Naturfag – Elektroner og bindinger

Posted i kategorien Naturfag on the 29.02.2016
Download PDF

 

Atom= Den minste byggesteinen i et grunnstoff og i de kjemiske forbindelsene. Et atom har en kjerne av protoner og nøytroner. Elektronene har forskjellig energi og beveger seg hurtig i skall rundt kjernen. Atomer er veldig små, og kan ikke ses i lysmikroskop fordi størrelsen er 1/1000 av bølgelengden til synlig lys. Kan ikke deles i mindre deler uten at de kjemiske egenskapene blir endret.

Nøytron= Kjernepartikkel som ikke har ladning (nøytral). Nøytronet har om lag samme masse som et proton. Nøytroner og protoner kalles nukleoner. Vi bruker symbolet n for nøytroner.

Proton= Kjernepartikkel som er positiv ladd. Protonet har om lag samme masse som et nøytron.  Nøytroner og protoner kalles nukleoner. Vi bruker symbolet p+ for et proton.

Elektron= En partikkel med liten masse, om lag 1/2000 av protonmassen. Elektronet er negativt ladd, og ladningen er like stor som plussladningen til ett proton (elementærladningen). Elektroner finner vi i ulike energinivåer rundt atomkjernene. De har negativ ladning og beveger seg hurtig rundt atomkjernen. Vi bruker symbolet e- for elektroner

Molekyl= Kjemisk forbindelse bygd av atomer (ikke-metaller) som holdes sammen av elektronparbindinger.

Nukleoner= Betyr kjernelegemer og er et fellesnavn for protoner og nøytroner. Protoner og nøytroner har om lag samme masse, og de to partiklene proton og nøytron har hver nesten 2000 gange større masse enn et elektron. Det meste av massen til et atom fins derfor i atomkjernen.

Elementærladning= Den minste ladningen vi vet om. Det er ladningen til protonet og elektronet. Et elektron og et proton er motsatt ladd, men disse ladningene har like stor verdi. Et atom som har like mange elektroner som protoner, er nøytralt. Det har derfor ingen ladning.

Elementærpartikler= Brukes som fellesnavn for protoner, elektroner og nøytroner.

Skallmodellen = Bruker skallmodellen når vi skal forklare oppbyggingen til atomer. Viser hvor mange elektroner det er i hvert skall. Elektroner med om lag samme energi og gjennomsnittsavstand til kjernen tilhører samme elektronskall. Maksimalt 32 elektroner i ett elektronskall. Kjerne – K-skall – L-skall – M-skall.

Forbindelser mellom ikke- metaller og metaller = Salter eller mineraler

Forbindelser mellom ikke metaller = molekyler.

Grunnstoffer= Stoff der alle atomene har samme antall protoner i kjernen Består av bare en type atomer, eksempel karbon, nitrogen, oksygen.

Kjemiske symbol= Består av en eller flere bokstaver, der den første bokstaven er stor og de neste små. Oksygen har O, hydrogen H og kobolt Co. CO = karbonmonoksid, Co = grunnstoffet kobolt.

Atomnummer= Atomnummeret til et grunnstoff er lik tallet på protoner i kjernen.

Isotoper= Isotopen av et grunnstoff er atomer som har samme antall protoner, men forskjellig antall nøytroner. Eksempel karbon som har 6 protoner, men kan ha 6 til 8 nøytroner.

Kjemiske forbindelser = Består av to eller flere atomer fra forskjellige grunnstoffer som har reagert med hverandre. Vann for eksempel: H2O. To hydrogenatomer og ett oksygenmolekyl har reagert med hverandre og blitt bundet sammen.

Periodesystemet = Dimitrij Mendelejev, russisk kjemiker, 1869 – en måte å rangere grunnstoffene på med tanke på byggnad og egenskaper.

Periode= Vannrett, sier noe om antall skall
Grunnstoffene i samme periode har samme antall skall
Bortover i perioden, fra venstre til høyre, øker tallet på protoner i kjernen og tallet på elektroner med 1, for hvert nytt grunnstoff.

Edelgass og edelgass-struktur= Grunnstoffer med edelgass-struktur har en stabil elektronfordeling og reagerer nesten ikke med andre stoffer. Helium (grunnstoff nr. 2) har to elektroner i det første (og ytterste) elektronskallet. De andre edelgassene har åtte elektroner i det ytterste skallet og vi finner de i gruppe 18.

2n^2 regelen= 2n2n = hvilket skall det er, svaret = antall elektroner i skallet
2 * 22 = 8. I de 20 første grunnstoffene er det aldri mer enn 8 elektroner i et skall

Åtteregelen= Regel som sier at atomer og ioner er mest stabile når de har åtte elektroner i det ytterste skallet (edelgass-struktur).

Elektronpar binding= når to atomer deler på ett elektron for å fylle sitt ytterste skall og lager nye molekyler. Binding mellom ikke-metallatomer der ett, to eller tre elektronpar kan delta i bindingen som er felles mellom atomene. Finnes enkel-, dobbel- og trippelbinding.

Elektronpar = Brukes ofte om to elektroner som binder sammen to atomer i en elektronparbinding.

Ion= Atom eller atomgruppe som er blitt ladd ved at den/det har fått eller mistet ett eller flere elektroner. Positivt ion: mistet elektroner (de til venstre i periodesystemet) Negativt ion: fått elektroner (de til høyre i periodesystemet.

Ionisering= Vil si at det dannes ioner. skjer når metaller og ikke-metaller reagerer med hverandre.

Ionebinding= Kjemisk binding mellom ioner med positive og negative ladninger. Ionene holdes sammen av elektrostatiske krefter og danner salter. Eksempel NaCl.

Redoksreaksjon = Kjemisk reaksjon der ett eller flere stoffer blir oksidert og ett eller flere andre stoffer blir redusert. En reaksjon med elektronovergang.

Reduksjon= Når et atom tar opp ett eller flere elektroner og blir negativt. Dette skjer ved katoden.

Oksidasjon= Når et atom gir fra seg ett eller flere elektroner og blir positivt. Skjer ved anoden.

Eksempler på redoksreaksjon: Magnesium (Mg) + oksygen (O) -> magnesiumoksid (MgO) + energi Mg ->

Mg -> Mg2+ + 2e-

O + 2e- -> O2

Magnesium nr. 12 gir fra seg 2 elektroner til oksygen nr. 6 for å få edelgass-struktur, det skjer en reaksjon med elektronovergang, en redoksreaksjon.

Huskeregel: Oksen (oksidasjon) Anton (anoden) er redd (reduksjon) for katta (katoden)

Oksygen i kjemisk forbindelse= Står som regel til slutt i formelen, og stoffnavnet ender ofte på oksid.

Elektronpositiv= Grunnstoff som lett gir fra seg elektroner til andre grunnstoffer i kjemiske reaksjoner, finner de nede til venstre i periodesystemet
Kalsium og natrium i gruppe 1 = noen av de mest elektropositive stoffene da de bare har 1 elektron i det ytterste skallet. Reagerer blant annet spontant og kraftig med vann.

Elektronnegativ= Grunnstoff som lett tar opp elektroner fra andre grunnstoffer i kjemiske reaksjoner, finner de oppe til høyre i periodesystemet i gruppene 15, 16 og 17
Fluor = det mest elektronegative stoffet, og alle verdier er regnet i forhold til elektronnegativiteten til fluor.

Elektrokjemiske spenningsrekke: En systematisk ordning av grunnstoffer i rekke etter deres evne til å gi fra seg elektroner til andre stoffer. Til venstre: stoffer som lett gir fra seg elektroner, positive. Til høyre: stoffer som ikke lett gir fra seg elektroner, elektronegative. Av to forskjellige grunnstoffer i spenningsrekken blir det grunnstoffet som står til venstre, lettest oksidert. Stoffet som blir redusert må kunne ta til seg elektroner og er ofte et positivt ion.

(S)= stoff

(1) = væske

(g) = gass

(aq) =løst i vann

Elektrolyse= Redoksreaksjon der vi tilfører elektrisk energi for å danne grunnstoffer i nøytral form. Elektrolyse brukes blant annet til å framstille metaller av metallioner.

Spalting av et stoff i en vannløsning eller i ei smelte av stoffet ved hjelp av elektrisk likestrøm. Et eksempel er spalting av saltet kopperklorid løst i vann. Vi får da dannet metallet kopper og klorgass.

Hvorfor løses salter i vann? -fordi vannmolekylene trenger seg på fra alle kanter og den kraften er sterkere enn bindingene mellom saltene.

Elektrode = Elektrisk leder (ofte metall) som er i kontakt med en elektrolytt i elektrolyse eller i et galvanisk element. – stav, plate eller tråd som leder elektrisk strøm til elektrolyseløsningen.

Katode= Den negative elektroden, der det foregår reduksjon.

Anode= Den positive elektroden, der det foregår oksidasjon
Sink kan for eksempel bli oksidert til sinkioner
Zn (s) -> Zn2+ (aq) + 2e-.

Galvaniske elementer = En spenningskilde (strømkilde) som består av to forskjellige elektroder og en elektrolytt. Utnytter at grunnstoffene har ulik evne til å gi fra seg elektroner.

Elektrolytt = Et stoff som kan lede elektrisk strøm – en væske som kan overføre strøm.

Ladning = Fysisk størrelse som enten er positiv eller negativ. Ladningen til et proton og et elektron kaller vi elementærladningen. Ladningene er elektroner i en elektrisk ledning, eller ioner løst i vann.
Symbol: Q eller q
Enhet: Coulomb, C. 1 C = 6,25 * 1018

Strøm = Elektrisk strøm er forflytning av ladninger. Det kan være elektroner i en metalledning eller ioner i en løsning eller ei smelte. Strøm måles som antall ladninger som passerer per sekund i et tverrsnitt av en ledning.
Symbol: l

Enhet: Ampere, A. 1 A = 1 C / 1 s dvs. 1 ampere er lik 1 C i sekundet

Spenning = Spenning driver strømmen i en strømkrets. Spenning er arbeidet per ladning som den elektriske kraften utfører.

Symbol: U
Enhet: volt, V
Eksempel på en spenningskilde kan være et batteri eller en solcelle.

Resistans(motstand) = Resistansen er en størrelse som viser motstanden i en krets når ladningen forflyttes. En motstand hemmer bevegelsene til ladningene. Mål for hvor lett elektroner beveger seg gjennom et stoff
Symbol: R
Enhet: ohm

Ohms lov = I en elektrisk krets gjelder det at U = R * I mellom to målepunkter i kretsen.

Effekt = I elektrisitetslæren er effekten gitt ved P = U * I. Den elektriske effekten øker i takt med spenningen og strømmen.
Symbol: P
Enhet: watt (W)

  • Oppbygging av et galvanisk element: Kan bygges på mange forskjellige måter. Et fellestrekk: elektrodene er bygd av ulike metaller. Elektrodene står i kontakt med en elektrolytt.
  • Noen stoffer gir fra seg elektroner (oksideres), og andre stoffer tar opp elektroner (reduseres). Reaksjonene skjer spontant og frigir energi, det er elektrons negativiteten som avgjør om reaksjonen skjer spontant eller ikke.
  • Batteri: Strømkilde som består av ett eller flere galvaniske elementer som er koplet sammen. Når de er koplet sammen i serie, kan batteriene få høyere spenning og levere mer elektrisk strøm (energi)
  • Den negative polen (eksempel metallet sink) i det galvaniske elementet gir fra seg elektroner til den positive polen (eksempel karbon) gjennom ledningene og lyspæra i strømkretsen. Elektronene blir transportert videre til elektrolytten.

  Omgangsbatteri/ primærbatteri: De mest brukte batteriene

  • Kan ikke lades opp
  • Finnes i ulike former: runde, firkantede eller som knappeceller.
  • Engangsbatteri: primær. Eks. brunsteinbatteri. Brunstein= MnO2
  • Knappecellebatterier: Brukes i små elektroniske apparater – lommeregner, fjernkontroll, armbåndsur, fotoutstyr, spill, små leker. Utformet som en knapp, oftest sølvfarget. Ikke oppladbare
  • Det er litium eller kvikksølv i de fleste knappecellebatterier. Batterier av kvikksølv er skadelige for miljøet, og forbudt å importere og omsette. Litiumbatterier er ikke miljøskadelige, men skal leveres som spesialavfall.

Alkaliske batterier vanligste typen: Gir en ganske jevn spenning gjennom hele levetiden. Inneholder ikke tungmetaller som kvikksølv eller kadmium (miljø). Positiv pol: karbon og negativ pol: sink. Sinken er formet som en sylinder og holder elektrolytten på plass. Elektrolytten = manganoksid (brunstein), sinkklorid og kaliumhydroksid. Kaliumhydroksid er en sterk base som gir et basisk (alkalisk) miljø i elektrolytten. Redoksreaksjon: manganoksid redusert, zink oksidert. Varer 4 ganger så lenge som andre tilsvarende engangsbatterier fordi sinkelektroden oksideres langsommere i en basisk løsning enn en sur løsning.

  • Oppladbare batterier/ sekundærbatterier: I de oppladbare batteriene – sekundærbatteriene – kan redoksreaksjonene reverseres ved å bruke elektrisk energi. De kan lades 500 til 1000 ganger, avhengig av batter type og utstyr
  • Det oppladbare batteriet er fastmontert i for eksempel mobiler, da kobler vi hele apparatet til en batterilader. Det blir stadig utviklet nye batterityper: kan lades enda flere ganger, leverer høyere spenning og enda mer miljøvennlige.
    • Kadiumbatterier: Tidligere var det vanlig med kadiumbatterier
    • Miljøfarlig – nå er nesten alle kadiumbatterier byttet ut med mer miljøvennlige alternativer.
    • Litium ion batterier: De vanligste batteritypene i mobiler, nettbrett og datamaskiner. Svært lett, lang levetid. Den positive elektroden er en litiumforbindelse og den negative elektroden er karbon med litium
    • De siste årene har det vært flere typer brann i elektriske apparater med denne typen batterier og det kan være vanskelig å slukke disse brannene fordi: inneholder brennbart materiale + utvikler seg oksygengass ved den ene elektroden

Utlading og opplading av litium-ion batterier: – Ved utladning: Li+-ionene flytter seg fra den positive elektroden til den negative

– Ved oppladning: motsatt vei, Li+-ionene flytter seg fra det negative elektroden til den positive.

Brenselceller: Frigjør energi gjennom redoksreaksjoner som vi utnytter, eksempel når hydrogengass eller metangass reagerer med oksygengass. Tilsvarende kjemiske reaksjoner som i batteriet, men brenselceller får hele tiden tilført drivstoff i en jevn strøm utenfra. Brenselcellene fanger opp energien som blir frigjort i redoksreaksjonene slik at de kan brukes til varme, mekanisk energi i en forbrenningsmotor i et kjøretøy eller elektrisk energi.

  • Forbrenning reaksjon: Forbrenning = når hydrogengass eller andre stoffer reagerer med oksygengass
  • Oksygen blir redusert, andre grunnstoffer oksidert og energi frigitt
  • Dersom brenselet er hydrogengass, dannes det vann som sluttprodukt i reaksjonen
  • H2 + O2 ® H20 + energi
    Hydrogengass + oksygengass ® vann + energi.

    • Hva er en PEM celle? vanligste brenselcelletypen
    • Proton Exchange Membrane Fuel Cell
    • Bruker hydrogen som drivstoff til å lage strøm
    • 2H2O + O2 ® 2H2O + energi (vann er avfallsprodukt)
    • Katalysatoren i anoden splitter opp hydrogengass til elektroner og ioner.
    • Utfordringer med brenselceller / PEM cell : Øke levetiden
    • Øke virkningsgraden
    • Forbedre membran-kvaliteten
    • Bruke billigere materialer
    • Høy forbrenningstemperatur

Hvordan fungerer en PEM celle? Hydrogengass ledes inn på den ene siden av den protonledende membranen og oksygengass på den andre siden. Hydrogen blir oksidert til H+-ioner (protoner) ved anoden. Ionene kan vandre gjennom membranen (den er protonledende). Elektronene må gå gjennom en ytre krets (elektrisk ledning) for å komme seg fra hydrogensiden til oksygensiden. Dette gjør at brenselcellen kan lede strøm. På oksygensiden (katoden) reagerer H+-ionene med oksygen, og det blir dannet vann.

Hva er reaksjoner ved hver av elektrode i brenselcellen: Anoden: 2H2 ->  4H+ + 4e-
Katoden: O2 + 4H+ -> 2H2O
Samlet reaksjon: 2H2O + O2 ->  2H2O + energi

  • Utviklingene av PEM celler: Økt effekt og levetid. Produksjonskostnadene vil gå ned.

Lab øvelse:

Argumenter for biler på hydrogengass: – null utslipp av røyk eller giftige gasser

– kan starte i 30 minusgrader

– like sikker som bensin- og diselbiler

– vil bli billigere.

Argumenter mot biler på hydrogen gass: – kan være eksplosivt dersom det ikke behandles riktig

– dyrt

– få fyllestasjoner

Elektrolyse av salter løst i vann: kopper fra kopperklorid

Ved hjelp av elektrisk energi kan vi framstille metallet kopper av saltet kopperklorid. Kopperklorid (CuCl2), lett løselig i vann: kopperioner (Cu2+) og kloridioner (Cl-). Kloridionene oksideres ved den positive elektroden og danner kloratomer, de går sammen og danner klorgass
Cu2+ (aq) + 2e- + energi -> Cu (s) – Cu2+ -ionene redusert til Cu-atomer. Danner kopper som fester seg på den negative elektroden, Cl-(aq) – e + energi -> Cl og Cl + Cl ® Cl2 (g) – Clionene oksidert til Cl-atomer, bindes sammen til klorgassmolekyer, Cl2, (enkel elektronparbinding)

Elektrolyse av vann

  • Gir hydrogengass (dobbelt så mye) og oksygengass. Dyr prosess, mye energi + men rein gass Hydrogen + nitrogen = ammoniakk
  • 2H2O(l) + energi -> 2H2(g) + O2(g)
  • Hydrogen redusert: H+ -ioner til H2-gass (hydrogen mottar elektroner fra oksygen – oksidert)
  • Kun 10 % i dag, nå: fossile hydrokarboner ved dampreformering

Naturfag – Økologi

Posted i kategorien Naturfag on the 10.02.2016
Download PDF

Økologi er læren om samspillet mellom levende organismer og mellom organismene og de ikke-levende faktorene (biotiske og abiotiske)

Økosystem:

Et geografisk avgrenset område med enhetlig natur. Det omfatter alle biotiske og abiotiske faktorene i området

Biotiske faktorer = levende organismer (produsenter, forbrukere og nedbrytere)

Abiotiske faktorer = ikke levende faktorer (lys, vind, osv.)

Deles inn i 3: Produsenter, Forbrukere, Nedbrytere

Hva er et økosystem?

  • Art

Omfatter alle individene som kan pare seg med hverandre og få forplantningsdyktig avkom.

  • Individ

En enkelt organisme innenfor en art. (eks: en elg, en and, et eiketre)

  • Populasjon/bestand

En gruppe organismer av samme art som lever i et område (eks: flokk).

  • Samfunn

Samlingen av alle populasjonene i et område.

  • Åtseletere

Dyr som spiser døde dyr. (Eks: fjellrev, sjakal, gribb).

  • Nedbrytere

Lever av organisk materiale i døde dyr og planter. Omdanner også organiske stoffer til uorganiske næringsstoffer. (Eks: bakterier, sopp, spyfluelarver, meitemark)

  • Nøkkelarter

Art med spesiell betydning i et økosystem. (Eks: lemen, krill i Sørishavet, lodde i Barentshavet, blåbær i norske skoger).

Når vi for eksempel sier at det alt i alt er 150 forskjellige fiskearter i Barentshavet, er det viktig å vite at tre av artene er viktigere en andre. Artene lodd, torsk og sild kan leve utelukket av dyreplankton. Dyreplankton kan til tider forekomme i enormt antall og er derfor viktige som matkilde for torsk, pattedyr og sjøfugl.

  • Rovdyr

Rovdyr er dyr som spiser andre dyr. Konkurranse mellom arter forekommer som oftest i form av et rovdyr – byttedyr-forhold. Som handler om å bli spist eller ikke spist. Et tydelig eksempel på det kan hentes fra arktisk Canada. Her er snøskohare byttedyr for gaupe. Når harepopulasjonen vokser blir det mye næring for gaupene. Dette fører til at gaupepopulasjonen følger harepopulasjonen.

  • Biosfæren

alle steder på jorda der det kan leve organismer

  • Geosfæren

jorda, det vi står på.¨ 

 

Nedbrytere:

Bakterier og sopp er de viktigste nedbryterne, men det finnes også andre nedbrytere, for eksempel spyfluelarver og meitemark. Nedbrytere bruker de organiske stoffene i døde dyr og planter for å skaffe seg næring til sine egne livsprosesser. Avfallet fra nedbryterne er næringssalter, som blir liggende igjen i jorda for gjenbruk. Uten nedbryterne hadde det ikke vært et kretsløp av stoffer.

Næringskjeder

Samspill mellom populasjon – knytte sammen i næringskjeder.

(en fremstilling av hvordan stoff og energi beveger seg fra ledd til ledd i et økosystem)

  • Første ledd = produsent; planter (fotosyntese)
  • neste ledd = forbrukere (spiser planter) eks: mus, elg, fisk osv.
  • tredje ledd = rovdyr
  • Plantene produserer sin egen næring via fotosyntese.
  • Alle organismer i økosystemet lever direkte eller indirekte av næringsstoffene som plantene produserer.

 

Forbrukere karakteriseres etter hvilken mat de spiser:

  1. forbruker -> 2. forbruker -> 3. forbruker

Eks: bregneplanter -> klatremus -> røyskatt -> fjellrev

  • Førsteforbruker lever av planter (planteetere)
  • Andre- og tredjeforbruker osv lever av dyr (rovdyr)
Næringskjede fra:

Produsent

  1. forbruker
 2. forbruker  3. forbruker
Fjell: Bregneplante Klatremus Røyskatt Fjellrev
Skog: Bjørkeblad Bjørkemålelarve Kjøttmeis Spurvehauk
Innsjø: Planteplankton Hoppekreps Ørret Fiskeørn

 Næringsnett

Næringsnett viser hvordan ulike næringskjeder er avhengig av avhengige av samme art (nøkkelarter)

  • De fleste dyr baserer seg på mer enn en plante- eller dyreart som næringskilde.
  • Et næringsnett er flere næringskjeder som er vevd inn i hverandre.

 

Næringspyramide

  • Tar utgangspunkt i en næringskjede
  • Forteller hva som skjer med energien
  • Viser hvordan energien avtar fra et ledd til det neste
  • Regnes i energimengde per kvadratmeter per år (KJ/m2/år)
  • Grovt sett: kun 10 % av energien overføres fra et ledd til det neste, altså til å bygge oss.
  • Disse 10 % går til vekst, fettlagre og reproduksjon.
  • 90 % går til forbruk. Eks: kroppsvarme, prosesser i kroppen, bevegelse og ikke fordøyd mat.

Energipyramiden:

Figuren viser hvordan organismene bruker energien i maten vi spiser. 90 % av energien i maten går med til å opprettholde livet, mens 10 % går med til å øke massen av dyret. Bare denne andelen kan komme neste ledd i nærinskjeden til gode:

Spist mat

IKKE tilgjengelig for rovdyr (90%) Tilgjengelig for rovdyr (10%)
Bevegelse vekst
Prosesser i kroppen

(fordøyelse, nervesignaler, blodomløp…)

Lagring i fettvev
Produsere varme Produsere avkom
Ikke fordøyd mat  

 

I en næringspyramide overføres 10 % av energien fra et ledd til neste. Dette kan framstilles i en energipyramide. Tallene er angitt i KJ/m2/år:

 

Spurvhauk

25

 
 

     Kjøttmeis

     300

 
 

     Bjørkemålerlarver

      2400

 

Bjørkeblader

  21 000

  

Stoffkretsløp

Jorda mottar enorme mengder energirik stråling fra sola. Denne energien strømmer langsomt tilbake til verdensrommet igjen, slik at det er en balanse mellom den solenergien som stråler inn, og den varmeenergien som stråler ut. Dette gir en snitt-temperatur på 15 grader.

Jorda og økosystemet blir stadig tilført ny energi fra sola, men atomer og molekyler er derimot de samme på jorda nå som da jorda ble dannet for ca. 4,5 milliarder år siden.

Stoffene som bygger opp levende organismer brukes på nytt og på nytt. Det kan faktisk tenkes at et karbonatom i hjertet ditt en gang har vært i stammen på et kråkefottre i karbontiden, i en dinosaur i kritt tiden og i en neandertaler i kvartærtiden.

Denne resirkuleringen skjer ved at nedbrytere (bakterier og sopp) bryter ned dødt organisk materiale og frigjør næringssalter til jord og vann, og karbondioksid til lufta. Stoffene fra nedbrytingen kommer inn i næringskjedene igjen ved fotosyntese og den oppbygningen av organiske stoffer som skjer i plantene. Alle de kjemiske stoffene som finnes i levende organismer, sirkuleres på denne måten mellom den ledende og den ikke-levende naturen.

 

Enkelte mineraler, som fosfor, kalsium og jern, sirkulerer mellom næringskjedene og jorda. De er ikke innom atmosfæren, slik som vann og karbon:

 

Karbonets kretsløp:

De viktigste grunnstoffene i levende organismer er karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen. En rekke andre grunnstoffer trengs i mindre mengder. Alle disse stoffene går i kretsløp. Her ser vi nærmere på karbonets kretsløp.

Karbonet går i kretsløp rundt jorda – inn og ut av økosystemet. I lufta finner vi karbon for det meste i form av karbondioksid, som utgjør omtrent 0,036 % av lufta i atmosfæren. Lufta får stadig tilført karbondioksid via celleånding hos dyr planter og nedbrytere.

Celleånding: C6H12O6 + O2 à CO2 + H2O

Fotosyntese: CO2 + H2O à C6H12O6 + O2

Planter på land og i vann bruker karbondioksid fra lufta i fotosyntesen. Algene i havet bruker nesten like mye CO2 som panter på land. En stor del av det planteplanktonet som blomstrer opp i havet om våren, dør og synker til bunns.

Spesielle forhold i «planteplanktonkirkegården» kan føre til at de døde plantene ikke råtner, da vil karboner bli lagret på havbunnen som hydrokarboner og bli holdt unna kretsløpet i lang tid. På den måten er havbunnen et slags lager for karbon. Kull, olje og gass har blitt dannet på denne måten. Karboner som har blitt lagret over mange millioner år blir nå sluppet ut igjen i store mengder i løp av bare et par hundre år. Dette gir konsekvenser for klimaet på jorda.

 

Populasjonsvekst:

  • Populasjonsvekst er hvordan veksten i en populasjon varierer.
  • Veksten kan være både positivt og negativ.
  • Veksten avhenger av:

–      Fødsel

–      Innvandring

–      Død

–      utvandring

formel: (fødsel og invandring) – (dødsfall og utvandring)

  • Den arten som har hatt høyest populasjonsvekst den senere tida er oss mennesker.

 

Vekstkurver – tid og tall

En populasjon som etablerer seg i et gunstig miljø vil begynne å øke i antall. Hvor rask økningen avhenger av hvor mange hunner hver hunn i gjennomsnitt etterlater seg i løpet av sin levetid. Hvis hver hunn gir bare gir opphav til en hunn i gjennomsnitt, vil populasjonen være stabil. Hvis hver hunn i gjennomsnitt etterlater seg 1,2 hunner vil populasjonen tidobles på rundt 13 generasjoner. Når antallet øker vil begrensende faktorer (vanligvis) sette inn og øke dødeligheten i populasjonen.

  

Bæreevne

  • Bæreevnen er et mål for hvor mange det kan bli av for eksempel en art i et økosystem

 

  • Bæreevnen kan variere fra år til år.

 

  • Bæreevnen avgjøres av begrensende faktorer.

Eksempler:

–      Lengden på vekstsesongen (kort sommer…)

–      Årstidsvekslinger (snørik vinter…)

–      Biotiske faktorer (angrep av parasitter…)

 

  • Et områdes bæreevne kan forandre seg over tid:

 

Eksempel med begrensende faktorer:

Fjellbjørka har lavere krav til temperatur enn alle andre norske trær, men den må ha minst fire måneder med gjennomsnittstemperatur på over 7 grader. Et treslag som eik krever varmere sommer.for at det skal vokse eik må de fire varmeste månedene være over 12 grader.

 

Populasjonskurver

j-kurve (eksponentiell vekst)

  • populasjonen er liten og ressursene er ubegrensede
  • Etter en stund får populasjonen en uventa krasj.

Det skjer for eksempel hvis noen få hare-par settes ut på en frodig øy. Populasjonen vokser raskt og etter hvert er det ikke mat igjen, og populasjonen har nådd områdets bæreevne.

 

S-kurven

  • Populasjon vokser fort, men etter hvert når den bæreevnen og flater seg ut på det område. (svinger litt over og under bæreevnen)

I 1814 ble det satt ut sauer på den isolerte øya Tasmania. Antallet vokste i omtrent 40 år. Etter et lite fall har antall sauer stabilisert seg og svingte rundt bæreevnen.

 

M-kurven

  • Regelmessige svingninger.
  • Antall varierer opp og ned mer eller mindre regelmessig

Dette gjelder spesielt populasjoner av mindre dyr som lever i et kjølig klima, slik vi bland annet har i de skandinaviske fjellområdene og i arktiske strøk.

For eksempel populasjonen av lemen vokser på denne måten (også gråsidemus, markmus, fjellrotte og klatremus). De har normalt en syklus på 4 – 5 år. Etter ett par år når populasjonen en topp, en slik populasjon følges av et dramatisk sammenbrudd av bestanden kan bli redusert med 99 %.

Dette påvirker også andre arter, som for eksempel fjellrev og rovfugl. Når det er mye smågnagere, kan fjellreven sette rekord i ungeproduksjon. Når det er mangel på smågnagere må rovdyra satse på andre byttedyr, for eksempel ryper. Derfor vil også rypepopulasjonen variere.

 

Symbiose

Samspill i naturen (når individer fra to forskjellige arter lever i nær tilknytning til hverandre)

Parasittisme:

Den ene arten har nytte av samspillet mens den andre svekkes av det. I et slikt forhold lever parasitten i eller på en annen organisme. Hos mennesker har vi for eksempel hodelus og bendelorm. Et annet eksempel finner vi hos rødrev. Rødrev ble angrepet av parasitten reveskabb, som gjør at reven får betennelse og mister belsen.

 

Mutualisme:

Begge parter har nytte av samspillet. Et eksempel på dette er samlivet mellom trær og sopp. Mange av skogtrærne våre har tråder av underjordisk sopp i eller rundt røttene sine. Fordelen for trærne er at soppen hjelper til med opptak av vann og næringssalter, fordelen for soppen er at den får energi gjennom stoffer trærne produserer i fotosyntesen.

 

Kommensalisme:

Den ene arten har nytte av forholdet, mens den andre verken drar nytte av det eller vekkes av det. Eksempel på dette er vanskelig å finne, men et eksempel kan være midd som «haiker» med insekter. Et annet eksempel kan være fugler som bygger reir i trær.

 

Konkurranse – kamp om ressurser

Når det blir konkurranse om ressurser i en populasjon vil det være de individene som er best tilpasset konkurranseforholdene, som har størst sjanse til å overleve og dermed føre sine gener videre.

Eks:

  • Planter kan konkurrere om lys, næring og tilgang på vann.
  • Dyr kan konkurrere om den beste partneren, de beste reirplassene eller den beste maten.
  • Konkurranse om å få pare seg.

Noen kjente menn

  • Thomas Robert Malthus (1766-1834)

Ga i 1789 ut en bok som omhandlet det faktum at matvareforsyningen ikke kunne holde tritt(holde følge) med befolkningsveksten.

 

  • Jean Baptiste Lamarack (1744-1829)

Mente at giraffen utviklet seg gradvis.

 

  • Darwin (1809-1882)

Tok teorien om utvikling videre og mente at de med lengst hals hadde størst sjanse for å klare seg og dermed utviklet de seg stadig.

 

Suksesjoner –

langsomme retningsbestemte forandringer i økosystemet

  • Tjern gror igjen
  • Ny vegetasjon kommer til etter at isbreer trekker seg tilbake
  • Ny skog etableres etter hogst eller skogbrann

Alt dette er eksempel på suksesjoner.

Suksesjon deles inn i:

1)   Primærsuksesjon:

Dette er den «første» suksesjonen som skjer på bar mark der det aldri har vært vegetasjonsdekket.

Eks:

–      En ny vulkanøy stiger opp fra havet

–      En isbre smelter

 

2)   Sekundærsuksesjon:

Skjer i områder med jordsmonn som inneholder organisk materiale. Altså der det allerede har vært vegetasjonsdekket tidligere.

Eks:

–      Et tjern eller en eng gror igjen

–      En ny skog etableres etter hogst eller skogbrann.

 

Fasene i et suksesjonsløp:

  • Pionerfasen
  • Pionerfasen er starten på en suksesjon. I en primær suksesjon vil denne fasen som regel starte med organismer av gruppa lav, som tar næring fra regnvannet, og som klarer seg på berg, stein eller ren mineraljord uten innhold av humus.

Etter hvert som stein forvitrer og innhold av organisk materiale blandes inn, får vi et jordsmonn som andre plantearter kan utnytte. Når planter har etablert seg, kan også ulike dyreorganismer finne næring og levested her.
En sekundær suksesjon starter ikke “på bar bakke”. Her er det oftest jordsmonn til stede, og det er røtter og frø i jorda. Her finner vi også dyr og mikroorganismer. Her er pionerplantene gjerne lyskrevende organismer med god spredningsevne. Ofte vil næringskrevende planter dominere fordi konkurransen om næring er liten i denne fasen.

Konsolideringsfasen

Konsolideringsfasen er den påfølgende fasen etter pionerfasen. Der er artsmangfoldet størst. Pionerartene er i tilbakegang, men fremdeles til stede. Samtidig er konkurransesterke arter med mindre næringskrav i sterk vekst. Det varierte plantelivet gir et miljø som tiltrekker et mangfold av dyrearter.

Klimaksfasen

Klimaksfasen er det stabile og “endelige” stadiet i suksesjonen. Dette styres hovedsakelig av klimaet i området, med påvirkning av andre abiotiske faktorer som jordas pH, næringsstatus og fuktighet. I Norge er klimaksstadiet preget av økosystemer med barskog. Disse økosystemene er samlet under betegnelsen taiga.

 

Fjellreven:

Vi kan bruke økologi (læren om sammenhengene i naturen) når vi skal studere hva som bestemmer størrelse og utbredelse av en populasjon. Det er mange faktorer som påvirker en populasjon i et økosystem. Her er eksempel med fjellreven:

Jaktpress fra mennesker?

–      Den snøhvite vinterpelsen til fjellreven har gjort den svært ettertraktet.

–      Lett å drepe siden den er så troskyldig.

–      Jakten reduserte populasjonen til et minimum

–      I 1930 ble arten fredet, og ble regnet som utryddet i høyfjellstraktene i Sør-Norge.

Lite mat om vinteren?

Hvis matforholdene er gode, for eksempel i form av reinsdyrkadavre, ryper eller harer, vil fjellrevtisper som er etablert i et hi pare seg. Da kan hun føde store ungekull. Hvis mattilgangen sener svikter i mangel på smågnagere og vilt, vil ungene dø etter fødselen i slutten av mai.

Jerven er i stand til å drepe eldre svekkede reinsdyr, et slikt dyrekadaver utgjør et stort og langvarig matforråd både for jerven og andre åtseletere. Tidligere gjorde også ulven et innhogg i reinsdyrflokkene. Ulven er så å si borte og jaktpress mot jerven gjør at jervepopulasjonen minker. Kan dette ha innvirkning på fjellreven?

Lite mat om sommeren?

Det må være en viss mengde smågnagere for at fjellrevunger skal overleve. Når det er smågnager-år (som det har vert hvert fjerde år i norske fjell) vokser mange unger opp, og fjellrevbestanden øker. Og motsatt når smågnagerbestanden synker. Fjellrevbestanden følger dermed smågnagerbestanden og vi får en M-formet, syklisk kurve.

Hvis et smågnagerår uteblir, vil ungene ikke vokse opp. En del voksne fjellrever vil dø av alderdom (de blir ca 5 år gamle) og dermed blir fjellrevbestanden enda mindre.

Smågnagertoppene har blitt mindre, årsaker kan være forurensing, overbeiting og klimaendring.

Negativ påvirkning av rødrev?

Varmere klima fører til at rødreven trenger inn på fjellrevens tidligere enemerker. De tar over hiene som lenge har gått i arv hos fjellreven, i tillegg fører de med seg reveskabb, som smitter over på fjellreven.

Innalv – for lang avstand mellom populasjonene?

Populasjonene av fjellrev blir spredt på grunn av vei- og hyttebygging sprer fjellrevbestanden, noe som gjør at nære slektninger parer seg med hverandre. Innalv kan gjøre populasjonen mindre levedyktig.

Konklusjon

Forskere prøver å sette opp gode hypoteser samtidig med at myndighetene setter i gang tiltak for å beskytte fjellrevene i Norge. Økologisk forskning viser oss at mange mekanismer virker sammen i naturen. Det er bare ved å skaffe oss kunnskaper om hvordan en art lever, at vi kan si noe om hvilke faktorer som er viktige for arten.

Over og ut for fjellreven?

I et langt geologisk tidsperspektiv har arter oppstått, levd en tid og så forsvunnet. De artene som lever på jorda i dag utgjør bare en brøkdel av de artene som totalt har eksistert på jorda.

Likevel vil det være en sørgelig dag når den siste fjellreven forsvinner. Fjellreven er et sterkt symbol på fjell-landet Norge.

 

 

Naturfag – Naturvitenskap

Posted i kategorien Naturfag on the 28.06.2013
Download PDF

·       

·        I naturvitenskapen skiller vi mellom prosess og produkt:

·         Prosess: Den arbeidsmåten naturvitenskapen benytter, den vitenskapelige metoden.

·         Produkt: De resultatene som er oppnådd, og som oppnås.  Kunnskapen forskere kommer fram til gjennom grundig vitenskapelig arbeid.

 

Den naturvitenskapelige metoden

 

Den naturvitenskapelige metoden legger vekt på

·         Systematiske undersøkelser

·         Nøyaktige målinger

·         Gjentatte tester

 

Naturvitenskapelig arbeidsmetode oppsummeres slik:

 

Innsamling

Her forsøkes det å finne tidligere informasjon, kunnskaper og finne ulike faktorer/elementer som kan testes. Ut i fra dette formulerer forskere en hypotese.

Hypotese

Hypotese er en kvalifisert gjetning/antakelse basert på «innsamlinger»

Dersom hypotesen stemmer kan den være rett.

Dersom den ikke stemmer sier vi at den er «falsifisert»

Undersøkelse (forsøk)

Undersøkelsen skal avsløre om hypotesen stemmer eller ikke. Her er det viktig med nøyaktige, gjentakende og systematiske målinger.

resultat

Resultat er informasjonen forskeren har kommet frem til etter en hypotese er testet. Resultat vises frem til andre forskere slik at andre kan teste det.

tolking

Resultatene blir tolket og testet av flere forskere. Andre forskere kommer gjerne frem til andre resultater, mens andre er enige. Hvis de fleste er enige i resultatet danner de grunnlag for en teori.

 

(Konklusjon)Teori

En beskrivelse som det er stor grad enighet om. Vi kan aldri «bevise» at en teori er helt sann. Men vi kan styrke den ved å gjenta forsøk som tidligere har blitt utført. Når en teori foreslås, forsøker andre forskere å gjøre forsøk som kan avsløre om den er feil. Vitenskapen handler mye om kritikk

 

·         Innsamling à hypoteser à utforskning à teorier à formidling

 

Når et fenomen i naturen skal utforskes, begynner ofte forskerne med en tenkt forklaring, en hypotese.

 

Skjematisk fremstilling av naturvitenskapelig forskning

 

·         Vi kan ikke bevise at en hypotese er riktig, men vi kan teste hypotesen på mange måter og samle støtte for at den synes å være holdbar

·         Hypoteser som ikke klarer å bli motbevist blir gjerne teorier, lover eller læresetninger

 

Forskning og forskningsmiljøer

 

·         Universiteter, høgskoler og museer

·         Institusjoner i næringslivet

·         Naturforvaltning

·         Medisinsk forskning

 

Resultatene finner vi igjen i fag som biologi, kjemi, fysikk og geologi.

Er det bevist?

 

Ordet bevis brukes ikke i naturfagene. På engelsk har en to ord som begge kan oversettes til bevis:

 

·         Evidence: noe man har sterk tro på og nokså entydige indikasjoner.  Dette begrepet passer for naturvitenskapen

·         Proof:brukes om det endelige bevis, som i matematikk og logistikk.

Tomatdyrking som forskningsområde

 

Forskerne lager hypoteser og tester disse.  Dette kan omfatte faktorer som

 

·         Lys

·         Temperatur

·         CO2 – nivå

·         luftfuktighet

·         Mineraler

·         Vekstmedium

·         Hvordan unngå skadedyr

 

I tillegg andre faktorer som

·         Hvordan få best mulig smak?

·         Hvordan få lengst holdbarhet?

·         Hvordan unngå økt bladvekst på bekostning av tomatvekst?

 

Vitenskapelig usikkerhet

 

Det knytter seg vitenskapelig usikkerhet til alle forsøk og observasjoner.  Usikkerheten reduseres ved å

 

·         Gjenta forsøket mange ganger

·         Kontrollere måleinstrumenter

·         Være klar over at ytre faktorer kan påvirke måleresultatene

·         Teste mange parametere og variere testene

·         Sjekke kilder

·         La andre gjenta forsøket

·         Ikke trekk bastante slutninger på tynt grunnlag

 

Feil kan være:

·         Tilfeldige feil

·         Systematiske feil

·         Feilkilder

·         Usikkerhet.

Utviklingen av naturvitenskapen gjennom tidene:

 

Årstall

Periode

500 f. Kr – 500 e. Kr

Oldtida i det Hellenske riket (Antikken)

500 e.Kr – 1500

Middelalderen

1500 – 1700

Renessansen

1700 – 1750

Opplysningstida

1750 – 1900

Industrirevolusjonen

1900 – 1970

Den teknologiske revolusjon

1970 ?

Den digitale revolusjon

 

Noen viktige vitenskapsmenn

 

·         Isaac Newton (1642-1727)

Beskrev naturen, fra himmellegemer til partikler, som materielle legemer som beveger seg under påvirkning av krefter.

 

·         Carl von Linne (1707-1778)

Innfører latinsk navnsettingssystem med slekts – og artsnavn for organismer. Dette systemet brukes fremdeles.

 

·         Lavoisier (1743-1794)

Formulerte de grunnleggende prinsippene i kjemi.

 

·         Gregor Mendel (1822-1884)

Kom fram til prinsippene for hvordan egenskaper overføres ved arv uten å ha kjennskap til hva arvestoff var. Drev systematisk forskning på erteplanter.

 

Står naturvitenskapen for den eneste sikre sannhet?

 

·         Naturvitenskapen tar utgangspunkt i alt som kan måler, veies og tallfestes.  Etikk, religiøsitet og filosofi kan ikke måles og veies.

 

·         Vitenskapen bygger ikke på tro, men på resultater av undersøkelser og testing av hypoteser.

 

·         Hypotesene som ikke lar seg motbevise er med å bygge opp teorier som forklarer fenomener i naturen.

 

·         Uenighet blant forskere med tanke på metoder og tolkning av resultat er med på å kvalitetssikre forskningen.

 

Tro og vitenskap = konflikt?

 

·         I renessansen og opplysningstida (1500-1750) utfordret vitenskapen mange av de tradisjonelle forestillingene om naturfenomener som bygget på tro.

 

·         Copernikus hevdet at sola var sentrum, ikke Jorda.  Galilei støttet dette verdensbildet.  Senere formulerte Kepler tre lover for planetenes bevegelser rundt sola.

 

·         Denne typen konflikter mellom tro og vitenskap har vi mindre av i vår tid, men vi kan likevel se oppslag i massemedia som f. eks «Zoolog tror ikke på Darwin» og «Teologer støtter Darwins teori».

 

Modeller og språk i naturvitenskapen

(hvorfor modeller er viktig i naturvitenskapen)

 

·         Naturvitenskapen forsøker å beskrive naturen så godt det lar seg gjøre.

 

·         For å kunne gjøre dette må vitenskapen forenkles.

 

·         Skisser eller modeller forklarer deler av virkeligheten, men kan ikke vise hele virkeligheten.

 

·         Bohrs atommodell or kjemiske reaksjonslikninger er eksempler på slike forenklinger.

  

Vitenskapelig metode

Et eksempel fra Geologien

 

Fra observasjon til modell:

 

·         Data innsamling / observasjoner / beskrivelser

·         Hypoteser (logisk og sannsynlig forklaring)

·         Teorier (generelt aksepterte forklaringer)

·         Vitenskapelige lover (Teorier som er grundig etterprøvd/testet)

·         Geologisk modell

 

HVA DREPTE DINOSAURENE:

Hypoteser:

·         Epidemiske sykdommer eliminerte dinosaur bestanden?

 

·         Egg stjeling – pattedyr forsynte seg av dinosaurenes reir?

 

·         Havene ble dødelig salte – hvorfor overlevde noen marine organismer?

 

·         Drastiske miljømessige endringer?

 

·         Endring i planetens beskyttende magnetiske felt?

(skadelig stråling)

 

Vitenskapelig teori 1:

Massive vulkanske utbrudd i India (Deccan platået) i slutten av kritt

·         Etter flere tusen år – Lavastrømmene var 2000 m tykke og dekket 1 500 000 km2

·         Aske- og gasskyer – avkjøling – mindre vegetasjon – planteetere dør – kjøttetere dør

 

Vitenskapelig teori 2:

Meteoritt nedslag

·         Meteoritt på 10 km diameter krasjet med jorda.

·         Støv og røyk fra branner blokkerte sollyset.

  

Indisier/faktorer

·         3 cm tykt leire lag – 65 m år gammelt.

·         Leira inneholder iridium (mye i meteoritter; sjeldent i jordas bergarter)

·         75 % færre arter over leirelaget.

 

·         Tektitter (glassaktige kuler) i sediment lag over hele kloden (smeltet bergartsfragmenter som slenges opp i lufta)

 

·         Høy konsentrasjon av karbonholdig sot i iridiumlaget (indikerer globale branner)

 

·         Hvitt fossilrikt lag på bunn av kjerne i Atlanterhavet, dekket av et tynt grågrønt lag med knust nedslagsmateriale, igjen dekket av et jernrikt lag fattig på fossiler.

 

·         Nedslagsfeltet: Yucatans chicxulub krater 300 km i diameter.

 

·       

Oppsummering

Ikke la deg lure

·         Ville du ha skrevet under på en kampanje MOT dihydrogenmonoksid? (obskurt navn for vann)

 

Våre sanser – observasjoner

·         Se – høre – føle – lukte – smak

 

Arbeismåte – systematisk undersøkelse

1)   undersøkelser

EKS: VED HVILKEN TEMPERATUR VIRKER BATTERIER BEST?

 

2)   Hypotese:

EKS: Vi tror at batterier virker best ved romtemperatur.

 

3)   Eksperimenter:

EKS: Vi må teste hvor lenge et batteri «varer» ved ulike temperaturer.

 

Det er viktig at vi forandrer bare en parameter om gangen når vi kjører forsøk.

 

4)   Observasjoner

EKS: vi må finne temperaturen der batteriet fungerer best.

 

5)   Sikre observasjoner

EKS: kan vi lese av klokker og termometere? Kan eksperimentet gjentas med samme resultat?

 

Vi må gjengi resultater fra en representativ prøve.

 

Dersom hypotesen vår stemmer kan det være at hypotesen er sann.

 

Dersom hypotesen vår ikke stemmer er hypotesen falsifisert.

 

·         Usikkerhet og feil i observasjoner:

      Tilfeldige feil

      Systematiske feil

      Feilkilder

      Usikkerhet i resultatene

Naturfag – Reaksjoner og batterier

Posted i kategorien Naturfag on the 16.05.2012
Download PDF

Definisjon på en kjemisk reaksjon

I en kjemisk reaksjon skjer det en forandring der det blir dannet nye stoffer med andre egenskaper enn de stoffene vi startet med. Forandringen kommer av at atomene binder seg sammen på nye måter.

Kunne balansere en reaksjonslikning

I en balansert reaksjonslikning er antallet atomer av de forskjellige grunnstoffene det sammen på begge sider i reaksjonslikningen. Når vi balanserer en reaksjonslikning, kan vi bare endre koeffisientene (tallet foran symbolet), ikke indeksene (tallet nede bak symbolet)

Indeks er det lille tallet i en likning. Eks 02

Koeffisient er det store tallet. Den sier oss hvor mange molekyler det er. Eks 2H2

Se bok s. 314

Forklare forskjellen på en eksoterm og en endoterm reaksjon

Reaksjoner deles inn i to. Endoterme og eksoterme.

Kjemisk reaksjon foregår i to trinn. Først brytes de ned bindingene mellom atomene i utgangsstoffene, og det krever energi. Deretter blir det laget nye bindinger mellom atomene slik at vi får dannet nye molekyler.

I de fleste reaksjoner fører det til at det frigjøres energi. Slike reaksjoner kaller vi eksoterme. Eks joystick når du kjenner den.

Men i noen ganske få tilfeller krever det mer energi å bryte bindingene enn det som blir frigjort når de nye bindingene dannes. Slike reaksjoner kalles endoterme. Eks Fotosyntesen.

Kunne forklare forbrenning og eksempler på det

Forbrenning defineres som når et stoff reagerer med oksygen. De tre betingelsene for at det skal brenne:

  1. Brennbart stoff
  2. Oksygen (eller et annet stoff som kan holde forbrenningen i gang)
  3. Tenn temperatur

Eks. vedkubbe i en bål.

Forklar hva en redoksreaksjon er og eksempel på det

Redoksreaksjon er en reaksjon der det skjer en elektronovergang. Alle atomer vil ha 8 elektroner i det ytterste skall. Kan se på en redoksreaksjon i 2 deler

Oksidasjon har vi når et atom eller ion gir fra seg ett eller flere elektroner

Reduksjon har vi når et atom eller ion tar opp ett eller flere elektroner

Biomasse

Biomasse består av energirike organiske forbindelser i plante- og dyrematerialer og regnes som den rimeligste fornybare energien på kort sikt. De viktigste kildene til biomasse er ved, rester av skogbruk, halm, husdyrmøkk, energivekster fra landbruket, organiske materiale fra sortert kommunalt avfall og kloakkslam. Biomasse er en fornybar energikilde så lenge vi ikke bruker mer enn det som er oppnålig. Grunnen til at biomasse er fornybar energi, er fordi at istedenfor å la det ligge å bli brutt ned av naturen, tar vi i bruk den energien. Den fører heller ikke til økt utslipp av drivhusgassen karbondioksid, i motsetning til fossile brensel. CO2 som blir frigjort ved forbrenning, blir dessuten tatt opp av plantene som vokser opp. Vi sier at biomasse er CO2– nøytral.

Pellets

En ¼ av norske bolig bruker ved til oppvarming. Ved regnes som en av de viktigste biomassen når det gjelder oppvarming. Ved er også en fornybar energikilde, men vedfyring har også noen ulemper. Når du fyrer med ved, blir det sluppet ut sot og andre partikler som kan være helseskadelig. Pellets som er laget av flis og bark blitt presset sammen, er mindre skadelig. Pellets går også under fellesbetegnelsen fordelt biomasse.

Biogass

Når søppel blir brutt ned uten tilgang til oksygen (aerob nedbryting) får vi metangass. En slik biogass fra avfallsdeponier blir kalt deponigass. Denne gassen kan blant annen brukes til spesiale biler, busser og lastebilder. Metangass er en kraftig klimagass. 1 kg CH4 (metangass) har 21 ganger så sterk virkning på jordas klima som 1 kg CO2. Omdanning til biogass skjer raskere dersom vi varmer for eksempel opp kloakkslam, husdyrgjødsel eller matavfall i en lufttett beholder (reaktor). Det organiske materialet blir spaltet av bakterier og vi får metangass. Dette kalles reaktorgass.

Biodrivstoff

Noen av biodrivstoffene som egner seg som drivstoff til biler, busser og lastebilder er etanol, metanol og biodiesel. Biodrivstoffene etanol (C2H5OH) og metanol (CH3OH) blir brukt sammen med vanlig bensin. Disse biodrivstoffene utgjør 15 % av blandingen. Bioetanol kommer fra ved å gjøre planter som inneholder sukker, cellulose eller stivelse, som ulike sorter korn, mais, sukkerrør osv. Bioetanol er ofte framslit som biogass. Biodiesel er laget av planteolje eller dyrefett. Det kan være fiske olje fra fiskeavfall eller fettavfall fra slakterier.

Batteri

Daniellcelle består av to halvledere. Vi kaller sinkstaven i sinkioneløsningen for en halvcelle. Kobberstangen i kobberioneløsningen er en annen halvcelle. De to halvcellene er forbundet med hverandre ved hjelp av en saltbro. Saltbroen inneholder en løsning som leder strøm (en elektrolytt), men som ikke lar løsningen i de to halvcellene blande seg. Saltbroen sørger altså bare for at strømkretsen er lukket, men deltar ikke i reaksjonen.

I daniellcellen går kjemisk energi over til elektrisk energi. Mellom sinktanga og kobberstanga er spenningen 1,1 V. Dette kaller vi for elektromagnetisk spenning (ems). Gjennom den elektromagnetiske spenningen går det elektroner fra sinkstanga til kobberstanga.

Et galvanisk element består av to elektroder: En anode (sink – Zn) som er negativ, ettersom den gir fra seg elektroner, og en katode (kobber – Cu) som er positiv, fordi den mottar elektroner. Et galvanisk element består også av en løsning av sinksulfat, Zn2+-ioner og SO42--ioner (ZnSO4), og en løsning av kobbersulfat, Cu2+-ioner og SO42--ioner (CuSO4), i to forskjellige beholdere. I tillegg består den av en saltbro, en fuktet papirstrimmel (som kan bestå av for eksempel kaliumnitrat (KNO3) og alternativt et voltmeter eller en lyspære eller lignende. Ledninger forbinder elektrodene (og evt. voltmeteret eller lyspæra) med hverandre.

 

Ved sinkelektroden:

Sinket danner ioner ved å gi fra seg to elektroner, som strømmer gjennom ledningen i form av elektrisk energi. Da blir det igjen Zn2+ i væsken. Sinkelektroden blir gradvis redusert, ettersom den konstant gir fra seg elektroner og danner ioner. Den kjemiske reaksjonen som skjer kalles en oksidasjon, dvs. at atomer gir fra seg e, og kan skrives slik:

Zn (s) à Zn2+ (aq) + 2e.

 

Ved kobberelektroden:

Kobber har lett for å ta til seg elektroner. Så når elektronene strømmer gjennom ledningen, og til løsningen av kobbersulfat, går de sammen med Cu2+-ionene i væsken. Ionene tar til seg elektroner og blir til kobber (Cu). Dette kobberet legger seg på kobberelektroden. Kobberelektroden blir hele tiden større og større. Den kjemiske reaksjonen som skjer kalles en reduksjon, dvs. at atomer tar til seg e-, og kan skrives slik:

Cu2+ (aq) + 2e à Cu (s).

 

Ved saltbroen:

En av saltbroens funksjoner er å slutte kretsen for å hindre at Cu2+-ionene og Zn2+-ionene kommer i kontakt med hverandre. Hvis dette skjedde, ville for eksempel de frigjorte elektronene sinkelektroden nøytralisere Cu2+-ionene, og skape et belegg av kobber utenpå sinkstaven, som etter hvert ville ha sluttet å virke. Den er også nødvendig for å balansere elektron-fordelingen mellom de to tankene: Løsningen av sinksulfat blir stadig mer positiv (Zn2+ går fra sinkelektroden og ut i væsken) og løsningen av kobbersulfat blir stadig mer negativ (Cu2+ går fra væsken og setter seg på kobberelektroden). Elektronene kan bare gå gjennom kretsen når begge væskene er balanserte. Derfor sender saltbroen (SO42-) ut i løsningen av sinksulfat for å nøytralisere ladningen.

Zn(s) + Cu+2(aq) à Zn2+(aq) + Cu(s)  + elektrisk energi

 

(2+) fra Zn gårover til Cu2+ og det blir en overskudd av protoner i Zn, mens Cu+2 får (2+) og det blir dannet Cu.

Oppladning av batteri

Når daniellcellen leverer elektrisk energi, forsvinner noe av sinkstanga i sink-halvlederen og kobberioner i halv-lederen. Når der ikke lenger er mer sink eller kobberioner igjen, stopper reaksjonen. For å lade opp batteriet må vi tvinge elektronene tilbake til sinkstangen. Vi setter på en likespenningskilde til polene i cellen. Spenningen må være større enn EMS som er på 1,1V. Det skjer en elektrolyse der sink tar opp elektroner (reduksjon) ved den negative polen og kobber gir fra seg elektroner (oksidasjon) ved den positive polen. Et ladbar batteri er altså en batteri som lar galvanisk celle og elektrolyse gå begge veier.

En galvanisk celle består av to poler. Mellom polene er det elektrolytt.

–          Ved den negative polen skjer der en oksidasjon, og det avgis elektroner

–          Ved den positive polen skjer der en reduksjon, og her tas elektronene opp

–          Elektrolytten leder strøm og forbinder de to halvcellene (saltbroen)

Kapasitet, energi og energitetthet

Batteri finnes i ulike størrelser og har ulike varighet. Et D-batteri varer 8-10 ganger enn et AA-batteri. Vi sier at kapasiteten er større. Kapasiteten forteller oss om hvor mye ladning et batteri kan levere. Energien er den kraften vi får igjen fra spenning* strøm* tid. Energi defineres som den evnen til å utføre et arbeid. Energitetthet defineres gir mer energi per masseenhet (J/kg) eller energi per volumenhet (J/m3), altså mer energi til et mindre kapasitets område.

Energi= spenning * kapasitet= spenning * strøm * tid

Brenselcelle

I en brenselcelle blir utgangsstoffene (stoffene som utgjøre energikilden) tilført kontinuerlig mens cellen er i bruk. De kan produsere energi så lenge det er tilgang på utgangsstoffene. Brenselcelle finnes i blant annen i biler, mobiltelefoner og bærbare pc-er. Men brenselcelle er mye dyrere enn batterier og er ikke like velprøvd som batteri.

Det finnes også mange forskjellige brenselceller. Noen går på organiske stoffer, men de fleste bruker brenselcellene bruker hydrogengass. I hydrogenbrenselcellen reagerer hydrogen- og oksygengass, og det blir dannet vann. Kjemisk energi blir omgjort til elektrisk energi når elektronoverføringen mellom hydrogen og oksygen skjer via en ytre strømkrets.

PEM

En pem-celle består av to kammer. Hydrogengass blir pumpet inn i det ene kammeret, mens oksygengass pumpes inn i det andre kammeret. Mellom de to kamrene er det en plastmembran. I kammeret med hydrogengass er det en plate som inneholder platina. Det er negativ pol i brenselcellen. Der avgir hydrogengassen to elektroner og danner to H+– ioner (protoner)

Negativ pol: Oksidasjon: 2H? 4H+ + 4e

Membranen slipper H+– ionene, men ikke elektronene gjennom til det andre kammeret, der oksygengassen er. Elektronene blir tvunget til å gå via en ytre krets til en annen plate som inneholder platina. Plata er den positive polen i brenselcellen. Ved den positive polen blir elektronene tatt opp av O-atomene i O2-molekylet og H+ -ionene. Sammen danner de vannmolekylet.

Positiv pol: Reduksjon: O2 +  4H+ + 4e?2H2O + energi

PEM-cellen har en elektromagnetisk spenning på 1,2 V. Brenselcellen har en virkningsgrad på ca. 50 %. De passer svært bra for bruk i biler og busser. Ulempen er at de bruker platina som katalysator, og platina er veldig dyrt. I tillegg til dette kan katalysatoren bli ødelagt hvis hydrogengassen ikke er helt ren. Denne prosessen kan også snus akkurat som en ladbar batteri. Vi kan produsere hydrogengass og oksygengass ved å sette på en likespenningskilde

Positive sider Negative sider
Pålitelige Platina er dyrt
Enkel å bruke Hydrogenet må være helt ren
Lavt vedlikehold Hydrogen er lett og fly
Lang levetid Kokepunkt på -253oC
Høy virkningsgrad Hydrogen er eksplosivt

 

 

Brenselscelle

–          Vi fører inn H2 gass til platina platen

–          Ved platinaplaten blir elektorene til hydrogengassen splittet fra.

–          Elektronene går gjennom ledningen

–          Protonene går gjennom platen

–          Det hydrogenet med overskudd av protoner kommer til den andre platen der den settes sammen med O2 og gir H2O

 

–          Oksi: H2 (g) ? 2H+ + 2e

–          Red: O2 (g) + 4H+ + 4e? 2H2O(g)

 

 

Naturfag – Stråling og radioaktivitet

Posted i kategorien Fysikk | Naturfag on the 17.02.2012
Download PDF

Stråling er energi som sendes ut fra en strålingskilde i form av bølger eller partikler. Regnes i Hz = 1/s (s=sekund).  Eksempel: en kork er på toppen av en bølge  15/10s =1,5/1s = 1,5 1/s  = 1,5 s-1 = 1,5 Hz.

Bølgelengde: En bølgelengde er avstanden mellom to bølgetopper.

Foton : er lys som er i små bølgepakker.

Elektromagnetisk stråling: Stråling i form av energi lik fotoner som strømmer i lysets hastighet. Lys er et spesialtilfelle av elektromagnetisk stråling. Oppstår når elektriske ladninger beveger seg med ujevn hastighet.

RadioBølger: 

En stor gruppe av bølger med lange bølgelengder. Radiobølger overfører radio og tv signaler. Benyttes i dag til: mobil, tv og radio.

De korteste radiobølgene kalles mikrobølger. Brukes til: Radar, oppvarming av mat.

Infrarød stråling:

Litt for lange bølgelengder til at vi kan se dem

Brukes i alarmer, fjernkontroller, ovner, lyspærer.

Varmefølende kamera brukes til å søke etter savnede personer, finne ut om et hus er godt eller dårlig isolert, undersøker blodårer og celler under huden hos mennesker.

Synlig lys:

Omfatter hele fargespekteret fra rødt til fiolett (fiolett, indigo, blå, grønn, gul, oransje, rød)

Det er det eneste elektromagnetiske strålingen som er synlig for øyet.

Ultrafiolett stråling:

Kortere bølgelengde og større energi enn synlig lys

Fotonene i UV- strålingen har høy energi, derfor er denne strålingen skadelig.

Brukes i teater og på diskotek for å lage spesielle lyseffekter

Hvit lys

En blanding av flere bølgelengder. Regnbue blir lagd ved at sollyset blir brutt og reflektert i regndråper.

Fargene: Rødt, Oransje, Gult, Grønt, Blått, Indigo, Fiolett (ROGGBIF)

Røntgenstråling

Oppdaget av Wilhelm Conrad Rontgen. Kalte det først for X-Rays. Røntgenstråler har høy energi. Kan trenge gjennom ting som er ugjennomtrengelige for vanlige lys. Brukes til undersøkelser.

Sammenhengende spekter

Spekteret inneholder alle bølgelengdene i det synlige lys.

Emisjon spekter

Det er når elektroner håper ut av skallet sitt med høy energi, hopper tilbake til skallet med litt mindre energi en det den startet med i utgangspunktet.

Absorpsjonsspekter

Lys fra en kilde som gir sammenhengende spekter treffer gass får vi en absorpsjon spekter.

Energisprang og elektromagnetisk stråling

Vi får elektromagnetisk stråling fra et atom når elektronene rundt en atomkjerne «faller» fra et skall lenger ute til et skall nærmere atomkjernen.

Stjernefargen forteller om hvor mye temperaturet er. Hvor kortere bølgelengden på fargen er desto høyere overflate temperatur.

Overflate temperatur til gulestjerner er  5500C.

Stjernespektre forteller oss hvilke kjemiske stoffer stjernene består av, og styrken på de forskjellige linjene sier noe om hvor mye det er av de ulike stoffene.

Dopplereffekten – når bølgelengden blir kortere eler lengre fordi kilden beveger seg i forhold til deg.

Dette kan forklares ved hjelp av lyd. En lys tone har kortere bølgelengde enn en mørk. Når lydkilden kommer mot deg registrerer du den som kortere og tonen er lys. Når lyden beveger seg fra deg registrerer du den som mørkere – bølgelenden er lengre, mens egentlig ligger bølgelengden et sted midt i mellom de to verdiene ørene registrerer. Det er dette fenomenet som kalles dopplereffekten. Vi får den samme effekten hvis lysskilder beveger seg i forhold med oss. Da er det bølgelengdene til de ulike spektrallinjene som blir kortere eller lengre.

Rødforskyvning              

Mer generelt er rødforskyvning definert en økning i bølgelengden av elektromagnetisk stråling sammenlignet med det som ble utstrålt fra kilden RØD=STREKKER

Blåforskyvning

Motsatte av rødforskyvning.   BLÅ = KOMPRIMERER

Nøytronstjerner

Tettpakkede nøytroner i piruett. Nøytroner har enda høyere tetthet enn hvit dverg. Navnet kommer fra at tettheten er så stor at elektronene presses inn i kjernen og lager nøytron.

Svart hull

Når ikke engang lys slippes ut. Svart hull har så stor masse md liten radius at ikke engang lys kan unnslippe gravitasjonen.

Hvit dverg

Stjerne som har død ve d at den har slynget all gassen sin utover i rommet.  Gassen kalles for en planetarisk tåke. Det som blir igjen er en liten kjerne med svært høy tetthet. Dette er Hvit dverg.

Gammaglimt

Er en energi rik elektromagnetiske strålingen vi observere fra verdensrommet.

Det finnes to typer gammastråling, korte og lange. De korte varer under to sekunder. De lange oppstår når massive stjerne eksploderer.

Parallakse: vinkel mellom to siktelinjer til en stjerne, når stjerna observeres fra to forskjellige punkter på jordbanen.

Lysstyrkemetoden:

Lystrykemetoden bruker vi nå vi kjenner den utstrålte effekten til stjerna.

Hubbles lov

V=Hr

Her er v farten til stjerna, H en konstant et tall og r avstanden fra oss.

Farten finner vi ved å se på hvor mye spektrallinjen er forskjøvet.

Teorien beviste at galaksene beveger seg bort fra hverandre, noe som beviser at universet utvider seg med en stadig økende hastighet.

Sola

Sola er en del av en spiralgalakse kalt melkeveissystemet.

Energikilden i stjerne

I en stjerne er temperaturen så høy at atomkjerner kan fusjonere og frigjøre energi.

Sola(4 Hydrogenatomer fusjoneres og blir til helium atom.)

Solaktivitet og solstormer

Sola sender ut både elektromagnetisk stråling og energirik partikkelstråling.(Protoner og elektroner med stor fart).

Solstormene påvirker blant annet jodas magnetfelt og lager nordlys. Når det er mange solflekker på sola, får vi de mest energirike fenomenene og de kraftigste solstormene.

Nordlys.

Nordlys er når lys fra ladde sol partikler treffer de magnetiske polene og blandes med molekylene i atmosfæren.

En av de første som drev med dette var Hansteen. Mente det var en forbindelse mellom nordlys og magnetismen på jorda.

Birkeland lagde en terrella for å teste hypotesen hans om at Nordlyset hadde med skyer å gjøre. Testen ble vellykket og han lagde en nordlysoval i miniatyr.

Nordlysoval

Har forskjellige plasseringer dag og natt. Den har større utreskrening om det er høy aktivitet på sola.

Drivhuseffekten

Innstråling og utstråling = Energibalanse.

Atmosfæren absorberer varmestråling. (Husk tegningen)

Ulike drivhusgasse: Metan, vanndamp, lysgass CO2

Konsekvenser i Arktis: Permafrosten kan smelte(bakken og veier synker sammen)

Slippe ut enda mer Co2 som er lagret i bakken inn i atmosfæren. Påvirker Økosystemer. Været kan bli mer ekstremt.

Ozonlaget

Ozonlaget beskytter oss mot det meste av UV-strålingen fra sola.

Ozon danner ved 3O2 à UV stråling à  2O3

Ozon spaltes: Motsatt vei.

Nøkkelen er balansen med å bryte ned, å danne nye.

Nedbryting av ozonlaget

Nedbryting av ozonlaget finner sted når det er kaldt og stabilt vær.

SOLING

UVA-stråling

UVA-stråling ligger nærmest det synlige lyset og er UV-strålingen med minst energi. Det er UVA som gir selve brunfargen når vi soler oss. Brunfargen kommer av at pigmentet melanin mørkner ved UVA-bestråling.

UVB-stråling

UVB-stråling har høyere energi enn UVA. Det er UVB som først og fremst gjør at vi blir solbrente når vi er uforsiktige med solingen. UVB-stråling over litt tid gjør også at det ytterste hudlaget blir tykkere. Dette gir en viss beskyttelse mot videre UV-stråling. Bare en liten del av UV-strålingen som når jorda, er UVB. Ozonlaget hindrer 70-90 % av UVB-strålingen fra sola i å nå jordoverflaten.

UVC-stråling

UVC-stråling er mest energirik. Denne strålingen absorberes av ozonlaget og andre gasser i jordens atmosfære og når ikke jordoverflaten.

Isotoper

Samme grunnstoff, men ikke samme nøytrontall. Alle grunstoffer må bbest av samme antall protoner, men ikke nøytroner. Karbon har tre isotoper. Navnsetting: 6+6=12 da får man navnet Karbom -12

Noen isotoper er ustabile de sender ut stråling fra atomkjernen. Vi sier de er radioaktive eks. karbon-14

Alfastrålene er heliumkjerner

Betastrålene er elektroner med stor hastighet

Gammastråling er energirik elektromagnetisk stråling

Alfastråling:

Lett stanset av klær eller et tynt papir. Noen få cm i luft

Ved en alfautsendelse blir det dannet et nytt grunnstoffatom med lavere atomnummer enn den opprinnelige kjernen. Det er gjerne tunge grunnstoffatomer som uran, radon og plutonium som sender ut alfapartikler.

Betastråling:

Noen få meter i luft. Går gjennom klær og et stykke inn i huden. Stoppes av tre.

Et nøytron i kjernen blir omdannet til et proton og et elektron. Det dannes også en bitteliten nøytral partikkel, nøytrion.

Deretter sendes elektronet ut med stor fart. Kjernen som blir igjen, inneholder da ett proton mer enn tidligere, og det blir dannet et grunnstoffatom med høyere atomnummer enn den opprinnelige kjernen.

Eks: En karbonkjerne omdannes til en nitrogenkjerne:

Gammastråling:

Går rett gjennom, stoppes nesten av bly

Når en atomkjerne har sendt ut en alfapartikkel eller betapartikkel, er det som om protonene og nøytronene som er igjen i kjernen, må finne seg nye plasser. Energien de gir fra seg når de ”faller på plass” i kjernen, sendes ut i form av energirik elektromagnetisk stråling som kalles gammastråling. Derfor sendes det vanligvis også ut gammatråling i forbindelse med alfastråling eller betastråling.

Hvordan oppdage stråling:

Geigerteller registrerer stråling: Alfa og beta.

Strålingsaktivitet har enhetene becquerel, BQ

Stråling aktiviteter i et radioaktivt stoff er antallet omdanninger i stoffet åer tidsenhet.

Scintillasjontelleren registerer gammastråling.

Halveringstid:

Halveringstiden til et radioaktivt stoff angir den tiden det tar før halvparten av alle atomkjernene i stoffet har desintegrert. Alle levende organismer inneholder en viss mengde karbon-14. Når et dyr eller en plante dør, vil mengden av karbon-14 avta etter hvert som årene går.

Ioniserende stråling:

Den radioaktive strålingen har stor nok energi til å slå løs elektroner fra atomer og molekyler, slik at de bli til ioner, det vil si elektrisk ladde partikler.

Noen ganger blir cellene så skadd at de dør = Akutt stråleskade

Hvis mange celler dør, vil organene virke dårligere, og mennesket vil i verste fall dø av organsvikt

Brukes også til å sterilisere bl.a vann (kan drepe bakterier, sopp og insekter).

Naturfag – Radioaktivitet

Posted i kategorien Naturfag on the 04.02.2012
Download PDF

– Årsaken til radioaktivt stråling er endringer i atomkjernene til det radioaktive stoffet. Det er ganske få atomer som er ustabile; vi sier at de er radioaktive

– I Isotoper av et grunnstoff varierer antall nøytroner. C har tre Isotoper. C12-C14

Karbon-14 har ustabil atomkjerne, og sender ut radioaktivt stråling.

– De radioaktive stoffene sender ut: alfa, beta og gamma stråling

– Noen ustabile atomkjerner sender ut partikler som består av to nøytroner og to protoner(altså heliumkjerner). Den kalles Alfastråling.

– Når atomkjerner sender ut alfastråling, vil de nye atomkjernene inneholde to protoner mindre. Det er dannet et nyt stoff med 2 protoner og 2 nøytroner mindre. F. Eks: Uran-238 blir til thorium-234.

– Når atomkjerner sender ut betastråling, sender de egentlig ut elektroner. Elektronene kommer fra at et nøytron i kjernen blir omdannet til et proton og et elektron, protonet blir værende, mens elektronet fyker ut. Fordi kjernen nå inneholder en til proton, er det dannet nytt grunnstoff. F. Eks: karbon-14(6 protoner) blir til nitrogen-14(7 protoner)

– Nukleontallet er alltid det samme ved betastråling.

Gammastråling er elektromagnetisk stråling. Energien i fotonene er en form for overskuddsenergi som atomkjernene frigjør etter å ha sendt ut alfa- og betastråling. F. Eks: Jod-131àjod-131 + gammafoton

Alfastråling rekker ikke lengre enn papir, siden de er tunge. Betastråling rekker bare til tre(kan trenge i hud). Gammastråling blir stoppet av bly.

Geigertelleren registrerer at den blir truffet av stråling. Geigertelleren er bra til å måle  alfa og beta, men bare 1%av gammaen blir registrert. Scintillasjonstelleren – Gamma!

Becquerel er enheten vi oppgir strålingsaktiviteten i.

– En strålingsaktivitet på 1Bq betyr at en atomkjerne blir omdannet hvert sekund.

Halveringstiden er den tiden som går før halvparten av atomkjernene i det radioaktive stoffet er omdannet til andre atomkjerner. Karbon-14 halveringstid=5730år

Halveringstiden til C14 er viktig hjelpemiddel for forskere å bestemme alderen på døde planter og dyr, siden alle organismer tar opp karbonforbindelser når de lever. Når det har gått 5730år, er mengden av C14 i den døde organismen redusert til det halve.

– Eks: C14-innholdet i treskaftet til en steinalder øks er bare om lag 50% av det vi finner i levende trær. Hvor gammel er øksa?

Svar:  1 halveringstid(50%)= ½*100%. Etter 1 halveringstid til(25%)= ½* ½*100%. Økseskaftet er altså to halveringstid gammelt; 2*5720år= 11460år gammelt øks.

– Den biologiske halveringstiden er den tiden det tar før halvparten av det radioaktive stoffet er skilt ut av en organisme.

– Med en fellesbetegnelse kaller vi røntgenstråling og stråling fra radioaktive stoffer for

ioniserende stråling.

– All ioniserende stråling er svært energirik og kan sparke ut elektroner i et atom som blir truffet, slik at det dannes ioner. Kan forandre og ødelegge cellevev i planter + dyr.

– Når kroppen blir utsatt for radioaktivt stråling, får cellevevet tilført energi. Stråledosen angir hvor mye energi som blir overført.

– Enheten for Stråledose er mSv(Millisievert)

– Store stråledoser kan ødelegge proteiner og skade arvestoffet DNA og føre til mutasjoner. Svært store stråledoser kan også gi blodkreft, Beinkreft og svekket imunnsystem. Man kan også dø i verstefall.

Alfastrålene er farligst hvis vi puster det inn. De har kort rekkevidde og stor ioniserende evne, og skader mange celler på ett lite område. Alfa kommer ikke gjennom hud.

Betastråling ødelegger ikke like mange celler som alfa. Men siden den er gjennomtrengende, gjør den også skade når den er utenfor kroppen.

– Litt av gammastrålingen blir tatt opp i kroppen, resten går rett igjennom uten skade.

Verne oss mot stråling fra radioaktive strålingskilder: 1)Stor avstand til kilden

2)Kort tid nær kilden 3)Skjerming(f. Eks betong) !

Bakgrunnstråling er den naturlige strålingen vi utsettes for hele tiden. Den kommer både fra verdensrommet og fra radioaktive stoffer i omgivelsene.

Radon(Rn) er en radioaktiv gass, og gir de største stråledosene her i Norge. Også de stoffene som blir dannet, er radioaktive.

– I boliger kan radongass sive opp fra berggrunnen, og vi kan puste det inn. Lungene er da utsatt.

Kosmisk stråling er stråling fra verdensrommet. Denne strålingen kommer hovedsakelig fra energiproduksjonen fra sola og andre stjerner. Mye av den kosmiske strålingen blir absorbert i atmosfæren. Derfor avhenger denne strålingen av hvor du egentlig bor. Kosmiske strålingen er høyere på fjellet enn i lavlandet.

– En CT-maskin bruker røntgenstråler til å ta bilder av kroppen. Det er ikke som vanlig røntgenbilde, maskinen roterer rundt deg og tar bilder. Ved å sprøyte inn i kroppen et kontrastmiddel som tar opp røntgenstrålene, kan CT-maskinen også vise detaljer som f. Eks blodårer.

Scintigrafi er en undersøkelsesmetode hvor et radioaktivt stoff som sender ut gammastråling, blir sprøytet inn i pasientenes blodbane eller direkte i det organet som skal undersøkes. Strålingen registreres av et gamma kamera, og man får bildet av organet.

PET gir veldig nøyaktige bilder helt nede på cellenivå. Også ved denne metoden brukes det en radioaktiv isotop som blir sprøytet inn i pasienten. Metoden er nesten den samme som Scintigrafi, men gir altså mye mer detaljerte bilder.

MR er ikke ioniserende stråling, men kraftig magnetfelt. Her dannes det svært detaljerte bilder av kroppen også.

Ytre strålebehandling blir det brukt energirikt røntgen og gammastråling som blir rettet mot kreftsvulsten hos en pasient. Friske celler som ligger bak og foran vil motta stråledoser. Kreftcellene før, mens de friske cellene rundt overlever.

Indre strålebehandling bruker sporstoffer som bestråler kreftceller innenfra. Et radioaktivt stoff blir sprøytet inn i kroppen og legger seg på det området hvor selve kreften befinner seg. På den måten mottar svulsten stråling innefra. Her unngår legene å skade friskt vev.

Ioniserende stråling kan også bli brukt til å f. Eks fortelle når en brusflaske er full av brus, måle tykkelsen på papir, plastfolier og tekstiler.

Ioniserende stråling blir ofte også brukt til å sterilisere medisinsk engangsutstyr, emballasje og krydder.

Kjernekraft: Prinsippet baserer seg på Fisjon(spalting) i tradisjonelle kjernekraftverk.

Brenselet er Uran(som finnes i gruver)

–         Uran bombarderes med nøytroner

–         Nøytronet setter seg i kjernen – vi får et ustabilt uran

–         Uran spaltes i to mindre grunnstoffer, samtidig avgis tre nøytroner:

Naturfag – Ernæring og helse

Posted i kategorien Naturfag on the 04.02.2012
Download PDF

?Hva vi trenger næringsstoffer til og hvilke næringsstoffer som finnes: Som næringsstoffer regner vi à karbohydrater, fettstoffer, proteiner, vitaminer, salter av mineraler. Vi trenger næringsstoffer fordi de gir oss energi. Det brukes som byggemateriale. Det brukes også som hjelpestoffer som er nødvendig for at viktige prosesser i kroppen skal kunne skje. Vann og oksygen er også nødvendige, men de regner vi ikke med.

?Åtteregelen: Alle atomer vil gjerne ha 8 elektroner i ytterste skall. Atomer som har et eller to elektroner i ytterste skall vil gjerne gi de fra seg. Atomer som mangler et eller to elektroner i ytterste skall vil gjerne få elektroner.

?Ulike bindingstyper:

? Ionebindinger: Skjer når et atom gir fra seg et elektron og da vil den miste en negativ ladning, med en negativ mindre er det flere positive ladninger enn negative ladninger, slik blir et ion dannet. Ionebindinger er bindinger mellom ioner med motsatte ladninger. Ionene dannes ved elektronoverføring mellom atomene.

?Elektronpar bindinger (enkel-, dobbel og trippelbinding): Er bindinger der atomer deler elektronpar mellom seg og danner molekyler. Når det er en elektronpar binding mellom to atomer snakker vi om en enkelt binding, det kan også være dobbeltbindinger og trippelbindinger mellom atomer.

?Polare bindinger: blir ved at for eksempel: Hydrogen vil bli kvitt / dele og elektronet betyr ikke så mye for den. Hydrogen molekylet går sammen med et oksygen molekyl som mangler 2 i det ytterste skallet, derfor trekker elektronene seg inn i oksygenets kjerne fordi den er sterkere enn hydrogen. Dermed blir det en positiv ladning på hydrogen molekylet og oksygen blir negativt ladd. Derfor får vi to poler med ulike ladninger.

?Hydrogen bindinger: Er svake bindinger som virker mellom hydrogen og oksygenatomer i polare molekyler.

 

?De viktigste stoffgruppene av organiske stoffer: Hydrokarboner, alkoholer, organiske syrer, estere, karbohydrater og proteiner.

 

?Hydrokarboner, alkoholer, organiske syrer og estere:

?Hydrokarboner: Er bygget opp av karbon og hydrogen. Alkaner à kun enkeltbindinger. Metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan, osv. Alkener à har en dobbelbinding. Eten, propen, buten, osv. Alkyner à har en trippelbinding. Etyn, propyn, butyn, osv.

?Alkoholer: er organiske stoffer som består av karbon, hydrogen og oksygen. Alkoholer har en eller flere OH-grupper. Alkoholer med en OH-gruppe er enverdige alkoholer. Eksempler på flerverdige alkoholer: Metanol– enkleste alkoholen, blir brukt som løsemiddel, drivstoff for biler og råstoff i kjemisk industri, svært giftig stoff. Etanol- nest enkleste alkholen, blir brukt som løsemiddel, drivstoff i biler og råstoff for produksjon av en rekke lange kjemiske forbindelser. Etanol- kan fremstilles av en sukkerløsning som er tilsatt gjær. Gjærcellene omdanner sukkeret til etanol og karbondioksid. Alkoholer med flere OH-grupper er flerverdige alkoholer.

?Organisk syre: inneholder atomgruppen –COOH. Den sure smaken fra eddik og fra bær frukt skyldes organisk syre. Organisk syre blir også kalt karboksylsyrer.

?Ester: En ester er en kjemisk forbindelse mellom en alkohol og en organisk syre. Alkohol + organisk syre à ester + vann. Mange luktestoffer i frukt og parfymer er estere. Fettstoffer er estere.

 

?Fett, karbohydrater og proteiner:

?Beskrive ulike typer av disse næringsstoffene: Karbohydrater: Karbohydrater er energirike og består av karbon, oksygen og hydrogen. Det finnes tre hovedtyper av karbohydrater: monosakkarider (en sukkerenhet), disakkarider (to sukkerenheter) og polysakkarider (flere sukkerenheter).

–          Monosakkarider: er en sukkerenhet. De finnes to typer av den à glukose og fruktose. Den har søt smak og finnes i frukt, bær og honning. Kjemisk formel à C6H1206. Alle karbohydrater omdannes til glukose i kroppen. Blodsukkeret er glukose og glukose er brennstoffet i forbrenningen i cellene.

–          Disakkarider: er to sukkerenheter og har søt smak. De vanligste typene er: Sukrose (vanlig sukker, farin), maltose (maltsukker) og laktose (melkesukker).

–          Sukrose består av glukose og fruktose. Det finnes i små mengder i alle planter, men noen planter inneholder mer sukrose enn andre (sukkerrør). Disse brukes til å produsere (raffinere) sukker. Raffinert sukker inneholder bare energi.

–          Polysakkarider: er lange kjeder med sukkerenheter (glukose). De er enten forgrenende eller rette. Det finnes tre typer polysakkarider à stivelse, glykogen og cellulose. Og polysakkarider smaker ikke søtt. Stivelse produseres av grønne planter. Glukose fra fotosyntesen lagres som stivelse. Den er tungtløsende i vann og er godt egnet som lagringsstoff. Mye stivelse i poteter og korn. Det spaltes til glukose i fordøyelsessystemet. Glykogen: Pattedyr kan sette sammen glukosemolekyler til glykogen. Det lagres i muskler og lever. Den brytes ned til glukose igjen når cellene trenger energi. Kjedene i glykogen ligner stivelse, men er mer forgreinet. Cellulose: Cellulosemolekylene er lange ugrenede kjeder av sukkerenheter. Cellulosefiber er bunter av cellulosemolekyler som holdes sammen av hydrogenbindinger. Gress-etende dyr får hjelp av bakterier i tarmen til å omdanne cellulose til disakkarider. Mennesker kan ikke fordøye cellulose, men cellulosefibrene virker rensende og stimulerende på muskelarbeidet i tarmen.

Proteiner:

Viktig bestanddel av alle celler. Det er hovedbestanddelen i muskler, lår og negler. Andre viktige proteiner i kroppen er à antistoffer i immunforsvaret, transportmolekyler, hormoner, enzymer. Proteiner er lange kjeder av aminosyrer. Det minste proteinmolekylet (insulin) består av 50 aminosyrer. De største består av mange tusen. Aminosyrer er en organiske syrer med en aminogruppe (-NH2). Det finnes 20 ulike aminosyrer. Egenskapene til et protein bestemmes av hvilke aminosyrer det består av og av rekkefølgen. Proteiner finner vi mye av i kjøtt, melk og egg. Proteinene i maten brytes ned til aminosyrer. Aminosyrene brukes som byggesteiner for å bygge opp proteinene i kroppen. Essensielle aminosyrer er aminosyrer som kroppen ikke kan produsere selv. Disse må tilføres gjennom maten. Aminosyrer vi ikke har bruk for som byggesteiner, blir omdannet til fett eller glukose.

Fett: er en viktig energikilde og brukes i oppbyggingen av cellene. Vi trenger altså fett, men mange spiser for mye fett og det er usunt. Forskjell på ulike typer fett à mett og umettet fett. Fett er en ester bygget opp av glyserol og tre organiske syrer. GLYSEROL + FETTSYRER à VANN + FETT. Mettede fettsyrer à har bare enkeltbindinger mellom C-atomene. Enumettede fettsyrer à har en dobbeltbinding mellom C-atomene. Flerumettede fettsyrer à har to eller flere bindinger. Umettede fettsyrer kalles også omega fettsyrer.

Mettet fett: Inneholder bare mettede fettsyrer. Bare enkeltbindinger mellom C-atomene i fettsyrene. De viktigste kildene for mettet fett er à melk, smør og meieriprodukter, kjøtt, kjøttprodukter og margarin. Kostholdet i Norge i dag inneholder for mye mettet fett. Høyt inntak av mettet fett gir økt risiko for hjerte- og karsykdommer.

Umettet fett: Inneholder umettede fettsyrer. De viktigste kildene for umettet fett er à fisk, planteolje og myk margarin.

Flerumettet fett: Inneholder flerumettede fettsyrer.

Essensielle fettsyrer: Essensielle fettsyrer er fettsyrer som kroppen ikke kan lage selv. De må tilføres gjennom kosten. Omega 3 fettsyrer à finnes i fet fisk og linfrøolje. Reduserer risikoen for hjerte- og karsykdommer. Omega 6 fettsyrer à Finnes i kornprodukter, planteolje, margarin og egg. Reduserer risikoen for hjerte- og karsykdommer. Bidrar til en sunn hud og til at blodet skal kunne levre seg.

 

?Vitaminer og mineraler:

?Vitaminer: Vita betyr liv. Vitaminer er livsviktige stoffer som kroppen trenger i små mengder. Kroppen kan ikke lage vitaminer selv. Vi må derfor få i oss de vitaminene vi trenger gjennom maten vi spiser For lite vitaminer kan føre til mangelsykdommer. Eksempel à sjørbuk – skyldes C-vitaminmangel. Flere vitaminer fungerer som antioksidanter (C og E vitaminer). De hindrer radikaler i å ødelegge viktige molekyler i cellene. Radikaler er stoffer som har stor evne til å stjele elektroner fra andre molekyler. Vannløselige vitaminer (Eks C og B) à Skilles ut i urin, må derfor tilføres jevnlig. Fettløselige vitaminer (A, D, E, K) à Finnes bare i fettholdig kost. Lagres i større grad i fettet i kroppen. Provitaminer er vitaminer vi får gjennom kosten som forstadier, omdannes senere til vitaminer i kroppen. Karotenoider omdannes til A-vitaminer. Vitamin D gjør at kalsium suges opp fra tarmen. Viktig for tenner og benbygning. Fettløselig à lagres i fettvev. Kilder til vitamin D: Dannes i huden når den utsettes for sollys. Tran, fet fisk, nøtter, eggeplomme.

 

?Mineraler: Livsnødvendige grunnstoffer som vi trenger små mengder av. Mindre av i maten C, H, O og N. Eksempler à Fosfor (P), kalsium (Ca), jern (Fe).

Kalsiumioner: Viktig for oppbygning av skjelettet. Spiller også en viktig rolle ved overføring av nerveimpulser og muskelsammentrekning. Vi trenger vitamin D for å kunne ta opp kalsiumioner fra maten.

Metallioner: Jernioner er viktige byggesten i hemoglobin. Hemoglobin sørger for at blodet frakter oksygen til cellene. Jernioner er også en del av andre proteiner som lagres i kroppen. Mange enzymene i kroppen trenger metallioner for å fungere.

Sporstoffer: Mineralstoffer vi trenger mindre av enn 100 mg per dag. Eksempel: Jodioner à for normal funksjon av skjoldbruskkjertel og vekst. Selenidioner à for normal funksjon av immunforsvaret. Fluoridioner à for å motvirke tannråte.

Tilsettningsstoffer: For å endre farge, smak; for å øke holdbarhet. Egne forskrifter bestemmer hvilke tilsetningsstoffer det er lov å bruke og hvor mye det kan være av dem i maten. Norge følger EU-regelverket. Hvert stoff har sitt E-nummer. Tilsettningsstoffene kan være kunstige og naturlige.

 

?Fordøyelsessystemet:

?Enzymer: Stoffskiftet – de kjemiske reaksjonene som skjer i kroppen. Enzymer styrer og driver de fleste kjemiske prosessene. De blir ikke selv oppbrukt. Et bestemt enzym for hver kjemiske reaksjon i kroppen. Enzymer er proteiner. Hvis det mangler et enzym kan enkelte stoffer hope seg opp i kroppen og det kan også bli for lite av noen stoffer i kroppen. Mange arvelige sykdommer skyldes at man mangler et viktig enzym. ”Føllings sykdom” à Da mangler man enzymet som bryter ned aminosyren fenylalanin. Opphoping kan forårsake alvorlig hjerneskade. Tilpasset kosthold kan forhindre skade. Det er enzym som spalter laktose til monosakkarider.

?Fordøyelsessystem: Maten vi spiser kan brytes ned på to måte, kjemisk eller mekanisk. Den kjemiske nedbrytingen kalles for fordøyelsen. Ulike enzymer bryter ned maten på vei gjennom fordøyelseskanalen. Maten brytes ned til molekyler som er små nok til at de kan transporteres gjennom tarmveggen og komme over i blodet.

Fordøyelsessystemet består av: Fordøyelseskanalen à munnen og spiserøret, magesekken, tarmene. Kjertler à spyttkjertlene i munnen og bukspyttkjertlen. Leveren à

Munnen og spiserøret à Maten deles opp i mindre biter og blandes med spytt. Spyttet inneholder enzymet amylase. Amylase spalter karbohydrater. Stivelse à Maltose.

Magesekken à Rommer ca.1.5 liter. Her oppholder maten seg i 1-2 timer. Maten bearbeides mekanisk. Magesyre (saltsyre) dreper mikroorganismer som bakterier og virus. Enzymet pepsin bryter proteiner ned til korte aminosyrekjeder.

Tynntarmen (1) à Den første delen av tynntarmen kalles tolvfingertarmen. I tolvfingertarmen blandes innholdet fra magesekken med bukspytt fra bukspyttkjertelen og galle fra galleblæra. Bukspyttet er basisk og nøytraliserer det sure mageinnholdet. Gallen deler opp fett til små dråper. Tynntarmen er ca5 m lang. her oppholder maten seg i 3-5 timer. Maten brytes videre ned ved hjelp av enzymer. Disakkarider à glukose. Proteiner og korte aminosyrekjeder à aminosyrer. Fett à glyserol og fettsyrer. Overflaten i tynntarmen er dekket av tarmtotter som gjør at overflaten blir stor. Næringen tas opp gjennom tarmveggen: glukose, aminosyrer, fettsyrer, glyserol. Vann og store molekyler som ikke brytes ned (for eksempel cellulose) går videre til tykktarmen.

Tykktarmen à Vann og mineraler transporteres gjennom tarmveggen. Ufordøyde rester, døde tarmceller, tarmbakterier, går ut som avføring gjennom endetarmen.

Transport à Tett nettverk av blodårer i tarmveggen. Molekyler som blir transport gjennom tarmvegg tas opp i blodet. Oppløste næringsstoffer transporteres til leveren.

Leveren à Forsvar mot skadelige stoffer gjør dem vannløselige. Uskadeliggjør fettløselige fremmedstoffer, for eksempel alkohol. Regulerer mengden glukose i blodet.

Insulin og glukagon à insulin og glukagon er hormoner som produseres i bukspyttkjertelen. Insulin skilles ut hvis blodet inneholder for mye glukose. Glukagon skilles ut hvis blodet inne holder for lite glukose.

Aerob forbrenning: nedbryting av glukose med oksygen.

Anaerob forbrenning: nedbryting av glukose med oksygen.

 

 

 

 

 

Naturfag – Økologi og naturvitenskap

Posted i kategorien Naturfag on the 04.02.2012
Download PDF

Naturvitenskap og naturfag

Eksempler på kunnskap vi har skaffet oss gjennom erfaringer og opplevelser: Melken holder seg lenger når vi setter den i kjøleskapet. Vi kan bli smittet når noen som er forkjølt, hoster eller nyser mot oss. En flaske brus som står ute i mange kuldegrader kan fryse i stykker.

Undersøkelser

Undersøkelser er grunnlaget for all naturvitenskapelig tenkning. F.eks vi kan undersøke hvordan temperaturen virker inn på yteevnen til batterier. Vi kan undersøke hvordan kjøttmeisen finner mat om vinteren.

Hypotese

Vi starter med å tenke ut mulige hypoteser, eller antakelser vi har. Et eksempel på en hypotese kan være at kjøttmeisen gjemmer mat på faste steder, og at den henter maten fra disse gjemmestedene om vinteren. Vi tester hypotesene ved hjelp av observasjoner.

Observasjoner

I undersøkelser vi gjør er det viktig at vi sørger for systematiske observasjoner. Vi kan f.eks videofilme en kjøttmeis mens den leter etter mat, og registrere nøyaktig hvor den finner mat. Å samle data er altså det samme som å gjøre observasjoner.

Eksperimenter

Ofte må vi gjennomføre eksperimenter for å kunne gjøre de observasjonene vi trenger. Vi utfører eksperimenter for å skaffe oss observasjoner under forhold som vi selv bestemmer og kontrollerer. Vi varierer en parameter, næringsmengde, mellom ulike akvarier, mens de andre forholdene holdes likt hele tiden.

Sikre observasjoner

Når vi tar gjennomsnittet fra flere prøver, kan vi redusere risikoen for at vi ved en tilfeldighet har fått et for lavt eller for høyt antall.

Feil og usikkerhet

I enhver undersøkelse bør det være med en vurdering av mulige feilkilder og av den betydningen de kan ha for resultatet. Det gir oss et grunnlag for å vite hvor sikre resultatene er.

Selv om vi er sikre på at vi ikke har gjort feil, vil det være en viss usikkerhet i de dataene vi har samlet. Usikkerhet i målinger er ikke det samme som feil.  Hvor stor usikkerhet vi kan akseptere, er avhengig av hva vi måler, og hva hensikten er.

Å måle med samme mål

Det er innført internasjonale målenheter for tid. Masse meter og temperatur.

Modeller av virkeligheten

Modeller er alltid en forenkling av virkeligheten. En type modell som har fått mye oppmerksomhet er klimamodeller. En klimamodell er en matematisk modell der alle eller de viktigste faktorene som påvirker klimaet er innarbeidet.

 

Økologi

Økologi er læren om samspillet og sammenhengene i naturen.  Økologi handler også om mennesket, den rollen mennesket har i naturmiljøet, og hvordan mennesket virker inn på dette miljøet.

Naturlige svingninger

Naturen omkring oss endrer seg hele tiden. Enkelte år oppleves myggplagen i fjellet verre enn noensinne. Andre år er det lite mygg å se. Jegere kan fortelle om gode og dårlige rypeår. Lofotfiskerne har lenge visst at mengden av torsk varierer fra år til år og at torsken enkelte år gyter nærmere land enn andre år.  Problemet er hvordan vi skal kunne skille mellom naturlige variasjoner og endringer som vi kanskje selv kan være årsaken til. Det er fortsatt mye vi ikke vet.

Mennesket endrer miljøet

Så lenge mennesker har levd på jorda, har de påvirket miljøet rundt seg. Mennesket høster av naturressursene, erstatter naturlige miljøer med kunstige miljøer og slupper ut avfallstoffer i vann jord og luft.  Mennesket er avhengig av naturmiljøet rundt seg med mangfoldet av planter, dyr og andre organismer.

Bærekraftig: Påvirkningen av miljøet ikke skal være større enn det som tåles i et lengre tidsperspektiv. Vi må ikke komme i den situasjonen at ressursene er brukt opp og at så mye som naturmiljøet er ødelagt at vi også har ødelagt for kommende generasjoner.

Overvåking gjennom lange tidsserier

Siden 1990 har norsk institutt for naturforskning årlig samlet data om naturtilstanden i utvalgte områder i Norge. De organismene som spesielt overvåkes er lav og alger på trær, moser, markvegetasjon, smågnagere, spurvefugl, rype, jaktfalk o g kongeørn. Hensikten med overvåkningsprogrammet er å få mer kunnskap om de naturlige variasjonene i naturen. På denne måten vil vi lettere kunne oppdage endringer som kan skyldes menneskelig aktivitet.

Naturmiljøet

Økologi er læren om samspillet og sammenhengene i naturen. Organismer er tilpasset det miljøet de lever i. De lever i samspill med hverandre og det miljøet de er en del av. Økologien er den delen av naturvitenskapen som forsøker å gi kunnskap om sammenhengene og de naturlige og menneskeskapte forandringene som skjer i naturmiljøet.

 

Tilpasninger

Dyr, planter osv tilpasser seg ofte den naturen de lever i. Rypa har gråbrun fjærdrakt om sommeren, mens den er nesten helt hvit om vinteren. Det er en tilpasning. Soldogg er en plante som vokser på næringsfattige myrer. Den har et dårlig utviklet rotsystem. Likevel klarer soldogg å skaffe seg de nødvendige næringsstoffene. Den lever av insekter som setter seg fast på de klebrige kjertelhårene på bladet. Kjertelhårene skiller ut enzymer som gjør at de bløte delene av insektet blir fortært. Soldoggens fangst av insekter er en tilpasning til det næringsfattige miljøet den lever i.

Mimikry

Når dyr utvikler ytre kjennetegn som fungerer som etterlignere av andre dyr, kaller vi det mimikry, av det greske ordet for herme. F.eks blomsterfluen som har samme farge som vepsen, for å virke farlig.

Samspill og sammenhenger

Planterøtter sprenger løs berggrunnen slik at det dannes jord. Trærne som vokser opp i en skog, gir ly for vinden og etter hvert som skogen vokser til hindrer den tette skogen sollyset i å nå ned til skogbunnen. Når mange dyr beiter i et område i lang tid fører det til slitasje på plantedekket og jordsmonnet kan bli vasket vekk med regnvannet. Organismer påvirker også hverandre. Dyr spiser planter eller andre dyr og kan selv bli spist. Noen organismer forårsaker sykdommer hos andre. Organismer påvirker også hverandre når de konkurrerer om føde eller plass. Dovrefjell f.eks er at av de siste fjellområdene hvor det lever både villrein, jerv, fjellrev, og rovfugler som kongeørn , jaktfalk og fjellvåk. Jerven spiser rein og gjemmer gjerne noe av byttet den tar. Matlageret til jerven er viktig for fjellreven.

Arter og populasjoner

Fjellrype og lirype er forskjellige arter. Fjellrype liker å holde seg i høytliggende fjellområder, mens lirypen liker å holde seg i lavereliggende områder.

Art: alle individer som ikke kan få fruktbart avkom sammen

Populasjon: alle individer av en art i et bestemt område (bestand eller stamme)

Raser av samme art

Raser er et begrep s om vi i hovedsak bruker om de ulike sortene og variantene som finnes av kulturplanter og husdyr. Ulikeheten mellom rasene og husdyr og kulturvekster er et resultat først og fremst av bevisst avlsarbeid, med krysninger og utvelgelse av bestemte individer.

Samfunn og økosystem

Samfunn: alle populasjoner av planter og dyr som normalt lever sammen i et område.

Økosystem: alle plante og dyresamfunn i et område sammen med det miljøet de lever i.

 

 

Populasjoner

 

Faktorer som regulerer populasjonsvekt

Alle organismer etterlater seg mer avkom enn det som trengs for at antallet individer skal forbli det samme. Derfor vokser populasjoner så lenge det ikke er noe som hindrer veksten. Mangel på næring, matmangel,naturlige fiender, plassmangel og opphoping av avfallstoffer er eksempler på faktorer som regulerer veksten i en populasjon. De faktorene som demper veksten i en populasjon kan være tetthetsavhengige faktorer og ikke tetthetsavhengige faktorer.

Tetthetsavhengige faktorer

Når faktorer som begrenser veksten i en populasjon, får større virkning jo større tettheten er, snakker vi om tetthetsavhengige faktorer.

Konkurranse: jo større tetthet det er i en populasjon, desto større blir konkurransen om næring, yngleplasser, gjemmesteder og andre begrensede ressurser.

Avfall: Når konsentrasjonen av etanol som er et avfallstoff fra gjærceller har blitt så høy at gjærcellene dør, er det tetthet.

Stress: Høy individitet hos rotter fører til blant annet endret utskillelse av hormoner. Atferdsendringer som påvirker tetthet. Nedsatt appetitt, reduser vekst og økt aggresjon.

Sykdommer: Økt forekomst av sykdommer ved stor tetthet kan være en følge av stress.

 

Ikke tetthetsavhengige faktorer

Temperatur. Når temperaturen er lav vil antallet gjærceller ha en viss temperatur. Når temperaturen er lav, vil antallet gjærceller ikke øke. Det spiller ingen rolle hvor mange gjærceller det er fra før.  Giftstoffer kan ramme populasjoner uavhengig av populasjonstettheten.

Hvorfor blir melken sur?

Når mat skal oppbevares gjelder det å gjøre forholdene så dårlige som mulig for de bakteriene som kan ødelegge maten. Saltet, eller sukret eller frysepunkt -18 grader.

Naturlig utvalg av de individene som klarer seg best

Individene som er flinkere enn andre til å gjemme seg blir ikke så lett tatt av naturlige fiender. Individer som er flinkere til å utnytte ulike næringskilder, vil ikke så lett bukke under når det er hard konkurranse om mat. Disse individene kan etterlate seg flere avkom enn de andre. Gjennom naturlig utvalg får de genetiske egenskapene til individer som greier seg bedre enn andre større utbredelse i populasjonen. Det er altså et kappløp mellom de begrensende faktorene og populasjonen. Det er dette kappløpet som driver evolusjonen fram.

Økologisk bæreevne.

Det er naturlig grense for størrelsen av en populasjon eller bestand i et bestemt område. Det kaller vi den økologiske bæreevnen for området. Når det er flere individer enn det området tåler, overskrides bæreevnen. Da kan det bli matmangel eller plassmangel, opphoping av avfallstoffer kan skape problemer og i tette bestander øker faren for sykdomsutbrudd. Over lengre tid kan ingen bestand være større enn områdets bæreevne.

Naturlige fiender begrenser bestander. Men om det mangler naturlige fiender, kan områdets bæreevne lett overskrides.  Når en populasjon nærmer seg eller overskrider områdets bæreevne endres ofte forholdet mellom tilvekst og dødelighet. Dødeligheten øker, samtidig blir det som regel produsert færre avkom. Veksten reduseres eller stanser opp.

Områdets bæreevne kan forandre seg. Organismer kan selv være grunnen. Overbeiting kan skade vegetasjonen, og områdets bæreevne kan være redusert i mange år framover.

 

Hvorfor blir fisken merket?

En viktig metode i fiskeribiologiske undersøkelser. Fisk som blir fanget, blir veid, målt og sluppet ut igjen etter at de har fått festet på seg et merke som indentifiserer hvert enkelt individ.

Sykliske bestandssvigninger

Normalt er dødeligheten blant avkommet stor hos dyr som produserer et stort antall avkom, for eksempel mus og lemen. Under gode forhold overlever en større det av avkommet. Det fører til en stor populasjonsøkning. Regelmessige svingninger i bestandene finnes også hos noen insektarter, ryper og skogsfugl. Når smågnagerbestanden er på topp, er det gode forhold for rovfugler og andre dyr som lever av smågnagere og de øker i antall. Flere av smågnagerne blir spist opp. Mange dør også av sult og sykdom. Bestanden avtar like dramatisk som den vokste.

Antibeitestoffer

Når en plante blir utsatt for beiting skades plantevevet. Det skadede vevet produserer signalstoffer som gjør at planten begynner å produsere antibeitestoffer. Hos beitedyrene fører antibeitestoffer til dårlig fordøyelse og at mindre næring blir tatt opp fra tarmen. Jo hardere beiting det er desto mer antibeitestoff produserer planten. Det er ikke hvor store deler av planten som blir spist, men hvor ofte det skjer, som bestemmer hvor mye antibeitestoff planten produserer.

Jordas befolkning

I dag er det mange millioner mennesker som sulter. Men sulten i verden skylder mer en skjev fordeling av matressursene på jorda enn at det ikke kan produseres nok mat. Forbedrede landbruksmetoder har satt menneskene i stand til å produsere mat til mange flere enn før. Det er lavere dødelighet, hygiene medisinske nyvinninger og bedre ernæring. Det er særlig lavere barnedødelighet som bidrar til at folketallet forsetter å vokse fort.

Naturfag – Genteknologi

Posted i kategorien Naturfag on the 04.02.2012
Download PDF

Ordet Genteknologi kan forklares som en teknikk som kan brukes til å kartlegge og endre arvestoffet i planter, dyr og mikroorganismer for å fremstille produkter til for eksempel industrielle eller medisinske formål. Med det mener jeg å bruke genteknologi for å for eksempel sprøyte planter til å få bedre farge eller bruke genteknologi for å skape nye medisiner for å løse spesielle sykdommer eller allergier.

 

Genteknologi kan også brukes til å overføre DNA og organismer fra en til en annen for å gi helt nye egenskaper. Genteknologiens tre viktige verktøy er plasmider, enzymer og bakterier. Plasmid er småe, runde DNA molekyler fra bakterier. De kan overføres fra en bakterie til en annen som kan få nye egenskaper. Plasmid finnes naturlig i mange bakterier. En måte å lage RDNA-molekyl er å klippe et annen RDNA og sette den sammen og ”lime” den ved hjelp av enzymer inni plasmidet.

 

Cellene i DNA-molekylet er på en måte en genteknologer. De har enzymer, det vil si for eksempel spytt, som kopierer, kutter og limer DNA. Enzymene har en vanlig måte å kopiere DNA og fikse DNA hvis den er skadet.

 

For at vi skal jobbe med DNA-Molekyler i laboratoriet for eksempel, må vi klone DNA-Molekylet, det vil si å lage kopi av DNA-Molekylet. Kloning av DNA kan skje på de to følgende måtene, det første og enkleste måten er å la bakterier gjøre jobben for oss og den andre måten å klone DNA på er, ved hjelp av DNA-polymerase, en polymerase er et enzym. Vi kan kopiere DNA med polymerasen i et reagensrør med polymerase-kjedereaksjonen.

Naturfag – Lydbølger, lys og dopplereffekten

Posted i kategorien Naturfag on the 04.02.2012
Download PDF

Hva er Dopplereffekten?

Eksempel

Dopplereffekten er når frekvensen av en lysbølge eller lyd er avhengig av hastigheten mellom observatøren og kilde. Et eksempel på dette kan være en isbil. Når isbilen nærmer seg, møter øret vårt på flere svingninger i bølgetoppene per sekund enn når det fjerner seg. Man hører altså først og fremst en høy lyd når isbilen nærmer seg, men når den kjører forbi blir lyden svakere og dypere.

Dopplereffektens oppdagelse

Christian A. Doppler

Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot

Armand-Hippolyte Fizeau

Dopplereffekten ble foreslått i 1842 av Christian A. Doppler. Han nevnte dette i monografien Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels. Etter denne oppfatningen ble flere vitenskapsmenn nysgjerrige, og den første til å ta initiativet til å teste ut denne nevningen var nederlenderen Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot. Den nederlandske vitenskapsmannen testet den ut ved hjelp av et jernbanetog og hornblåsere. Under dette eksperimentet forklarte han at tonehøyden var høyere når jernbanen nærmet seg, og lavere når den dro. Alt dette forklarte han allerede i 1845. Men dette var ikke stoppen for dopplereffekten den franske Armand-Hippolyte Fizeau oppdaget noe helt uten noe peiling på Doppler og Buys Ballot sin teori i 1848. Forskjellen på oppdagelsen til den franske vitenskapsmannen var at han oppdaget samme prosessen hos elektromagnetiske bølger. Derfor kalles ofte denne effekten «effet Doppler-Fizeau» i Frankrike.

Dopplereffektens oppgaver

Himmelegeme

Blått og rødt

Forskyvelse av galakser

Dopplereffekten måler himmellegemes hastighet i synslinjens retning. Denne effekten har virkelig stor mening i astronomien.  Om spektrallinjene er skyvet mot blått(høyere frekvens) nærmer det seg, er de samme linjene forskjøvet mot rødt(lavere frekvens) da fjerner himmellegemet seg. Vi kan si at forskyvningens størrelser øker med hastigheten. Teorien om at rødforskyvningen stiger med stigende avstand og at linjene i lys av galakser stort sett er forskjøvet mot lavere frekvens, blir bevist av dopplereffekten ved hjelp av at fjerntliggende galakser skyves unna vårt solsystem med en stor fart. På en annen måte kan vi si at universet utvider seg.

Bruken av dopplereffekten

Lys

Absorbsjonslinjer

Dopplerforskyvningen og spektrallinjene

Bruken av dopplereffekten for lys er avhengig av det faktumet at spektralområde av stjerner ikke er kontinuerlig. De har absorbsjonslinjer ved veldig nøyaktige frekvenser som svarer til de energiene som trengs for å stige elektroner i ulike grunnstoffer fra et nivå til et annet. Absorbsjonslinjene er ikke alltid ved de frekvensene de er i spektralområdet i en stillestående rotfestet lyskilde. Dette sees ved dopplereffekten.

Dopplerforsyvningen pleier ofte å bli forskjellig fra atom til atom fordi spektrallinjene fra atomer i uordnet får ofte en termisk(definert som summen av målbar og latent varme) aktivitet og samtidig et visst tilegg i sin bredde. Som kalles dopplerforbredning.  Slik kan dopplereffekten brukes for å avgjøre farten av de enkelte atomkjerner eller atomer.

Dopplerforskyvnings praktisering

Radarbølger

Frekvens

Dopplerforskyvning praktiseres av radarbølger for å beste hastigheten av f.eks fly,biler og raketter. På grunn av dopplereffekten fra radarbølger som kastet tilbake av en gjenstand som beveger seg mot senderen, får vi høyere frekvens enn den bølgen som ble sendt ut. Gjenstandens hastighet kan bestemmes veldig punktlig ved å sammenligne disse to frekvensene.

Bølgene som kilden sender ut endrer aldri frekvens. Dette er godt forklart i wikipedia: Noen kaster baller på deg. Hvert sekund kaster vedkommende en ny ball i hodet på deg, og vi antar at ballen farer gjennom lufta med en konstant hastighet. Står ballkasteren stille vil du få en ball i hodet hvert sekund. Står ballkasteren på en tralle som triller mot deg vil han være litt nærmere for hver ball han kaster. Hver ball har derfor en litt kortere strekning å tilbakelegge. Og det vil gå litt mindre enn et sekund mellom hver ball som treffer deg i hodet. Og det oppleves som om ballkasteren kaster oftere. Det motsatte er tilfelle dersom ballkasteren triller fra deg. I virkeligheten er det bølgelengden som endres. Som en konsekvens endres den oppfattede frekvensen. Hentet fra..(http://no.wikipedia.org/wiki/Dopplereffekten)

Doppler og medisin

Ekkokardiogram

Dopplerultralyd

Et ekkokardiogram (undersøkelse av hjertet med ultralyd) kan gi informasjon med noen grenser om bevegelsesfrekvensen og retninger i hjertevev og blod. Dette skjer ved hjelp av dopplerultralyd. Hurtighetsmålingen gjør det mulig å bestemme funksjonen i hjerteklaffene, beregne hjertets slagvolum og finne åpninger i hjertets skillevegger. Man kan også måle frekvensen på hjertemuskelens sammenstrekning ved hjelp av vevsdoppler.

Lydbølger

Hvordan dannes lydbølger?

Fortetting og fortynninger

Når en lydkilde svinger fram og tilbake, og setter i gang svingninger i lufta dannes det bølger. Disse bølgene kalles lyd. Når lydkilden svinger den ene veien kommer luftmolekylene på den siden der lydkilden svinger til å bli most sammen. Da skapes det en fortetting. Og når den svinger etterpå i motsatt retning, slipper den igjen en fortynning av luftmolekylene. Det skjer konstant nye fortynninger og fortettinger i lufta som brer seg utover.  Luftmolekylene svinger fram og tilbake ved bølgeretningen. Avstanden mellom to fortettinger eller mellom to fortynninger er lik bølgelengden for en lydbølge.

Lysbølger

Elektromagnetiske bølger

Eksempler

Lys er elektromagnetisk stråling altså bølger som ikke trenger et stoff å bre seg i. Em stråling er heller ikke noe vi kan ta på slik som lufta i lydbølgene. Når vi snakker om lys kan vi bruke både ordet bølger og stråling. Elektromagnetisk stråling er når bølgelengden er kortere enn 1mm.  Men når bølgelengden er større enn 1mm bruker vi betegnelsen bølger. For eksempel mikrobølger og radiobølger.