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{Natriumklorat}
   7 \index{Ugrassalt}
   8
   9 (Kloratenes oksyderende virkning på organiske stoffer).
  10
  11 \section*{Innledning}
  12 Overskriften kan kanskje minne om en av Werner von Brauns villeste
  13 idèer. Selv om det kanskje høres noe mistenkelig ut, å bruke gamle
  14 vaskefiller til et kjemiforsøk, så viser det seg at forsøket er både
  15 spennende og fascinerende. Det som er spesielt med dette forsøket er
  16 at det er like spennende hver gang for den som utfører forsøket, så
  17 vel for den som er førstegangstilskuer. Hele forsøket går altså ut
  18 på å lage raketter med klorat og et eller annet organisk materiale
  19 (i dette tilfellet cellulose) som drivstoff.
  20
  21 \begin{figure}[h]
  22 \centering
  23 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett55}
  24 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett56}
  25 \caption{Kloratraketter på tur opp!}
  26 \end{figure}
  27
  28
  29
  30 \section*{Framgangsmåte}
  31 En mettet natriumklorat-oppløsning (ugrassalt) lages ved å løse opp
  32 400 gram natriumklorat pr. liter vann. Normalt er det ikke nødvendig
  33 å lage mer enn to liter løsning. To liter natriumklorat-løsning er
  34 etter mitt skjønn nok til å lage 20
  35 raketter av en middels størrelse (se nærmere angivelse bak).\\
  36 \newline
  37 I denne løsningen dyppes så et eller annet absorberende
  38 celluloseholdig materiale, for eksempel gamle vaskefiller eller mer
  39 billig i lengden, ark med kjøkkenpapir, eller avispapir. Knut Jynge fant i sin tid ut at vanlig grått porøst kjøkkenpapir var det beste. Det
  40 absorberte mer løsning enn avispapir og beholdt sin styrke når det
  41 ble gjennombløtt. Avispapiret hadde en større
  42 tendens til å falle fra hverandre.\\
  43 \newline
  44 Vætingen foregikk slik:\\
  45 I en 10 liters plast bøtte ble 25 ark med vanlig grått kjøkkenpapir
  46 på A-4 størrelse presset ned i 2 liters natriumklorat- løsningen.
  47 Arkene fikk ligge å suge opp løsningen (la overflødig løsning renne
  48 av og tilbake i bøtten) og forsiktig skilt fra hverandre, for
  49 deretter å bli hengt opp enkeltvis til
  50 tørk.\\
  51 Dette gjøres best ved å spenne opp en hyssing som tørkesnor et eller
  52 annet sted i rommet langt fra åpen ild, gnister og liknende
  53 tennkilder. Papiret blir svært brannfarlig når det tørker!\\
  54 Papiret må ikke tørkes på elektriske ovner og liknende elektrisk
  55 utstyr! Sentralvarmeradiatorer kan benyttes, men lufttørking er å
  56 foretrekke av sikkerhetsmessige grunner.\\
  57 \begin{figure}[h]
  58 \centering
  59 \includegraphics[width=0.70\textwidth]{images/rakettbilder/1}
  60 \caption{Preparering av rakettlegemene - rull kloratpapiret rundt en passende pinne}
  61 \label{rakett1}
  62 \end{figure}
  63 \begin{figure}[h]
  64 \centering
  65 \includegraphics[width=0.40\textwidth]{images/rakettbilder/2a}
  66 \includegraphics[width=0.40\textwidth]{images/rakettbilder/2b}
  67 \caption{Rullen brettes ved ca. 1/3 av lengden og festes med tape}
  68 \label{rakett2}
  69 \end{figure}
  70 \noindent Når papiret er tørt, kan rakettlegmenene prepareres. Best er det å
  71 bruke gamle aviser til å lage rakett-kroppen. Det tørkede
  72 kloratpapiret (drivstoffet) som er på størrelse med et A-4 papir,
  73 rulles rundt en pinne med tykkelse som en kulepenn (se fig. \vref{rakett1} og \vref{rakett2}).\\
  74 Drivstoffrullen bøyer en slik at 1/3 av rullen blir liggende
  75 parallelt med den resterende 2/3 av rullen. Festes med tape.\\
  76 \newline
  77 Denne drivstoffrullen rulles så inn i avispapir. Et blad avispapir
  78 brettes dobbelt, hvoretter drivstoffrullen rulles inn i dette
  79 avispapiret (se fig.\vref{rakett3}).\\
  80
  81 \begin{figure}[h]
  82 \centering
  83 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/3}
  84 \caption{Flik av det som skal bli rakettens hode brettes oppover}
  85 \label{rakett3}
  86 \end{figure}
  87
  88 \begin{figure}[h]
  89 \centering
  90 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/4}
  91 \caption{Avispapiret rulles rundt drivstoffrullen slik at
  92 rakettkroppen blir tett i toppen}
  93 \label{rakett4}
  94 \end{figure}
  95 \newpage
  96
  97 \begin{figure}[h]
  98 \centering
  99 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/5}
 100 \caption{Viktig å sjekke at toppen på raketten er tett}
 101 \label{rakett5}
 102 \end{figure}
 103 \begin{figure}[h]
 104 \centering
 105 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/6}
 106 \caption{Avispapiret rulles deretter rundt drivstoffrullen og danner
 107 en tett topp}
 108 \label{rakett6}
 109 \end{figure}
 110 \newpage
 111
 112 \begin{figure}[h]
 113 \centering
 114 \includegraphics[width=0.60\textwidth]{images/rakettbilder/7}
 115 \caption{Rakettkroppen tapes rundt det hele med grå 2 cm pakketape i
 116 plast (den seige typen)}
 117 \label{rakett7}
 118 \end{figure}
 119 \begin{figure}[h]
 120 \centering
 121 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/8a}
 122 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/8b}
 123 \caption{Tape-prosessen steg for steg}
 124 \label{rakett8}
 125 \end{figure}
 126 Den type tape som er benyttet her i forsøket er gråbrun 2 cm bred
 127 pakke-tape i plast. Denne tape typen har gode klebeeggenskaper og
 128 er seig.\\
 129 \newline
 130 Tapen strammes ekstra godt til i den nederste del av raketten slik
 131 at åpningen til drivstoffet blir trangere.Dette fordi en oppnår en
 132 dyse effekt og hardere jet-stråle (se figur \vref{rakett9})
 133 \newpage
 134
 135 \begin{figure}[h]
 136 \centering
 137 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/9a}
 138 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/9b}
 139 \caption{Tapen strammes hardt rundt rakett-kroppen. Stram tapen ekstra godt til i den nederste delen av
 140 raketten}
 141 \label{rakett9}
 142 \end{figure}
 143 Lunta stikkes inn slik at en ser at den kommer i kontakt med
 144 drivstoffet (se figur \vref{rakett10}). Lunta kan godt være av den typen som er
 145 beskrevet som eget forsøk eller den kan enkelt og greit være en
 146 strimmel av drivstoffet (papiret), som stappes opp i rakettens
 147 åpning. Raketten skulle nå være klar for oppskytning!\\
 148 \newline
 149 Har en en mistanke om at pinnen er for kort eller for lett. Kan
 150 utmerket godt to pinner festes til rakettkroppen. Raketten skytes
 151 best opp fra en flaske eller en kan rett og slett bare stikke pinnen
 152 ned i snøen (hvis det finnes) (se figur \vref{rakett11}).
 153 \newpage
 154 \begin{figure}[h]
 155 \centering
 156 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/10}
 157 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/11}
 158 \caption{Pinnen bør være minst 3 ganger så lang som selve rakett kroppen}
 159 \label{rakett10}
 160 \end{figure}
 161 \begin{figure}[h]
 162 \centering
 163 \includegraphics[width=0.25\textwidth]{images/rakettbilder/12}
 164 \includegraphics[width=0.25\textwidth]{images/rakettbilder/13}
 165 \caption{Oppskyting av raketten. Reaksjonskraften i raketten}
 166 \label{rakett11}
 167 \end{figure}
 168 Etter antenning på lunta, gå 6 - 7 skritt bakover! Raketten kan
 169 eksplodere! Eksploderer raketten er det oftest fordi en har laget
 170 for trang dyse eller laget for kraftig drivstoff. For svak tapeing
 171 og for svak rakett-kropp kan også være årsaken.\\
 172 \newline
 173 Har en laget raketten riktig, skal den kunne gå en 100 til 200 meter
 174 med enorm hasitghet og en grå-svart røykstripe etter seg. Man
 175 anbefales å prøve seg fram flere ganger før en endelig kommer fram
 176 til riktig utforming av raketten avstemt etter drivstoff-blandingens
 177 styrke.
 178
 179
 180 \section*{Teori}
 181 En antar at forbrenningen av drivstoffblandingen foregår etter
 182 følgende likning:\\
 183 \newline
 184 (C$_{6}$H$_{10}$O$_{5}$)$_{n}$  +  4n NaClO$_{3}$
 185 $\rightleftharpoons$ 4n NaCl + 6n CO$_{2}$ (g)  +  5n H$_{2}$O  +
 186 energi\\
 187 \newline
 188 Det er altså forbrenningsgassene som blir presset ut gjennom dysa på
 189 raketten som gir reaksjons-kraften som gjør at raketten går til værs
 190 (se figur \vref{rakett11}).
 191
 192
 193 Grunnen til denne reaksjonskraften er at de stoffene (CO$_{2}$ og
 194 H$_{2}$O) som dannes i reaksjonen er i gassfase og trenger det
 195 mangedobbelte av plass enn det som var i fast fase.
 196 \index{Reaksjonskraft} \index{Rakettbrennstoff}
 197
 198
 199
 200 \section*{Tips}
 201 Brukes vaskefille til preparering av drivstoff er det verdt å merke
 202 seg at denne absorberer mye mer klorat -løsning og blir av denne
 203 grunn mye kraftigere. Brukes vaskefille (gulvfille) trenger en ikke
 204 å dosere mer enn 200 - 300 gram pr. liter løsning, eller en kan
 205 bruke 400 gram pr. liter løsning men bruke mye mindre drivstoff for
 206 å få raketten til å gå!
 207
 208
 209 \begin{figure}[h]
 210 \centering
 211 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett30}
 212 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett31}
 213 \caption{Som regel går det bra, men av og til er dysa for trang.....}
 214 \end{figure}
 215
 216
 217 \section*{Forsiktig}
 218 Organiske stoffer som har kommet i kontakt med klorat løsning og har
 219 tørket er svært ildsfarlige! Dette gjelder da organiske stoffer som
 220 er i stand til å suge opp klorat -løsningen. For
 221 eksempel tøy, papir og liknend.\\
 222 \textbf{Natriumklorat er giftig!}\\
 223 Rakettene må kun antennes utendørs, helst på vinteren. Rakettene må
 224 ikke rettes mot noen. Reaksjonsstrålen fra raketten inneholder
 225 gloheite forbrenningsgasser og partikler.
 226
 227
 228
 229 \section*{Utstyr}
 230 \begin{table}[h]\begin{tabular}{ll}
 231   NaClO$_{3}$ & Natriumklorat \\
 232   papir &  \\
 233   vaskefille &    \\
 234 \end{tabular}
 235 \caption{Kjemikalieliste til forsøket - Raketter}
 236 \end{table}
 237
 238 \nocite{jynge}
 239 \nocite{bassam1}
 240
 241 \printbibliography