Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 3

Transcriptie

1 Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 3 Samenvatting door een scholier 2821 woorden 5 februari ,3 57 keer beoordeeld Vak Methode Natuurkunde Nova Samenvatting hoofdstuk 3 1 t/m Water komt voor als: vaste stof: ijs, vloeistof: (vloeibaar) water, gas: waterdamp. - De drie toestanden waarin je water (en veel andere stoffen) kunt tegenkomen (vaste stof, vloeistof en gas), noem je fasen. - Waterdamp is een onzichtbaar gas. Als je druppeltjes kunt zien, gaat het om de vloeibare toestand van water. - Sneeuw bestaat uit ijskristallen die allerlei mooie vormen hebben. Maar in al die verschillende vormen kun je dezelfde zeshoekige structuur herkennen. Deze kristalstructuur is kenmerkend voor ijs. Bijna elke vaste stof heeft een eigen kenmerkende kristalstructuur. - Als ijs smelt, zie je water van fase veranderen: van vast wordt het vloeibaar. Daarom noem je smelten een fase-overgang. Andere fase-overgangen zijn: Verdampen: vloeistof wordt gas, bijv. water wordt waterdamp. Condenseren: Gas wordt vloeistof, bijv. waterdamp wordt water. Stollen: vloeistof wordt vaste stof, bijv. vloeibaar kaarsvet wordt vast. - Bij water noem je de overgang van vloeibaar naar vast niet stollen, maar bevriezen. - Dauw bestaat uit kleine waterdruppeltjes. Deze druppeltjes ontstaan doordat waterdamp in de lucht condenseert op koude voorwerpen (maar niet zo koud dat de tempratuur onder het vriespunt komt). - Rijp bestaat uit een ondoorzichtig laagje ijskristallen op voorwerpen met een temperatuur onder het vriespunt. In feite gaat hierbij waterdamp direct over in ijs zonder eerst vloeibaar te worden. - IJzel is zeer koude regen (beneden nul graden Celsius!) die bevriest wanneer deze de grond raakt. De ijslaag die zo ontstaat, is altijd doorzichtig. - Omgekeerd kan sneeuw direct overgaan in waterdamp zonder eerst te smelten: dat zie je s winters vaak als een sneeuwlaag steeds dunner wordt terwijl het vriest. Pagina 1 van 6

2 Deze directe overgang van sneeuw of ijs naar waterdamp wordt sublimeren genoemd. 2 - Het weerbericht vermeldt daarom s winters vaak niet alleen de echte tempratuur, maar ook de gevoelstemperatuur: de lagere temperatuur die je ten gevolge van de windsnelheid op dat moment lijkt te voelen. - Als je de temperatuur van de lucht precies wilt bepalen, heb je een thermometer nodig. - Weerkundigen gebruiken een thermometer die in een speciaal kastje hangt, anderhalve meter boven de grond. in dat kastje zitten openingen waar de lucht vrij in en uit kan. Op deze manier kan de temperatuur van de buitenlucht betrouwbaar worden gemeten. - Een bekend soort thermometer is de vloeistofthermometer. Zo n thermometer bestaat uit een reservoir en een stijgbuis waarlangs een schaalverdeling is aangebracht. Het reservoir en een deel van de stijgbuis zijn gevuld met een vloeistof: vroeger meestal kwik en tegenwoordig vaak alcohol. Als de temperatuur stijgt, zet de vloeistof uit. De vloeistof gaat dan in de buis omhoog. Als de temperatuur daalt, krimpt de vloeistof weer en daalt het vloeistofniveau. Omdat de buis erg nauw is, zie je de vloeistof al stijgen of dalen bij kleine temperatuurverschillen. - Het verschil tussen de hoogste en laagste temperatuur die je met een thermometer kunt meten, wordt het meetbereik van de thermometer genoemd. - Het is niet moeilijk om een schaalverdeling te maken: Het nulpunt (0 C) is het niveau van de vloeistof bij de temperatuur van smeltend ijs. Het honderdpunt (100 C) is het niveau van de vloeistof bij de temperatuur van kokend water. De afstand tussen deze niveaus wordt met streepjes in honderd gelijke delen (graden) verdeeld. Ten slotte worden ook streepjes met dezelfde tussenruimte onder het nulpunt en boven het honderdpunt gezet. - Een koortsthermometer was in het verleden meestal een vloeistofthermometer met een meetbereik van 35 C tot 43 C. De stijgbuis is nauwer en het reservoir is groter dan bij gewone thermometers. Daardoor is de ruimte tussen de graadstreepjes zo groot dat je de temperatuur gemakkelijk tot op een tiende graad nauwkeurig kunt aflezen. - Als je lichaamstemperatuur meer dan 40 C is, heb je flinke koorts. Je lichaamstemperatuur kan ook lager zijn dan 37 C, dan ben je onderkoeld. - Bijna alle vloeistoffen krimpen als de temperatuur daalt. Toch is er een belangrijke uitzondering op deze regel: water tussen 4 C en 0 C. Als water afkoelt, krimpt het net als andere vloeistoffen tot de temperatuur 4 C is. Maar als het nog verder afkoelt, van 4 C tot 0 C, gaat het juist weer uitzetten. Als het water daarna bevriest, zet het nog verder uit: als 1 dm3 water van 0 C bevriest, ontstaat er ongeveer 1,1 dm3 ijs. Het volume neemt tijdens het bevriezen dus toe met ongveer 10%. Dat is ook de reden dat je moet proberen te voorkomen dat waterleidingen in de winter bevriezen. Ze kunnen dan namelijk kapotvriezen. Pagina 2 van 6

3 3 - Water verdampt bij elke temperatuur tussen 0 C en 100 C. Bij het wateroppervlak verdwijnt dan voortudrend water in de vorm van waterdamp. Hoe hoger de temperatuur, des te senller het water verdampt. - Als je water aan de kook brengt kom er op een gegeven moment bellen. Ze ontstaan bij de bodem en verdwijnen weer, voor ze het wateroppervlak bereiken (zingen van het water). Op een bepaald moment bereiken de dampbellen wel het wateroppervlak en barsten daar uit elkaar. Dat is koken: het water verdampt nu niet alleen aan het wateroppervlak, maar overal in de vloeistof. Dat gebeurt bij 100 C. - Als je doorgaat met verwarmen, blijft het water koken tot het helemaal verdampt is. De temperatuur van het water blijft daarbij steeds 100 C. Deze temperatuur noem je het kookpunt van water. - De temperatuur van 0 C noem je het smeltpunt van ijs of het vriespunt van water. - Als je keukenzout of antivries aan het water toevoegt, wordt het vriespunt lager. Dit mengsel bevriest dan niet meer bij 0 C, maar pas bij een lagere temperatuur. Hoe meer zout of antivries je toevoegt, des te lager wordt het vriespunt. - In tabel 1 staat het smeltpunt of stolpunt van een aantal stoffen (het woord vriespunt gebruik je alleen bij water). Net als het kookpunt is het smeltpunt (stolpunt) een kenmerkende eigenschap van de stof. - Als je vast stearinezuur verwarmt, stijgt de temperatuur tot 69 C: het smeltpunt. het gaat smelten. Als je doorgaat met verwarmen, blijft de temperatuur 69 C, totdat alle stearinezuur is gesmolten. Daarna stijgt de temperatuur weer. Het verloop van de temperatuur tegen de tijd bij het smelten van een stof kun je weergeven in een smeltdiagram. - Als je vloeibaar stearinezuur laat afkoelen, daalt de temperatuur tot 69 C: het stolpunt van stearinezuur. De temperatuur blijft 69 C totdat alle stearinezuur is gestold. Daarna daalt de temperatuur verder. - De laagste temperatuur is -273,15 C, die wordt het absolute nulpunt genoemd. - 0 K (kelvin) = -273,15 C. Een graad temperatuurverschil op de Kelvinschaal komt overeen met een graad temperatuurverschil op de Celsiusschaal. - 1 C = 274 K -1 C = 272 K 4 - In een Nederlands huishouden stroomt per persoon per dag gemiddeld 124 liter water uit de kraan. De meeste ziektekiemen kun je doden door het water enige tijd te koken. Douchen: 44L Toilet: 36L Koken: 2L Wasmachine: 18L Overige: 24L - Bij douchen, toilet doorspoelen en handen wassen neemt het stromende water vuil en afvalstoffen mee. Het spoelwater zorgt ervoor dat deze stoffen via de afvoer in het riool terechtkomen. - Ook als je soep maakt uit een pakje, thee zet of groente kookt, is water nodig. - Zo verspil je alleen al door tandenpoetsen bij een lopende kraan ruim 150 liter per jaar. Pagina 3 van 6

4 - Suiker is een stof die oplost in water. Water is hier het oplosmiddel. - In zeewater is van nature veel zout opgelos: wel 35 gram per liter. Het aantal opgeloste stof per liter noem je de concentratie van die oplossing. - Andere opgeloste stoffen zijn verontreinigingen in de lucht, die met regendruppels mee naar beneden komen. Zo ontstaat zure regen. - In gebieden met een kalkrijke bodem bevat het grondwater veel opgeloste kalk. Je noemt dat hard water. Water met weinig kalk heet zacht water. - Als hard water wordt verwarmd, ontstaat kalkaanslag, ook wel ketelsteen genoemd. Deze ketelsteen zet zich af op plaatsen waar het water wordt verwarmd. Bijv. op het verwarmingselement van de wasmachine groeien dan dikke lagen ketelsteen. Door de kalkaanslag gaan apparaten sneller stuk. - Een ander nadeel van hard water is dat je meer wasmiddel nodig hebt dan bij zacht water. - Van kalk krijg je bijv. sterke botten en tanden. De drinkwaterbedrijven halen daarom niet alle kalk uit het water. Alleen uit hard water wordt een deel van de kalk weggehaald. - De eenvoudigste manier om heel zuiver water te maken, is het water verdampen en die damp weer te laten condenseren. Dat proces heet destilleren. De opgevangen zuivere vloeistof heet het destillaat. De opgeloste stoffen die achterblijven, vormen het residu. - Je kunt in 1 liter water van 20 C veel zout oplossen. Bij 359 gram zout is de oplossing verzadigd met zout. Als je nog meer zout toevoegt, blijft dat zout op de bodem liggen. De maximale hoeveelheid stof die je per liter kunt oplossen, noem je de oplosbaarheid van die stof. Bij hogere temperaturen neemt de oplosbaarheid in water van de meeste stoffen toe. Gassen lossen bij hogere temperaturen juist minder goed op. Bij warm weer treedt soms massale vissterfte op, omdat er door de hoge watertemperatuur te weinig zuurstof in het water zit. 5 - Rond de aarde bevindt zich een laag lucht: de dampkring of de atmosfeer genoemd. Daarbuiten is er alleen lege ruimte. Zo n luchtledige ruimte heet een vacuüm. - Het is moeilijk om precies te zeggen hoe dik de atmosfeer is, omdat deze bij een toenemende hoogte steeds ijler wordt. Vanaf een bepaalde hoogte is de lucht zo ijl dat mensen er niet meer goed kunnen ademhalen. - Op de hoogste bergen (ong. 8 km boven zeeniveau) is er al zo weinig lucht dat bergbeklimmers flessen met zuurstof mee naar boven moeten nemen. - De luchtlaag waarin mensen kunnen leven, is vergeleken met de aarde zelf niet erg dik. Als de aarde de grootte van een voetbal zou hebben, zou deze luchtlaag minder dan een millimeter dik zijn. - Lucht is een mengsel van een aantal gassen. Enkele van die gassen zijn: Stikstof (N 2): lucht bestaat voor het grootste deel (78%) uit stikstof. Zuurstof (O2): lucht bestaat voor ongeveer 21% uit zuurstof. Zuurstof is nodig voor verbranding. Koolstofdioxide (CO2): lucht bestaat slechts voor (gemiddeld) 0,03% uit koolstofdioxide. Toch is het een heel belangrijk gas. Planten hebben het nodig om te kunnen groeien. De bubbeltjes in priklimonade en Pagina 4 van 6

5 bier zijn belletjes koolstofdioxide (koolzuurgas). - Alle lucht boven je hoofd heeft bij elkaar een behoorlijk gewicht. Daardoor oefent die lucht een druk uit op alles wat zich op aarde bevindt. Deze druk noem je de luchtdruk. Het merkwaardige is dat je meestal niets van de luchtdruk merkt. Dat komt doordat er bijna altijd een tegendruk is. - Met een barometer kun je meten hoe groot de luchtdruk is. - Een veelgebruikt soort barometer is de metaalbarometer. In zo n barometer zit een metalen doosje waar de lucht grotendeels uitgepompt is. Hierdoor wordt het doosje een beetje in elkaar gedrukt. De boven- en onderkant van dit doosje zijn geribbeld en erg dun, en kunnen daardoor gemakkelijk een beetje op en neer bewegen. Als de luchtdruk groter wordt, zal het doosje een beetje meer in elkaar worden gedrukt: de bovenkant van het doosje zal iets naar beneden bewegen. Als de luchtruk kleiner wordt, gebeurd het omgekeerde: de bovenkant van het doosje beweegt dan wat naar boven. De bewegingen van boven en onder worden overgebracht op een wijzer en die geeft de grootte van de luchtdruk aan. - De eenheid van druk is de Pa (Pascal). Bij het weerbericht wordt de luchtdruk opgegeven in hpa (hectopascal). 1 hpa = 100 Pa. - Gemiddeld is de luchtdruk 1010 hpa. Een erg lage luchtdruk is 970 hpa, een erg hoge 1050 hpa. - Op barometers en weerkaartjes wordt de luchtdruk nog vaak aangegeven in millibar. 1 millibar = 1 hpa. - Als de luchtlaag om de aarde zou worden vervangen door een tien meter dikke laag water, zou de druk op het aardoppervlak even groot blijven: de luchtdruk is even groot als de druk van een waterkolom van tien meter hoogte. - De luchtdruk neemt af naarmate je hoger in de atmosfeer komt. Daarom kun je een barometer als hoogtemeter gebruiken. - De dichtheid van lucht is veel kleiner dan die van water (bijna 800 maal zo klein). De luchtlaag om de aarde is dan ook veel dikker dan tien meter. - Op weerkaartjes worden altijd de hogedrukgebieden (gebieden met een hoge luchtdruk) en lagedrukgebieden (gebieden met een lage luchtdruk) aangegeven. - Als de aarde zou stilstaan, zou de lucht rechtstreeks van het gebied met een hoge druk naar het gebied met een lage druk stromen. De windrichting was dan eenvoudig: bij het hogedrukgebied vandaan, naar het lagedrukgebied toe. Maar de aarde staat niet stil: ze draait om haar as. Dat heeft als gevolg dat de wind afbuigt en spiraalsgewijs rond het hoge- of lagedrukgebied gaat waaien. Hoe krachtig de wind is, wordt aangegeven met de Beaufortschaal. 7 - Als water verdampt, wordt de waterdamp opgenomen door de lucht. Daardoor bevat de lucht altijd wel waterdamp. - Warme lucht kan meer waterdamp bevatten dan koude lucht: 1 m3 lucht van 20 C kan 17,3 gram waterdamp opnemen. 1 m3 lucht van 0 C kan maar 4,8 gram waterdamp opnemen. - Als het overdag warm weer is, verdampt er vaak veel water. De lucht neemt dan grote hoeveelheden Pagina 5 van 6

6 waterdamp op. s Nachts koelt de lucht weer af. Als de temperatuur te ver daalt, kan de lucht al die waterdamp niet meer bevatten. Het teveel aan waterdamp zal dan condenseren in de vorm van kleine waterdruppeltjes: mist. - Kleine waterdruppeltjes die condenseren aan koude oppervlakten, vormen dauw. - De temperatuur waarbij de waterdamp gaat condenseren, heet het dauwpunt. - De hoogte van het dauwpunt hangt af van de hoeveelheid waterdamp in de lucht. Hoe meer waterdamp er in de lucht zit, des te eerder zal bij dalende temperatuur de waterdamp gaan condenseren: Als er 9,4 gram water in 1 m3 lucht zit, is het dauwpunt 10 C. Als er 6,8 gram water in 1 m3 lucht zit, is het dauwpunt 5 C en bij 4,8 gram water in 1 m3 is het dauwpunt 0 C. Als de lucht 9,4 gram waterdamp per m3 bevat, begint het al te dauwen als de temperatuur daalt tot 10 C. Maar als het 6,8 is zal de temperatuur moeten dalen tot 5 C voor er dauw ontstaat. - Je hebt veel kans op dauw wanneer het overdag warm geweest is en s avonds de hemel onbewolkt is. Aan het einde van zo n warme dag bevat de lucht veel waterdamp. De temperatuur waarbij de waterdamp begint te condenseren (het dauwpunt), ligt dan hoog. Als de hemel s avonds en s nachts onbewolkt is, zal het aardoppervlak sterk afkoelen. De kans dat de temperatuur daalt tot onder dauwpunt, is dan natuurlijk erg groot. - Als de zon het aardoppervlak verwarmt, wordt de grond op de ene plaats warmer dan op de andere. Op plaatsen waar de grond warmer is, wordt de lucht vlak bij de grond ook warmer dan de omringende lucht: er ontstaat op die plaatsen een grote bel met warme lucht. Omdat deze lucht warmer is dan de omringende lucht, zal de bel wat uitzetten. Hij krijgt daardoor een kleinere dichtheid dan de omringende lucht. Het gevolg is dat de bel met warme lucht in de koudere, omringende lucht omhooggaat. - Tijdens het stijgen koelt de lucht in de luchtbel af. Op een gegeven moment daalt de temperatuur tot aan het dauwpunt. De waterdamp in de luchtbel zal dan condenseren in de vorm van heel kleine waterdruppeltjes. De luchtbel wordt daardoor zichtbaar: er is een stapelwolk ontstaan. - Een stapelwolk is aan de onderkant meestal vlak. Dat is de hoogte waarop het dauwpunt werd bereikt. De toppen van de stapelwolk geven aan tot waar de bellen met warme lucht zijn opgestegen. Tussen stapelwolken in zijn er altijd stukken waar geen wolken zijn. Op die plaatsen daalt koudere lucht uit hogere luchtlagen. Pagina 6 van 6