exercise/kjemisk-rakett.tex

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