lu.se

Nationellt resurscentrum för fysik

Institutionen för Fysik, Lunds universitet

Denna sida på svenska This page in English

Väga luft

 

Vad väger luft? Med en enkel vakuumpump för vinflaskor och en noggrann våg kan du och dina elever lätt ta reda på det.

Vad händer i experimentet?

Efter att man har pumpat ut luft ur flaskan väger den lite mindre - vi använder den noggranna vågen till att mäta upp hur mycket mindre den urpumpade flaskan väger. Sedan tar man reda på hur stor volym luft man har pumpat ut ur flaskan genom att öppna den under vatten. Se till att flaskans mynning hela tiden är under ytan.

Trycket i flaskan är mycket lägre (man har ju sänkt det genom att pumpa) än lufttrycket på vattenytan. Därmed trycks vattnet in i flaskan. Mät hur mycket vatten som forsade in - det motsvarar volymen på den luft som pumpats ut.

Genom att dividera skillnaden i massa med volymen får man densiteten  - vi fick luftens densitet till 1,1 gram/liter, vilket är nära tabellvärdet 1,2 gram/liter

Men om man tar en bag-in-box påse då? Den rymmer ju tre liter (oftast) och luften i den väger då ungefär 3 g, men vågen ger nästan inget utslag alls. Man kan formulera förklaringen till varför bag-in-box påsen inte duger att väga luft med på ett par olika vis.

Förklaring 1: Det finns hela tiden en volym luft ovanpå vågen; om denna luft är inuti eller utanför påsen spelar ingen roll. Man förändrar ingenting genom att flytta 3 liter luft ut ur eller in i påsen. Med vinflaskan är det annorlunda; när vi pumpar ut luft ur flaskan minskar vi mängden luft ovanpå vågen. Vi har ju lyft undan en luftpelare lika hög som flaskan och ersatt den med (nästan) vakuum.

Förklaring 2: Arkimedes princip säger att undanträngd gas eller vätska utövar en ''lyftkraft''. Bag-in-box påsen tränger inte undan någon luft; luften är kvar på samma ställe med eller utan påse runt. Flaskan behåller sin volym när den är nästa tömd på luft och har då trängt undan den mängd luft vi pumpat bort.

Arbeta med experimentet

Om du undervisar skolår 4-6 kan ni använda experimentet för att konstatera att luft faktiskt väger något. Här kan man nöja sig med massan utan att bry sig om volymen. Fokusera även på experimentutförandet (väga före och efter), användning av vågen och vakuumpumpens funktion (den plockar ut en del av luftmolekylerna ur flaskan - tvärtom mot en cykelpump!)

Att väga luft är en vanlig demonstration på högstadienivå. Genom att använda vakuumpumpar för vin och flaskor kan alla elever göra sin egen mätning och beräkna densiteten

Densiteten blir naturligtvis inte exakt detsamma som tabellvärdet. Elever lägger ofta stor vikt vid exakta siffror och decimaler. Försök ge perspektiv på resultatet - ni har med all säkerhet fått max 20% avvikelse från tabellvärdet 1,2 g/l. Betona att även 0,5 eller 2 g/l hade varit bra uppskattningar av det faktiska värdet.

En bra minnesregel är att vatten väger 1 kg per liter och luft 1 g per liter.

När man diskuterar tryck i och utanför flaskan fokuserar eleverna gärna enbart på trycket i flaskan och glömmer att lufttrycket utanför flaskan spelar stor roll, t.ex. då vätska trycks in i den evakuerade flaskan.

Bag-in-box varianten är mest lämpad för gymnasiet eller högstadiet. 

På gymnasiet kan ni använda allmänna gaslagen för att räkna ut hur lågt tryck det var i flaskan.

Så här kan man INTE väga luft!

Blåser man upp en ballong och lägger den på en våg kommer vågen att ge utslag. Om man väger ballongen utan luft i får man dock ungefär samma utslag, nämligen vad ballongen själv väger. Detta är samma experiment som med bag-in-box påsen och det går alltså inte att väga luft på det här sättet. Möjligtvis skulle ballongen med luft kunna vara något tyngre än den utan, vilket beror på att luften i ballongen är en aning komprimerad.

Det finns ett försök som vi hör talas om ibland där man fäster två ballonger i vardera ände av en pinne och hänger upp eller balanserar den så att den väger jämt. Sedan sticker man hål på den ena ballongen och pinnen tippar då för det mesta över åt den hela ballongens sida. Återigen så visar detta bara att luften i den hela ballongen är något komprimerad jämfört med den luft som finns utanför ballongen.

Material

Du behöver en våg med noggrannheten 0,1 g eller ännu hellre 0,01 g. De flesta så noggranna vågar klarar maximalt av 500 g vilket innebär att många normalstora vinflaskor är för tunga - använd halvflaskor! Vi använde en våg från Alega, artikelnummer DV500.

Du behöver även en vakuumpump för vinflaskor med tillhörande kork. Dessa kan köpas hos Duka eller Cervera m.fl. men också på några nätsajter, t.ex. Lyckas med mat.