Ballonforsøg (tryk og temperatur)

Et andet spørgsmål er:

"Hvilket tryk dannes der i bunden af flaske i hhv. koldt og varmt vand? "

Jeg synes det er forvirrende. Jeg føler min lærer ønsker, at vi svarer "lavtryk", når vi varmer luften op pga. da det er det der sker, ift. de vi har lært om hvordan vinde dannes. Jeg er dog forvirret, fordi jeg føler trykket er lavt, når luften fylder mindre, men hvorimod den er høj, når luften fylder mere. Det er ikke "åbent" så luften kan ikke bevæge sig på samme måde. Det er måske to forskellige ting eller hvad? Det er også muligt, at jeg har misforstået det meste?   

Brug idealgasloven, og siden i bruger en flaske kender i endda volumen af den, så skal i bare noterer de forskellige temperaturer og evt. bruge strips til at lukke ballonen fuldstændigt fast til flasken så luften hverken kan komme ind eller ud. På den måde kan i samtidig holde flasken nede i en balje vand der langsomt opvarmes (husk termometer og notér temperaturen). Det er vigtigt at i kan aflæse hvor meget vandstanden stiger idet ballonen hæver pga. varmen. - Ja varme udvider gas så det fylder mere, det er sådan varmluftballoner virker.

Forsøget med flasken er væsentlig forskellig fra et meteorologisk lavtryk.

Flaskeforsøget:

Når luften varmes op, udvider den sig. Hvis den er lukket inde i en beholder med fast rumfang, stiger trykket. Hvis beholderen har en væg, der kan flyttes vilkårligt, vil denne væg flyttes så meget, at trykket bliver uændret. Ballonen er næsten en sådan væg. Den giver dog et lille modtryk, fordi den er ellastisk. Der vil derfor være et lidt større tryk, når flasken er varm end når den er kold.

Meteorologisk:

Når luften varmes op i et område, udvider den sig. Da der er luft til siderne, vil den presse luften ovenover opad. Øverst i luftsøjlen vil luften så løbe ud til siderne ovenpå den koldere luft. Derfor er der mindre luft i søjlen over den varme luft, så trykket ved jordoverfladen bliver mindre, mens trykket over det kolde område bliver større. Det er jo her den overskydende luftmængde er havnet. Nede ved jorden  vil luften have tilbøjelighed til at strømme fra området med højt tryk til området med lav temperatur. Jordens rotation bevirker dog, at vinden drejes, så den gå næsten vinkelret på den retning, man ville forvente.

#0

Mit spørgsmål er, om det skyldes temperaturforskellen mellem flaskens indre luft og den ydre luft (omgivelserne uden for flasken), at der sker en opdrift af den luft vi varmer op inde i flasken vha. varmetilførsel fra det varme vand? Eller har denne temperaturforskel ingen betydning?

Den har betydning. Uden forskel, ingen opdrift.

#1

"Hvilket tryk dannes der i bunden af flaske i hhv. koldt og varmt vand? "

..., fordi jeg føler trykket er lavt, når luften fylder mindre, men hvorimod den er høj, når luften fylder mere.

Ikke korrekt.

Når volumet mindskes og temperatur og luftmasse er konstant, stiger trykket som følge af idealgasloven:

En bestemt masse luft fylder mere (ved konstant tryk), når den opvarmes:

Ved "oppustning" af ballonen udskiftes den kolde luft i ballonen med varm luft, hvorefter den kolde luft synker til flaskens bund indtil al luften er lige varm.

Under "oppustningen" er luften ved flaskens bund altså koldere end luften højere oppe. Kold luft har højere densitet end varm luft (≈ kold luft er tungere end varm luft). Derfor vejer den mere og derfor trykker den mere. Trykket ved flaskens bund er altså højere end trykket højere oppe.

Hvis det samlede volumen er omtrent konstant, så stiger trykket som en følge af idealgasloven, når luften opvarmes:

Når 3. forsøg ikke rigtigt gav nogen forskel fra 1. forsøg, kunne det skyldes, at temp.-forskellene mellem ballon og flaske og/eller ballon og omgivelser for hurtigt udlignedes.

Ballonens elasticitet kan også have haft en indvirkning.

#3

? "... fra området med højt tryk til området med lav temperatur." Skal vel være lavt tryk.

#1

Jeg føler min lærer ønsker, at vi svarer "lavtryk", når vi varmer luften op pga. da det er det der sker, ift. de vi har lært om hvordan vinde dannes.

Blandt andet på grund af #3 "Meterologisk:" skal du altså ikke svare "lavtryk".

Der sker det samme fx ved et bål. Både flammer, gnister og røg stiger opad, mens ilden "suger" kold luft til forneden.

Eller ved rumopvarmning med en radiator. Den varme luft stiger op under loftet, mens der trækkes kold luft henover gulvet mod radiatoren.

#5 Tak for rettelsen. Du har helt ret.

Jeg er lidt forvirret. Jeg er ret sikker på, jeg vil kunne forstå jeres gode forklaringer, havde det ikke været for søvnmanglen lige op til eksamen.

Jeg håber I kan opstille det mere simpelt (end det allerede er).

1. Dannes der et højtryk i flaskens bund under opvarmning, da den kolde luft synker, mens den varme stiger op?

2. Men, hvis hele luften i flasken er opvarmet - dannes der hverken højtryk eller lavtryk? 

3. Dannes der et højtryk i flaskens bund, når man putter flasken i koldt vand - hvad nu hvis temperaturen mellem omgivelser og inde i flasken er udlignet - dannes der hverken højtryk eller lavtryk?

1. Ja.

2. Jo, der gør. Fordi den varme luft stiger op i ballonen. Først når temp.-forskellen i systemet flaske-ballon er væk forsvinder trykforskellen.

3. Ja. Den stuevarme luft afkøles og bliver tungere. Det øger trykket (en smule).