Totalreflektion i glas

Material: k
• Kemibägare 250 ml.
• Vatten.

Metod:
1. Häll vatten i bägaren. Titta från sidan så ser du att botten på bägaren ser ut som en spegel2. Varifrån kommer ljuset som du ser i den speglande botten? Pröva om du kan placera en hand så att den syns i spegeln. Var placerar du den i så fall?3. Var ska ögat vara för att den övre vattenytan ska se ut som en spegel?4. Var ska ögat vara för att den böjda ytan ska se ut som en spegel?

Slutsats:

Totalreflektion i glas innebär att allt ljus som kommer från en infallsvinkel större än 45° kommer reflekteras tillbaka i en lika stor vinkel, istället för att brytas. Så ljuset man ser reflekteras i botten på glasbägaren kommer alltså från andra sidan med en lika stor vinkel som den du tittar från. 

För att den övre vattenytan ska se ut som en spegel så måste man titta underifrån, från en vinkel på mer än 49° i förhållande till normalen (eftersom att det är större än den kritiska vinkeln i just vatten). Vartifrån ska man titta för att få en spegling på de böjda sidorna? Ovanifrån. 

Denna egenskap kan användas inom fiberoptiken för att transportera information via ljus. 

Ljusets brytning i vattnet

Uppgift 1: "Ljustra fisk i skålen".

Frågeställning: Vad händer när man försöker sikta en pinne ner mot en nyckel i vatten? Hur ser det ut?

Hypotes: Jag tror inte att man kan sikta från sidan, för att allt blir större och ljuset bryts och reflekteras på ett annat sätt. Ögat luras.

Material:
• Genomskinlig låda
• Blompinne
• Nyckel

Metod: Lägg nyckeln på lådans botten och fyll lådan tills den är nästan full. Stöd blompinnen mot lådans kant och sikta på nyckeln. Håll noga koll på siktet så att det inte ändras medan du sänker ner pinnen mot nyckeln.

Resultat: Man missar nyckeln genom att sikta för långt fram. Från olika vinklar ser det ut som följande:

Slutsats: När man skjuter ner pinnen på nyckeln så missar man det genom att automatiskt ha siktat för långt fram - och detta beror på att ljuset går rakt fram, men färdas i varierande hastighet beroende på media. Ljusets hastighet avgörs av densitet (högre densitet = långsammare ljus), och när ljuset byter från ett medium till ett annat så kan det ändra riktning. Ljuset rör sig väldigt snabbt genom luft, men långsammare i glas eller vatten.

När ljusstrålen kommer in snett i vattnet så bromsas den ena sidan före den andra och ljuset bryts mot normalen.Två sidor med olika hastigheter resulterar i en sväng. Ljusstrålen byter alltså riktning när den går från luft till vatten, och vice versa. När hela ljusstrålen sedan är i vattnet så slutar den svänga och fortsätter i sin nya riktning. Allt detta har alltså gjort att vinkeln på brytningen (brytningsvinkeln) är mindre än infallsvinkeln. På grund av detta så uppfattas nyckelns position som annorlunda när vi ser den i vattnet från vad den egentligen är.

Går en ljusstråle från vatten till luft så bryts ljuset från normalen och brytningsvinkeln blir större än infallsvinkeln.

I och med denna regel för ljusets brytning i vatten så kan man alltså sikta helt utmärkt på myntet om man gör det uppifrån. Då träffar hela ljusstrålen det andra mediet samtidigt, så infallsvinkeln och brytningsvinkeln blir båda 90°.

Reflektion i plana speglar 2

Reflektion

Uppgift 1: Vad händer när olikfärgade ytor reflekterar ljus?

Hypotes: Jag tror att de kommer reflektera ljus med samma färg som de själva är, och beroende på vilken färg som reflekterar så tror jag att ljuset kommer reflekteras olika bra.

Material:

• Papper vitt A4, färgat A4, och svart A4

• Foto

• Ficklampa

Metod: Låt en ljusstråle träffa en vit, en färgad, och en svart pappersyta. Titta på fotot i belysningen från pappret, inte från lampan. Är det någon skillnad? Förklara.

Resultat och slutsats:

Beroende på vilken pappersyta vi använde så reflekterades ljuset olika bra. Det svarta pappret reflekterade ljuset sämst. Som visat på bilden med det gröna pappret så kan även färg påverka. Det gröna pappret har gjort att bilden ser grönare ut, och detta beror bland annat på att pappret absorberar alla ljusets färger förutom just det gröna. Därför har man på sig ljusa kläder på sommaren, för att de färger som absorberas istället blir till värme. Vita kläder absorberar ingen färg, utan allt reflekteras. Svarta kläder absorberar alla färger - vilket gör att det bli riktigt varmt i dem.

Uppgift 2: Är det någon skillnad om ljuset träffar en vit pappersyta eller skrynklig aluminiumfolie?

Hypotes: Jag tror att det kommer bli starkare reflektion från aluminiumfolie.

Material:

• Papper vitt A4

• Aluminiumfolie

• Foto

• Ficklampa med riktad stråle

Metod: Titta på ett foto i belysningen från aluminiumfolie/vitt papper.

Resultat:

Slutsats: Aluminiumfolie reflekterar ljus bättre än vanligt papper. Blanka och ljusa ytor reflekterar ljus bra. Vi prövade även att forma aluminiumfoliet till en skål - och titta så bra det reflekterar då (eftersom ljuset då "studsar omkring" där inne). 

Uppgift 3: Vad är regeln för reflektion i plana speglar?

Hypotes: Tvinga mig inte gissa regler här. Snälla liksom. Jag vet inte. Det reflekterar väl på samma sätt som när man skjuter en boll mot en vägg. Beroende på vart man står så studsar den tillbaka åt olika håll liksom. Hur man nu säger det med fina, vetenskapliga ord.

Material:

• Papper vitt A4

• Små plana speglar

• Ficklampa med riktad stråle

Metod: Ställ spegeln mot bordet och låt ljusstrålen gå längst med bordet. Låt sedan ljusstrålen träffa spegeln i olika vinklar. Förklara vad du märker. Ser du något regelbundet?

Resultat:

Slutsats: Infallsvinkeln är lika stor som reflektionsvinkeln.  

Uppgifter med volym - dokumentation 1

Uppgift: Ta reda på hur stor volym vattnet i "akvariet" har.

Material:
• stor bägare fylld med vatten.
• linjal.
• mått för deciliter och liter.

Metod:
1. Mät basytan på akvariet. Mät hur högt vattnet når.
2. Multiplicera de mått du fått med varandra, och få volymen i kubikcentimeter. Gör om till liter.
3. Kontrollera att du kommit fram till rätt svar genom att hälla ut vattnet i litermått.

Uttryck: BxH / 1000.

1 liter = 1000 kubikcentimeter.

Basytan: 16 x 26 = 416 cm.
Höjd: 7 cm.

Ekvation: 416 x 7 / 1000.

Uträkning:
416 x 7 = 2912
2912 / 1000 = 2,912 liter.

Resultat: När vi mätte mängden vatten (volymen på vattnet) genom att hälla ut det så kunde vi se att det blev lite mer än det som vi beräknat med vår ekvation. Detta beror på att akvariet inte var ett rätblock, trots att det stod att det skulle vara det. Snarare utvidgades sidorna utåt, likt en 3D-version av en likbent parallelltrapets. Och då kommer ju volymen bli större.

Uppgift: Rita av en träkloss på ett papper. Rita den sedan igen, fast i skala 1:2. Beräkna volymen på den halverade träklossen.

Material:

• Linjal.

• Papper och penna.

• Träkloss.

Metod:
1. Rita av klossen i skala 1:1 på ett papper och märk ut måtten.
2. Rita klossen i skala 1:2 och märk ut måtten.
3. Beräkna volymen på den förminskade klossen.
4. Kontrollera om dess volym är hälften av volymen på den stora genom att beräkna den stora och halvera.
5. Man kan även kontrollera genom att lägga klossen i vatten och kolla hur mycket vattenytan höjs. På så sätt kan du också räkna ut volymen.

Hur man räknar ut volymen på en kloss formad som denna: Man får ju som ta och se den avskurna biten som en prisma. Och om man har lite fantasi kan man ju tänka att denna prisma även är hälften av ett rätblock, och att andra hälften är kvar på klossen där en bit är avskuren. Man kan tänka att klossen är ett rätblock med en prisma fastlimmad vid toppen - och då behöver man ju bara räkna ut rätblockets volym och addera prismans volym. Eller se hela klossen som ett rätblock, räkna ut volymen på den och sedan subtrahera prisman som saknas. Vilket som går ju bra.

Volymen på en prisma: BxH (basytan multiplicerat med höjden). Och basytan räknar man ut på samma sätt som med en vanlig triangel - basen multiplicerat med höjden dividerat med två. 

Och innan jag räknar ut det tänker jag förbättra mina anteckningar lite och kontrollera så att alla mått verkligt stämmer. Liksom, jag tittar tillbaka på anteckningarna och jag känner mig lite konfunderad. 

Laboration - Kol och Syrgas

Vad händer när man sätter kol i syre?

Hypotes: Koldioxid kommer att bildas när en reaktion sker mellan dessa ickemetaller.

Fakta:

Kännetecken för syrgas: tänder en glöd. 

Kännetecken för koldioxid: släcker eld, grumlar kalkvatten.

Material:

• degeltång

• kol

• syrgas

• e-kolv

• kork

• kalkvatten

• brännare

• skyddsutrustning

Metod:

1.     Studera kolbiten och syrgasen före laborationen.

2.     Fyll e-kolven med syrgas.

3.     Ta kolbiten med degeltången, få den att glöda, och för ner den i syrgasen.

4.     Anteckna och ta bilder på vad som händer.

5.     Studera kolbiten efteråt. Bevisa att det bildats koldioxid i e-kolven.

Resultat: Före laborationen var kolbiten svart, torr och hade vassa kanter. Vi förde den in i lågan på en brännare och startade en glöd. 

Den började glöda otroligt starkare så fort vi förde ner den i syrgasen i e-kolven, så starkt att det såg ut som om den lyste. När lågan slocknat så använde vi oss utav kalkvatten för att se vilken molekylförening som bildats. 

Utifrån att kalkvattnet blev grumligt när vi hällde ner det i kolven så kan vi bekräfta att det var koldioxid.

Slutsats: När man hettar upp en kol så sker en reaktion mellan det ämnet och syret i luften, vilket skapade föreningen ”koldioxid”.  Koldioxid är en ett ämne som man inte kan se, känna eller lukta.

O₂ + C --> CO₂

En förbättring på laborationen skulle först och främst vara att prova göra den fler många gånger. Skulle vi göra det, så skulle vi även se till att plocka upp kolbiten innan vi blandar i kalkvatten – något som vi inte gjorde. Efter det hade vi även haft det lättare att kunna studera hur kolbiten och se hur den ser ut efter att den reagerat med syre, samt utan att den är blöt. Att den befann sig i vätska kan ha påverkat vår slutsats om själva kolbiten. Man hade även kunnat pröva att ha ett konstant överflöd av syre för att se vad som händer med kolbiten (den omvandlas till slut helt till koldioxid).

Denna molekylförening är essentiell för växtrikets fotosyntes – en biologisk process som bildar syre för levande organismer. Eftersom att en av koldioxidsegenskaperna är att släcka eld, så används den även för brandsläckare. Andra vanligt förekommande användningsområden är för kolsyrad dryck. Koldioxid är bra och viktigt – men endast i rätt mängd. Blir det för mycket koldioxid för växterna att ta upp, så kommer gasen att stiga uppåt mot atmosfären – och slutligen att bidra till en uppvärmning av vår planet.

Magnesium och Koppar - Laboration

Frågeställning: Vad händer när magnesium upphettas?

Hypotes: Jag tror att magnesiumet kommer reagera med syret och bilda föreningen magnesiumoxid, eftersom att jag från tidigare laborationer med järn sett att metaller reagerat med syre och bildat ett slags oxid. 

Material:

• magnesium

• degeltång

• porslinsskål

• brännare

• tändsticka

Metod:

1. Skriv ner egenskaperna för magnesium före det har bränts.

2    2. Ta bilder under undersökningen.

3    3. Sätt upp håret och se till att du har mycket plats för laborationen.

4    4. Tänd brännaren.

5    5. Ta magnesiumet med tången.

6      6. Hetta upp i lågan.

7    7. Se till att bandet förs ned i skålen.
8.     Skriv de nya egenskaperna som magnesium får av värme.

Resultat: Före laborationen var magnesiumet en grå, silverfärgad metallbit som man kunde böja.

    När metallen upphettades och fattade eld så började den lysa i ett näst intill bländande sken. Detta pågick under cirka 5 sekunder.

       Efter laborationen hade den silverfärgade metallen blivit vit och pulveriserades vid beröring.

Slutsats: När man hettade upp magnesium skedde en reaktion med syre. Det blev varmt och det började lysa. Magnesiumet och syret bildade magnesiumoxid (vitt pulver). I min hypotes skrev jag att jag trodde att metallen skulle reagera med syret i luften och bilda magnesiumoxid - och detta stämde ju. Vad jag däremot inte visste var vad som skulle komma före detta - nämligen det starka skenet - eller hur magnesiumoxidet faktiskt ser ut. 

Magnesium + Syre = Magnesiumoxid. Mg²⁺ + O^2- = MgO.

Korrekt formel:O₂ + 2Mg = 2Mg²⁺ + 2O^2- = 2MgO.


Frågeställning: Vad händer när koppar upphettas?

Hypotes: Jag tror att den kommer växla till en annan färg vid upphettning, men eftersom koppar kan ha olika många valenselektroner (1 eller 2) så tror jag att den kan reagera på mer än ett sätt. Jag tror att den kommer reagera med syret i luften och bilda kopparoxid som lägger sig som ett lager (vilket jag tror är hur den ändrar färg).

Material:
      • koppar
      • porslinsskål
      • tändsticka
      • brännare
      • degeltång

Metod:
      1. Skriv ner egenskaperna för koppar före det har bränts.
      2. Ta bilder under laborationen.
      3. Sätt upp håret och se till att du har mycket plats.
      4. Tänd brännaren.
      5. Ta kopparn med tången.
      6. Hetta upp lågan.
      7. Skriv de nya egenskaperna som koppar får när den reagerat.

Resultat: Före laborationen började så var metallen en rödbrun färg.

Efter att den förts in i elden så började den glöda i en ljusröd/orange färg. 

När man tog ut den ur elden och lade den i en skål så hade den fått ett skal av mörkgrått kring sig. När skalet sprack fanns det en matt röd färg under.

Slutsats: När man hettade upp koppar så skedde en reaktion med syret i luften och kopparoxid bildades. Kopparoxidet lade sig som ett lager över metallbiten, och under var kopparn röd och matt. Jag nämnde tidigare att koppar antingen kan ha en eller två valenselektroner. Hur många kopparn man själv använder har kan man kolla genom att hetta upp och låta den reagera med syret i luften. 

Koppar + Syre = Kopparoxid (svart eller röd).
2    Med 1 valenselektron: 4 Cu + O₂ --> 4 Cu⁺ + 2 O^2- = 2 Cu₂O (röd).
       Med 2 valenselektroner: 2 Cu + O₂ --> 2 Cu²⁺ + 2 O^2- = 2 CuO (svart).
   
Alltså, eftersom att vår kopparbit fick ett lager av svart så innebär alltså det att kopparbiten hade två valenselektroner. Man kan även, genom att titta på dessa formler, se vilken av slutresultaten som innehåller mest syre - nämligen den svarta.

Förbättringar av laborationer: För att förbättra kvaliteten av laborationerna tänker jag att det varit bra om jag tagit en tydligare bild på hur metallerna såg ut före laborationen. Sedan önskar jag att jag filmat själva reaktionen för att ge en tydligare redovisning om vad som hände. Jag tror även att det hade kunnat vara värt att upprepa laborationen men göra små ändringar (såsom ändra temperaturen eller metallens massa) och ta tid på hur länge magnesiumet lyser varje gång. På så sätt kan man se hur man ska försöka få metallen att lysa så länge som möjligt. Man skulle även kunna kolla saker som om metallen vikt ändras efter laborationen. 

Jag vet inte om det var något specifikt vi gjorde som kan ha påverkat slutresultatet av laborationen, men det är en del saker som skulle kunnat gå omärkt. Bland annat så kanske vi inte hade lagt märke till att magnesiumoxidet var pulver om vi inte petat på det och sett hur det föll isär.

Vad kan man använda dessa egenskaper som magnesium och koppar får av att upphettas? Eftersom att magnesium börjar lysa så starkt så används det bland annat för fyrverkerier, fotoblixtar, och även brandbomber vilket är ammunition som används för att starta en kraftig brand.

Koppar är väldigt bra på att leda både värme och elektricitet, och är en tänjbar metall som används mycket till elektronikindustrin. Kopparoxid kan användas som färgmedel i glasyr för keramik. Kopparoxiden som är svart används som slipmedel för glas, samt som tillsats i vissa djurfoder för att motverka kopparbrist.