurrebass – har du først fått noe til å begynne å snurre, er det ikke så lett å stoppe det. Og nå kan situasjonen bli virkelig farlig. Luft suges inn fra sidene og oppover, kald luft og regn faller ned på sidene, det hele roterer og flytter seg og kan suge med seg hus, biler, kuer og trær når det farer forbi. Jo mer varm og fuktig luft som er tilgjengelig langs bakken, og jo tørrere og kaldere lufta rundt er, jo lengre kan tornadoen holde på.

Det som gjør tornadoen synlig er vanndråpene som er kondensert i den kalde lufta, akkurat som i en sky. Nederst ser man selvfølgelig også støv som blir virvlet opp.


Legg igjen en kommentar

Mamma, hvordan klarer lufta å holde meg oppe?

sykkelhjulNoe av det morsomste med å ha barn er at de stiller så gode spørsmål.

Lufta det var spørsmål om befant seg selvfølgelig inne i en sykkelslange (jeg måtte tenke meg om et øyeblikk før jeg skjønte hva det egentlig gjaldt) og oppå sykkelen befant det seg en observant seksåring.

«Lufta kan holde deg oppe fordi alle de små atomene i lufta fyker rundt kræsjer i veggene i sykkelslangen. Hvert gang de kræsjer så dytter de litt ned på bakken og opp på sykkelen. Vi fyller slangen så full av luft at all den dyttingen er nok til å holde deg oppe.»

«Men hvorfor kjenner ikke jeg det, da, at de dytter?»

«Det er fordi de er så veldig veldig små. Hvert dytt er bittebittelite.»

«Er det fordi de er så mange, da?»

«Ja det stemmer. Helt utrolig mange bittesmå dytt blir ganske mye til sammen.»

«Men når vinden blåser på meg, da kjenner jeg det?»

«Når vinden blåser så er det veldig mange små atomer som beveger seg samme vei på en gang. Da kjenner du det.»

….

«Du vet, du består av sånne små atomer du også.»

«Mamma, hvorfor begynner du bare å snakke om noe annet? Nå snakket vi jo om luft og så begynner du bare å snakke om kroppen».

Ja ok da. Typisk meg.