Termisk expansion av gaser

Sofia har varit på födelsedagskalas och fått en ballong. Det är en kall dag, och när hon och Maria går hemåt börjar ballongen krympa. Åh, nej! Min ballong! Har det gått hål på den? Var inte orolig, Sofia!

Det är för att det är kallt. Då tar gasen upp mindre utrymme. Vi går hem, så ska jag visa hur det fungerar! Väl hemma tar Maria fram en glasflaska med smal öppning, två skålar, en köksvåg och en ny ballong. Hon fyller en skål med hett vatten och den andra med kallt vatten och is.

Maria sätter fast ballongen runt flaskans öppning och ser till att den sitter tätt. Det försluter flaskan så att luften hålls kvar inuti den. Hon väger flaskan på vågen – den väger 200 gram. Det är den totala vikten av flaskan, ballongen och luften inuti. Därefter ställer Maria försiktigt flaskan i det varma vattnet.

Ballongen börjar växa! Det är inte massan som har ändrats; luften har samma massa som innan. Det är samma mängd luft som tidigare. Men på något sätt har luften fyllt upp ballongen. Hur?

När Maria sätter ned flaskan i varmt vatten, värmer vattnet upp luften inuti flaskan. Gaspartiklarna börjar röra sig snabbare, och sprider ut sig mer. Det gör att gasens volym ökar. Det är därför ballongen blir större! Luften inuti flaskan expanderar på grund av den ökade temperaturen.

Det kallas termisk expansion. Nu tar Maria samma flaska och ställer den i det iskalla vattnet. Ballongen sjunker ihop, som om luften försvunnit. Massan har inte ändrats nu heller. Det är fortfarande samma mängd luft inuti flaskan som innan.

När Maria ställer flaskan i kallt vatten, kyls flaskan och luften inuti den ned. Partiklarna saktar ned och kommer närmare varandra. Luften tar upp mindre utrymme, och ballongen sjunker ihop. Minskande temperatur får luften att dra ihop sig. Samma sak händer med vätskor och fasta ämnen också!

Ta en gammaldags termometer. Den har färgad vätska i en bubbla som sitter ihop med ett väldigt smalt rör – en kapillär. Lägg märke till nivån på vätskan i kapillären. Stoppa sedan ned termometern först i en kopp med varmt vatten, och därefter i kallt vatten. Ser du någon skillnad på vätskenivån?

Precis som luften i ballongen expanderar vätskan inuti termometern när temperaturen höjs, och dras ihop när temperaturen sjunker. Så det är så en termometer fungerar! För att se hur fasta ämnen expanderar, kan vi titta på det här experimentet. Det innehåller två metallföremål: en kula och en ring. Vid rumstemperatur är diametrarna på kulan och ringen nästan desamma, men kulan kan precis passera igenom ringen.

Värm nu upp kulan i några minuter. Försök få den att gå igenom ringen igen. Den kommer inte förbi! Den uppvärmda metallen har ökat i volym – den har expanderat. Men låt kulan kylas ned i kallt vatten, så kommer den lätt gå igenom ringen igen!

Titta Sofia! Sedan vi kom inomhus för att göra de här experimenten har din ballong blivit normal igen! Hurra!