Tjock kopp håller kaffet varmt längre - eller?
Årskurs: 4-6, 7-9, Gymnasiet
Ämnesområde: Energi
Spontant tror många att en tjock kopp borde hålla kaffet varmt under en längre tid än en kopp vars väggar är tunna. Tjocka väggar isolerar ju bättre! Men hur är det egentligen? I detta experiment undersöker eleverna hur snabbt temperaturen av varmt vatten avtar med tid i två olika tjocka koppar.
Materiel
- Två olika tjocka koppar eller muggar. Det är fördelaktigt om kopparna har ungefär samma form och volym.
- Några deciliter varmt vatten.
- Mätglas eller ett annat verktyg för att mäta vattnets volym.
- Digital termometer kopplad till dator med programvara för datainsamling; NRCF har testat temperaturprober från Vernier (Logger Pro) och PASCO. Alternativt kan man använda en vanlig sprittermometer med tidtagarur.
Genomförande
- Häll samma mängd vatten i de två kopparna.
- Sätt in termometrar alternativt digitala temperaturprober i kopparna.
- Starta mätningen. Du ska mäta i minst 15 minuter.
- Om du gör dina mätningar med sprittermometer: hur ofta ska du ta mätningar?
- Analysera temperatur-tid-grafer för de två kopparna.
Fundera på
- Ser du något mönster (skillnad, likhet) i den data som du samlat in?
- Kan du komma på en möjlig förklaring till det du observerat?
Ytterligare mätningar
- Om du har tid gör gärna en längre mätning.
- Jämför en kopp som ursprungligen (innan man häller varmt vatten i den) har rumstemperatur med en kopp som värmts upp i exempelvis mikrovågsugn.
Resultat och förklaring
Figuren nedan visar de två temperaturkurvorna för en mätning på 15 minuter. Det syns tydligt att varmt vatten svalnar av snabbare i koppen med tjocka väggar. En möjlig förklaring är att den tjocka koppen tar upp mer av värmen från vattnet –det kostar mer energi att värma upp den, jämfört med den tunna koppen – vilket leder till att vattnets temperatur avtar snabbare i den tjocka koppen.
När man tittar på grafen ovan blir man kanske nyfiken på ifall de två kurvorna skär i varandra. Det kanske är så att den nu uppvärmda tjocka koppen avger värme till omgivningen långsammare än den tunna koppen? För att undersöka det närmare kan man förlänga mätningen till 60 minuter; för resultat se figuren nedan. I grafen ser man att kopparna avger värme lika snabbt när det passerat cirka 20-25 minuter.
Skapat av Lena Claesson och Lukasz Michalak. Graferna har erhållits med hjälp av Logger Pro.