 |
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Av: Svante Åberg
|
|
 |
|
|
| Tid för förberedelser: |
Försumbart |
Tid för genomförandet: |
20 minuter |
| Antal tillfällen: |
1 |
Svårighetsgrad: |
Busenkelt |
| Säkerhetsfaktor: |
Ofarligt |
|
|
|
|
  |
|
Vilka egenskaper har en blandning av stärkelse och vatten? Försöket visar på de ovanliga egenskaperna hos stärkelsemassa och är en jättebra aktivitet som låter elever av alla åldrar själva prova och göra iakttagelser.
|
|
|
|
 |
|
Experimentet bör göras som elevförsök där alla själva verkligen får känna på och leka med materialet.
|
|
|
|
 |
|
Experimentet är helt ofarligt.
Överblivet material kan spolas ned på toaletten eller kastas i soppåsen.
|
|
|
|
 |
|
Huvudexperimentet
- Aluminiumform eller annan låg behållare
- En kopp stärkelse (t ex potatismjöl eller Maizena majsstärkelse)
- 1/4-1/2 kopp vatten
- Plastsked
- Pappersmugg
- Kniv
- Ett eller flera av följande föremål:
- Metallbit eller slant
- Träkloss
- Olika plastföremål
- Sax
Variationer av experimentet
- Ballong
- Tratt med vid öppning; det går bra att skära av toppen av en 1- eller 2-liters läskedrycksflaska av plast.
- Sugrör
- Karamellfärg
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
 |
|
- Ställ en kopp stärkelse i den rena pajformen.
- Använd fingrarna för att blanda, tillsätt sakta vatten tills en seg vätskeliknande konsistens erhållits. Den sega vätskan rinner sakta ur din hand, men när du slår den hårt stänker den inte. Sätt till mera stärkelse om du har tillsatt för mycket vatten, tills du har fått rätt konsistens.
- Dela massan i bitar och överför den till andra formar och koppar.
- Studera egenskaperna hos massan genom att prova följande:
- Klappa massan med fingrarna.
- Häll massan och klipp strängen med en sax.
- Gnugga lite av massan mellan fingrarna och känn hur den blir mjölig.
- Skär massan i formen i skivor med en kniv och se hur den flyter ihop igen.
- Rulla massan till en boll och se hur den blir platt.
- Placera en bit metall, trä eller ett plasföremål på massan och se hur det sjunker ned.
- Slå på massan i formen med din hand.
Variation: Undersökning med hjälp av ballong
- Använd en tratt för att hälla lite av massan i en ballong. Knyt ballongen.
- Man kan sätta ett sugrör mellan ballongen och tratten för att underlätta påfyllningen.
- Knyt en annan ballong utan stärkelsemassa.
- Sträck ballongerna på olika sätt.
- Jämför deras egenskaper.
Variation: Färg
Blanda några droppar karamellfärg i stärkelsemassan för att ge den färg.
|
|
|
|
 |
|
Stärkelsemassan är en suspension av stärkelse i vatten. Den har egenskaper både som fast ämne och vätska. Den är en icke-Newtonsk vätska, vilket betyder att den inte uppför sig som en typisk vätska.
Massan flyter som en vätska men går sönder i bitar som ett fast ämne. Den ser blöt ut men blir mjölig när du gnuggar den mellan fingrarna. Den motstår plötsliga slag, men inte vikten av ett föremål som ligger på dess yta. Med andra ord, den tenderar att "hålla emot" när den utsätts för snabba formförändringar men flyter sakta, och nästan motståndslöst, om den får tid på sig. Viskositeten hos massan ökar när den utsätts för tryck. Andra vanliga icke-Newtonska vätskor är målarfärg och ketchup.
|
|
|
|
 |
|
Reologi
Reologi är läran om flöden och deformationer hos material och beskriver sambandet mellan krafter, deformation och tid.
Ulf Bolmstedt har gjort en bra översikt om reologi varifrån mycket av följande material har lånats.
Newtonska vätskor
Hos Newtonska vätskor är viskositeten bara beroende av temperaturen. Däremot har flödeshastigheten eller tiden ingen inverkan.
Exempel på Newtonska vätskor är
- Vatten
- Mjölk
- Sockerlösning
- Mineralolja
Icke-Newtonska vätskor
Hos icke-Newtonska vätskor inverkar flödeshastigheten på viskositeten. Det har alltså betydelse hur snabbt du rör om i vätskan för hur tjockflytande den är. För vissa vätskor påverkar tiden viskositeten, för andra inte.
Tidsoberoende icke-Newtonska vätskor
Här är några exempel på icke-Newtonska vätskor som inte förändrar sin viskositet med tiden:
Dilitanta ämnen (ökar sin viskositet med ökande flöde):
- Fuktig sand
- Koncentrerade lösningar av stärkelse (som i vårt experiment)
Pseudoplastiska ämnen (minskar sin viskositet med ökande flöde):
- Ketchup
- Målarfärg
- Schampoo
- Uppslamningar
- Koncentrerad fruktjuice
Plastiska ämnen (blir viskösa först när kraften överskrider ett visst värde):
- Tomatpuré
- Tandkräm
- Handkräm
- Vissa ketchupsorter
- Fett
Massan av stärkelse och vatten blir hård när man snabbt försöker deformera den därför att viskositeten ökar med flödet. Ketchup däremot minskar sin viskositet med ökande flöde. När man häller ketchup ur flaskan rinner den först trögt, men när flödet väl kommit igång rinner den lättare. Det är därför som man kan få effekten "först händer ingenting, sedan ingenting och sedan kommer allt på en gång".
Tidsberoende icke-Newtonska vätskor
Här är några exempel på icke-Newtonska vätskor där även tiden inverkar på viskositet:
Ett tixotropt ämne minskar sin viskositet med tiden. Många ämnen i den kemiska insdustrin och i livsmedelsbranschen är tixotropa. Vissa ämnen minskar sin viskositet med tiden på grund av att det bryts ned. Detta fenomen kallas reomalaxis. Exempel på tixotropa ämnen är:
Hos ett reopektiskt ämne ökar viskositeten med tiden. Sådana ämnen är ganska sällsynta. Exempel på ett reopektiskt ämne är:
Mätning av viskositet
 |
| Bild: Ó Svante Åberg |
Viskositeten hos en vätska kan mätas genom att fylla en pipett med vätskan och sedan mäta hur lång tid det tar innan all vätska runnit ut. En annan metod är att släppa ned en kula i vätskan och mäta hur lång tid det tar innan kulan når bottnen. Det är lämpligt att ha vätskan i ett ganska högt kärl för att tiderna ska bli tillräckligt långa.
Metoderna fungerar bara med Newtonska vätskor, dvs vätskor vars viskositeten är oberoende av flödeshastighet och tid. Man får bara ett relativt mått på viskositeten, men det är ett enkelt sätt att jämföra olika vätskor.
 |
| Bild: Ó Svante Åberg |
En bättre metod är att sänka ned en roterande cylinder i en bägare med vätskan och mäta hur stor vridningskraften blir på bägaren. Det fungerar även för icke-Newtonska vätskor.
|
|
|
|
 |
|
|
|
|
|
  |
|
- R. Bartholomew, B. W. Tillery, Earth Science, 1984, 6:e upplagan, D. C. Heath, Lexington, MA.
- C. Schneider, Oolbleck, What do Scientists Do? - Teachers Guide, 1985, University of California, Berkley, CA.
- Rheology, Ulf Bolmstedt, Lunds Universitet
http://www.rheoheat.se (2010-08-16)
- What is rheology?, Nordic Rheology Society
http://www.sik.se/nrs/rheointro/Undre_reointro.htm (2007-04-23)
- Det amorfa tillståndet och Rheologi, Ångströmslaboratoriet, Uppsala universitet
http://www.polymer.uu.se/bilder/Rheologi.pdf (2003-06-12)
- Fluid Mechanics: Stokes' Law and Viscosity, University of Kentucky
http://www.engr.uky.edu/~egr101/ml/ML3.pdf (2003-06-12)
- Dropping the Ball, Michael Fowler, University of Virginia
http://www.phys.virginia.edu/classes/152.mf1i.spring02/Stokes_Law.htm (2003-06-12)
- Rheology Primer for Hydrocolloid Science, Martin Chaplin, Water Structure and Behavior
http://www.lsbu.ac.uk/water/hyrhe.html (2007-04-23)
- Main page, Wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page (2007-04-23)
|
|
|
|
|
|
[ Tillbaka till start | Tillbaka till experimenten ]
Skol-Kemi är en satsning av kemi-institutionen vid Umeå Universitet.
Kontaktperson: Svante Åberg, Analytisk Kemi, Umeå Universitet, 901 87 Umeå.
E-mail: Svante.Aberg@chem.umu.se
Telefon: 090-786 54 84
© Copyright, Svante Åberg, 1998. All rights reserved.
|
|
Introduktion