Varmekapasitet og fasevarme – forsøk (Fysikk 1)

Varm is og vann jevnt og se hvordan temperaturen står stille mens isen smelter.

Faglig kvalitetssikret av lærere og toppstudenter · Følger læreplanen (LK20) · Sist oppdatert 2026-10-03

FramgangsmåteMåledataTeoriSensorspørsmål

Setter du en doppvarmer i en blanding av is og vann, kunne du tro at temperaturen stiger med en gang. Men den står stille på ≈ 0 °C så lenge det er is igjen. Først når den siste isbiten er smeltet, begynner vannet å bli varmere. Grafen får et tydelig platå.

Hensikt

Vise med et enkelt forsøk hvordan varmekapasitet og fasevarme virker: varme opp en blanding av is og vann jevnt og se hvordan temperaturen endrer seg.

Hypotese

Temperaturen stiger ikke så lenge det er is igjen. Først når all isen er smeltet, begynner vannet å bli varmere.

Varmekapasitet og fasevarme forklart enkelt

Kort forklart

Så lenge is og vann er blandet, går tilført varme til å smelte isen (Q = L·m) og temperaturen holder seg ≈ 0 °C. Først når isen er borte, brukes varmen til å øke temperaturen (Q = c·m·ΔT).

Mange elever søker etter varmekapasitet, fasevarme, smeltevarme, Q = c·m·ΔT, Q = L·m, indre energi og termofysikkens lover. Her er teorien, framgangsmåten, en realistisk temperatur-tid-tabell, et regneeksempel, sensorspørsmål og feilkilder samlet på én side.

Forsøket hører til termofysikkdelen av Fysikk 1. Poenget er å se forskjellen på energi som endrer temperatur og energi som driver en faseovergang. Et tydelig platå på temperatur-tid-grafen er beviset på at det finnes en fasevarme.

Dette søker elever ofte hjelp til

Vanlige spørsmål før forsøket
  • Hvorfor stiger ikke temperaturen mens isen smelter?
  • Når bruker jeg Q = c·m·ΔT og når bruker jeg Q = L·m?
  • Hva er egentlig indre energi?
  • Hva sier termofysikkens 1. og 2. lov?
  • Hvorfor regner vi i kelvin?

Disse spørsmålene møter du både i rapporten og på muntlig. Bruk begrepene varme, indre energi, varmekapasitet, fasevarme og absolutt temperatur presist, så viser du at du forstår energien bak målingen.

HMS og sikkerhet

Før du starter
  • Doppvarmeren og vannet blir varmt – pass på så du ikke brenner deg.
  • Hold doppvarmeren nedsenket i vann mens den er på, aldri i tørt beger.
  • Skru av og trekk ut støpselet før du tar i utstyret.
  • Tørk opp søl, så du ikke får vann i kontakter.

Utstyr du trenger

  • Varmeelement (doppvarmer / dyppkoker)
  • Beger med is og litt vann
  • Termometer
  • Stoppeklokke
  • Rørepinne
  • Skjema for resultater

Framgangsmåte – steg for steg

  1. Ha knust is og litt vann i begeret.
  2. Sett termometeret ned i is- og vannblandingen.
  3. Start doppvarmeren og stoppeklokka samtidig.
  4. Les av temperaturen hvert minutt.
  5. Rør forsiktig hele tiden så temperaturen blir jevn.
  6. Fortsett målingene et par minutter etter at all isen er smeltet.
  7. Tegn en temperatur-tid-graf og se etter platået ved 0 °C.

Måledata og observasjoner

En typisk måleserie ser slik ut. Temperaturen står stille på 0 °C mens isen smelter, og stiger først når isen er borte:

Tid (min)Temperatur (°C)Hva skjer
00Is og vann; isen begynner å smelte
10Isen smelter – platå
20Isen smelter – platå
30Isen smelter – platå
40Siste is smelter
53All is borte; vannet varmes
69Temperaturen stiger jevnt
715Temperaturen stiger jevnt
821Vannet fortsetter å bli varmere

Grafen er flat de første fire minuttene – det er platået der isen smelter. Etter minutt 4 stiger temperaturen jevnt, omtrent 6 °C i minuttet, fordi hele effekten nå går til å varme vannet.

Teorien bak

I termofysikk regner vi ofte med absolutt temperatur i kelvin: T = t + 273 K. Det absolutte nullpunktet er 0 K = −273,15 °C, den laveste temperaturen som finnes. En temperaturendring er like stor i kelvin og celsius, så ΔT = 20 K = 20 °C.

Indre energi er summen av all energien til partiklene i stoffet: indre kinetisk energi (translasjon, rotasjon og vibrasjon) og indre potensiell energi (blant annet energien i bindinger ved faseoverganger og kjemisk energi). Tilført varme kan enten øke farten til partiklene (høyere temperatur) eller brukes til å bryte bindinger (faseovergang).

Varme (Q) er energi som overføres på grunn av en temperaturforskjell. Varme går aldri av seg selv fra kaldt til varmt – det er termofysikkens 2. lov. Isen smelter fordi doppvarmeren er varmere enn blandingen, ikke omvendt.

Termofysikkens 1. lov er energibevaring: ΔU = Q + W. Endringen i indre energi er lik tilført varme pluss arbeid utført på systemet. Vi regner Q positiv når varme tilføres systemet, og W positiv når omgivelsene gjør arbeid på systemet.

Så lenge et stoff ikke skifter fase, henger tilført varme og temperaturendring sammen gjennom varmekapasiteten: Q = c·m·ΔT. For vann er c ≈ 4180 J/(kg·K). Stor c betyr at det trengs mye energi for å endre temperaturen.

Under en faseovergang holder temperaturen seg konstant. Energien går til å bryte bindingene mellom molekylene, ikke til å øke farten deres. Energien som trengs, er fasevarmen: Q = L·m. For smelting av is er smeltevarmen L ≈ 334 kJ/kg (334 000 J/kg). Derfor står temperaturen stille på ≈ 0 °C så lenge det er is igjen.

Regneeksempel: energi til smelting og oppvarming

Regn ut hvor mye energi som trengs for 0,050 kg is, først til å smelte den og deretter til å varme det smeltede vannet fra 0 °C til 20 °C:

StegFormel og innsettingEnergi
(a) Smelte 0,050 kg isQ = L·m = 334 000 · 0,05016 700 J ≈ 16,7 kJ
(b) Varme vannet 0 → 20 °CQ = c·m·ΔT = 4180 · 0,050 · 204180 J ≈ 4,18 kJ
Nøkkelpoeng

Det går mye mer energi til å smelte isen (16,7 kJ) enn til å varme det samme vannet 20 grader (4,18 kJ) – nesten fire ganger så mye. Derfor holder is- og vannblandingen seg ≈ 0 °C helt til all isen er borte, og temperaturen stiger først etterpå.

Typiske problemstillinger sensor stiller

Hvorfor stiger ikke temperaturen mens isen smelter?

Fordi energien går til å bryte bindingene i iskrystallene (smeltevarmen Q = L·m), ikke til å øke farten til molekylene. Under en faseovergang holder temperaturen seg konstant, så blandingen ligger på ≈ 0 °C til all isen er smeltet.

Hva er forskjellen på Q = c·m·ΔT og Q = L·m?

Q = c·m·ΔT gjelder når et stoff endrer temperatur uten å skifte fase. Q = L·m gjelder under selve faseovergangen, der temperaturen er konstant og energien brukes til å bryte bindinger.

Hva sier termofysikkens 1. lov?

ΔU = Q + W. Endringen i indre energi er lik tilført varme pluss arbeidet som gjøres på systemet. Det er energibevaring – energi forsvinner ikke, den skifter bare form.

Hvorfor bruker vi kelvin?

Kelvinskalaen starter i det absolutte nullpunktet (0 K = −273,15 °C), så absolutt temperatur T = t + 273 K er alltid positiv. En temperaturendring er likevel like stor i K og °C.

Hva er indre energi?

Summen av partiklenes indre kinetiske energi (translasjon, rotasjon, vibrasjon) og indre potensielle energi (bindingsenergi ved faseoverganger og kjemisk energi). Temperaturen henger sammen med den kinetiske delen.

Hvorfor går varme aldri av seg selv fra kaldt til varmt?

Det er termofysikkens 2. lov. Varme strømmer spontant bare fra varmt til kaldt. Skal du flytte varme motsatt vei, som i et kjøleskap, må du tilføre arbeid.

Hvorfor går det mer energi til smelting enn til oppvarming?

Fordi smeltevarmen er stor (L ≈ 334 kJ/kg). Å smelte 0,050 kg is krever 16,7 kJ, mens å varme det samme vannet 20 grader bare krever 4,18 kJ.

Slik vurderer sensor

Det som gir karakter 6
  • Du forklarer hvorfor temperaturen står stille mens isen smelter.
  • Du skiller riktig mellom Q = c·m·ΔT og Q = L·m.
  • Du bruker termofysikkens 1. lov og begrepet indre energi.
  • Du vurderer feilkilder som varmetap og ujevn temperatur.

Typiske elevfeil å unngå

Vanlige feil
  • Tror temperaturen stiger jevnt hele tiden, også mens isen smelter.
  • Bruker Q = c·m·ΔT under faseovergangen, der ΔT = 0.
  • Glemmer å regne om til kelvin eller til kilogram.
  • Tror at mer varme alltid betyr høyere temperatur.

Feilkilder

  • Varmetap til omgivelsene og begeret – det er ikke et perfekt kalorimeter.
  • Doppvarmeren gir ikke helt jevn effekt.
  • Termometeret måler bare der det står – rør for jevn temperatur.
  • Is som stikker opp av vannet smelter tregere enn den nedsenkede.

Variasjoner av forsøket

  • Vei isen og vannet og regn ut energien som trengs teoretisk.
  • Mål doppvarmerens effekt og anslå hvor lenge platået bør vare.
  • Fortsett til vannet koker og se et nytt platå ved 100 °C (fordampningsvarme).
  • Bruk et bedre isolert kar (kalorimeter) og sammenlign resultatene.

Sentrale begreper

  • Absolutt temperatur (T) – temperatur i kelvin; T = t + 273 K, med 0 K = −273,15 °C.
  • Indre energi (U) – summen av partiklenes kinetiske og potensielle energi.
  • Varme (Q) – energi som overføres på grunn av en temperaturforskjell.
  • Varmekapasitet – Q = c·m·ΔT; for vann er c ≈ 4180 J/(kg·K).
  • Fasevarme / smeltevarme (L) – energi per kg for å skifte fase; for is er L ≈ 334 kJ/kg.
  • Termofysikkens 1. lov – ΔU = Q + W; energibevaring.
  • Termofysikkens 2. lov – varme går aldri av seg selv fra kaldt til varmt.

Kompetansemål forsøket dekker

  • Gjøre rede for indre energi, varme og temperatur og bruke termofysikkens lover.
  • Bruke Q = c·m·ΔT og Q = L·m i beregninger.
  • Planlegge og gjennomføre forsøk, lage grafer og vurdere feilkilder.

Ofte stilte spørsmål

Hvorfor stiger ikke temperaturen mens isen smelter?

Fordi energien fra doppvarmeren går til å bryte bindingene i iskrystallene (smeltevarmen Q = L·m), ikke til å øke farten til molekylene. Under en faseovergang holder temperaturen seg konstant, så blandingen ligger på ≈ 0 °C til all isen er smeltet.

Hva er forskjellen på Q = c·m·ΔT og Q = L·m?

Q = c·m·ΔT gjelder når et stoff endrer temperatur uten å skifte fase. Q = L·m gjelder under selve faseovergangen, der temperaturen er konstant og energien brukes til å bryte bindinger.

Hva sier termofysikkens 1. lov?

ΔU = Q + W. Endringen i indre energi er lik tilført varme pluss arbeidet som gjøres på systemet. Det er energibevaring – energi forsvinner ikke, den skifter bare form.

Hvorfor går det mer energi til å smelte isen enn til å varme vannet?

Fordi smeltevarmen er stor (L ≈ 334 kJ/kg). Å smelte 0,050 kg is krever 16,7 kJ, mens å varme det samme vannet 20 grader bare krever 4,18 kJ.

Dypere forklaring: energien bak platået

Følg energien fra doppvarmeren. Så lenge det er is igjen, går all tilført varme til å bryte bindingene mellom vannmolekylene i iskrystallene. Dette er smeltevarmen, Q = L·m, og den øker ikke farten til molekylene – bare deres potensielle energi. Derfor endres den indre energien uten at temperaturen stiger, og blandingen ligger på ≈ 0 °C. Blandingen kjennes like kald hele denne tiden, uansett hvor lenge du varmer, helt til den siste isbiten er borte.

Når isen er smeltet, har varmen ingen bindinger igjen å bryte. Nå går energien til å øke den indre kinetiske energien til molekylene, altså farten deres, og da stiger temperaturen. Fra det punktet gjelder Q = c·m·ΔT, og grafen går fra flat til stigende. Med et regneeksempel blir forskjellen tydelig: å smelte 0,050 kg is krever 16 700 J, mens å varme det smeltede vannet 20 grader bare krever 4180 J. Det er nesten fire ganger mer energi til smelting enn til oppvarming, og det forklarer hvorfor platået i grafen er så tydelig. Husk å regne i kilogram og å bruke kelvin når du jobber med absolutt temperatur; en temperaturendring er uansett like stor i K og °C.

Flere vanlige spørsmål om varme og faseoverganger

Hvorfor bruker vi kelvin i beregninger?

Kelvinskalaen starter i det absolutte nullpunktet (0 K = −273,15 °C), så absolutt temperatur T = t + 273 K er alltid positiv og proporsjonal med den indre kinetiske energien. Selve temperaturendringen ΔT er likevel like stor i K og °C.

Hva er indre energi egentlig?

Summen av partiklenes indre kinetiske energi (translasjon, rotasjon, vibrasjon) og indre potensielle energi (bindingsenergi ved faseoverganger og kjemisk energi). Temperaturen henger sammen med den kinetiske delen, mens faseovergangen endrer den potensielle.

Hvorfor går varme aldri av seg selv fra kaldt til varmt?

Det er termofysikkens 2. lov. Varme strømmer spontant bare fra varmt til kaldt. Vil du flytte varme motsatt vei, som i et kjøleskap eller en varmepumpe, må du tilføre arbeid.

Hva sier fortegnene i ΔU = Q + W?

Vi regner Q positiv når varme tilføres systemet, og negativ når systemet gir fra seg varme. W er positiv når omgivelsene gjør arbeid på systemet, og negativ når systemet gjør arbeid på omgivelsene.

Hvor blir det av energien mens temperaturen står stille?

Den lagres som indre potensiell energi når bindingene brytes. Molekylene i vann har mer potensiell energi enn i is. Energien er ikke borte – den har bare skiftet form, i tråd med 1. lov.

Hvorfor er forsøket ikke et perfekt kalorimeterforsøk?

Fordi begeret ikke er isolert, så noe varme lekker til og fra omgivelsene, og doppvarmeren gir ikke helt jevn effekt. Måleseriens tall er derfor tilnærmet, men platået ved 0 °C kommer tydelig fram likevel.

Klar for muntlig-praktisk?

Øv på flere Fysikk 1-forsøk og eksamensoppgaver med fasit.

Gå til Fysikk 1

Relaterte sider

Spesifikk varmekapasitetSmeltevarmeIssmelting-grafFysikk 1Alle Fysikk 1-forsøkSpesifikk varmekapasitetSmeltevarmeIsmelting-graf

Relaterte sider

← Tilbake til ifingo