exercise/kjemisk-rakett.tex

   1 % category: unknown
   2 \chapter{Vi bygger kjemiske raketter}
   3 \label{Raketter}
   4 \index{Bygge kjemiske raketter|textbf}
   5 \index{Cellulose}
   6 \index{Ugrassalt}
   7
   8 (Kloratenes oksyderende virkning på organiske stoffer).
   9
  10 \section*{Innledning}
  11 Overskriften kan kanskje minne om en av Werner von Brauns villeste
  12 idèer. Selv om det kanskje høres noe mistenkelig ut, å bruke gamle
  13 vaskefiller til et kjemiforsøk, så viser det seg at forsøket er både
  14 spennende og fascinerende. Det som er spesielt med dette forsøket er
  15 at det er like spennende hver gang for den som utfører forsøket, så
  16 vel for den som er førstegangs\-tilskuer. Hele forsøket går altså ut
  17 på å lage raketter med klorat og et eller annet organisk materiale
  18 (i dette tilfellet cellulose) som drivstoff.
  19
  20 \begin{figure}[h]
  21 \centering
  22 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett55}
  23 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett56}
  24 \caption{Kloratraketter på tur opp!}
  25 \end{figure}
  26
  27 \section*{Framgangsmåte}
  28
  29 En mettet natriumklorat-oppløsning (ugrassalt) lages ved å løse opp
  30 400 gram natriumklorat pr. liter vann. Normalt er det ikke nødvendig
  31 å lage mer enn to liter løsning. To liter natriumklorat-løsning er
  32 etter mitt skjønn nok til å lage 20
  33 raketter av en middels størrelse (se nærmere angivelse bak).
  34
  35 I denne løsningen dyppes så et eller annet absorberende
  36 celluloseholdig materiale, for eksempel gamle vaskefiller eller mer
  37 billig i lengden, ark med kjøkken\-papir, eller avispapir. Knut Jynge fant i sin tid ut at vanlig grått porøst kjøkkenpapir var det beste. Det
  38 absorberte mer løsning enn avispapir og beholdt sin styrke når det
  39 ble gjennombløtt. Avispapiret hadde en større
  40 tendens til å falle fra hverandre.
  41
  42 Vætingen foregikk slik:\\
  43 I en 10 liters plast bøtte ble 25 ark med vanlig grått kjøkkenpapir på
  44 A-4 størrelse presset ned i 2 liters natriumklorat- løsningen.  Arkene
  45 fikk ligge å suge opp løsningen (la overflødig løsning renne av og
  46 tilbake i bøtten) og forsiktig skilt fra hverandre, for deretter å bli
  47 hengt opp enkeltvis til tørk.  Dette gjøres best ved å spenne opp en
  48 hyssing som tørkesnor et eller annet sted i rommet langt fra åpen ild,
  49 gnister og liknende tennkilder. Papiret blir svært brannfarlig når det
  50 tørker!  Papiret må ikke tørkes på elektriske ovner og liknende
  51 elektrisk utstyr! Sentralvarmeradiatorer kan benyttes, men lufttørking
  52 er å foretrekke av sikkerhetsmessige grunner.
  53
  54 \begin{figure}[h]
  55 \centering
  56 \includegraphics[width=0.70\textwidth]{images/rakettbilder/1}
  57 \caption{Preparering av rakettlegemene - rull kloratpapiret rundt en passende pinne}
  58 \label{rakett1}
  59 \end{figure}
  60 \begin{figure}[h]
  61 \centering
  62 \includegraphics[width=0.40\textwidth]{images/rakettbilder/2a}
  63 \includegraphics[width=0.40\textwidth]{images/rakettbilder/2b}
  64 \caption{Rullen brettes ved ca. 1/3 av lengden og festes med tape}
  65 \label{rakett2}
  66 \end{figure}
  67
  68 Når papiret er tørt, kan rakettlegemene prepareres. Det er best å
  69 bruke gamle aviser til å lage rakett-kroppen. Det tørkede
  70 kloratpapiret (drivstoffet) som er på størrelse med et A-4 papir,
  71 rulles rundt en pinne med tykkelse som en kulepenn (se
  72 fig. \vref{rakett1} og \vref{rakett2}).  Drivstoffrullen bøyer en slik
  73 at 1/3 av rullen blir liggende parallelt med den resterende 2/3 av
  74 rullen. Festes med tape.  Denne drivstoffrullen rulles så inn i
  75 avispapir. Et blad avispapir brettes dobbelt, hvoretter
  76 drivstoffrullen rulles inn i dette avispapiret (se
  77 fig.\vref{rakett3}).
  78
  79 \begin{figure}[h]
  80 \centering
  81 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/3}
  82 \caption{Flik av det som skal bli rakettens hode brettes oppover}
  83 \label{rakett3}
  84 \end{figure}
  85
  86 \begin{figure}[h]
  87 \centering
  88 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/4}
  89 \caption{Avispapiret rulles rundt drivstoffrullen slik at
  90 rakettkroppen blir tett i toppen}
  91 \label{rakett4}
  92 \end{figure}
  93
  94 \begin{figure}[h]
  95 \centering
  96 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/5}
  97 \caption{Viktig å sjekke at toppen på raketten er tett}
  98 \label{rakett5}
  99 \end{figure}
 100 \begin{figure}[h]
 101 \centering
 102 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/6}
 103 \caption{Avispapiret rulles deretter rundt drivstoffrullen og danner
 104 en tett topp}
 105 \label{rakett6}
 106 \end{figure}
 107
 108 \begin{figure}[h]
 109 \centering
 110 \includegraphics[width=0.60\textwidth]{images/rakettbilder/7}
 111 \caption{Rakettkroppen tapes rundt det hele med grå 2 cm pakketape i
 112 plast (den seige typen)}
 113 \label{rakett7}
 114 \end{figure}
 115 \begin{figure}[h]
 116 \centering
 117 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/8a}
 118 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/8b}
 119 \caption{Tape-prosessen steg for steg}
 120 \label{rakett8}
 121 \end{figure}
 122
 123 Den type tape som er benyttet her i forsøket er gråbrun 2 cm bred
 124 pakke-tape i plast. Denne tape typen har gode klebeeggenskaper og er
 125 seig.
 126
 127 Tapen strammes ekstra godt til i den nederste del av raketten slik at
 128 åpningen til drivstoffet blir trangere.  Dette fordi en oppnår en dyse
 129 effekt og hardere jet-stråle (se figur \vref{rakett9})
 130
 131 \begin{figure}[h]
 132 \centering
 133 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/9a}
 134 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/9b}
 135 \caption{Tapen strammes hardt rundt rakett-kroppen. Stram tapen ekstra godt til i den nederste delen av
 136 raketten}
 137 \label{rakett9}
 138 \end{figure}
 139 Lunta stikkes inn slik at en ser at den kommer i kontakt med
 140 drivstoffet (se figur \vref{rakett10}). Lunta kan godt være av den typen som er
 141 beskrevet som eget forsøk eller den kan enkelt og greit være en
 142 strimmel av drivstoffet (papiret), som stappes opp i rakettens
 143 åpning. Raketten skulle nå være klar for oppskytning!
 144
 145 Har en en mistanke om at pinnen er for kort eller for lett. Kan
 146 utmerket godt to pinner festes til rakettkroppen. Raketten skytes
 147 best opp fra en flaske eller en kan rett og slett bare stikke pinnen
 148 ned i snøen (hvis det finnes) (se figur \vref{rakett11}).
 149
 150 \begin{figure}[h]
 151 \centering
 152 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/10}
 153 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/11}
 154 \caption{Pinnen bør være minst 3 ganger så lang som selve rakett kroppen}
 155 \label{rakett10}
 156 \end{figure}
 157 \begin{figure}[h]
 158 \centering
 159 \includegraphics[width=0.25\textwidth]{images/rakettbilder/12}
 160 \includegraphics[width=0.25\textwidth]{images/rakettbilder/13}
 161 \caption{Oppskyting av raketten. Reaksjonskraften i raketten}
 162 \label{rakett11}
 163 \end{figure}
 164
 165 Etter antenning på lunta, gå 6 - 7 skritt bakover! Raketten kan
 166 eksplodere! Eksploderer raketten er det oftest fordi en har laget
 167 for trang dyse eller laget for kraftig drivstoff. For svak tapeing
 168 og for svak rakett-kropp kan også være årsaken.
 169
 170 Har en laget raketten riktig, skal den kunne gå en 100 til 200 meter
 171 med enorm hasitghet og en grå-svart røykstripe etter seg. Man
 172 anbefales å prøve seg fram flere ganger før en endelig kommer fram
 173 til riktig utforming av raketten avstemt etter drivstoff-blandingens
 174 styrke.
 175
 176 \section*{Teori}
 177 En antar at forbrenningen av drivstoffblandingen foregår etter
 178 følgende likning:
 179
 180 (C$_{6}$H$_{10}$O$_{5}$)$_{n}$  +  4n NaClO$_{3}$
 181 $\rightleftharpoons$ 4n NaCl + 6n CO$_{2}$ (g)  +  5n H$_{2}$O  +
 182 energi
 183
 184 Det er altså forbrenningsgassene som blir presset ut gjennom dysa på
 185 raketten som gir reaksjons-kraften som gjør at raketten går til værs
 186 (se figur \vref{rakett11}).
 187
 188 Grunnen til denne reaksjonskraften er at de stoffene (CO$_{2}$ og
 189 H$_{2}$O) som dannes i reaksjonen er i gassfase og trenger det
 190 mangedobbelte av plass enn det som var i fast fase.
 191 \index{Reaksjonskraft} \index{Rakettbrennstoff}
 192
 193 \section*{Tips}
 194 Brukes vaskefille til preparering av drivstoff er det verdt å merke
 195 seg at denne absorberer mye mer klorat -løsning og blir av denne
 196 grunn mye kraftigere. Brukes vaskefille (gulvfille) trenger en ikke
 197 å dosere mer enn 200 - 300 gram pr. liter løsning, eller en kan
 198 bruke 400 gram pr. liter løsning men bruke mye mindre drivstoff for
 199 å få raketten til å gå!
 200
 201
 202 \begin{figure}[h]
 203 \centering
 204 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett30}
 205 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett31}
 206 \caption{Som regel går det bra, men av og til er dysa for trang.....}
 207 \end{figure}
 208
 209
 210 \section*{Forsiktig}
 211 Organiske stoffer som har kommet i kontakt med klorat løsning og har
 212 tørket er svært ildsfarlige! Dette gjelder da organiske stoffer som
 213 er i stand til å suge opp klorat -løsningen. For
 214 eksempel tøy, papir og liknende.
 215
 216 \textbf{Natriumklorat er giftig!}
 217
 218 Rakettene må kun antennes utendørs, helst på vinteren. Rakettene må
 219 ikke rettes mot noen. Reaksjonsstrålen fra raketten inneholder
 220 gloheite forbrenningsgasser og partikler.
 221
 222 \section*{Utstyr}
 223 \begin{itemize}[noitemsep]
 224   \item NaClO$_{3}$ \index{NaClO$_{3}$}
 225   \item Natriumklorat \index{Natriumklorat}
 226   \item Papir
 227   \item Vaskefille
 228 \end{itemize}
 229
 230 \nocite{jynge}
 231 \nocite{bassam1}
 232
 233 \printbibliography