Kjemisk rakett.tex

   1 \documentclass[a4paper,norsk]{report}
   2 %\documentclass[twocolumn,a4paper]{report}
   3 \usepackage[norsk]{babel}
   4 \usepackage{multicol}
   5 \usepackage{fancyhdr}
   6 \usepackage{varioref}
   7 \usepackage{graphicx}
   8 \usepackage{colordvi}
   9 \usepackage{times}
  10 \usepackage[latin1]{inputenc}            %%%input encoding
  11 \usepackage{makeidx}
  12 \usepackage{xspace}
  13 \usepackage{minitoc}
  14 \makeindex
  15 %%----------------------------------------------------------%%
  16 %\pagestyle{fancyplain}
  17 \pagestyle{plain}
  18  \addtolength{\headwidth}{\marginparsep}
  19 \addtolength{\headwidth}{\marginparwidth}
  20 \renewcommand{\chaptermark}[1]{\markboth{#1}{}}
  21 \renewcommand{\subsectionmark}[1]{\markright{\thesubsection\ #1}}
  22
  23 \lhead[\fancyplain{}{\bfseries\thepage}]{\fancyplain{}{\bfseries\rightmark}}
  24 \rhead[\fancyplain{}{\bfseries\leftmark}]{\fancyplain{}{\bfseries\thepage}}
  25 \cfoot{}
  26 %%----------------------------------------------------------%%
  27 \begin{document}
  28 \newcommand{\sv}{svovelsyre, H$_{2}$SO$_{4}$\xspace}
  29 \newcommand{\trijodid}{nitrogentrijodid, NI$_{3}$\xspace}
  30 \newcommand{\pik}{C$_{6}$H$_{2}$O$_{7}$N$_{3}$, Pikrinsyre\xspace}
  31 \newcommand{\vann}{H$_{2}$O\xspace}
  32 \newcommand{\amm}{ammoniakk, NH$_{3}$\xspace}
  33 \newcommand{\sal}{salpetersyre, HNO$_{3}$\xspace}
  34 \newcommand{\ma}{malonsyre CH$_{2}$(COOH)$_{2}$}
  35 \newcommand{\hyd}{hydrogenperoksyd, H$_{2}$O$_{2}$\xspace}
  36 \newcommand{\am}{NH$_{3}$\xspace}
  37 \newcommand{\HRule}{\rule{\linewidth}{1mm}}
  38
  39 \makeatletter
  40 \newcommand\figcaption{\def\@captype{figure}\caption}
  41 \newcommand\tabcaption{\def\@captype{table}\caption}
  42 \makeatother
  43
  44 % Should instead perhaps
  45 % \include{exercise/kjemisk-rakett}
  46
  47 \subsection*{Raketter}
  48 \addcontentsline{toc}{subsection}{\numberline{}Raketter}
  49 (Kloratenes oksyderende virkning på organiske stoffer).\\
  50 \newline \index{Cellulose} \index{natriumklorat} \index{Ugrassalt}
  51 Overskriften kan kanskje minne om en av Werner von Brauns villeste
  52 idèer. Selv om det kanskje høres noe mistenkelig ut, å bruke gamle
  53 vaskefiller til et kjemiforsøk, så viser det seg at forsøket er både
  54 spennende og fascinerende. Det som er spesielt med dette forsøket er
  55 at det er like spennende hver gang for den som utfører forsøket, så
  56 vel for den som er førstegangstilskuer. Hele forsøket går altså ut
  57 på å lage raketter med klorat og et eller annet organisk materiale
  58 (i dette tilfellet cellulose) som drivstoff.
  59
  60 \begin{figure}[h]
  61 \centering
  62 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett55}
  63 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett56}
  64 \caption{Kloratraketter på tur opp!}
  65 \end{figure}
  66
  67
  68 \subsubsection{Framgangsmåte}\index{Raketter|textbf}
  69 En mettet natriumklorat-oppløsning (ugrassalt) lages ved å løse opp
  70 400 gram natriumklorat pr. liter vann. Normalt er det ikke nødvendig
  71 å lage mer enn to liter løsning. To liter natriumklorat-løsning er
  72 etter mitt skjønn nok til å lage 20
  73 raketter av en middels størrelse (se nærmere angivelse bak).\\
  74 \newline
  75 I denne løsningen dyppes så et eller annet absorberende
  76 celluloseholdig materiale, for eksempel gamle vaskefiller eller mer
  77 billig i lengden, ark med kjøkkenpapir, eller avispapir. Knut Jynge fant i sin tid ut at vanlig grått porøst kjøkkenpapir var det beste. Det
  78 absorberte mer løsning enn avispapir og beholdt sin styrke når det
  79 ble gjennombløtt. Avispapiret hadde en større
  80 tendens til å falle fra hverandre.\\
  81 \newline
  82 Vætingen foregikk slik:\\
  83 I en 10 liters plast bøtte ble 25 ark med vanlig grått kjøkkenpapir
  84 på A-4 størrelse presset ned i 2 liters natriumklorat- løsningen.
  85 Arkene fikk ligge å suge opp løsningen (la overflødig løsning renne
  86 av og tilbake i bøtten) og forsiktig skilt fra hverandre, for
  87 deretter å bli hengt opp enkeltvis til
  88 tørk.\\
  89 Dette gjøres best ved å spenne opp en hyssing som tørkesnor et eller
  90 annet sted i rommet langt fra åpen ild, gnister og liknende
  91 tennkilder. Papiret blir svært brannfarlig når det tørker!\\
  92 Papiret må ikke tørkes på elektriske ovner og liknende elektrisk
  93 utstyr! Sentralvarmeradiatorer kan benyttes, men lufttørking er å
  94 foretrekke av sikkerhetsmessige grunner.\\
  95 \begin{figure}[h]
  96 \centering
  97 \includegraphics[width=0.70\textwidth]{images/rakettbilder/1}
  98 \caption{Preparering av rakettlegemene - rull kloratpapiret rundt en passende pinne}
  99 \label{rakett1}
 100 \end{figure}
 101 \begin{figure}[h]
 102 \centering
 103 \includegraphics[width=0.40\textwidth]{images/rakettbilder/2a}
 104 \includegraphics[width=0.40\textwidth]{images/rakettbilder/2b}
 105 \caption{Rullen brettes ved ca. 1/3 av lengden og festes med tape}
 106 \label{rakett2}
 107 \end{figure}
 108 \noindent Når papiret er tørt, kan rakettlegmenene prepareres. Best er det å
 109 bruke gamle aviser til å lage rakett-kroppen. Det tørkede
 110 kloratpapiret (drivstoffet) som er på størrelse med et A-4 papir,
 111 rulles rundt en pinne med tykkelse som en kulepenn (se fig. \vref{rakett1} og \vref{rakett2}).\\
 112 Drivstoffrullen bøyer en slik at 1/3 av rullen blir liggende
 113 parallelt med den resterende 2/3 av rullen. Festes med tape.\\
 114 \newline
 115 Denne drivstoffrullen rulles så inn i avispapir. Et blad avispapir
 116 brettes dobbelt, hvoretter drivstoffrullen rulles inn i dette
 117 avispapiret (se fig.\vref{rakett3}).\\
 118
 119 \begin{figure}[h]
 120 \centering
 121 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/3}
 122 \caption{Flik av det som skal bli rakettens hode brettes oppover}
 123 \label{rakett3}
 124 \end{figure}
 125
 126 \begin{figure}[h]
 127 \centering
 128 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/4}
 129 \caption{Avispapiret rulles rundt drivstoffrullen slik at
 130 rakettkroppen blir tett i toppen}
 131 \label{rakett4}
 132 \end{figure}
 133 \newpage
 134
 135 \begin{figure}[h]
 136 \centering
 137 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/5}
 138 \caption{Viktig å sjekke at toppen på raketten er tett}
 139 \label{rakett5}
 140 \end{figure}
 141 \begin{figure}[h]
 142 \centering
 143 \includegraphics[width=0.6\textwidth]{images/rakettbilder/6}
 144 \caption{Avispapiret rulles deretter rundt drivstoffrullen og danner
 145 en tett topp}
 146 \label{rakett6}
 147 \end{figure}
 148 \newpage
 149
 150 \begin{figure}[h]
 151 \centering
 152 \includegraphics[width=0.60\textwidth]{images/rakettbilder/7}
 153 \caption{Rakettkroppen tapes rundt det hele med grå 2 cm pakketape i
 154 plast (den seige typen)}
 155 \label{rakett7}
 156 \end{figure}
 157 \begin{figure}[h]
 158 \centering
 159 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/8a}
 160 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/8b}
 161 \caption{Tape-prosessen steg for steg}
 162 \label{rakett8}
 163 \end{figure}
 164 Den type tape som er benyttet her i forsøket er gråbrun 2 cm bred
 165 pakke-tape i plast. Denne tape typen har gode klebeeggenskaper og
 166 er seig.\\
 167 \newline
 168 Tapen strammes ekstra godt til i den nederste del av raketten slik
 169 at åpningen til drivstoffet blir trangere.Dette fordi en oppnår en
 170 dyse effekt og hardere jet-stråle (se figur \vref{rakett9})
 171 \newpage
 172
 173 \begin{figure}[h]
 174 \centering
 175 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/9a}
 176 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/9b}
 177 \caption{Tapen strammes hardt rundt rakett-kroppen. Stram tapen ekstra godt til i den nederste delen av
 178 raketten}
 179 \label{rakett9}
 180 \end{figure}
 181 Lunta stikkes inn slik at en ser at den kommer i kontakt med
 182 drivstoffet (se figur \vref{rakett10}). Lunta kan godt være av den typen som er
 183 beskrevet som eget forsøk eller den kan enkelt og greit være en
 184 strimmel av drivstoffet (papiret), som stappes opp i rakettens
 185 åpning. Raketten skulle nå være klar for oppskytning!\\
 186 \newline
 187 Har en en mistanke om at pinnen er for kort eller for lett. Kan
 188 utmerket godt to pinner festes til rakettkroppen. Raketten skytes
 189 best opp fra en flaske eller en kan rett og slett bare stikke pinnen
 190 ned i snøen (hvis det finnes) (se figur \vref{rakett11}).
 191 \newpage
 192 \begin{figure}[h]
 193 \centering
 194 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/10}
 195 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/11}
 196 \caption{Pinnen bør være minst 3 ganger så lang som selve rakett kroppen}
 197 \label{rakett10}
 198 \end{figure}
 199 \begin{figure}[h]
 200 \centering
 201 \includegraphics[width=0.25\textwidth]{images/rakettbilder/12}
 202 \includegraphics[width=0.25\textwidth]{images/rakettbilder/13}
 203 \caption{Oppskyting av raketten. Reaksjonskraften i raketten}
 204 \label{rakett11}
 205 \end{figure}
 206 Etter antenning på lunta, gå 6 - 7 skritt bakover! Raketten kan
 207 eksplodere! Eksploderer raketten er det oftest fordi en har laget
 208 for trang dyse eller laget for kraftig drivstoff. For svak tapeing
 209 og for svak rakett-kropp kan også være årsaken.\\
 210 \newline
 211 Har en laget raketten riktig, skal den kunne gå en 100 til 200 meter
 212 med enorm hasitghet og en grå-svart røykstripe etter seg. Man
 213 anbefales å prøve seg fram flere ganger før en endelig kommer fram
 214 til riktig utforming av raketten avstemt etter drivstoff-blandingens
 215 styrke.
 216
 217 \subsubsection{Teori}
 218 En antar at forbrenningen av drivstoffblandingen foregår etter
 219 følgende likning:\\
 220 \newline
 221 (C$_{6}$H$_{10}$O$_{5}$)$_{n}$  +  4n NaClO$_{3}$
 222 $\rightleftharpoons$ 4n NaCl + 6n CO$_{2}$ (g)  +  5n H$_{2}$O  +
 223 energi\\
 224 \newline
 225 Det er altså forbrenningsgassene som blir presset ut gjennom dysa på
 226 raketten som gir reaksjons-kraften som gjør at raketten går til værs
 227 (se figur \vref{rakett11}).
 228 \newpage
 229
 230 Grunnen til denne reaksjonskraften er at de stoffene (CO$_{2}$ og
 231 H$_{2}$O) som dannes i reaksjonen er i gassfase og trenger det
 232 mangedobbelte av plass enn det som var i fast fase.
 233 \index{reaksjonskraft} \index{rakettbrennstoff}
 234
 235 \newpage
 236
 237 \subsubsection{Forsiktig}
 238 Organiske stoffer som har kommet i kontakt med klorat løsning og har
 239 tørket er svært ildsfarlige! Dette gjelder da organiske stoffer som
 240 er i stand til å suge opp klorat -løsningen. For
 241 eksempel tøy, papir og liknend.\\
 242 \textbf{Natriumklorat er giftig!}\\
 243 Rakettene må kun antennes utendørs, helst på vinteren. Rakettene må
 244 ikke rettes mot noen. Reaksjonsstrålen fra raketten inneholder
 245 gloheite forbrenningsgasser og partikler.
 246
 247
 248
 249 \subsubsection{Tips}
 250 Brukes vaskefille til preparering av drivstoff er det verdt å merke
 251 seg at denne absorberer mye mer klorat -løsning og blir av denne
 252 grunn mye kraftigere. Brukes vaskefille (gulvfille) trenger en ikke
 253 å dosere mer enn 200 - 300 gram pr. liter løsning, eller en kan
 254 bruke 400 gram pr. liter løsning men bruke mye mindre drivstoff for
 255 å få raketten til å gå!
 256 \newpage
 257
 258 \begin{figure}[h]
 259 \centering
 260 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett30}
 261 \includegraphics[width=0.45\textwidth]{images/rakettbilder/rakett31}
 262 \caption{Som regel går det bra, men av og til er dysa for trang.....}
 263 \end{figure}
 264
 265
 266 \subsubsection{Kjemikalieliste}
 267
 268 \begin{table}[h]\begin{tabular}{ll}
 269   NaClO$_{3}$ & Natriumklorat \\
 270   papir &  \\
 271   vaskefille &    \\
 272 \end{tabular}
 273 \caption{Kjemikalieliste til forsøket - Raketter}
 274 \end{table}
 275
 276 \subsubsection{Referanse}
 277 \begin{description}
 278     \item[\lbrack1\rbrack] Knut Jynge $\&$~Bjørn Riise.
 279 \newblock Funny reactions.
 280 \newblock Chemistry reports, University Of Tromsø; Institute Of Mathematical
 281   and Physical Sciences, July 1985.
 282    \item[\lbrack2\rbrack] Bassam~Z. Shakhashiri.
 283 \newblock {\em Chemical Demonstrations - A Handbook for Teachers of Chemistry},
 284   volume~1.
 285 \newblock The University of Winsconsin Press, 1 edition, 1983.
 286 \end{description}
 287
 288 \end{document}