Fysiske størrelser og enheter

Question 1

Hva er CGPM?

Answer 1

Generalkonferansen for mål og vekt

Question 2

Hva står SI for?

Answer 2

Det internasjonale system for enheter (Systeme international d’Unites)

Question 3

Hva er en SI-enhet?

Answer 3

SI-enheter er grunnenhetene og alle enheter som kan avledes av dem ved hjelp av størrelsesligninger. SI omfatter også enheter avledet ved hjelp av SI-prefiskene, f.eks mV.

De koherente - samstemte - Si-enhetene omfatter grunnenhetene og enheter avledet ved størrelsesligninger, for eksempel m/s eller N = kg * m/s^2. Men de omfatter ikke slike enheter som er avledet ved hjelp av prefikser.

Question 4

Hvilke andre enhetsystemer enn SI har vi? Hva er deres grunnenheter?

Answer 4

CGS-systemet (centimeter, gram, seconds)

Question 5

Hva er en størrelse?

Answer 5

En størrelse er i alminnelighet produktet av et måltall og en enhet

Question 6

Hva er et koherent enhetssystem?

Answer 6

Et koherent enhetssystem er definert slik at man får ligningene mellom enhetene når man sløyfer tallfaktorene i symbolligningen.

Question 7

Hvilke syv grunnenheter har vi i SI enhetssystemet?

Answer 7

Meter, kilogram, sekund, ampere, kelvin, mol, candela

Question 8

Hva er en meter?

Answer 8

Enhet for lengde. En meter er den lengden lyset tilbakelegger i tomt rom i løpet av 1/299 792 458 av et sekund

Question 9

Hva er et kilogram?

Answer 9

Enhet for masse. Et kilogram er massen av den internasjonale kilogramnormalen. Fysisk kan man relatere den til Planckskonstant og lysetshastighet.

Question 10

Hva er et sekund?

Answer 10

Enhet for tid. Et sekund er 9 192 631 770 perioder av den strålingen som svarer til overgangen mellom de to hyperfinnivåene i grunntilstanden for cesiumatomet 133.

Question 11

Hva er en ampere?

Answer 11

Enhet for elstrøm. En ampere er den konstante elektriske strømmen som frembringer en gjensidig lineær kraft på 2*10^-7 newton per meter leder når strømmen går gjennom hver av to rettlinjete, parallelle, uendelig lange ledere med sirkulært og neglisjerbart lite tverrsnitt, og lederne er anbrakt i en meters innbyrdes avstand i tomt rom. Kan linkes til elementærladningen.

Question 12

Hva er en kelvin?

Answer 12

Enhet for termodynamisk temperatur. En kelvin er brøkdelen 1/273.1 av den termodynamiske temperaturen for vannets trippelpunkt.

Question 13

Hva er en mol?

Answer 13

Enhet for stoffmengde. Et mol er stoffmengden i et system som inneholder like mange elementære entiter som det er i karbonatomer i 0,012 kilogram karbon 12. Når enheten mol nyttes, må elementærentitetene spesifiseres. Disse kan for eksempel være atomer, molekyler, ioner, elektroner, andre partikler eller spesielle grupper av slike partikler.

Question 14

Hva er en candela?

Answer 14

Enhet for lysstyrke. En candela er lysstyrken i en gitt retning fra en kilde som sender monokromatisk stråling med frekvensen 540 * 10^12 hertz med en strålingsstyrke i den gitte retningen lik 1/683 watt per steradian.

Question 15

Hvilke SI-enheter er ikke-koherente?

Answer 15

Grader celcius, tonn, liter

Question 16

Hva er becquerel?

Answer 16

Becquerel er en målenhet for aktivitet av et radioaktivt stoff. Symbolet er Bq. Enheten er oppkalt etter den franske fysikeren Antoine Henri Becquerel.

Én becquerel er lik antall desintegrasjoner eller utsendte partikler per sekund (s) i en bestemt stoffmengde.

1 Bq = 1 desintegrasjon/sekund
Becquerel ble tatt inn i SI-systemet som avledet enhet i 1975. Uttrykt ved grunnenhetene i SI-systemet blir definisjonen:

1 Bq = 1 s⁻¹
Merk at målenhetene hertz og becquerel har samme definisjon. Forskjellen er at enheten hertz er forbeholdt til bruk om periodiske hendelser. Radioaktiv desintegrasjon er imidlertid et aperiodisk fenomen, siden desintegrasjonene opptrer stokastisk.

Becquerel erstatter den eldre enheten curie (Ci). Forholdet mellom gammel og ny enhet kan uttrykkes som:

1 curie (Ci) = 37 gigabecquerel (GBq) = 3,7 · 10¹⁰Bq

Becquerel blir brukt til å angi radioaktiv forurensning, konsentrasjon av radioaktivt materiale og dosering av radioaktive legemidler. Siden enheten er liten, blir den ofte supplert med et SI-prefiks, som for eksempel i kBq, MBq og GBq.

Kilde Radioaktivitet
Granitt 1 kBq/kg
Uran 25 MBq/kg
Uranmalm (0,3 %) 500 kBq/kg
Lavaktivt avfall 1 MBq/kg
Kaffe 1 kBq/kg
Grenseverdi fastsatt for kjøtt 600 Bq/kg
Grenseverdi for innendørs radonnivå 200 Bq/m³
Menneske (70 kg) 4500 Bq
Røykvarsler (med americium) 370 kBq
Plutonium (²³⁹Pu) 2,3 TBq/kg
Plutonium (²⁴⁰Pu) 8,5 TBq/kg

Question 17

Hva er en Coulomb?

Answer 17

Coulomb er en avledet SI–enhet for elektrisk ladning, og det samme som amperesekund (As). Symbolet for coulomb er C. Enheten har navn etter den franske ingeniøren og fysikeren Charles Augustin de Coulomb.

En coulomb tilsvarer omtrent 6,242·10¹⁸elementærladninger. I 2018 vedtok CGPM (Generalkonferansen for mål og vekt) nye definisjoner av grunnenhetene i SI-systemet. Elementærladningen fikk da tilordnet en eksakt verdi og fastsatt til 0,160 217 663 4 attocoulomb (1,602 176 634 · 10⁻¹⁹ coulomb). En coulomb skal da beregnes på grunnlag av denne verdien. Da blir den nye definisjonen av coulomb:

1coulomb=(1/0,1602176634)×10^18 elementærladninger

Den nye definisjonen trådte i kraft 20. mai 2019.

Den statiske elektrisiteten som dannes når to stoffer gnis mot hverandre har en ladning på typisk noen få mikrocoulomb (μC).
Ladningen som blir overført fra et alkalisk AA-batteri gjennom batteriets levetid er fra 6 500 – 9000 C.
Ladningen som transporteres i et lynnedslag kan være fra 15 C til over 300 C.

Question 18

Hva er en farad?

Answer 18

Farad er en avledet SI-enhet for kapasitans, som er evnen til å oppta en elektrisk ladning. Symbolet for farad er F. Enheten er oppkalt etter den britiske fysikeren Michael Faraday.

En farad kan defineres som en coulomb (C) per volt (V).

F=C/V=A⋅s/V
Det vil si at en kondensator har en kapasitans på 1 F når en ladning på 1 coulomb gir en spenning på 1 volt. Farad kan uttrykkes på flere måter i grunnenhetene i SI-systemet.

Question 19

Hva er gray?

Answer 19

Gray er en måleeenhet for absorbert strålingsdose av ioniserende stråling. Gray er en avledet SI-enhet som brukes i strålingsfysikk, -biologi og -medisin. Symbolet for gray er Gy, og enheten er definert som 1 Gy = 1 J/kg.

Når stråling går gjennom materie, blir noe av energien absorbert. Absorbert strålingsdose er mengden energi som tas opp per masseenhet av stoffet. Hvis den absorberte strålingsdosen er 1 gray, betyr det at 1 kg av det bestrålte stoffet har absorbert 1 joule strålingsenergi.

Question 20

Hva er henry?

Answer 20

Henry er en avledet SI-enhet for induktans. Symbolet for henry er H, og enheten er oppkalt etter den amerikanske fysikeren Joseph Henry.

Elektromagnetisk induksjon oppstår i en elektrisk leder når en endring i strømmen gjennom lederen induserer en elektromotorisk spenning i lederen selv (selvinduksjon) og eventuelt nærliggende ledere (gjensidig induksjon). I en leder er induktansen én henry hvis en jevn variasjon på én ampere per sekund gir en elektromotorisk spenning på én volt.

Det vil si:

1H=1V⋅s/A=1Wb/A
der symbolene V = volt, s = sekund , A = ampere og Wb = weber.

Question 21

Hva er hertz?

Answer 21

Hertz er avledet SI-enhet for frekvens. Hertz har symbol Hz og er definert som 1 svingning per sekund:

1 Hz = 1 s–1

Enheten er oppkalt etter den tyske fysikeren Heinrich R. Hertz.

Hertz brukes ofte sammen med SI-prefikser, for eksempel:

Enhet Symbol Betydning
kilohertz kHz 103 Hz = tusen hertz
megahertz MHz 106 Hz = million hertz
gigahertz GHz 109 Hz = milliard hertz
Hertz kan brukes om alle periodiske hendelser, for eksempel om lys som blinker eller en klokke som tikker. Perioden, det vil si tiden som går mellom hver gjentakende hendelse, blir den inverse av frekvensen. Eksempel: Med en frekvens f = 1 kHz, blir

perioden = 1/1 000 s-1 = 1 ms (millisekund)

Når gjentakende hendelser er aperiodiske eller stokastiske, brukes ikke enheten hertz. For eksempel brukes becquerel i kjernefysikk som et mål på antall desintegrasjoner som finner sted per sekund i et radioaktivt stoff.

Noen bruksområder:

Tonehøyden angis i Hz. Lyd er det mennesket oppfatter av trykkvariasjoner i luften, kalt lydbølger. Det hørbare område ligger i frekvensområdet 20 til 15 000 Hz, noe avhengig av det enkelte menneske.
Vekselstrøm er elektrisk strøm som skifter retning periodisk. I det norske strømnettet skjer det 50 ganger i sekundet, det vil si frekvensen oppgis til å være 50 Hz.
Radiobølger er elektromagnetiske bølger som kan fanges opp av en radioantenne når frekvensen ligger innenfor et nærmere spesifisert område. Radiobølger blir ofte uttrykt i kilo- og megahertz.
Klokkefrekvensen til en mikroprosessor er et mål på beregningshastigheten til en datamaskin. Disse ble tidligere målt i megahertz (MHz), men nå er gigahertz (GHz) det mest vanlige.

Question 22

Hva er en joule?

Answer 22

Joule er en avledet SI-enhet for energi (arbeid eller varme). Symbolet for joule er J.

Målenheten joule har navn etter den britiske fysikeren James Prescott Joule, og den ble definert og ratifisert som energienhet av Generalkonferansen for mål og vekt i 1948. Joule erstattet da målenheten erg som var i bruk i CGS-systemet (1 joule = 10⁷ erg). I 1960 ble enheten tatt inn i SI-systemet.

Enheten joule er avledet av de grunnleggende SI-enhetene kilogram, meter og sekund:

J=kg⋅m2/s2=W⋅s=N⋅m=C⋅V
der kg er symbol for kilogram, m er meter, s er sekund, W er watt, N er newton, C er coulomb og V er volt.

En joule kan også defineres som:

den kinetiske energien som en masse på 2 kg har når den beveger seg med en fart på 1 m/s
den energien som kreves for å produsere en watt i løpet av ett sekund
den energien (arbeid) som kreves for å overvinne en kraft på 1 newton over en avstand på 1 meter
den energien som kreves for å flytte en elektrisk ladning på 1 coulomb gjennom en potensialdifferanse på 1 volt

Question 23

Hva er en lumen?

Answer 23

Lumen er en avledet SI-enhet for lysfluks (lysstrøm), det vil si for den lysmengden som per tidsenhet stråler ut fra en lyskilde. Symbolet for lumen er lm.

Innen medisin brukes lumen om det innvendige hulrommet i rørformede eller hule organer. Se lumen – medisin.

Lysfluks skiller seg fra radians ved at effektverdien, angitt i lumen, er korrigert for øyets følsomhet for synlig lys, som varierer med lysets bølgelengde (se omtale av øyets spektrale følsomhet i lysfluks).

Én lumen er lysstrømmen gjennom en flate som begrenses av en romvinkel på én steradian (sr) fra en punktkilde som stråler likt i alle retninger og har en lysstyrke på én candela (cd).

1 lm = 1 cd · sr

Den totale lysstrømmen fra en slik kilde blir 4π lm.

Forskjellen mellom enhetene lumen og lux er at verdien for lux tar hensyn til hvor stort areal lysfluksen spres på. For eksempel vil en lysfluks på 100 lumen spredt over en flate på 1 kvadratmeter gi en belysning (belysningsstyrke) på 100 lux, men med samme lysfluks spredt over 10 kvadratmeter vil belysningen reduseres til 10 lux.

For en lyskilde angis lysutbytte i lumen per watt (lm/W). For en 60 W tradisjonell lyspære vil lysutbyttet være rundt 13 lm/W, mens en tilsvarende LED-pære vil ha et lysutbytte på rundt 90 lm/W.

Etter et EU-direktiv fra 2010 skal nå alle typer lyskilder som omsettes i EU være merket med opplysninger om lysfluks, angitt i antall lumen. Tidligere var det vanlig å begrense varemerkingen til data om lyskildens elektriske effekt.

Question 24

Hva er lux?

Answer 24

Lux er måleenhet for illuminans (belysningsstyrke). Den er definert som lysfluksen (lysstrømmen) mot en flate dividert med arealet av flaten. Symbolet for lux er lx. Lux er en avledet SI-enhet.

1lux=1lumen/m2

Lux er en fotometrisk enhet som kan sammenlignes med den radiometriske enheten watt per kvadratmeter, men den skiller seg fra denne enheten ved at effektverdien angitt i lux er korrigert for øyets følsomhet for synlig lys, som varierer med lysets bølgelengde (se nærmere omtale av øyets spektrale følsomhet i lysfluks).

Mens lumen brukes til å angi hvor mye lys som totalt strømmer ut fra en lyskilde, brukes lux til å angi hvor mye lys som faller inn på en flate. En lux er illuminansen i én meters avstand fra en punktstråler som stråler likt i alle retninger og har en lysstyrke på en candela (cd).

1lux=1candela⋅steradianm2
Et vanlig oppholdsrom vil typisk ha en belysningsstyrke på 50 lux, mens på en solrik dag kan belysningen komme opp i nesten 100 000 lux.

Lux erstatter eldre enheter som ikke er SI-enheter:

1 phot = 10 kilolux (10 klx)
1 nox = 1 millilux (1 mlx)

Question 25

Hva er newton?

Answer 25

Newton er en målenhet for kraft som er en avledet SI-enhet. Enheten er oppkalt etter den kjente britiske matematikeren og fysikeren Isaac Newton, og symbolet for newton er N.

Ifølge Newtons andre lov er kraften (F) som et legeme utsettes for proporsjonal med legemets akselerasjon:

F = m · a
der m er symbolet for massen av legemet og a er akselerasjonen. På dette grunnlaget kan newton i SI-systemet defineres ved hjelp av grunnenhetene kilogram (kg), meter (m) og sekund (s).

En newton er definert som den kraften som vil gi en masse på 1 kg en akselerasjon på 1 m/s². Med symboler kan dette skrives

1 N = 1 kg · 1 m/s²

Question 26

Hva er en pascal?

Answer 26

Pascal er en avledet SI-enhet for trykk. Symbolet for pascal er Pa, og enheten er definert som newton per kvadratmeter.

1Pa=1Nm2=1kgms2
der N er newton, m er meter, kg er kilogram og s er sekund.

Enheten pascal ble foreslått 1971 og er oppkalt etter den franske filosofen og matematikeren Blaise Pascal. Måling av trykk er særlig aktuelt innen pneumatikk, hydraulikk, meteorologi og akustikk.

Sammenlignet med atmosfærisk trykk er Pa en liten enhet. For eksempel er 1 standard atmosfære uttrykt med denne enheten fastsatt til 101 325 Pa. Av den grunn er det vanlig å bruke enheten i kombinasjon med SI-prefiksene, som for eksempel:

1 hPa (hektopascal) = 100 Pa
1 kPa (kilopascal) = 1 000 Pa
1 MPa (megapascal) = 1 000 000 Pa
SI-systemet har også godkjent enheten bar, og multippelenheten millibar har blitt mye brukt i meteorologien. Nå har Den meteorologiske verdensorganisasjonen WMO fastsatt at det er enheten hektopascal (hPa) som skal være den internasjonale standarden for lufttrykk.

1 millibar (mbar) = 1 hektopascal (hPa)
Tabellen nedenfor viser sammenhengen med eldre enheter for trykk:

pascal 1 Pa =
bar 10⁻⁵ bar
teknisk atmosfære 1,0197×10⁻⁵ at
standard atmosfære 0,9869×10⁻⁵ atm
torr 7,5006×10⁻³ torr
pounds per square inch 1,450377×10⁻⁴ psi

Question 27

Hva er en radian?

Answer 27

Radian er en målenhet for vinkler. Det er en avledet SI-enhet som har symbol rad.

En vinkel målt i radianer er lengden av den sirkelbuen som vinkelen avskjærer av en sirkel med radius 1 og sentrum i vinkelens toppunkt. Omkretsen av denne sirkelen er 2π, og det svarer til 360° når man måler vinkelen med grader. Dermed er

1∘=2π/360=0,01745 radian
En rett vinkel målt i radianer er π2
rad.

Betegnelsen radian skyldes James Thomson (1871).

Question 28

Hva er en siemens?

Answer 28

Siemens er en avledet SI-enhet for konduktans (elektrisk ledningsevne). Symbolet for siemens er S.

Konduktans er definert som den inverse verdien av resistans som angis med enheten ohm (Ω). Da kan siemens defineres som:

1 S = 1 Ω–1 = 1 A/V
der A står for enheten ampere og V står for enheten volt.

Siemens er oppkalt etter den tyske ingeniøren Ernst Werner von Siemens, og ble godkjent som SI-enhet i 1971. Enheten blir også brukt for susceptans og admittans.

Enheten er også omtalt som resiprok ohm og blir i den anledning skrevet mho, det vil si ohm stavet baklengs. Som symbol for mho brukes ℧, som er den greske bokstaven Ω (omega) snudd på hodet.

Question 29

Hva er en sievert?

Answer 29

Sievert er en avledet SI-enhet for ekvivalent strålingsdose, som er et mål på den biologiske virkningen av ioniserende stråling. Symbolet for sievert er Sv. Enheten er oppkalt etter den svenske fysikeren Rolf Maximillian Sievert (1896–1966), og erstatter den utgåtte enheten rem.

Ioniserende stråling kan utgjøre en fare for helsen i form av mulige genetiske skader og økt risiko for kreft. Den biologiske virkningen av ioniserende stråling er imidlertid ikke bare avhengig av strålingsdosen, men også av stråletype og forhold i omgivelsene. Mens enheten gray (Gy) er et fysisk mål på absorbert strålingsdose, det vil si hvor mye strålingsenergi som er tatt opp i vev, gir den ekvivalente strålingsdosen i sievert et mål på absorbert strålingsdose justert for strålingens biologiske virkning.

Å regne om mellom gray og sievert kan være en svært komplisert prosess som avhenger av en rekke forhold som stråletype og hvilke organer som blir eksponert for strålingen. Doseraten (dose per tidsenhet), det vil si over hvor lang tid bestrålingen har foregått, har også betydning. Omregningen gjøres ved å multiplisere den absorberte strålingen målt i gray med ulike kvalitetsfaktorer som fastsettes avhengig av type stråling som absorberes og vev som eksponeres. For eksempel er kvalitetsfaktoren for små doserater av betastråling og gammastråling satt lik 1. Da blir ekvivalent dose:

1 Sv = 1 Gy = 1 J/kg (= 100 rem)
For alfastråling er kvalitetsfaktoren satt til 20. Da vil en absorbert dose på 1 Gy med alfastråler lede til en ekvivalent dose på 20 Sv. Kvalitetsfaktoren vil også øke når doseraten stiger.

Sievert er en stor enhet i forhold til strålingsdoser som man normalt eksponeres for i naturen og ved enkle medisinske røntgenundersøkelser. Enheten blir derfor ofte supplert med en SI-prefiks som for eksempel i mSv (millisievert) og μSv (mikrosievert). Tabellen nedenfor viser noen typiske eksempler på eksponering av strålingsdoser:

Eksponering Dose
Røntgenbilde hos tannlegen 5–10 µSv
Et mammogram 0,4–0,6 mSv
Gjennomsnittlig bakgrunnsstråling på jorden per år 2,4 mSv
CT (computertomografi) av hele kroppen 10–30 mSv
6 måneders opphold på en romstasjon 80 mSv

Question 30

Hva er en steradian?

Answer 30

Steradian er en avledet SI-enhet for absolutt mål av en romvinkel. Symbolet for steradian er sr.

Romvinkelen er den delen av rommet som avgrenses av en kjegleflate. I en kule blir en romvinkel, målt i steradian, bestemt av det arealet av kulens overflate som avskjæres av en sirkulær kjegleflate med toppunkt i kulens sentrum. Er kulens radius lik r vil romvinkelen være 1 steradian når den avgrensede kuleoverflaten A= r².

Generelt gjelder at romvinkelen (Ω), angitt med enheten sr, bestemmes av forholdet mellom arealet som avskjæres (A) og enhetsarealet i kulen (r²):

Ω=Ar2sr
Siden kulens overflate er 4Π · r² vil hele kulen måle 4Π steradianer. Dette kan sammenlignes med det analoge vinkelmålet radian der vinkelen som omslutter en hel sirkel er 2Π radianer.

Question 31

Hva er en tesla?

Answer 31

Tesla er en avledet SI-enhet for magnetisk flukstetthet, det vil si for styrken av et magnetfelt. Symbolet for tesla er T. Enheten er oppkalt etter den kroatisk-amerikanske fysikeren Nicola Tesla.

I et magnetfelt er magnetisk flukstetthet, også kalt magnetisk induksjon, et mål på hvor sterkt et magnetisk felt er (se magnetisme). Innenfor et avgrenset areal beregnes den samlede magnetiske fluksen som produktet av den magnetiske flukstettheten og arealet. Omvendt blir flukstettheten beregnet som magnetisk fluks per arealenhet.

Enheten for magnetisk fluks er weber, og da kan én tesla defineres som én weber (Wb) per kvadratmeter (m2).

1T=1Wbm2
Enheten kan også defineres ut fra loven om lorentzkraften. I følge denne loven vil en partikkel med en ladning på én coulomb (C) som passerer rett gjennom et magnetisk felt med en hastigheten på én meter (m) per sekund (s), bli utsatt for en kraft på én newton (N), når den magnetiske flukstettheten har en styrke på én tesla. Da blir:

1T=1N⋅sC⋅m
Uttrykt med grunnenhetene i SI-systemet blir 1 T = 1 kg·A-1·s-2. En tesla tilsvarer 104 gauss (10 kGs) i CGS systemet, det vil si at 1 Gs = 100 μT.

Question 32

Hva er en volt?

Answer 32

Volt er avledet SI-enhet for elektrisk potensial, elektrisk spenning og elektromotorisk spenning. Symbolet for volt er V.

En volt er lik spenningen mellom to punkter på en leder hvor det, når det går en konstant strøm på én ampere (A), utvikles en effekt på én watt (W) mellom punktene. Dette tilsvarer at resistansen mellom punktene er én ohm (Ω). Med symboler skrives dette

1 V = 1 W/A = Ω · A

Volt ble i 1880-årene godkjent som praktisk enhet for spenning, lik 108 elektromagnetiske CGS-enheter (absolutt volt). Se også elektrisitet (måleenheter).

Måleteknisk var denne størrelsen vanskelig å bestemme. Den 4. internasjonale elektriske kongress definerte derfor i 1893 internasjonal volt ved å fastlegge spenningen til Clarks element til 1,434 V. I 1911 ble Clarks element erstattet med westonelementet med spenning 1,0183 V ved 20 °C som normal.

På grunn av forbedret måleteknikk vedtok CGPM i 1948 den definisjonen som nå brukes, og som er identisk med den opprinnelige definisjonen av absolutt volt. Westonelementets spenning var da bestemt til 1,018 64 V, slik at en internasjonal volt ble lik 1,000 33 V. Westonelementet ble fortsatt brukt som normal ved instrumentjustering.

I 1988 godkjente CIPM ( se Generalkonferansen for mål og vekt) at volt fra 1990 måleteknisk skal være definert ved at den såkalte Josephson-konstanten KJ = 2e/h er satt lik 4,835 979 · 1014 Hz/V. Samtidig ble det vedtatt å fastlegge enheten for resistans, ohm, ved hjelp av von Klitzing-konstanten.

Bestemmelsene forandrer ikke definisjonen av enhetene, men gir nøyaktigere verdier enn dem som kan fastlegges direkte fra definisjonene.

Question 33

Hva er watt?

Answer 33

Watt er i fysikk målenheten for effekt, det vil si overført energi per tidsenhet. Watt er en avledet SI-enhet med symbol W.

Én watt defineres slik:

1W=1kg⋅m2/s3=1J/s=1N⋅m/s
Her er J symbol for joule, N symbol for newton, s for sekund, kg for kilogram og m for meter.

Når det er snakk om elektrisk energi, er én watt den effekten som ytes når en strømstyrke på én ampere (A) flyter gjennom en elektrisk potensialforskjell på én volt (V).

1 W = 1 V · 1 A

Historikk
Watt ble foreslått i 1882 av den tyske ingeniøren Carl Wilhelm Siemens, som en praktisk enhet for elektrisk effekt. Den ble da satt lik 10⁷ erg per sekund. I 1890 ble enheten internasjonalt godkjent.

Enheten har navn etter den skotske ingeniøren James Watt, som selv innførte hestekraft som teknisk enhet for effekt.

1 kW (kilowatt) = 1000 W = 1,36 hestekrefter

Inntil 1948 skilte man mellom absolutt watt, som var definert ved de mekaniske enhetene for masse, lengde og tid (og er den enheten som nå brukes) og internasjonal watt, som var definert ved internasjonal volt og internasjonal ohm (se elektrisitet – målenheter).

På samme måte som erg/s er CGS-enhet både for elektromagnetisk og mekanisk effekt, knytter watt elektriske og mekaniske enheter sammen i et felles enhetssystem, MKSA-systemet, som ble godkjent av CGPM i 1948 og som ligger til grunn for SI-systemet.

Watt om varmeeffekt
Watt brukes i dag også om varmeeffekt, for eksempel fra et varmeanlegg. Når avgitt effekt fra et kraftverk skal angis, kan det være et behov for å skille mellom produsert varme og elektrisitet. I den forbindelse er det etablert en internasjonal praksis for å bruke symbolene Wₜ for varmeeffekt, der indeksen t er avledet av termisk effekt, og symbolet Wₑ for elektrisk effekt. På norsk brukes også indeksen v, avledet av varmeeffekt.

Dette skillet mellom varme og elektrisitet kan alternativt bli markert med en tilsvarende indeks på symbolet for den fysiske størrelsen effekt som er P. For eksempel kan 100 watt varme bli angitt som Pₜ = 100 W i stedet for P = 100 Wₜ.

Sammen med SI-prefikser
Enheten watt kan brukes sammen med SI-prefikser for å danne større og mindre enheter:

Enhet Symbol Betydning
kilowatt kW 10³ watt = tusen watt
megawatt MW 10⁶ watt = tusen kilowatt
gigawatt GW 10⁹ watt = million kilowatt
terawatt TW 10¹² watt = milliard kilowatt
milliwatt mW 10⁻³ watt = 0,001 watt
mikrowatt μW 10⁻⁶ watt = 0,001 milliwatt
nanowatt nW 10⁻⁹ watt = 0,001 mikrowatt
pikowatt pW 10⁻¹² watt =0,001 nanowatt

Question 34

Hva er en weber?

Answer 34

Weber er en avledet SI-enhet for magnetisk fluks. Symbolet for weber er Wb. Enheten er oppkalt etter den tyske fysikeren Wilhelm Eduard Weber.

Magnetisk fluks defineres som produktet av magnetisk flukstetthet og arealet av flaten som fluksen går gjennom. Når magnetisk flukstetthet angis i tesla (T) og arealet i kvadratmeter (m2) blir:

1 Wb = 1 T · m2
Weber kan også defineres ut fra Faradays lov, som sier at når den magnetiske fluksen gjennom en strømkrets forandres, induseres det en elektromotorisk spenning som er proporsjonal med den hastighet fluksen forandrer seg med. Størrelsen på en weber er satt slik at når det skjer en endring på en weber per sekund (s), induseres det en spenning på 1 volt (V).

1 Wb = 1 V · s

Question 35

Hva er en ohm?

Answer 35

Ohm er en avledet SI-enhet for resistans (elektrisk motstand). Symbolet for ohm er Ω (stor omega), og enheten er oppkalt etter den tyske fysikeren Georg Simon Ohm.

En ohm er definert som resistansen mellom to punkter på en leder når det ved en spenningsforskjell på en volt (V) mellom punktene går en strøm på en ampere (A) i lederen. Uttrykt i andre SI-enheter er:

Ω=VA=1S=V2W
Symbolet S står for siemens, som er SI-enheten for konduktans og W for watt, som er SI-enheten for effekt. Uttrykt i grunnenhetene i SI er:

Ω=kg⋅m2s3⋅A2
der kg er kilogram, m er meter og s er sekund).

Fra 1990 er internasjonal standard for måling av resistans fastsatt ved at von Klitzing-konstanten RK = h/e² (der h er Plancks konstant og e elementærladningen) er satt lik 25 812,807 Ω.

Historikk
Enheten ohm ble først foreslått av James Clerk Maxwell i 1868 som en praktisk enhet for resistans, lik resistansen i en kvikksølvsøyle med lengde 1 meter og tverrsnitt 1 kvadratmillimeter. Enheten tilsvarte omtrent 10⁹ elektromagnetiske CGS-enheter. I 1881 ble ohm = 10⁹ CGS-enheter godkjent av Den 1. internasjonale elektriske kongress som praktisk enhet for resistans (se målenheter for elektrisitet). Definisjonen gav en teoretisk verdi som var vanskelig å bestemme eksperimentelt. Som standard for måling av resistans fastsatte derfor Den 4. internasjonale elektriske kongress i 1893 en internasjonal ohm lik resistansen i en kvikksølvsøyle med tverrsnitt 1 kvadratmillimeter og lengde 1063 millimeter ved 0 grader celsius. Verdien skulle innenfor en usikkerhet på 10⁻⁴ stemme med den teoretiske, som ble kalt absolutt ohm. Med bedre måleteknikk ble det etter hvert påvist at den internasjonale ohm var 1,000495 ganger den absolutte.

I 1946 vedtok Den internasjonale komité for mål og vekt (CIPM, se CGPM) at internasjonal ohm ikke lenger skulle brukes. Definisjonen som da ble vedtatt og som er gjengitt ovenfor, faller sammen med definisjonen av absolutt ohm. Forandringen gjorde det nødvendig å anskaffe nye standarder basert på nøyaktige målinger av ampere og volt. Som vanlige standarder bruktes spoler av manganintråd. Usikkerheten i standardene var av størrelse 10⁻⁶.

Oppdagelsen av den kvantifiserte Hall-effekten (se Klaus von Klitzing) gjorde det mulig å foreta presise målinger av von Klitzing-konstanten direkte med meget stor reproduserbarhet, og å bruke den som referanse ved bestemmelse av resistans. Spenning kunne på lignende måte bestemmes ved den såkalte Josephsen-konstanten, KJ = 2h/e (se volt). Ved å sammenholde resultatene for målinger av RK og KJ kunne absoluttverdiene av dem fastlegges mye nøyaktigere enn det kunne gjøres ved direkte bestemmelse av ampere. I 1988 besluttet derfor CIPM at de beste verdiene for RK og KJ fra 1990 skulle benyttes ved godkjenning av målestandarder for ohm og volt. Usikkerheten i verdien av RK var regnet som mindre enn 2·10⁻⁷, og reproduserbarheten bedre enn 10⁻⁸. Den nye normalverdien for ohm var 1,000002 ganger den gamle. I vedtaket er det forutsatt at fastsettelsen av verdiene for RK og KJ ikke skal føre til noen endring i definisjonene av SI-enhetene, heller ikke i verdien av den magnetiske konstanten μ0, som inngår i definisjonen av ampere og dermed også av ohm og volt. Det er antatt at en endring av de vedtatte verdiene ikke blir aktuell i overskuelig fremtid.

Question 36

Hva er en yotta?

Answer 36

10^24

Question 37

Hva er en yokto?

Answer 37

10^-24

Question 38

Hva er lysfarten i tomt rom?

Answer 38

299 792 458 m/s

Question 39

Hva er permeabiliteten i tomt rom?

Answer 39

4pi *10^-7 H/M

Question 40

Hva er tomromspermittiviteten (den elektriske konstanten)?

Answer 40

8.854*10^-12 F/m. Også lik en over tomromspermeabiliteten ganget med lysfargen i tomt rom i andre.

Question 41

Hva er gravitasjonskonstanten?

Answer 41

6.674*10^-11 Nm^2/kg^2

Question 42

Hva er planckkonstanten?

Answer 42

6.626*10^-34 Js

Question 43

Hva er elementærladningen?

Answer 43

1.602*10^-19 C

Question 44

Hva er elektronradien?

Answer 44

Opprinnelig forestilte man seg elektronet som en skarpt avgrenset kule med en jevn ladningsfordeling, og man kunne av verdiene for e og m bestemme radien for en slik kule, den klassiske elektronradius = 2,8·10−15 meter, eller omtrent 1/10 000 av atomets radius.

Question 45

Hva er finstrukturkonstanten?

Answer 45

1/137

Question 46

Hva er bohrradien?

Answer 46

Bohrradien er en fysisk konstant, som i størrelse er omtrent lik radien til den innerste elektronbanen i hydrogenatomet i sin grunntilstand. Symbolet for bohrradien er ao.

Grunnlaget for å beregne bohrradien er atommodellen til den danske fysikeren Niels Bohr. Den fysiske størrelsen av bohrradien beregnes av CODATA, som i 2019 fastsatte den til:

ao=ℏ/mecα=5,29177210903(80)⋅10−11meter(m)
Her er

ℏ – Diracs konstant, det vil si Plancks konstant dividert med 2π.
me – elektronets masse
c – lyshastigheten
α – finstrukturkonstanten
Verdien av bohrradien tilsvarer tilsvarer omtrent 52,9 pm eller 0,529 ångstrøm.

Bohrs atommodell sier at elektronene går i en bane rundt atomkjernen med en bestemt avstand til kjernen, avhengig av deres energi. I dag regnes dette som en foreldet beskrivelse av atomets oppbygging. Likevel blir bohrradien benyttet som en hensiktsmessig lengdeenhet for beregninger i atomfysikken, blant annet fordi den står i et enkelt og naturlig forhold til andre fundamentale konstanter.

Question 47

Hva er rydbergkonstanten?

Answer 47

Rydbergkonstanten er en størrelse som brukes i atomfysikken i Rydbergs formel for å angi bølgetallet for spektrallinjer som tilhører samme spektralserie. Etter denne formelen er lysets bølgelengder λ
gitt ved

1/λ=Z^2⋅R(1/n2−1/n21)

der Z er atomnummeret, n og n1 er hele tall, n er karakteristisk for serien, mens n1 kan anta verdier større enn n. Konstanten R kalles Rydbergs konstant og er, bortsett fra en liten korreksjon for atomets masse, den samme for alle atomer, for hydrogen lik 10 973 731,77 m–1 og for et uendelig tungt atom lik 10 973 732 m–1.

Rydbergkonstanten er oppkalt etter den svenske fysikeren Janne (Johannes) Rydberg (1854–1919).

Question 48

Hva er avogadroskonstanten?

Answer 48

Avogadrokonstanten (også kalt Avogadros konstant) er antall partikler i ett mol. Symbolet for avogadrokonstanten er NA. Konstanten er oppkalt etter den italienske fysikeren Amedeo Avogadro.

Avogadrokonstanten følger av Avogadros lov som gjelder for ideale gasser. Etter denne loven vil alle gasser med samme volum, trykk og temperatur ha samme antall molekyler.

Verdien av avogadrokonstanten fastsettes eksperimentelt av CODATA ut fra definisjonen av mol. I 2014 ble den beregnet til 6,022 140 857 (74) · 1023 mol-1. Standardavviket er gitt i parentes.

Mol er en av grunnenhetene i SI-systemet. I 2018 bestemte Generalkonferansen for mål og vekt (CGPM) å redefinere grunnenhetene i SI-systemet slik at de alle kunne baseres på eksakte verdier av naturkonstanter. Ett mol ble da definert ut fra en endelig verdi av avogadrokonstanten som ble fastsatt til:

NA = 6,022 140 76 · 1023 mol−1 (eksakt)
Den nye verdien gjelder fra 20. mai 2019.

En konsekvens av de nye definisjonene av grunnenhetene mol og kilogram er at avogadrokonstanten ikke lenger er eksakt lik det antall atomer som finnes i 12 gram av karbonisotopen 12C, men kun en svært god tilnærmet verdi for dette antallet.

Question 49

Hva er den molare gasskonstanten?

Answer 49

Gasskonstant er en fysisk konstant i kjemi. Den inngår i tilstandsligningen for en idealgass. Symbolet for gasskonstanten er R, og tilstandsligningen er:

PV = nRT

Her er P trykket, n antall mol, V volumet og T temperaturen av gassen målt i kelvin (K).

Tilstandsligningen er en god tilnærmelse for alle gasser dersom trykket er lavt nok, og dersom temperaturen er tilstrekkelig langt unna gassens kokepunkt.

Gasskonstanten beregnes av CODATA, som i 2019 fastsatte den til:

R = 8,314 462 618 … J mol−1 K−1

Question 50

Hva er faradaykonstanten?

Answer 50

Faradays konstant er den mengden elektrisitet (elektrisk ladning) som er nødvendig for å skille ut ett mol av et stoff fra en elektrolyttløsning. Symbolet for Faradays konstant er F, og navnet er hentet fra den britiske fysikeren Michael Faraday.

Ladningen til et elektron kalles elementærladning (e), mens antall elektroner i ett mol er gitt av avogadrokonstanten (NA). Faradays konstant kan da fastsettes lik:

F = e NA
Verdien av Faradays konstant ble i 2014 beregnet av CODATA til:

F = 96 485,332 89(59) coulomb/mol (C/mol)
Standardavviket er gitt i parentes. Den foreldede enheten faraday tilsvarte verdien av Faradays konstant, og ble avrundet til 96 500 coulomb.

I 2018 bestemte Generalkonferansen for mål og vekt (CGPM) å redefinere grunnenhetene i SI-systemet, slik at de alle kunne baseres på eksakte verdier av naturkonstanter. I den forbindelse ble verdiene av avogadrokonstanten og elementærladningen endret til:

NA = 6,022 140 76 × 1023 mol−1 (eksakt)
e = 1,602 176 634 × 10−19 coulomb (eksakt)
De nye verdiene gjelder fra 20. mai 2019, og Faradays konstant blir da:

F = 96 485,332 123 310 018 4 C/mol (eksakt)

Question 51

Hva er boltzmannkonstanten?

Answer 51

Boltzmanns konstant er en fysisk konstant som knytter energi på partikkelnivå til temperatur. Symbolet for Boltzmanns konstant er k. Konstanten har fått navn etter den østerrikske fysikeren Ludwig Boltzmann og er gitt av forholdet mellom gasskonstanten R og avogadrokonstanten NA:

k = R/NA
Boltzmanns konstant beregnes av CODATA, som i 2017 justerte den til 1,380 649 03 (51) × 10−23 joule per kelvin (J/K). Standardavviket er angitt i parentes.

Enheten for Boltzmanns konstant viser at konstanten har samme dimensjon som entropi (energi dividert med temperatur). Konstanten er en fundamental størrelse i statistisk mekanikk og termodynamikk og kan ses på som en bro mellom fysikk på makronivå og mikronivå.

Fastsatt verdi:
Verdien av Boltzmanns konstant har vært avhengig av definisjonen av kelvin, men i et møte den 16. november 2018 vedtok Generalkonferansen for mål og vekt (CGPM) å redefinere grunnenhetene i SI-systemet, slik at de alle kan knyttes til fysiske konstanter. Enheten kelvin skal da defineres med utgangspunkt i en eksakt verdi av Boltzmanns konstant, som av CGPM er fastsatt til:

K = 1,380 649 × 10−23 J/K (eksakt)
Den nye definisjonen av kelvin gjelder fra 20. mai 2019.

Question 52

Hva comptonbølgelengden for elektronet?

Answer 52

2.426*10^-12 m

Question 53

Hva er trigonomeriske funksjoner?

Answer 53

Trigonometri er en del av matematikken som opprinnelig tok for seg måling av trekanter. Grunnlaget for trigonometri er de trigonometriske funksjonene.

Trigonometriske funksjoner er de matematiske funksjonene sinus, cosinus, tangens, sekans, cosekans og cotangens. I tillegg er det de inverse funksjonene (arcusfunksjonene) for alle disse, det vil si arcsin, arccos, arctan og så videre.

Question 54

Hva er hyperpolske funksjoner?

Answer 54

Hyperbolske funksjoner er en rekke matematiske funksjoner som har en del til felles med de trigonometriske funksjonene.

De hyperbolske funksjonene er

sinh (sinus hyperbolicus)
cosh (cosinus hyperbolicus)
tanh (tangens hyperbolicus)
coth (cotangens hyperbolicus)

De hyperbolske funksjonene har egenskaper som er analoge med de trigonometriske funksjonene. På samme måte som de trigonometriske funksjonene sinx og cosx kan brukes til å parametrisere en sirkel, kan de hyperbolske funksjonene sinhx og coshx parametrisere en hyperbel. Til for eksempel sinx svarer den hyperbolske funksjon sinhx.

De hyperbolske funksjonene kan avledes av de trigonometriske funksjoner ved relasjonene sin(ix)=isinhx, cos(ix)=coshx, hvor i betegner kvadratroten av minus en.

Question 55

Hva er det norske ordet for momentum?

Answer 55

Driv eller bevegelsesmengde

Question 56

Hva er impuls?

Answer 56

Integralet av kraftenspåvirkning over et tidsinterval.

Question 57

Hva er spinn?

Answer 57

Drivmoment eller bevegelsesmengdemoment (moment of momentum). L = r x mv

Question 58

Hva er impulsmomen?

Answer 58

Effektivt endringen i spinn

Question 59

Hva er torque?

Answer 59

Dreiemoment. T = r x F. “Kraft ganget med arm”

Question 60

Hva er treghetsmoment?

Answer 60

Treghetsmoment er i fysikken et uttrykk for en gjenstands motstand mot å få rotasjonshastigheten endret.

Integraler av r i andre ganget masselementet dm.

Question 61

Hva er forholdet mellom bar og Pa?

Answer 61

1 bar = 100 kPa

Question 62

Hva er forholdet mellom atm og Pa?

Answer 62

1 atm = 101 325 Pa

Question 63

Hva er forholdet mellom Torr og Pa?

Answer 63

1 Torr = 133 322 Pa

Question 64

Hva er hydrostatisk trykk?

Answer 64

Egenskap for et punkt i et fluid. I et fluid i likevekt er den algebraiske (skalare) verdien av trykket mot et punkt på overflaten av et legeme uavhengig av flatens orientering i rommet. Denne algebraiske verdien er lik det hydrostatiske trykket.

Question 65

Hva er tverrkontraksjonstall/poissontall?

Answer 65

Forholdstallet mellom lengdetøyning og breddekontraksjon.

Question 66

Hvilke moduler har vi?

Answer 66

Young, Shear og Bulk

Modulus of elasticity, rigidity og compression

Question 67

Hvor mange joules er en kilowatttime?

Answer 67

3.6 MJ

Question 68

Hva er varme?

Answer 68

Energitransport som skyldes en temperaturgradient

Question 69

Hva er termodynamisk energi?

Answer 69

Varme plus arbeid.

Question 70

Hva er entalpi?

Answer 70

Entalpi er eit omgrep innan kjemi og termodynamikk som seier noko om mengda varme i eit system. Entalpi er ein termodynamisk tilstandsfunksjon med symbol H.

Entalpifunksjonen blir definert slik:

H = U + PV

Her står U for den indre energien til systemet, P for trykket og V for volumet av systemet.

Bruk
Entalpifunksjonen blir brukt særleg ved berekningar av prosessar der trykket blir halde konstant, som ved ein faseovergang (smelting, frysing, fordamping, kondensasjon) eller ein kjemisk reaksjon. For ein faseovergang som smelting er forandringa i entalpi, ΔH,lik smeltevarmen, eventuelt fordampingsvarmen.

For ein kjemisk reaksjon blir ofte danningsentalpienoppgitt. Eit døme er danningsentalpien for vatn:

H2(g) + ½O2(g) → H2O(l) ΔH0f = −286 kJ/mol

Her står f for formation, det engelske ordet for danning.

Ein negativ verdi for entalpiforandringa viser at det i denne reaksjonen blir frigjort energi.

Question 71

Hva er gibbsenergi?

Answer 71

Gibbs fri energi er et mål for den delen av energien i en kjemisk reaksjon som er tilgjengelig for å utføre arbeid. Gibbs fri energi forkortes til G i ligninger og formler.

G er definert ved ligningen G = H – TS

Her er H systemets entalpi, T er temperaturen, målt i kelvin, og S er systemets entropi. H er totalenergien, og TS er den delen av energien som ikke er tilgjengelig for å utføre arbeid.

Gibbs fri energi er en sentral størrelse i termodynamikken.

Bruk i kjemien
Gibbs fri energi har stor betydning innen kjemien, spesielt på formen:

ΔG = ΔH – TΔS

Her er symbolet Δ, delta, symbolet på endring. ΔG er forskjellen på G før og etter en prosess, og tilsvarende er ΔH endringen i entalpi og ΔS endringen i entropi. Her forutsettes at temperaturen og trykket er det samme før og etter prosessen.

For en spontan prosess er ΔG < 0.

For en kjemisk reaksjon i likevekt er ΔG = 0.

Standard dannelses-gibbsenergi for kjemiske forbindelser (ΔGof) er gitt i tabeller. Fra tabellverdiene kan ΔGo for en reaksjon beregnes. Likevektskonstanten K for en reaksjon representerer forholdet mellom konsentrasjonene av produkter og reaktanter når reaksjonen er i likevekt, og denne kan beregnes fra ligningen

ΔGo = – RTlnK

Her er R gasskonstanten.

Cellespenningen E kan beregnes ut fra følgende uttrykk:

E = –ΔG/nF

Her er F faradaykonstanten.

Disse sammenhengene gjør Gibbs fri energi til en av de nyttigste og mest anvendte størrelser i kjemien.

Question 72

Hva er kjemisk potensial?

Answer 72

Kjemisk potensial er mengden fri energi for et stoff som er tilgjengelig for å utføre arbeid. Det kjemiske potensialet er et relativt mål, det vil si at det må uttrykkes relativt til et referansenivå, på samme måte som redokspotensial og gravitasjonspotensial.

Målenheten for kjemisk potensial og evne til å utføre arbeid er joule per mol. Alle livsprosessene i levende organismer er koblet til forandring i energi.

Komponenter
Komponentene i kjemisk potensial (µ) med referansepotensial µ* er:

µ = µ* + RTln a + VP + zFE + mgh

RTln a er effekten av oppløste stoffer på det kjemiske potensial av stoffet.

R er gasskonstanten 8,314 J mol-1 K-1
T er absolutt temperatur målt i kelvin (K)
ln er den naturlige logaritmen med grunntall e
a er aktiviteten som under ideelle betingelser er lik konsentrasjonen av stoffet
VP er effekten av trykk og volum på det kjemiske potensialet, hvor V er partielt molart volum og P er trykk
Leddet zFE angir effekt av elektrisk ladning, hvor F er faradaykonstanten, E er spenning og elektrisk potensial og z er ladning
Effekten av tyngekraft og høyde er gitt ved leddet mgh, hvor g er gravitasjonskonstanten, h er høyden målt i meter, og m er massen til et mol
Aktivitetskoeffisient
Sammenhengen mellom konsentrasjon (c) og aktivitet (a) er gitt ved en aktivitetskoeffisient γ, hvor a = γc (Debye-Hückels teori).

Denne energien utnyttes i osmosekraftverk, hvor rent vann utfører arbeid når vannet passerer over en semipermeabel membran og inn i en saltløsning.

Gibbs fri energi
Gibbs fri energi (ΔG) er energi som er tilgjengelig for å utføre arbeid. Den frie energien som ligger lagret i en konsentrasjonsgradient av uladete oppløste stoffer, kan uttrykkes som

ΔG = – RTln c2/c1

hvor c1 og c2 er konsentrasjonen av oppløste stoffer i to kompartementer som er atskilt av en semipermeabel membran. Er c2 større enn c1 blir logaritmen til forholdet større enn null, det vil si at ΔG blir negativ. Hvis ΔG er negativ, vil det si at reaksjonen kan skje med frigivelse av energi, en eksoterm reaksjon.

For spontane prosesser minsker Gibbs energi ved konstant trykk og temperatur, og reduksjonen er lik maksimal mengde energi som er tilgjengelig for å utføre arbeid. Det at reaksjonen er eksoterm, betyr ikke nødvendigvis at den skjer raskt.

Diamant blir omdannet til grafitt i en eksoterm reaksjon, men den skjer meget sakte. Den motsatte reaksjonen, hvor grafitt blir omdannet til diamant, krever høyt trykk og temperatur. Hvis ΔG er positiv, må det tilføres energi for å få en reaksjon i systemet, en endoterm reaksjon.

Gibbs energi kan relateres til likevektskonstanten K

ΔG = −RTlnK

Trykk, volum og kjemisk potensial
VP er effekten av trykk og volum på det kjemiske potensialet hvor P er trykk, men det er vanlig å angi P som forskjellen mellom atmosfæretrykk og det aktuelle trykk. V er partielt molart volum, det vil si volumet som et mol av stoffet inntar. Trykk kan utføre arbeid. Temperaturen påvirker Gibbs energi for en ideell gass (Gibbs-Helmholtz-ligningen).

Elektrisk ladning og kjemisk potensial
Leddet zFE angir effekt av elektrisk ladning, hvor F er faradaykonstanten, det vil si ladningen til ett mol protoner eller elektroner, altså 96490 coulomb mol-1 = 96490 J mol-1 V-1. E er spenning og elektrisk potensial, z er ladning. z = 1 for enverdige ioner, z= 2 for toverdige ioner og så videre. For et elektron blir z = −1.

Det er mye potensiell energi i ladningsforskjeller. Kjemisk energi kan bli omdannet til elektrisk energi. Det er en ladningsseparasjon og elektrisk potensialforskjell over cellemembraner bestående av et dobbeltlag med fosfolipider, tykkelse cirka 7 – 10 nanometer (nm), noe som gir svært stor spenningsforskjell per cm. Membranpotensialet gir et mål på størrelsen av den elektrokjemisk gradienten over en cellemembran, en elektrisk gradient produsert av ektrogene pumper og en kjemisk konsentrasjonsgradient som skyldes diffusjon av ioner gjennom ionekanaler fra høy konsentrasjon til lav konsentrasjon, og som lager et diffusjonspotensial. Det elektrokjemisk potensial i litiumion batteri forklarer hvorfor en elektrisk bil kan kjøre langt sammenlignet med mengden fossilt drivstoff som trengs for å kjøre den samme distansen. Dette forklarer hvorfor ladningsforskjeller over cellemembraner, eller elektrisitet kan brukes til å utføre arbeid. Siden z for vann er lik 0, kan dette leddet utelates når vi snakker om kjemisk potensial for vann. Hvis det er ioner som beveger seg, blir Gibbs fri energi lik:

ΔG = −nFΔE

hvor n er ladningen til ionet, F er faradaykonstanten og ΔE er membranpotensialet med samme fortegn som ladningen av ionet.

Elektrontransport er fundamentalt for alt liv i respirasjon og fotosyntese, og endringen i elektrisk energi ved å flytte ett mol elektroner er ΔG = −nFΔE . Gibbs energi er proporsjonalt med forskjellen i elektrisk potensial ΔE. Hvis elektroner forflytter seg mot mer positivt elektrisk potensial hvor ΔE er større enn null (ΔE > 0), så blir ΔG negativ og det blir frigitt energi. Det er dette som skjer når elektroner faller nedover en redoksskala i fotosyntesens elektrontransport fra et mer negativt redokspotensial til et mer positivt redokspotensial.

På den annen side, når ΔE < 0, så blir ΔG positiv og det må tilføres energi for at reaksjonen skal skje. I fotosyntesen trengs det for eksempel lysenergi for å flytte elektroner fra redokspotensialet til vann til redokspotensialet for eksitert reaksjonssenterklorofyll. Denne forklarer hvorfor plantene må ha to fotosystemer for å flytte elektroner fra vann til NADPH i fotosyntesen, mens fotosyntetiske bakterier, unntatt blågrønnbakteriene, klarer seg med ett fotosystem.

Tyngdekraft, høyde og kjemisk potensial
Effekten av tyngekraft og høyde er gitt ved leddet mgh, hvor g er gravitasjonskonstanten 9,806 m s−2; h er høyden målt i meter, og m er massen til et mol. Høydeleddet for det kjemiske potensialet for vann forklarer hvorfor høydeforskjeller for vann kan utnyttes i et vannkraftverk. Atmosfæretrykket, som er lik cirka 0,1 megapascal (MPa) kan holde oppe en vannsøyle på 10,3 meter, tilsvarende 760 millimeter kvikksølv (Hg). Det betyr at en vannpumpe som opererer med atmosfæretrykk, ikke klarer å løfte vann høyere enn 10,3 meter.

Vannpotensial er kjemisk potensial dividert på molvolumet for vann
En liter vann inneholder 55,5 mol, og molvolumet for vann er 18 milliliter (cm3) per mol. Vannpotensial er et viktig begrep for å kunne forklare vanntransport i planter. Ved regnetrikset å dividere joule per mol med m3 per mol, får vannpotensial måleenheten newton per kvadratmeter (N/m2), det vil si trykk målt i pascal (Pa). En pascal vil si en newton per kvadratmeter. 1 Pa = 1 N m−2 = 1J m−3 = 1 kg m−1 s−2. Det kjemiske potensialet kan bli brukt til å utlede Nernst-ligningen.

Question 73

Hva er entropi?

Answer 73

Entropi er et mål for uorden i både fysikk og kjemi. Det er en sentral størrelse i termodynamikk ved siden av arbeid og energi.

Opprinnelig ble entropi definert på makronivå. Senere ble entropi definert på grunnlag av en beskrivelse av stoffene på mikronivå.

Definisjon på makronivå
Entropi (symbol S) er en tilstandsfunksjon for et system (se termokjemi). Hvis to reservoarer for energi har forskjellig temperatur og kommer i kontakt med hverandre, får man en energitransport fra det varmeste til det kaldeste reservoaret. Den energien som transporteres, kalles varme.

Ved en slik prosess vil begge reservoarene endre entropi. Entropiendringen i ett av reservoarene er definert som avgitt (eller mottatt) varme dividert med reservoarets absolutte temperatur.

Hvis varmen Q går ut av det varmeste reservoaret, som har temperaturen T1, får det et entropitap ΔS1 = Q/T1. Den samme varmen Q går inn i det kaldeste reservoaret, som har temperaturen T2, og dette får da en entropiøkning ΔS2 = Q/T2. Siden T1 er større enn T2, blir entropiøkningen til reservoaret som mottar varme, større enn entropiminskningen til reservoaret som avgir varme. Det blir derfor en økning i den totale entropi S:

ΔS = Q/T2 – Q/T1 > 0 da T2 < T1

Da varme i alle naturlige prosesser alltid går fra steder med høyere temperatur til steder med lavere temperatur, og ikke omvendt, vil alle varmeoverføringer føre til stadig økende entropi i universet. Dette kalles varmelærens 2. lov. Ifølge denne loven eksisterer ingen fysiske prosesser som kan gjøre at entropien til isolerte systemer avtar.

Definisjon på mikronivå
Ludwig Boltzmann knyttet begrepet entropi sammen med sannsynlighet, og viste at en økning i entropien er ensbetydende med at et system går fra en makroskopisk tilstand med mindre sannsynlighet til en tilstand med større sannsynlighet.

Han viste også at entropien S, slik den var definert av Clausius, er lik den naturlige logaritmen til antall mulige mikroskopiske tilstander w for systemet (antall ulike molekylære arrangementer som gir samme makroskopiske tilstand) multiplisert med en konstant k, som kalles boltzmannkonstanten: S = k·ln w.

Termodynamikkens 2. hovedsetning er da et uttrykk for at alle prosesser i isolerte systemer går fra en tilstand med mindre sannsynlighet til en tilstand med større sannsynlighet.

Praktiske konsekvenser
Entropi er av stor betydning ved tekniske anvendelser av varmelæren, og varmelærens 2. lov har viktige konsekvenser når det gjelder konstruksjon av maskiner. Maskiner med størst virkningsgrad gir minst økning av den samlede entropien.

Entropiendring per kilogram og per grad er målt for mange stoffer og satt opp i tabeller som brukes ved konstruksjon av varmekraftmaskiner, motorer, kjøleskap, frysebokser og lignende.

Entropi og informasjon
Når et system prepareres, slik at ulike deler av systemet har forskjellig temperatur, har man mer informasjon om systemet enn når det er i temperaturlikevekt. En utvikling av systemet mot temperaturlikevekt gir økende entropi og innebærer samtidig at man taper informasjon om systemet. Den franske fysikeren Léon Brillouin tolket derfor entropi som et mål for manglende informasjon om et system.

Termodynamikkens 2. hovedsetning kan da oppfattes som et uttrykk for at alle fysiske prosesser i et isolert system fører til tap av informasjon om systemet.

Se også informasjonsteori.

Entropi og tid
For å understreke sammenhengen mellom entropiøkning og tidens retning, har den britiske astrofysiker Arthur Stanley Eddington innført betegnelsen «tidens pil» for entropien. De fleste lover i fysikken sier ingenting om hvilken vei en prosess går. Beskrivelsen av en kastebane er for eksempel den samme begge veier; tidsforløpet kan gjerne gå bakover. Termodynamikkens 2. hovedsetning sier imidlertid at alle prosesser går en slik vei at universets entropi øker.

Varmedød
Det knytter seg betydelig filosofisk interesse til termodynamikkens 2. hovedsetning, fordi den gir uttrykk for at alle termodynamiske prosesser medfører en temperaturutjevning. Disse prosessene må derfor opphøre når temperaturen alle steder er blitt den samme, det vil si når entropien har nådd sitt maksimum (varmedød).

Det har blitt fremsatt en rekke hypoteser om prosesser hvor denne hovedsetningen ikke skulle gjelde. Blant annet har man tenkt seg at biologiske prosesser kunne bryte med setningen, men man har til nå ingen grunn for en slik antagelse.

Historie
Entropibegrepet ble innført av den tyske fysikeren Rudolph Clausius i 1865 for å gi en systematisk sammenfatning av flere generasjoners forskning omkring dampmaskiner og termodynamikkens 2. hovedsetning.

Den statistiske betydningen av entropi ble innført av den østerrikske fysikeren Ludwig Boltzmann i 1872. Han trodde på atomer i en tid hvor mange fysikere ikke gjorde det. Det var en belastning for ham, og han endte med å ta sitt liv i 1906, tragisk nok, like før atomer ble akseptert av alle.

Question 74

Hva er latent varme?

Answer 74

Latent varme er energi som er bundet opp i vanndamp. Denne energien kan frigjøres gjennom kondensasjon. For eksempel vil kondensasjon av 15 gram vanndamp frigjøre like mye energi som forbrenning av cirka 1 gram bensin.

Effekter på værsystemer
Hvis energien frigjøres gjennom kondensasjon, vil det sette i gang sterkere opp- og nedadgående strømmer (vertikalbevegelser) i lufta.

Latent varme frigjøres når luft stiger og avkjøles, slik at vanndampen fortettes (kondenseres) til vanndråper og eventuelt iskrystaller. Da tilføres den oppstigende lufta varme, og lufta blir lettere og stiger enda raskere. Lufta får altså et ekstra dytt oppover der den allerede stiger. Dette fører igjen til at luftstrømmene inn mot nedbørområdet i de lavere luftlag blir sterkere, det vil si at vinden øker i styrke på grunn av den frigjorte latente varmen. Disse vindene i lavere luftlag har med seg mer vanndamp som igjen løftes opp, fortettes og øker bevegelsen ytterligere.

Eksempel fra dagliglivet
Vi har alle erfaringer med latent varme i hverdagen, gjerne uten at vi er klar over det. Hvis du for eksempel er i en badstu og kaster vann på ovnen, så vil den økte vanndampen i den varme lufta kondensere på huden din og frigjøre latent varme slik at du varmes enda mer opp. I en badstu med tørr luft vil svette på kroppen fordampe, en prosess som krever energi og gjør at kroppen kjøles ned.

Eksempel fra meteorologi
Et lavtrykk i Nordsjøen kan strekke seg fra London til Bergen, altså har det en radius på cirka 500 kilometer. Hvis lavtrykket gir fra seg 15 millimeter regn på 24 timer, inneholdt det hele 12 billioner kilogram vann. Den energimengden som var bundet i lavtrykket som latent varme og nå frigjøres i løpet av et døgn, er da omtrent 19 trillioner joule. Til sammenligning var (ifølge Statistisk sentralbyrå) hele Norges totale energiproduksjon i 2016 mindre enn halvparten av dette, med omtrent 9 trillioner joule.

Store tall kan være vanskelig å forholde seg til. Det som er viktig å ta med seg fra eksempelet over, er at dette er varme som frigjøres i forbindelse med nedbør i et lavtrykk. For oss i Norge er det interessant fordi de fleste lavtrykkene kommer fra andre siden av Atlanterhavet og dermed tilfører varme til oss, selv om det da er skyet vær og regn. Om sommeren er ikke dette like interessant som i vinterhalvåret. Årsaken er at lavtrykkene som kommer til Norge om sommeren, er færre og svakere enn i vinterhalvåret, og fordi stråling fra sola er viktigere for varm luft i Norge om sommeren enn det lavtrykkene er.

Question 75

Hva er varmekapasitet?

Answer 75

Varmekapasitet er varmen som kreves for å heve temperaturen til et stoff med en grad kelvin.

Varmekapasitet er et mål på hvor stor økning i temperatur et stoff kan få ved å tilføre det en viss mengde energi. På molekylært nivå forteller varmekapasiteten oss noe om antall frihetsgrader til atomene eller molekylene i et stoff.

Varmekapasitet måles med et kalorimeter.

Det var den skotske naturvitenskapsmannen Joseph Black som først gjorde systematiske undersøkelser av stoffers varmekapasitet på 1700-tallet. Varmekapasitet har siden vist seg å være et svært nyttig begrep for å forstå en rekke industrielle og naturlige prosesser.

Definisjon
Dersom man tilfører varmen Δq til et stoff, vil temperaturen til stoffet øke med ΔT. Varmekapasitet er definert som

C=ΔqΔT
Siden varme er energi og har enhet joule, mens temperatur har enhet kelvin, vil varmekapasitet ha enhet joule per kelvin, altså J/K eller JK-1. Siden forandringen i temperatur er den samme i grader kelvin og grader celsius (°C), skriver man ofte enheten som J/°C.

Fra ligningen ser vi at dersom temperaturen øker med en grad kelvin (celsius) ved en tilført varme Δq, så vil varmekapasiteten være C=Δq/(1 K). Varmekapasiteten C har i dette tilfellet samme tallverdi som den tilførte varmen Δq, og man sier derfor at varmekapasitet er varmen som kreves for å heve temperaturen til et stoff med en grad kelvin.

Spesifikk varmekapasitet
Zoom inn
Vann har den største spesifikke varmekapasiteten av de stoffene vi møter i hverdagen. Ved 20 °C er den 4184 Jkg-1K-1.
Lars Egil Helseth.
Lisens: CC BY SA 3.0
Varmekapasiteten til et materiale øker jo større masse stoffet har. I mange sammenhenger er man interessert i et uttrykk for varmekapasitet per kilogram stoff. Den spesifikke varmekapasiteten er definert som varmekapasitet dividert med stoffets masse m, og kan skrives som

Cm=C/m
I SI-systemet har spesifikk varmekapasitet enheten joule per kelvin og per kg, det vil si J/(K·kg). Man finner også spesifikk varmekapasitet angitt i J/(°C·kg).

Tabellen nedenfor viser den spesifikke varmekapasiteten til en del vanlige stoffer ved konstant trykk og temperatur 20 grader celsius (°C). Tallene er gitt i stigende rekkefølge, og med noen unntak ser man at den spesifikke varmekapasiteten øker når massetettheten avtar. Det er også verdt å merke seg at den spesifikke varmekapasiteten forandrer seg når stoffet skifter aggregattilstand. For eksempel vil is ha spesifikk varmekapasitet 2090 J/(K·kg), mens vann ved 20 °C har 4184 J/(K·kg).

Question 76

Hva er varmestrøm?

Answer 76

Varme gjennom en flate per tid

Question 77

Hva er dissipans?

Answer 77

Forholdet mellom spredt lydeffekter og innfallende lydeffekt.

Question 78

Hva er etterklangstid?

Answer 78

Tiden det tar for den midlere energitettheten i et rom å avta til 10^-6 av den opprinnelige verdien, det vil si å falle med 60 dB etter at lydkilden er stoppet.

Question 79

Hva er eksitans?

Answer 79

Fluks ut fra et punkt i en kilde dividert med flatelementet om punktet.

Question 80

Hva er irradians?

Answer 80

Fluks inn mot et punkt dividert med flateelementet om punktet.

Question 81

Hva er fluens?

Answer 81

Energi, partikkeltall, lysmengde o.a. inn mot en liten kule omkring punktet dividert med arealet av storsirkelen i kula.

Question 82

Hva er emissivitet?

Answer 82

Forholdet mellom utstrålingstetthetene fra en termostråler og en fullstråler (et svart legeme) med samme temperatur. Indeks B står for black body.

Question 83

Hva er et grunnstoff?

Answer 83

Et grunnstoff er et atomslag med spesifisert protontall

Question 84

Hva er et nuklide?

Answer 84

Et nuklide er et atomslag med spesifisert protontall og nukleontall.

Question 85

Hva er isobarer?

Answer 85

Nuklider med samme nukleontall

Question 86

Hva er isotoper?

Answer 86

Nuklider med samme protontall

Question 87

Hva er dissosiasjonsgrad?

Answer 87

Antall dissosierte molekyler (partikler) per totalt molekyltall

Question 88

Hvilke kvantetall har vi?

Answer 88

Vi har kvantetall for banespinn (orbital angular momentum), egenspinn (spin angular momentum), totalspinn (total angular momentum), kjernespinn (nuclear spin), hyperfinstruktur (hyperfine structure), hovedkvantetall (principal), magnetisk (magnetic)

Question 89

Hva er bohrmagneton?

Answer 89

Bohrmagneton er en fysisk konstant, som brukes som en praktisk enhet for det magnetisk felt fra et atom. Konstanten er oppkalt etter den danske fysikeren Niels Bohr. Symbolet for bohrmagneton er µB.

Verdien av bohrmagneton er lik det magnetiske moment til et omkretsende elektron med et drivmoment (se spinn) på én redusert Planck-konstant (ℏ).

Den fysiske størrelsen av bohrmagneton blir beregnet av CODATA, som i 2019 fastsatte den til:

µB = eℏ/2me = 9,274 010 0783(28) · 10⁻²⁴ J T⁻¹
Her er:

e – elementærladningen
me – elektronets masse
ℏ – den reduserte Planck-konstanten, det vil si Plancks konstant dividert med 2π.

Question 90

Hva er det gyromagnetiske forholdet?

Answer 90

Gyromagnetisk forhold er forholdet mellom det magnetiske momentet for et atomært system og systemets spinn.

SI-enheten for det gyromagnetiske forhold er coulomb per kilogram.

Det gyromagnetiske forholdet til en partikkel med ladning q og masse m er g q/2m. Størrelsen g kalles den gyromagnetiske faktor og er en karakteristisk konstant for en partikkel eller et system av partikler. For elektronet er g lik –2,0023, for protonet 5,586 og for nøytronet –3,827. Elektronets gyromagnetiske forhold er –1,76·1011C/kg.

Question 91

Hva er larmorpresesjon?

Answer 91

Larmorpresesjon er et fenomen i fysikken. Det er rotasjonen til et magnetisk moment rundt et påtrykt magnetisk felt. Presesjonen er karakterisert av larmorvinkelfrekvensen ωL.

Beskrivelse
En partikkel som har både elektrisk ladning og spinn, vil også ha et magnetisk moment μ. Dersom en slik partikkel befinner seg i et homogent magnetisk felt B som ikke er rettet langs μ (se figur) vil det magnetiske momentet rotere (presesere) rundt B.

Presesjonen beskrives kvantitativt av larmorvinkelfrekvensen, som i klassisk fysikk er gitt av ωL = e · B/2m, hvor e er partikkelens ladning, m dens masse og B er feltets magnetiske flukstetthet (styrken av magnetfeltet). Presesjonsbevegelsen er i styrke og retning bestemt av dreiemomentet τ = μ x B som magnetfeltet utøver på det magnetiske momentet.

Larmorpresesjon er karakteristisk for elektrisk ladede partikler som har en banedreieimpuls og/eller et kvantemekanisk spinn når et ytre magnetisk felt påtrykkes.

Betydning for atomer
Studiet av larmorbevegelsen har hatt stor betydning for forståelsen av atomenes oppbygning. Når elektronenes omløpsfrekvens forandrer seg som følge av at atomene påvirkes av et magnetfelt, forandrer også elektronenes energi seg, og spektrallinjene, som angir forskjellen mellom to energinivåer, forskyves og splittes opp.

Denne oppsplittingen, zeemaneffekten, var en av de første indikasjonene på at atomene inneholder elektroner i bevegelse. Undersøkelser av effekten og bestemmelse av larmorfrekvensen fikk betydning for utviklingen av atomfysikken på begynnelsen av 1900-tallet, og senere også for forståelsen av og bestemmelser av elektronenes og atomkjernenes egenspinn.

Question 92

Hva er resonansenergi?

Answer 92

For innfallende partikkel i targets referansesystem er det den kinetiske energien som svarer til resonans for en kjernereaksjon.

Question 93

Hva er tverrsnitt?

Answer 93

Sannsynligheten for at en spesifisert prosess skal finne sted i et spesifisert target (en blink) med en spesifisert type innfallende partikler med spesifisert energi, dividert med innfallende partikkelfluens. Prosesstypene kan man indikere ved lav høyreindeks, f.eks. absorpsjonstverrsnitt.