Sammanfattning energi

(Sammanställt av basgrupp 8a)

Vattnets tre faser; fast, flytande och gas
Cooper (1995) beskriver att vatten förekommer i tre former, fast, flytande och gas. Vidare redogör författaren att vatten i fast form, is, blir flytande om det värms upp till dess smältpunkt och om det flytande vattnet värms till sin kokpunkt övergår det till vattenånga vilket är gasform. Henriksson (2000) redogör att vatten består av atomer och molekyler som rör sig genom att de exempelvis vibrerar, ju varmare vattnet är desto snabbare rör sig dessa. Författaren förklarar även hur vattnets molekyler och atomer ter sig i olika temperaturer, när vattentemperaturen är 0°C rör sig vattenmolekylerna mycket lite och det gör att vätebindningarna i vattnet håller ihop och bildar ett glest nät av vattenmolekyler. Det är nätet av molekylerna som ger vattnet ett fast tillstånd som vi kallar is. När vattentemperaturen däremot överstiger 0°C börjar vattnets molekyler att röra sig och det gör att vävbindningarna får svårt att hålla ihop. Därmed glider vattenmolekylerna omkring och byter plats med varandra, i detta tillstånd är vattnet i flytande form. Densiteten (tätheten) på is är i och med det lägre än vatten i flytande form, därför flyter is. Henriksson skriver att vattnet förångas när det kokar vilket det gör vid 100°C och då övergår vattnet från flytande form till gasform. När vattnet blir till gas avges en mängd energi eftersom vattenmolekylerna frigörs helt från varandra och de rör sig fritt. Vattnet har en hög kokpunkt om man jämför med många andra ämnen, det beror på att det består av vätebindningar som kräver mycket energi för att frigöra molekylerna från varandra. När ångan kyls ner i luften övergår den återigen till flytande form och denna process kallas för kondensering enligt Borén, Larsson, Lif, Lillieborg och Lindh, (2005).

Det fria vattnets kretslopp
Burton och Taylor (1999) skriver att vattnets kretslopp går runt hela tiden, under ett år kan samma vatten stiga upp och falla ner flera gånger. Castensson och Furubrant (1997) lyfter fram att salt- och sötvattnet cirkulerar i samma kretslopp, den globala hydrologiska cykeln, samtidigt redogör Holm (2000) för att det är 40 000 kubikkilometer vatten som rör sig i kretsloppet. Enligt Andersson (2008) avdunstar stora mängder vatten från haven, men det avdunstar också ifrån sjöar, vattendrag och mark samt genom transpiration från växttäcket. När vattnet avdunstar blir det osynlig vattenånga som förflyttas och kondenseras på högre höjd och bildar moln. Molnen som är uppbyggda av små vattendroppar eller iskristaller förs vidare med vinden, och när de ökar i storlek och blir tunga faller de ner som nederbörd. Haven vattnar alltså kontinenterna och genom flöden rinner ytvatten och grundvatten tillbaka till haven, haven och kontinenterna kan även vattna sig själva.

Castensson och Furubrant (1997) påvisar att det är solen som är kraftkällan bakom vattnets kretslopp, det är solen som värmer upp haven vilket i sin tur leder till att vatten avdunstar till vattenånga medan saltet stannar kvar i haven. Vidare tydliggör författarna att mycket av den nederbörd som faller ner återigen avdunstar, speciellt i varma klimat, eller så sugs det upp av växter. Resten förs, som nämnts tidigare, via vattendrag ut till haven igen. Hur mycket nederbörd som faller varierar från plats till plats då det bland annat beror på temperatur, vindar, lufttryck och terräng. De platser som har hög årsnederbörd, mer än 1000 mm, finner vi i tropiska och subtropiska trakter. Däremot är exempelvis Sahara och Antarktis platser där nederbörden är mindre än 100 mm om året. I Sverige är årsnederbörden ungefär 600 mm.

Enligt Nationalencyklopedin (2010) kan nederbörden vara fast, flytande eller bestå av vatten- eller frostavlagringar på föremål. Den fasta nederbörden förekommer som enkla iskristaller (består av isnålar, hexagonala plattor eller stjärnor), snö (iskristaller som är enkla eller samlade i flingor), kornsnö (snö och iskristaller som är belagda med frusna molndroppar), hagel och iskorn. Hagel existerar i tre former, snöhagel är ogenomskinliga och spröda iskorn, småhagel är genomskinliga iskorn och ishagel är hårda iskulor eller isklumpar. Nederbörden som är flytande faller ner som duggregn eller regn, skillnaden är droppradien då den är mindre hos droppen i duggregn än regn.

Nationalencyklopedin (2010) lyfter fram att vattenånga kan utfällas direkt på marken eller på föremål genom att kondensera eller sublimera (vattenånga övergår till is), dagg och rimfrost bildas på det här sättet. Även moln-, dimm- och regndroppar kan anlagras, beroende på temperaturförhållandena kan dimma eller moln ge vatten- eller frostavlagringar som dagg, dimdagg, rimfrost, dimfrost och isavlagringar (bildas vid underkylt regn).

Referenser
Andersson, B. (2008). Att förstå skolans naturvetenskap, Forskningsresultat och nya idéer. Studentlitteratur.

Borén, J., Larsson, M., Lif, T., Lillieborg, S. & Lindh, B. (2005). Kemiboken A – för gymnasieskolan, Nv-programmet. Stockholm: Liber.

Burton, J. & Taylor, K. (1999). Regn. Malmö: Gleerups Förlag.

Castensson, R. & Furubrant, K. (1997). Världens vatten. Stockholm: Utrikespolitiska Institutet.

Cooper, C. (1995). Vetenskap i närbild - Materia. Stockholm: Bonniers Juniorförlag AB.

Henriksson, A. (2000). Naturkunskap B. Malmö: Gleerups.

Nationalencyklopedin. (2010). Tillgänglig på Internet: http://www.ne.se/. [hämtades 100223].

Lite mer om vattenkraft

Söderberg i Lothigius (1995) skriver att den svenska vattenkraften började byggas i slutet av 1880-talet. Han lyfter också fram att ett vattenkraftverk har en livslängd på 50-70 år, anläggningskostnaden är hög men driftkostnaderna är låga, därmed är kraftverken olönsamma i början. Ett litet kraftverk på 250 kW producerar 1 000 000 kWh/år, för motsvarande produktion i fossila anläggningar skulle 700 000 kilo koldioxid, 700 kilo svavel och 1200 kilo kväveoxider släppas ut i naturen. Dock har vattenkraften också skadlig effekt på naturen som Tanja nämnde i sitt inlägg Vatten – teknik (19 februari 2010). Holm (2000) redogör att dammarna förstör för det biologiska livet i vattendragen, dammarna har även orsakat att renarnas betesområden har blivit översvämmade. Enligt Svensson i Lothigius (1995) är Sverige ett land som har goda förutsättningar för vattenkraftverk då det ligger i ett ganska nederbördsrikt område med liten avdunstning vilket medför att avrinningen är bland de högsta i världen. Spade (1999) tydliggör att de flesta vattenkraftverken i Sverige ligger i de norrländska och mellansvenska älvarnas övre delar, Stensjöns kraftverk har vår största utbyggda fallhöjd på 313 meter.

Jag har lyft att det finns både för- och nackdelar med vattenkraftverk, visst är det positivt att det inte släpper ut några skadliga ämnen i atmosfären eller skapar något avfall men jag är rädd för att förstörelsen för det biologiska livet i vattendragen kan få förödande effekter. Allting hänger ju faktiskt ihop, utrotas en djur- eller växtart kan det bidra till att fler tar skada då de som lever av den utrotade arten också kan dö ut eller så skapas obalans då en djurart konsumerar något annat istället vilket gör att födotillgången för en annan art kan minska osv. Därmed anser jag att det är bra att riksdagen, enligt Holm (2000) har beslutat att man inte ska bygga vattenkraftverk i de fyra stora älvarna Vindelälven, Torne älv, Pite älv och Kalix älv.

Referenser
Holm, F. (2000). Miljöboken. Stockholm: Allde och Skytt.

Lothigius, J. (Red). (1995). Kilowatten, fakta i energifrågan. Naturia Förlag.

Spade, B. (1999). De svenska vattenkraftverken – teknik under hundra år. Stockholm: Riksantikvarieämbetet och Kraftverksföreningen.

Vågor

Enligt Whipple (1985) bestäms en vågs höjd av vindens hastighet, den sträcka vinden har rört sig över vattenytan och vindens varaktighet. McMillan och Musick (2007) skriver att havsytan är lugn, utan vågor, när det inte är någon vind. När vinden blåser med en hastighet på 20-28 km/h (frisk bris) bildas en del små vågor som kan ha vitskummande toppar. Vid hård kuling då vinden har en hastighet på 62-74 km/h bildas det höga och långa vågor där vågkammarna bryts till skum. När vindhastigheten är 117 km/h (orkan) är vågorna mer än 14 meter höga och luften är full av skum och vattenstänk. Författarna lyfter fram att genomsnittsvågen är 2 meter hög och den största stormvågen är 31 meter hög. McMillan och Musick uppger att vinden lämnar energi när den blåser över havsytan och det är det som gör att vågor kan bildas. Vattnet i en våg rör sig uppåt, framåt, nedåt och bakåt och ju närmare land vågorna kommer desto mer saktar de in eftersom vattnet blir grundare vilket gör att friktionen mot havsbotten fungerar som en broms.

Vidare uppger McMillan och Musick (2007) att vågor också kan uppkomma vid jordbävningar, jordskred och vulkanutbrott, då kallas det för tsunami och den största tsunamivågen var 524 meter hög. Mellgren (2003) tydliggör att en tsunami bildas när jordbävningen eller vulkanutbrottet förekommer långt ute till havs där vattnet är djupt. Det gör att ofantliga mängder vatten sätts i rörelse och det färdas flera hundra mil genom vattnet i samma hastighet som en jumbojet flyger. Vågen syns dock knappt ute till havs då vattenytan endast höjer sig någon centimeter, men när vattendjupet blir mindre närmare land reser sig vågen och bryts vilket gör att det bidas en enorm våg.

Enligt Nationalencyklopedin (2010) är tidvattnet (flod och ebb) i haven långa vågor, när vattnet kommer in mot land kallas det flod och när det drar sig undan ebb. Tidvattnet beror på månens och solens dragningskraft, McMillan och Musick (2007) förklarar att tidvattnet stiger och sjunker när jorden snurrar runt sin axel. Mellgren (2003) klargör att det är högvatten två gånger samt lågvatten två gånger per dygn. Författaren försöker också ge en förenklad förklaring hur det fungerar, han menar att månen drar till sig havets vatten. Då månens dragningskraft når ända till jorden får det havsvattnet att bukta ut som en stor bula på den sidan som är närmast månen och när jorden snurrar runt rör sig högvattensbulan runt jorden. Där bulan drar fram blir det därför flod. Mellgren uttrycker att det dessutom blir en bula på andra sidan jorden vilket beror på att vattnet trycks ut av centrifugalkraften när jorden och månen rör sig runt varandra eftersom kraften bildas när något rör sig i en cirkel. Därmed blir det flod och ebb två gånger per dygn. Författaren redogör att vattennivåskillnaden kan vara flera meter på en del ställen men vid Sveriges kuster är tidvattnet endast någon decimeter som mest. Whipple (1985) beskriver att tidvattnet har varierad styrka beroende på hur jorden, månen och solen förhåller sig till varandra. Högvattenståndet har därmed fått olika namn, i nipfloden är tidvattenhöjden liten och i springfloden når vattenståndsvariationerna sitt maximum.

Referenser
McMillan, B. & Musick, J. A. (2007). Haven. Stockholm: Bonnier Carlsen Bokförlag.

Mellgren, E. (2003). Se havet! Blött och blandat från vågsvall till avgrundsdjup. Stockholm: Natur och Kultur.

Nationalencyklopedin. (2010). Tillgänglig på Internet: www.ne.se. [hämtades 100314].

Whipple, A. B. C. (1985). Världshaven. Amsterdam: Time-Life Books.

Vattnets tre faser; fast, flytande och gas

Fasförändringar är exempel på fysikaliska förändringar som materien genomgår. För att man ska kunna förstå förändringen måste man ha kännedom om materiens tre tillståndsformer (fast, flytande, gas). Vattnets tillstånd kan förändras på olika sätt. Enligt Cooper (1995) kan vatten som fast ämne (is) värmas upp till sin smältpunkt och övergår då till flytande form. Det flytande ämnet (vatten) kan upphettas till sin kokpunkt och då övergår det flytande ämnet i gasform. Henriksson (2000) redogör för hur vattnets form förändras och hur detta går till. Vatten består av både atomer och molekyler som rör sig genom att till exempel vibrera. Atomerna och molekylernas rörelse är det vi upplever som värme i ett material. Det innebär alltså att ju snabbare byggstenarna (atomer och molekyler) rör sig i vattnet desto varmare blir vattnet.

Henriksson (2000) skriver att när vattentemperaturen understiger 0°C rör sig inte vattenmolekylerna nämnvärt vilket gör att vätebindningarna i vattnet håller ihop och bildar ett glest nät av vattenmolekyler. Nätet av molekyler ger vattnet ett fast tillstånd som vi kallar is. Henriksson (2000) redogör även för hur vatten ter sig i temperaturer som överstiger 0°C. i motsats till när temperaturen sjunker så börjar vattenmolekylerna att röra sig vilket gör att vävbindningarna får svårt att hålla ihop. Vattenmolekylerna glider då omkring och byter plats med varandra och det är detta tillstånd som är vatten i flytande form. Vatten i fast form (is) har lägre densitet (täthet) än vatten i flytande form, därför flyter is.

När vatten övergår från flytande form till gasform så överstiger vattnet 100°C, vattnet förångas (kokar). I detta skede frigörs vattenmolekylerna helt från varandra och rör sig fritt och det avges en mängd energi som gör att vattnet förångas och blir gas. Vatten har en högre kokpunkt än många andra vätskor vilket beror på att de består av vätebindningar som kräver mycket energi för att frigöra molekylerna från varan. När ångan kyls ner i luften återgår den till flytande ämne, vatten. Enligt Borén, Larsson, Lif, Lillieborg och Lindh, (2005) kallas detta kondensering.

Ett problem som Eskilsson (2001) lyfter fram i sin studie är att vi pedagoger i undervisningen inte är tillräckligt tydliga med vad begrepp och termer har för betydelse/innebörd. Eskilsson (2001) skriver att det visar sig speciellt tydligt när elever diskuterar ett ämnes faser i rumstemperatur, då kan eleverna tro att samma ämne i fast-, flytande- och gasform är olika ämnen. Därför förespråkar Eskilsson (2001) att vi pedagoger redan i tidiga åldrar behandlar ämnesbegreppen i undervisningen för att underlätta möjligheterna för eleven att få en större förståelse för kemiämnets centrala delar.

Eskilsson (2001) beskriver att elever ofta har en föreställning om att ett fast ämne är hårt, han menar att det är vanligt att elever omtalar is som det första de kommer att tänka på när det gäller fast ämne. När elever ska relatera till flytande ämnen så är det oftast vatten de nämner först. Eskilsson (2001) menar dock att eleverna har väldigt svårt att föreställa sig vad gas är för något. Min uppfattning är att det beror på att is och vatten är något du både kan se och känna men gas är abstrakt och därför svårt att föreställa sig.

Referenser

Borén, H. Larsson, M. Lif, T. Lillieborg, S. Lindh, B. (2005). Kemiboken A- för gymnasieskolan, Nv-programmet. Stockholm: Liber.

Cooper, (1995). Vetenskap i närbild- Materia. Stockholm: Bonniers Juniorförlag AB.

Eskilsson, O. (2001). En longitudinell studie av 10-12 åringars förståelse av materians förändringar. Göteborg studies in educational science.

Henriksson, A. (2000). Naturkunskap B. Malmö: Gleerups Utbi

Det fria vattnets kretslopp

Burton och Taylor (1999) skriver att vattnets kretslopp går runt hela tiden, under ett år kan samma vatten stiga upp och falla ner flera gånger. Castensson och Furubrant (1997) lyfter fram att salt- och sötvattnet cirkulerar i samma kretslopp, den globala hydrologiska cykeln. Enligt Andersson (2008) avdunstar stora mängder vatten från haven, men det avdunstar också ifrån sjöar, vattendrag och mark samt genom transpiration från växttäcket. När vattnet avdunstar blir det osynlig vattenånga som förflyttas och kondenseras på högre höjd och bildar moln. Molnen som är uppbyggda av små vattendroppar eller iskristaller förs vidare med vinden, och när de ökar i storlek och blir tunga faller de ner som nederbörd. Haven vattnar alltså kontinenterna och genom flöden rinner ytvatten och grundvatten tillbaka till haven. Haven och kontinenterna kan även vattna sig själva.

Castensson och Furubrant (1997) påvisar att det är solen som är kraftkällan bakom vattnets kretslopp, det är solen som värmer upp haven vilket i sin tur leder till att vatten avdunstar till vattenånga medan saltet stannar kvar i haven. Vidare tydliggör författarna att mycket av den nederbörd som faller ner återigen avdunstar, speciellt i varma klimat, eller så sugs det upp av växter. Resten förs, som nämnts tidigare, via vattendrag ut till haven igen. Hur mycket nederbörd som faller varierar från plats till plats då det bland annat beror på temperatur, vindar, lufttryck och terräng. De platser som har hög årsnederbörd, mer än 1000 mm, finner vi i tropiska och subtropiska trakter. Däremot är exempelvis Sahara och Antarktis platser där nederbörden är mindre än 100 mm om året. I Sverige är årsnederbörden ungefär 600 mm.

Enligt Nationalencyklopedin (2010) kan nederbörden vara fast, flytande eller bestå av vatten- eller frostavlagringar på föremål. Den fasta nederbörden förekommer som enkla iskristaller (består av isnålar, hexagonala plattor eller stjärnor), snö (iskristaller som är enkla eller samlade i flingor), kornsnö (snö och iskristaller som är belagda med frusna molndroppar), hagel och iskorn. Hagel existerar i tre former, snöhagel är ogenomskinliga och spröda iskorn, småhagel är genomskinliga iskorn och ishagel är hårda iskulor eller isklumpar. Nederbörden som är flytande faller ner som duggregn eller regn, skillnaden är droppradien då den är mindre hos droppen i duggregn än regn.

Nationalencyklopedin (2010) lyfter fram att vattenånga kan utfällas direkt på marken eller på föremål genom att kondensera eller sublimera (vattenånga övergår till is), dagg och rimfrost bildas på det här sättet. Även moln-, dimm- och regndroppar kan anlagras, beroende på temperaturförhållandena kan dimma eller moln ge vatten- eller frostavlagringar som dagg, dimdagg, rimfrost, dimfrost och isavlagringar (bildas vid underkylt regn).

Elevers tankar om några delar i vattnets kretslopp
Andersson (2008) skriver om studier där det ingår israeliska elever som är fem-14 år, de får bland annat svara på frågor som rör avdunstning och moln. När det gäller avdunstningen var det först elever som var nio-tio år gamla som svarade att vattnet åker upp till himlen och molnen genom att det avdunstar till osynlig ånga. I en intervju fick eleverna frågan Varifrån kommer moln?, resultatet visade att 90 % av eleverna som var elva år och uppåt redogjorde för att moln bildas av vatten som avdunstat från olika källor eller att havsvattnet avdunstar med hjälp av solen. Eleverna hade också skilda tankar om hur moln är uppbyggda, många av fem-sjuåringarna trodde att moln är behållare för vatten men vid nio års ålder trodde ett stort antal att moln är vatten eller vattenånga. Eleverna hade även skilda uppfattningar om hur det går till när regn faller, de yngsta trodde att molnen kolliderar eller spricker/öppnar sig när det regnar. Tankar om att regn faller när moln alternativt regndroppar blir tunga och kalla dominerade hos elever från elva år och uppåt.

De slutsatser som jag kan dra utifrån studierna är att eleverna börjar uppfatta på ett ungefär hur det ligger till i verkligheten när de blir omkring nio år. Vad är det som gör att de börjar förstå hur det hänger ihop i verkligheten vid nio års ålder? En tanke som jag har är att eleverna skaffar sig kunskap genom att de undervisas inom området i skolan vid den åldern. Ytterligare en fundering som jag har är att de kanske vid den åldern börjar intressera sig för hur olika saker/fenomen fungerar och hänger ihop och därmed börjar de själva söka kunskap inom området. Det skulle vara intressant att jämföra de israeliska elevernas tankar med svenska elevers för att se om de har samma uppfattningar i de olika åldersgrupperna.

Referenslista
Andersson, B. (2008). Att förstå skolans naturvetenskap, Forskningsresultat och nya idéer. Studentlitteratur.

Burton, J. & Taylor, K. (1999). Regn. Malmö: Gleerups Förlag.

Castensson, R. & Furubrant, K. (1997). Världens vatten. Stockholm: Utrikespolitiska Institutet.

Nationalencyklopedin. (2010). Tillgänglig på Internet: http://www.ne.se/. [hämtades 100223].