NARAVOSLOVJEZA POKLICNE ŠOLEUčbenik za predmet Naravoslovje v srednjih poklicnih šolah

Andrej ŠorgoBoris Čeh

Darko DolencMitja Slavinec

6. ENERGIJA IN VIRI ENERGIJE

6.1 Delo, potencialna energija in kinetična energija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.2 Moč, električna moč in električno delo . . 1386.3 Viri energije in pretvarjanje energije iz ene oblike v drugo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1446.4 Električna energija in trajnostni razvoj . . . 148 Preveri svoje znanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

7. DELOVANJE ČLOVEŠKEGA TELESA IN OHRANJANJE ZDRAVJA

7.1 Človek je organizem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1567.2 Človek je dinamični sistem. . . . . . . . . . . . . . . . . 1617.3 Energijska oskrba organizma: prebavila,

dihala, krvožilje in izločala . . . . . . . . . . . . . . . . . 1657.4 Gibala: ogrodje in mišičje . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1787.5 Koža . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1847.6 Čutila, živčevje in hormonski sistem . . . . 1887.7 Novo bitje lahko nastane le

iz obstoječega živega bitja . . . . . . . . . . . . . . . . . 1977.8 Obrambni sistemi in vzdrževanje

zdravja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Preveri svoje znanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

8. EKOLOGIJA

8.1 Zgradba ekosistemov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2128.2 Kroženje snovi in pretok energije

v ekosistemu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2178.3 Odnosi v življenjski združbi . . . . . . . . . . . . . . . 2218.4 Človek in okolje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Preveri svoje znanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

1. MERJENJE V NARAVOSLOVJU

1.1 Fizikalne količine in njihove enote . . . . . . 61.2 Kako merimo razdaljo, maso, čas in temperaturo?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Preveri svoje znanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2. METODE PROUČEVANJA NARAVNIH POJAVOV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3. SVET SNOVI

3.1 Snovi okoli nas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2 Lastnosti snovi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.3 Kovine in njihove lastnosti . . . . . . . . . . . . . . . . 383.4 Elementi in spojine. Atomi in molekule . 423.5 Zgradba atoma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.6 Ionska in kovalentna vez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.7 Varno delo v šolskem laboratoriju . . . . . . . 563.8 Kemijske reakcije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.9 Polimeri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.10 Uporaba in predelava polimerov . . . . . . . . 73 Preveri svoje znanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4. VODNE RAZTOPINE

4.1 Vodne raztopine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.2 Lastnosti vodnih raztopin in njihov

pomen za življenje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Preveri svoje znanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5. KEMIJA V PREHRANI

5.1 Živila in hranila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925.2 Dokazni testi za določanje hranil. . . . . . . . . 985.3 Organske spojine so številne

in raznolike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.4 Ogljikovi hidrati in njihov pomen . . . . . . . 1055.5 Maščobe in njihov pomen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.6 Beljakovine in njihov pomen . . . . . . . . . . . . . 1195.7 Druga hranila in dodatki živilom . . . . . . . . 124 Preveri svoje znanje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Vsebina

Predgovor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

ponovitev temeljnih znanj

Predgovor

4

Učbenik je napisan po Katalogu znanj za predmet Naravoslovje v srednjih poklicnih šolah. Namenjen je dijakom srednjih poklicnih šol in učiteljem naravoslovja.

Poglavja so iz učnih enot z značilno strukturo. Na začetku vsake učne enote so navedene učne vsebine. Zgodba nas popelje v razlago učnih vsebin. Podnaslovi poudarijo cilje in vsebine, pomembni pojmi so odebeljeni, besedilo dopolnjujejo številne risbe, fotografije in preglednice.

Vključene so kratke dejavnosti, Naredi ali Razmisli, pa tudi zanimivosti ali dodatna pojasnila ter kratki sestavki o delu pomembnih znanstvenikov. Ponekod informacijo poiščeš na spletu ali v strokovni literaturi. Nekateri manj znani strokovni pojmi so posebej razloženi. Na koncu učne enote je povzetek najpomembnejših konceptov Na kratko ter vprašanja za razmislek o učnih vsebinah Razmisli in odgovori. Vsako poglavje se konča s preizkusom Preveri svoje znanje, s katerim lahko preveriš usvojeno znanje.

Učne vsebine za višjo raven so posebej označene z znakom .

V učbeniku ponovimo tudi temeljna znanja, ki smo jih spoznali v osnovni šoli in so potrebna za razumevanje vloge hranil v prehrani ter delovanja človeškega telesa. Učne enote ali posamezne vsebine so označene z oznako PONOVIMO.

32

Med vsemi snovmi je diamant zaradi svojih nenavadnih lastnosti nekaj posebnega. Je najtrša znana snov, ima zelo visok lomni količnik, zato se obrušeni diamanti tako zelo lesketajo. Je odličen električni izolator. Odlikuje se po tem, da toploto prevaja nekajkrat bolje od najbolj toplotno prevodne kovine, srebra. Primerno obrušene naravne diamante brez primesi uporabijo za izdelavo najdražjega nakita. Drobni in nečisti diamanti pa so pripravni za izdelavo najkakovostnejših brusilnih, vrtalnih in rezalnih orodij. Diamantov v naravi še zdaleč ni dovolj, zato pripravijo umetne iz grafita pri visokih temperaturah in zelo visokih tlakih.

Trdno, tekoče in plinasto

Učne vsebine

• snovisoprisobnitemperaturivrazličnihagregatnihstanjih:vtrdnem,tekočemaliplinastem

• vsakačistasnovimatočnodoločenefizikalnelastnosti

• materialisosnovi,izkaterihizdelujemopredmetezuporabnovrednostjo

• uporabnostmaterialadoločajonjegovefizikalneinmehanskelastnosti

3.2 Lastnosti snovi

slika 7Železo,vodainhelijprisobnihpogojih

Železo se razlikuje od vode v kozarcu ali od helija, s katerim je napolnjen balon. Te tri snovi so v različnih agregatnih stanjih. Pri sobni temperaturi je železo v trdnem, voda v tekočem in helij v plinastem agregatnem stanju.

Če neko snov dovolj segrejemo ali ohladimo, se njeno agregatno stanje spremeni. Železo se stali in postane tekoče, če ga segrejemo na 1538 °C, pri 2862 °C pa izpari. Če vodo ohladimo na 0 °C, zamrzne v led, če jo segrejemo na 100 °C, zavre; pri vrenju nastane vodna para. Plin helij moramo ohladiti na –269 °C, da se utekočini.

Temperaturo, pri kateri se snov stali, imenujemo tališče, temperaturo, pri kateri snov izpari, pa vrelišče. Pri spremembah agregatnega stanja se snovi spremeni le oblika, snov ostane ista. Tako so voda, led in vodna para le različne oblike iste snovi – vode.

Naloga 1 Tališča in vrelišča

Na podlagi podatkov v zgornjem besedilu napiši temperature tališča in vrelišča železa, vode in helija. Piši v zvezek v preglednico, podobni spodaj.

Snov Tališče(°C) Vrelišče(°C)

železo

voda

helij helijniznanvtrdnemstanju

RAZMisLi

Železnaograja Vodavčaši Baloni,polnjenishelijem.

učne vsebine

fotografije

pomembni pojmi

puskusi in druge dejavnosti

5

nazorne risbe in sheme

preglednice s podatki

zanimivosti in dodatna pojasnila

povzetki učnih vsebin

vprašanja za razmislek o učnih vsebinah

razlaga pojmov

poišči ali napiši

171

Preglednica 3 Organi dihal in njihova vloga pri dihanju

Organ Vloga

nosna votlina V nosni votlini se zrak očisti, tako da se prašni delci nalepijo na sluz, ki se odceja proti požiralniku. Zrak se začne segrevati.

žrelo V žrelu se srečata dihalna in prebavna pot. Poklopec prepreči zdrs hrane v sapnik.

grlo Vhod v sapnik obdajajo hrustanci, ki zagotavljajo, da ostane sapnik ves čas široko odprt. V njem so glasilke, ki omogočajo glasovno sporazumevanje.

sapnik, sapnice in sapničice

Sapnik, sapnice in sapničice so cevi, ki razporedijo zrak po pljučih. V njihovih stenah je opora iz hrustančnega tkiva, ki preprečuje, da bi se sesedle. Prekriva jih krovno tkivo, v katerem so celice z migetalkami, ki čistijo pljuča.

pljučni mešički – alveoli

Z njimi se končujejo sapničice. Imajo zelo veliko površino in zelo tanko steno, da lahko skozi njo poteka izmenjava plinov.

pljuča Pljuča so bogato prekrvljen organ z obširnim omrežjem kapilar, ki dovajajo in odvajajo kri iz srca in so del t. i. pljučnega krvnega obtoka. Ležijo v prsnem košu, obdaja pa jih posebna tekočina, ki vzdržuje napetost obeh pljučnih kril. Dihanja pa ne omogočajo mišice, ki bi bile v pljučih, temveč telesno mišičje. Najpomembnejša dihalna mišica je trebušna prepona – diafragma.

Bolezni dihal

Dihala so poleg prebavil organski sistem, ki je najbolj izpostavljen vdoru različnih snovi (npr. prah, jedke in dražljive snovi) ter mikroorganizmov iz okolja. Bolezni, kot so prehlad, gripa, angina, bronhitis, pljučnica, so lahko virusnega ali bakterijskega izvora. Telo se brani s povišano telesno temperaturo, pospešenim izločanjem sluzi, kihanjem in kašljanjem. Najpogostejše obolenje dihal je prehlad, ki ga povzroči kateri od več kot 200 različnih virusov, ki naseljujejo sluznice zgornjih dihalnih poti. Zdravil proti prehladu ni, lahko pa z njimi blažimo simptome in olajšamo prebolevanje. Če se vnetje (bakterijsko ali virusno) razširi na sapnice, je to bronhitis, če na pljuča, pa je to pljučnica. V primeru, ko obolimo za katero od bolezni dihal, je neodgovorno in nevljudno hoditi v družbo, saj s tem širimo bolezen. Če pa že moramo med ljudi, potem pokrijemo usta in nos z respiratorno masko. Mnogi mladi obolevajo za astmo, ki pa ni nalezljiva bolezen. Astmatični napad je posledica zožitve dihalnih poti, s tem pa se zmanjša možnost oskrbe telesa s kisikom.

nosna votlinažrelo

grlo

sapnik

sapnici

trebušna prepona

pljuča

pljučni mešički

CO2O2CO2O2

CO2O2 CO2

O2

pljučni mešički celice v tkivih

rdeča krvnička

Slika 11 Zgradba dihal Slika 12 Izmenjava plinov v pljučih in tkivih

37

Električna in toplotna prevodnost

Električni tok je tok nabitih delcev. Snov prevaja električni tok le, če so v njej nabiti delci, elektroni ali ioni, ki se lahko prosto gibljejo. V kovinah so prosto gibljivi elektroni, zato so kovine odlični električni prevodniki (več o tem v učni enoti 3.5). Snovem, v katerih se elektroni pod vplivom električne napetosti ne morejo prosto premikati, pravimo neprevodniki ali izolatorji. Steklo in plastika sta izolatorja. Silicij prevaja električni tok, toda precej slabše od kovin, zato ga uvrščamo med polprevodnike.

Toplota v predmetih se širi vedno od toplejšega dela proti hladnejšemu. Materiali, po katerih se toplota hitro širi, so dobri toplotni prevodniki. Če pa toplota potuje proti hladnejšemu delu počasi, je taka snov dober toplotni izolator. Kovine in zlitine so dobri prevodniki toplote, plastika in les pa sta dobra izolatorja toplote.

Slika 13 a) Kovinski predmeti odlično b) Stiropor je prvovrsten prevajajo toploto. toplotni izolator.

Slika 12 Petžilen električni kabel. Bakrene žice so oplaščene z izolacijo.

Če je plin segret na dovolj visoko temperaturo ali če je izpostavljen dovolj visoki napetosti, nastane zmes nabitih delcev, ki prevaja električni tok. Prevodnemu plinu pravimo plazma. Pri TV-zaslonih uporabijo za nastanek plazme električno napetost.

NA KRATKO

• Vsakačistasnovimatočnodoločenotališče,vrelišče,gostotoindrugefizikalnelastnosti.

• Materialjesnov,izkatereizdelajopredmetezuporabnovrednostjo.

• Uporabnostmaterialadoločajonjegovemehanskelastnostiterelektričnaintoplotnaprevodnost.

RAZMISLI IN ODGOVORI

1. Podčrtaj tiste snovi, ki so pri sobni temperaturi v plinastem stanju.

brom helij marmor metan ogljikov dioksid voda zlato zrak živo srebro žveplova kislina

2. Pri kateri spremembi preide snov iz trdnega agregatnega stanja naravnost v plinasto?

A zmrzovanje B utekočinjanje C sublimacija D izparevanje

3. Zapisane snovi razvrsti po naraščajočih gostotah.

metanol voda vodik zlato železo

4. Katera od naštetih snovi dobro prevaja elektriko in toploto?

A les B stiropor C aluminij Č steklo

6

Najstarejša ohranjena merska enota za dolžino je čevelj. Pred več kot 4500 leti ga je določil sumerski vladar Gudea in je meril dobrih 26 cm. Enoto čevelj so v zgodovini uporabljali skoraj vsi narodi. Tudi danes jo ponekod še uporabljajo, npr. v letalstvu. Zanimivo je, da se je dolžina enote čevelj spreminjala, vse poznejše enote so bile daljše od prve, današnji ameriški čevelj tako meri dobrih 30 cm. Ker je čevelj zmeraj pomenil dolžino človeškega stopala, lahko tudi na podlagi tega sklepamo, da so ljudje v preteklosti bili manjši, kot smo danes.

Merske enote

Svet okrog nas zaznavamo s čutili, ki nam dajo osnovne informacije, ali je nekaj veliko ali majhno, glasno ali tiho, toplo ali hladno in podobno. Za natančnejšo informacijo pa moramo te količine izmeriti.

Ljudje so verjetno najprej merili razdalje. Najbolj priročni so bili kar deli telesa. Tako so se uveljavile merske enote, kot so palec, ped, čevelj, seženj, korak in podobno. Tudi sedaj razdaljo pogosto merimo tako, da med hojo štejemo korake.

1.1 Fizikalne količine in njihove enoteUČNE VSEbINE

• osnovnefizikalnekoličine• merskeenote(osnovne,

izpeljane in dovoljene)• predponezavečjealimanjše

enote• merskošteviloinenota• povprečnavrednostmeritev

Poskus 1 Izmerimo učilnico s čevlji

1. Dijaka z različno velikimi stopali naj z dolžino svojih čevljev izmerita dolžino in širino učilnice (stopata tako, da k prstom ene noge prislonita peto druge noge).

2. Rezultate zaokrožimo na celo število (če je pred zadnjim korakom ostalo več kot pol čevlja, potem ga štejemo kot celega, sicer pa ga ne štejemo) in jih vpišemo v zvezek v razpredelnico, podobno spodnji.

3. Za vsako meritev posebej izračunamo še ploščino, tako da pomnožimo dolžino in širino in ju vpišemo v zadnji stolpec preglednice.

Dijak/inja Dolžina(čevljev) Širina(čevljev) Ploščina=dolžinaךirina(kvadratnihčevljev)

1

2

Ali dijaka dobita enak rezultat? Ali dolžina stopala vpliva na rezultat?

NAREDI

1. MERJENJE V NARAVOSLOVJU

1.1 Fizikalne količine in njihove enote1.2 Kako merimo razdaljo, maso, čas in temperaturo?

Preveri svoje znanje

7

Predpona za 1000-krat večjo enoto je kilo, predpona za 1000-krat manjšo enoto pa je mili.

Mersko število in enota

Vsaka fizikalna količina je sestavljena iz dveh delov: merskega števila in enote. Za izmerjeni dolžino 12 m in širino 8 m sta 12 oziroma 8 merski števili, merska enota pa je meter.

Kako pomembno je, da ne pozabimo na mersko enoto, kaže tudi naslednji primer. Če povemo, da smo pri naravoslovju dobili 5, to lahko pomeni oceno 5, kar je odličen rezultat, ali pa pomeni 5 točk od možnih 10, kar je komaj zadosten rezultat.

Manjše in večje enote

Ob osnovnih enotah zaradi praktičnosti pogosto uporabljamo tudi večje ali manjše enote, ki jih označimo s predponami.

Vidimo, da je rezultat odvisen od velikosti posameznikovega čevlja, kar v praksi ni uporabno. Temu so se znanstveniki izognili tako, da so se dogovorili za osnovne enote, ki so enake po celem svetu (mednarodni sistem enot SI). Osnovnih enot SI je sedem, naštete so v spodnji preglednici.

Preglednica 1Osnovneenote(enoteSI)

Fizikalna količina Simbolfizikalnekoličine

Osnovna enota Simbol osnovne enote

dolžina l meter mmasa m kilogram kg

čas t sekunda s

električni tok I amper A

temperatura T kelvin K

množina snovi n mol mol

svetilnost Is kandela cd

l = 12 m

fizikalnakoličina

mersko število

enota

Slika 1 Marko bo pojedel 2 jajci. Mersko število je dve, jajca pa so merska enota.

Preglednica 2 Vrednosti nekaterih predpon za enote in primeri

Predpona Simbol predpone

Vrednost Primer Predpona Simbol predpone

Vrednost Primer

deci d 0,1 = 10–1 1 dm = 0,1 m = 10–1 m

deka da 10 1 dag = 10 g

centi c 0,01 = 10–2 1 cm = 0,01m = 10–2 m

hekto h 100 = 102 1 hL = 100 L

mili m 0,001= 10–3 1 mm = 0,001 m = 10–3 m

kilo k 1000 = 103 1 km = 1000 m

mikro μ 10–6 1μm = 10–6 m mega M 106 1 MW = 106 W

nano n 10–9 1 nm = 10–9 m giga G 109 1 GJ = 109 J

piko p 10–12 1 pm = 10–12 m tera T 1012 1 TWh = 1012 Wh

8

mega: 106 giga: 109 tera: 1012

Velike vetrne elektrarne imajo moč približno 1 MW.

Skupna moč vseh slovenskih elektrarn v letu 2011 je bila 3,4 GW.

1 TW je skupna moč vseh elektrarn v ZDA.

Slika 3 Za električno energijo navadno uporabljamo večje enote.

Pretvarjanje enot

Pri pretvarjanju enot si pomagamo s pretvorniki. Pretvornik je količnik, s katerim množimo ali delimo enote pri prehodu iz ene v drugo.

Dovoljene enote

Dovoljena je tudi uporaba nekaterih enot zunaj sistema SI. Primera sta minuta (min), ki je 60 sekund, in ura (h), ki je 60 minut oziroma 3600 sekund. Dovoljena enota je tudi ena tona (t), ki je enaka 1000 kilogramov.

V vsakdanjem življenju imamo pogosto opravka tudi z enoto liter, ki je enak enemu kubičnemu decimetru.

1 dm3 = 1 L 1 cm3 = 1 mL 1 mL je 1000-krat manjši od 1 L.

Za liter se uporablja oznaka l ali L. Oznaka L je po mednarodnem dogovoru uveljavljena predvsem v strokovni kemijski literaturi. Tako se izognemo zamenjavi med številom 1 in črko l.

Temperaturo v vsakdanji uporabi po navadi izražamo v stopinjah Celzija (°C). Po velikosti intervala je ena stopinja Celzija enaka en kelvin, razlikujeta se le pri izhodišču. Velja zveza:

T(K) = T(°C) + 273,15 K

Poišči v leksikonu ali na spletu kaj so virusi in nanodelci.

Pretvorniki za enote časa so:

Vračunalništvujeosnovnainformacijaoštevilupodatkovenbajt(byte),kar označimo z B. Ker računalniki delujejo v dvojiškem številskem sistemu (računalnikiločijolemeddvemamožnostma,0ali1),sovečjeenotepovezanespotencamištevila2.Večjaenotajekilobajt(kB),kipanitočno1000 B ampak 210 = 1024 B. Enako tudi večje enote kot so MB, GB ali TB niso tisočkratniki prejšnjih, ampak ustrezne dvojiške potence:

1 kB = 210 B = 1.024 B

1 MB = 220 B = 1.048.576 B

1 GB = 230 B= 1.073.741.824 B

1 TB = 240 B = 1.099.511.627.776 B

mikro: 10–6 nano: 10–9 piko: 10–12

50–100 μmrastlinske celice

5–20 μmživalske celice

20–300 nmvirusi

1–100 nm nanodelci (ogljikovacevka)

100–500 pmpremeri atomov

Slika 2 Za celice, viruse, nanodelce in atome uporabljamo manjše enote.

Pretvorniki za enote razdalje, dolžine ali debeline so:

Pretvorniki za enote mase so:

· 10 · 10 · 10 · 1000

1 mm 1 cm 1 dm 1 m 1 km

: 10 : 10 : 10 : 1000

· 1000 · 10 · 100 · 1000

1 mg 1 g 1 dag 1 kg 1 t

: 1000 : 10 : 100 : 1000

9

Enote zunaj sistema SI

Ob naštetih enotah poznamo še enote, ki so včasih bile v uporabi, danes pa niso v sistemu enot SI in niso dovoljene. Zasledimo jih lahko predvsem v starejši literaturi, nekatere pa tudi v vsakdanjem življenju. Take enote so npr. konjska moč (KM) za moč, atmosfera (at) ali mm Hg za tlak, kalorija (cal) za toploto ipd.

Izpeljane (sestavljene) enote

Ploščina je določena kot produkt dolžine in širine. Pri tem ne množimo zgolj merskih števil, ampak tudi enoti:

m · m = m2

Enota za ploščino je meter na kvadrat ali kvadratni meter. Taki enoti pravimo izpeljana enota. Izpeljane enote SI so enote, ki so izpeljane iz osnovnih enot SI.

V spodnji preglednici je navedenih nekaj primerov izpeljanih enot.

Preglednica 3 Nekatere izpeljane enote

Fizikalna količina Simbol Zveza Enota Ime enote

hitrost v v =st

ms meter na sekundo

pospešek a a =vt

ms2 meter na sekundo kvadrat

sila F F = m · a kg ms2 = N kilogram meter na sekundo kvadrat = newton

delo A A = F · s N m = J newtonmeter=joule(izgovoridžul)

moč P P = At = WJs joule na sekundo = watt

prostornina V V = a · b · c m3 kubični meter

gostota r ρ =m V

kgm3 kilogram na kubični meter

Včasih iz praktičnih razlogov uporabljamo tudi nekoliko prirejene enote. Tako v prometu razdaljo pogosto izrazimo v kilometrih, čas v urah in hitrost v kilometrih na uro (km/h). Prav tako včasih tudi gostoto namesto v kg/m3 izrazimo v g/cm3.

Pri pretvarjanju sestavljenih enot, kot je enota za gostoto, si pomagamo tako, da enote izrazimo s tistimi, v katere želimo pretvoriti, in pogledamo, kolikšen pretvornik (količnik) dobimo.

gcm3

kgm3

0,001 kg0,01 · 0,01 · 0,01 m3

0,001 kg0,000001 m31 = = = 1000

Enote SI• osnovneenote (m,kg,s,A,K,cd,mol)

• manjšeinvečjeenote (npr.:mm,km)

• izpeljaneenote (npr.:m/s,kg/m3)

Dovoljene enote: min, t, L, °C

NA KRATKO

• Svetokrognasvrednotimozmerjenjemfizikalnihkoličin(razdalja,masa,čas,moč,temperaturaidr.).

• Merskeenotesonatančnodoločeneinsoenakepovsemsvetu.Poznamoosnovneenote,kotsometer,kilogram, sekunda, amper in kelvin. Večina enot je izpeljana iz osnovnih.

• Vvsakdanjemživljenjupogostosrečujemoenote,kisomanjšealivečjeodosnovnihenot.Enotepretvarjamotako, da jih pomnožimo ali delimo s pretvorniki.

• Količinesosestavljeneizmerskegaštevilainmerskeenote.Merskoštevilodoločimozmeritvijo.

10

RAZMISLI IN ODGOVORI

1. Premisli in odgovori. a) Iz katerih delov je sestavljena količina 20 m? Imenuj ju. b) Navedi primere količin za čas, maso in ploščino.

2. Katera meritev ima večje mersko število: 13 kg ali 2,54 m?

3. Spodnje količine pretvori v zahtevano mersko enoto.

a) 11,3 cm = mm

b) 8,05 dag = g

c) 1,6 h = min

4. Premisli in odgovori. a) Koliko m3 je 1 L? b) Veter piha s hitrostjo 10 m/s. Koliko je to km/h?

c) Koliko g/cm3 je 1 kg/m3?

5. V letu 2011 smo v Sloveniji porabili 1,27 · 1013 Wh električne energije. Koliko je to TWh?

11

1.2 Kako merimo razdaljo, maso, čas in temperaturo?

Ob sončnem vremenu opazimo sence. Sence so daljše zjutraj in zvečer, najkrajše pa okrog poldneva. Prav tako so sence pozimi daljše kot poleti.Sence so zmeraj usmerjene proč od Sonca, zato senca zjutraj kaže proti zahodu, zvečer pa proti vzhodu. Na osnovi te lastnosti senc so zgradili prve ure, ki so bile t. i. sončne ure. Kot znamenitost jih lahko najdemo še danes. Sončne ure so zgrajene iz palice, ki meče senco, okrog pa je številčnica. Številke so postavljene tako, da senca kaže proti tisti številki, kot je takrat ura.

UČNE VSEbINE

• napraveinnačinimerjenjarazdalje, mase, časa in temperature

• vsakameritevjeobremenjena z napako

• absolutnainrelativnanapakapri merjenju

Slika 3 Sončna ura

Slika 4 Geodetski merilnik

Slika 5 Analogni in elektronski mikrometer

Merjenje razdalje, dolžine in debeline

Različne količine merimo različno. Razdaljo navadno merimo z merilnim trakom, ki ga položimo ob merjenec in iz merilne skale odčitamo dolžino. Sodobnejši so ultrazvočni in laserski merilniki razdalje, ki jih pri svojem delu uporabljajo npr. geodeti. Merilnik pošlje proti merjencu ultrazvok ali laserski žarek, ki se na merjencu odbije in vrne nazaj proti merilniku. Iz časa, potrebnega za prelet tja in nazaj, merilnik izračuna razdaljo.

Razdaljo merimo tudi z merilnim kolesom (odometer), pri katerem poznamo dolžino obsega in štejemo število obratov. Tako merijo merilniki hitrosti, ki ob hitrosti merijo tudi prevoženo razdaljo, npr. pri kolesu ali avtomobilu.

Manjše razdalje ali debeline predmetov merimo z merilniki, ki so za taka merjenja posebej prilagojeni. Mikrometer nam omogoča merjenje debelin predmetov na stotinko milimetra natančno, sodobni, elektronski mikrometri pa celo na tisočinko milimetra natančno. Po navadi z njimi lahko merimo predmete do debeline 25 mm.

Mikrometri merijo do debeline 25 mm. Natančnost analognih mikrometrov je 0,01 mm, digitalnih pa 0,001 mm.

12

Za merjenje debelin, večjih od 25 mm, ali lukenj pa uporabljamo kljunasto ali pomično merilo. Z analognimi kljunastimi merili lahko merimo na desetinko milimetra natančno, z elektronskimi pa na stotinko milimetra natančno.

Kljunasta merila merijo debeline ali luknje do približno 15 cm. Natančnost analognih je 0,1 mm, digitalnih pa 0.01 mm.

Natančnost elektronskih ur je 0,01 s ali celo 0,001 s.

Natančnost digitalnih termometrov je 0,1 °C.

Osebna digitalna tehtnica je natančna na 0,1 kg, laboratorijska digitalna tehtnica v šolskem laboratoriju pa na 0,01 ali 0,001 g.

Slika 6 Analogno in elektronsko kljunasto merilo

Merjenje mase

Ena najpogostejših meritev je merjenje mase. Maso merimo posredno prek sile teže, zato merilnikom mase pravimo tehtnica. Ločimo tri vrste tehtnic: mehanske (vzmetne), ravnovesne (npr. lekarniška) in elektronske.

Pri ravnovesnih tehtnicah primerjamo neznano maso merjenca na eni strani z znano maso uteži na drugi strani. Takšno merjenje je zastarelo in zamudno, zato ravnovesne tehtnice počasi nadomeščajo sodobnejše.

Mehanske tehtnice so zgrajene iz vzmeti, katero merjenec razteguje ali stiska. Modernejše tehtnice, kot so digitalne osebne in laboratorijske tehtnice, pa težo merijo elektronsko, navadno prek spremembe električnega upora v vezju tehtnice, in jo prikažejo na prikazovalniku.

Merjenje časa

Meritev časa je včasih bila le v domeni bogatih, ki so si lahko privoščili ure, vsi drugi so bili odvisni od ur na cerkvenih zvonikih. Danes pa je že v slehernem mobilnem telefonu zelo natančna štoparica, ročne ure pa so pogosto bolj modni dodatek kot potreba. Čas lahko merimo ročno ali pa elektronsko, kot npr. pri smučarskih tekmovanjih. Smučar na štartu premakne ročico in s tem uro požene, v cilju pa jo ustavi tako, da s telesom prekine laserski žarek. Natančnost teh ur je stotinka sekunde, pa tudi do tisočinke sekunde, kot npr. pri tekmovanju v bobu.

Merjenje temperature

Za merjenje temperature uporabljamo termometre. Termometer mora biti v tesnem stiku s telesom, ki mu merimo temperaturo. Termometri vsebujejo tekočino, največkrat obarvan alkohol (zaradi toksičnosti se živo srebro ne uporablja več). Z naraščajočo temperaturo se alkohol razteza in kaže višjo temperaturo.

Termometri, ki merijo temperaturo ne da bi bili v tesnem stiku z merjencem, so brezkontaktni termometri. Delujejo tako, da merijo infrardeče sevanje, ki ga oddaja merjenec. Najbolj sofisticiran tovrstni merilnik je infrardeča kamera (glej sliko 6 na naslednji strani).

13

Napake pri merjenju

Vsaka meritev ima napako in temu se ne moremo izogniti. Lahko pa meritev zastavimo tako, da je napaka čim manjša, za kar potrebujemo čim bolj natančne merilnike. Napako lahko zmanjšamo tudi z dobro zastavljeno meritvijo. Spoznali bomo relativno in absolutno napako.

Recimo, da želimo izmeriti debelino lista v zvezku. Ravnilo z milimetrskim merilnim trakom nam pove le, da je debelina enega lista veliko manjša od 1 mm. Za natančno meritev potrebujemo mikrometer.

Če nimamo mikrometra, si lahko pomagamo s »trikom«: poznamo število listov v zvezku oziroma jih preštejemo in izmerimo njihovo skupno debelino. Nato skupno debelino delimo s številom listov in dobimo debelino enega lista. Takemu merjenju pravimo posredno merjenje.

število listov = 100

skupna debelina listov = d(zvezek)=10mm

Izračunamo debelino enega samega lista:d(zvezek)

10010 mm

100d(list)= = = 0,10 mm

Kako natančen je ta rezultat? Napaka meritve je približno tako velika, kot je najmanjši razdelek na merilu, s katerim merimo, v našem primeru torej 1 mm. Ta napaka lahko nastane:

• zaradi merilnika (ker milimetrska skala na merilu ni povsem natančna) ali• zaradi našega nenatančnega odčitavanja (milimetrske oznake imajo

svojo debelino, nismo pogledali povsem pravokotno itn.)

Zaradi napake 1 mm je dejanska debelina listov v zvezku manjša ali večja za 1 mm, torej je med 9 mm in 11 mm, kar zapišemo kot:

d(zvezek)=10mm±1mm

Pri meritvi smo se dejansko zmotili za 1 mm, zato to napako imenujemo absolutna napaka.

Pogosto pa nas zanima, kolikšen delež predstavlja napaka v primerjavi s celotnim merjencem. Tako zapisano napako imenujemo relativna napaka in jo izračunamo tako, da absolutno napako delimo z velikostjo merjenca. V našem primeru je to:

1 mm10 mm = 0,1

Izraženo v odstotkih je to 10 %. Podobno kot je absolutna napaka lahko pozitivna ali negativna, je tudi relativna napaka lahko pozitivna ali negativna, kar zapišemo kot:

d(list)=10mm±1mm=10mm·(1±0,1)

Slika 7Infrardečakamerasnemainfrardečesevanje, ki ga telesa oddajajo, in različne temperature prikaže z različnimi barvami. Najbolj vroč je obraz, telo zaradi obleke malo manj, še hladnejša pa je miza.

14

Povprečna vrednost meritve

Če isto meritev večkrat ponovimo, se dobljeni rezultati zaradi napake meritve med seboj lahko razlikujejo. V tem primeru najverjetnejšo vrednost meritve izračunamo kot povprečno vrednost vseh meritev, napako pa ocenimo iz odstopanj posameznih odmerkov od povprečne vrednosti.

Poskus 2 Štetje s tehtanjem

Enake predmete (torej predmete z enako maso, kot so žeblji ali vijaki) lahko štejemo s tehtanjem.

Potrebujemo• 200 žebljev, dolgih 8–10 cm

Kako delamo1. Stehtamo znano število žebljev, npr. 200. Njihovo maso vpišemo

v zvezek v preglednico, podobno spodnji.2. Izračunamo maso enega žeblja.3. Žeblje razdelimo na tri ali štiri različne dele. Dijaki v treh ali štirih

skupinah stehtajo neznano število žebljev in zapišejo njihovo maso.3. Iz mase enega žeblja in iz mase neznanega števila žebljev vsaka

skupina izračuna število stehtanih žebljev.4. Na koncu vsaka skupina dijakov prešteje stehtane žeblje in preveri,

ali se števili žebljev ujemata.

Meritev Število žebljev Masažebljev(g) Masa1žeblja(g)

1 200

2

absolutna napaka meritve

relativna napaka meritve

Morebitno odstopanje med preštetim številom žebljev in številom žebljev, izračunanim s tehtanjem, je absolutna napaka. Iz nje lahko izračunamo relativno napako meritev tako, da odstopanje (absolutno napako) delimo s celotnim številom žebljev.

Poskus 3 Izmerimo učilnico z ravnilom in merilnim trakom

Potrebujemo• ravnilo• merilni trak, 5 m

Kako delamo1. Dve skupini dijakov naj z ravnilom izmerita dolžino in širino učilnice

ter ju zapišeta v preglednico. Drugi dve skupini pa izmerita dolžino in širino učilnice s čim daljšim merilnim trakom.

2. Izračunamo povprečne vrednosti dolžine in širine in jih vpišemo v preglednico v zvezek. To naredimo tako, da vsoto posameznih dveh meritev delimo z dva.

NAREDI

NAREDI

Slika 8 Žeblje štejemo s tehtanjem.

15

3.Natoizračunamoodstopanjeposameznemeritveodpovprečnevrednosti(vrednostmeritveodštejemoodpovprečnevrednosti).

4.Nakoncušezavsakomeritevposebejizračunamoploščino.

Meritev Dolžina (m) Širina (m) Odstopanje od povprečne vrednosti

Ploščina = dolžina × širina (m2)

ravnilo 1. skupina

ravnilo 2. skupina

povprečna vrednost: ravnilo

merilni trak 3. skupina

merilni trak 4. skupina

povprečna vrednost: merilni trak

5.Izpregledniceodčitamo,alisovečjaodstopanjaprimeritvizravnilomalizmerilnimtrakom.Kajmeniš,zakaj?

Naloga 1 Merjenje vsebnosti radona v stenah stavbe

Včasihsouporabljaligradbenimaterial,zakatereganisovedeli,dajevnjemtudiradioaktivniradon.Zaraditegajevstenahstavblahkoradioaktivnostvečjaodobičajne.Todanespreverjajotako,damerijovsebnostradioaktivnegaradonavstenahstavbe.

Radioaktivnostradonamerijotako,damerijošteviloradioaktivnihrazpadovveniminuti.Meritevsoponovili10-kratindobilinaslednjerezultate.

Meritev Število radioaktivnih razpadov (min)

1 419

2 410

3 383

4 429

5 377

6 405

7 391

8 392

9 411

10 379

Povprečna vrednost

399,6 h 400

Povprečnovrednostmeritevizračunamotako,daseštejemorezultatevsehdesetmeritevindelimozštevilommeritev,tj.10.Dobljenirezultat399,6zaokrožimona400.

Atomi nekaterih elementov, kot npr. urana in radona, razpadajo, pri tem se sprošča veliko energije, ki lahko škoduje živim bitjem. Pojav imenujemo radioaktivnost. O tem boš več zvedel v učni enoti 3.5 Zgradba atoma.

16

Naloga 2 Merjenje temperature zraka pri tleh čez dan

Meritve temperatur, vetra, padavin idr. opravlja Agencija RS za okolje (ARSO) z mrežo samodejnih postaj in digitalnimi registratorji po celi Sloveniji.

Vremenska postaja vsaki dve uri izmeri temperaturo. Rezultati so prikazani v preglednici. Iz podatkov meritev bomo narisali diagram.

1. Na milimetrsko mrežo podobno spodnji nariši diagram odvisnosti temperature od časa. Na vodoravno os nanašaj čas, na navpično pa temperaturo.

2. Dobljene točke poveži z ravnimi črtami. Dobil si diagram odvisnosti temperature od časa.

Oglej si prikaz podatkov samodejnih postaj za meritve podatkov o vremenu na spletni strani ARSO.

NA KRATKO

• Razdaljemerimozmetri,masostehtnicami,časzuramiintemperaturostermometri.

• Česerezultativečmeritevmedsebojrazlikujejo,upoštevamonjihovopovprečnovrednost.

• Primerjenjusozmerajprisotnenapake,kisolahkoposledicanenatančnostimerilnikaalinenatančnegaodčitavanja.

• Čejenapakaizraženavmerskienoti,joimenujemoabsolutnanapaka,čepajeizraženakotdeležcelotnegamerjenca,joimenujemorelativnanapaka.

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24ura dneva

tem

pera

tura

/˚C

16

14

12

10

8

6

4

2

0

3. a) Kateri del diagrama prikazuje najvišjo temperaturo? b) Kateri del diagrama prikazuje najnižjo temperaturo?

4. Iz diagrama odčitaj: a) ob kateri uri je bilo najbolj toplo in b) ob kateri uri je bilo najbolj hladno.

Ura dneva Temperatura (°C)

02 3,6

04 4,3

06 5,6

08 7,5

10 10,2

12 12,3

14 13,4

16 13,1

18 11,4

20 8,9

22 6,5

24 5,1

17

RAZMISLI IN ODGOVORI

1. V trgovinah z železnim materialom določajo število vijakov s tehtanjem. V škatli je 250 vijakov, ki imajo maso 500 g. Želimo kupiti 100 vijakov. Kolikšno maso mora prodajalec odtehtati?

2. Fotografija dveh stavb je bila posneta z infrardečo kamero. a) Na katerih delih stavbe gre skozi stene več toplote in na katerih manj? b) Kje je stavba bolje izolirana in kje slabše? c) Katera od stavb je bolje izolirana?

3. Ar (simbol a) je enota za ploščino, velikosti 100 m2. Za oranje enega hektarja (ha) zemlje potrebujemo eno uro. Koliko časa je treba za oranje njive z dolžino 50 m in širino 50 m?

4. Izmerili smo, da je širina hodnika 250 cm. Absolutna napaka meritve je 2 cm. a) Kolikšna je relativna napaka te meritve? b) Kolikšna pa bi bila relativna napaka, če bi bil hodnik za polovico ožji, absolutna napaka pa bi ostala

enaka?

5. Z osebno tehtnico želimo stehtati kužka, a je razigran in noče obstati na tehtnici. Pomagamo si tako, da kužka primemo v naročje in se stehtamo skupaj z njim, potem pa stehtamo samo sebe in iz razlike obeh mas izračunamo maso kužka. Rezultati so:

1. meritev masa skupaj s kužkom 78,1 kg

2. meritev masa brez kužka 71,3 kg

izračun mase masa kužka 6,8 kg

a) Izračunajmo relativno napako obeh meritev in izračunane mase kužka. Upoštevaj, da osebne tehtnice navadno kažejo na 0,1 kg natančno. Absolutna napaka posamezne meritve je torej ±0,1 kg.

Namig: maso kužka izračunamo iz dveh meritev, zato je absolutna napaka take meritve dvakrat večja.

6. Naloga je o povprečni vrednosti meritve. a) Kako izračunamo povprečno vrednost nekih meritev? b) Kolikšna je povprečna vrednost treh meritev dolžine palice: l1 = 104,3 cm, l2 = 104,1 cm in l3 = 103,9 cm?

18

Preveri svoje znanje Merjenje v naravoslovjuNa koncu prvega poglavja smo. Če si znal odgovoriti na vprašanja pri učnih enotah, ti tudi ta vprašanja ne bodo delala težav. Odgovore vpisuj v zvezek.

1. Katera od spodnjih enot ni iz sistema osnovnih enot SI? Izberi pravilni odgovor.

A meter B kilogram C liter Č sekunda

2. Fizikalne količine v levem stolpcu poveži z ustreznimi enotami, zapisanimi v desnem stolpcu.

hitrost W masa kg/m3

čas m/s električni tok s delo A gostota kg moč J

3. Dolžina tekaške proge za maraton je 42.195 m. Kaj je pri tem podatku merska enota?

4. Spodnje količine pretvori v zahtevano mersko enoto.

15 t = kg

1,4 g = mg

1,5 km = m

13,3 dm2 = cm2

1 dan = s

365 dni = h

5. Vse elektrarne v Sloveniji proizvedejo 16 TWh električne energije na leto. Od tega 1 % prispevajo sončne elektrarne. Koliko GWh električne energije proizvedejo sončne elektrarne?

6. Dopolni manjkajoče besede v besedilu o napakah pri merjenju.

Vsaka je obremenjena z napako.

Če je napaka izražena kot delež glede na celotno vrednost, jo imenujemo napaka.

Napaka, ki nam pove, koliko smo se pri meritvi dejansko zmotili, pa se imenuje napaka.

19

7. a) Razdaljo tekaške proge smo merili 3-krat in dobili naslednje rezultate:

1. meritev 2. meritev 3. meritev

603 m 599 m 601 m

i) Izračunaj povprečno razdaljo tekaške proge. ii) Kolikšni sta absolutna in relativna napaka 2. meritve?

b) Trije atleti so progo pretekli v naslednjih časih:

1. atlet 2. atlet 3. atlet

1 min 35 s 1 min 44 s 1 min 28 s

i) Kateri atlet je najhitrejši? Pojasni. ii) Izračunaj povprečni čas vseh treh atletov. iii) S kolikšno povprečno hitrostjo je tekel najpočasnejši atlet? Izračunaš jo tako, da povprečno

pretečeno razdaljo deliš s časom atleta. iv) Kolikšna je povprečna hitrost vseh treh atletov? Primerjaj jo s povprečnima hitrostma

najhitrejšega in najpočasnejšega atleta.