Håndvarmer

Hvordan er det mulig at temperaturen øker uten at vi tilfører energi?

Anne Elisabeth Scheen
Regnmakerne

Hva skjer når et stoff går fra å være flytende til å bli fast stoff? Eller motsatt? Tror du temperaturen forandrer seg?

Håndvarmere Håndvarmere

Undersøk en håndvarmer

Jobb sammen i grupper på to eller tre. Begynn med en håndvarmer som har flytende innhold. Undersøk håndvarmeren. Vi kan få innholdet i håndvarmere til å stivne (bli fast stoff) ved å klemme ("klikke") på metallbiten. Da øker temperaturen til håndvarmeren.

Her følger noen forslag til hva som kan undersøkes eller diskuteres

Hva er inni håndvarmeren?
Hvorfor er metallbiten der?
Hva skjer hvis du "klikker" på metallbiten?
Hvor kommer varmen fra?
Kan vi få innholdet til å bli flytende igjen?
Kan vi bruke en håndvarmer flere ganger?

Når håndvarmerne har stivnet, kan de kokes, avkjøles og brukes på nytt.

Mål temperaturen på vann med håndvarmer i

Nå skal du undersøke hvordan temperaturen på vann med en håndvarmer oppi endrer seg når du "klikker" på metallbiten inni håndvarmeren.

Bruk en håndvarmer som fortsatt har flytende innhold.
Legg håndvarmeren i et pappbeger med vann og et termometer. Vannet bør ha romtemperatur. Bruk så lite vann som mulig, men pass på at vannet dekker hele håndvarmeren.
Les av temperaturen i vannet.
Hvor tror du det er lurt å plassere termometeret i forhold til håndvarmeren før du aktiverer den?
Aktiver håndvarmeren og start samtidig klokken.
Les av temperaturen i vannet for hvert minutt og noter resultatene i en oversiktlig tabell.
Fortsett å måle temperaturen til vannet igjen har fått romtemperatur. Hvor varmt blir vannet, og hvor lenge holder det seg varmt?

Faglig forklaring

For at is (fast stoff) skal smelte (bli flytende væske), må vi tilføre energi. Vi kan smelte is i en gryte eller vi kan la sola gjøre jobben med å tilføre energi. I den motsatte prosessen, altså når vann fryser (går fra væske til is), frigjøres energi. Det vil si at temperaturen stiger noe i området rundt. Denne temperaturøkningen skyldes at det kreves mindre energi for å holde dette stoffet i fast form enn for å holde det flytende. I underkjølt regn er temperaturen under frysepunktet, og i det øyeblikk disse vanndråpene treffer noe, fryser de til is samtidig som temperaturen stiger! Når væsken stivner blir det frigjort energi i form av varmeenergi.

I håndvarmere skjer det noe liknende. Håndvarmerne inneholder en overmettet saltløsning av natriumacetat (NaCH₃COO). Overmetning oppstår når vi har løst opp mer av et stoff enn det vi normalt klarer i en gitt mengde vann. Vanligvis vil en overmettet løsning av natriumacetat være i fast form når temperaturen er under 58 ^oC, men denne løsningen kan være underkjølt akkurat som regn.

For at væsken i håndvarmeren skal gå over til fast form trenger den hjelp fra den lille metallbiten som ligger inni håndvarmeren. Når du klemmer ("klikker") på den, vil den overmettede væsken utsettes for et støt, og stoffet stivner. Stoffet ser ut som is, men det vi har er saltkrystaller av natriumacetat. Det kreves mer energi for å holde stoffet i flytende form enn i fast form, og denne energien blir frigjort i form av varmeenergi. Dette medfører at håndvarmernes temperatur øker.

Kommentarer/praktiske tips

Elever på 3.-4. trinn kan bruke sansene og egne ord til å beskrive observasjonene sine og diskutere hva det betyr at et stoff endrer karakter.

Elever på 5.-7. trinn kan bruke begreper som faste stoffer, væsker, fase, faseovergang og partikler til å beskrive hva som skjer i håndvarmeren.

Du kan også undersøke andre forhold knyttet til håndvarmerne:

Hvor høy blir temperaturen inni håndvarmeren når den ikke ligger i vann?
Hvor lang tid tar det før en håndvarmer igjen når romtemperatur?
Har temperaturen til "den flytende håndvarmeren" noe å si for hvilken temperatur den får når den stivner?
Hvor lang tid tar det for en nykokt (flytende) håndvarmer å nå romtemperatur?

Måling av temperatur på håndvarmere

Måling av temperatur mellom to håndvarmere

Lag egen natriumacetatløsning

Du lager løsningen som er inni håndvarmerne ved å løse opp omlag 200 g natriumacetat i en halv liter kokende vann. Hell løsningen over i en flaske, sett på en kork og avkjøl til romtemperatur. Pass på at utstyret du bruker er rent, hvis ikke er det lett at stoffet krystalliserer! Stoffet er ikke giftig.

Tilknytning til læreplan (Fagfornyelsen, LK20)

Læreplan i naturfag (NAT01-04)
Kjerneelement
- Naturvitenskapelige praksiser og tenkemåter (KE67)
- Energi og materie (KE69)
Kompetansemål
- 4. trinn
  
  bruke tabeller og figurer til å organisere data, lage forklaringer basert på data og presentere funn (KM794)
  
  utforske observerbare størrelser som fart og temperatur og knytte dem til energi (KM800)
- 7. trinn
  
  utforske faseoverganger og kjemiske reaksjoner og beskrive hva som kjennetegner dem (KM776)
  
  bruke partikkelmodellen til å forklare faseoverganger og egenskapene til faste stoffer, væsker og gasser (KM829)