Hoofdstuk 3 Warmte en lucht

§1

Water komt voor als:

• vaste stof; ijs
• vloeistof; water
• gas; waterdamp

De drie toestanden waarin je water kan tegenkomen noem je fasen (toestand). Waterdamp wordt vaak gebruikt voor nevel, maar dit is onjuist want gas kun je niet zien. Als je druppels kan zien gaat het om de vloeibare toestand van water.

Sneeuw bestaat uit ijskristallen. Hierin is een zeshoekige structuur te herkennen. Bijna elke vaste stof heeft zijn eigen kenmerkende kristalstructuur.

Fase-overgang: een stof neemt een andere vorm aan.

Verschillende fase-overgangen zijn;

• smelten = van vast naar vloeibaar
• verdampen = vloeistof wordt gas
• condenseren = gas wordt vloeistof
• stollen (bij water heet dit bevriezen) = vloeistof wordt gas
• sublimeren = vast wordt in een keer gas
• rijpen = gas wordt in een keer vast

Douw: kleine waterdruppels die ontstaan wanneer waterdamp in de lucht condenseert op koude voorwerpen.

Rijp: een ondoorzichtig laagje ijskristallen op voorwerpen met een temperatuur onder het vriespunt. Dit wordt rijpen genoemd.

IJzel: zeer koude regen die bevriest wanneer het de grond raakt. Er ontstaat een doorzichtig ijslaagje. Ook maakt het de wegen erg glad.

§2

Je gevoel voor temperatuur is niet erg betrouwbaar.

Temperatuur: hoeveel graden het werkelijk is.

Gevoelstemperatuur: de lager/hogere temperatuur die je kan voelen door wind of kou.

De temperatuur van de lucht bepaal je met een thermometer. Weerkundigen gebruiken een kastje die buiten op anderhalve meter hoogte hangt en waar de lucht gemakkelijk in en uit kan.

Een bekende thermometer is een vloeistofthermometer. Deze 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, nu vaak alcohol.

Meetbereik: het verschil tussen de hoogste en de laagste temperatuur van een thermometer.

Een thermometer is pas bruikbaar als hij een schaal verdeling heeft.

Dit doe je zo:

• Het nulpunt is het niveau van de bloeistof bij de temperatuur van smeltend ijs
• Het honderdpunt is het niveau van de vloeistof bij de temperatuur van kokend water
• De afstand van deze niveau wordt met streepjes in honderd gelijke graden verdeeld
• Ten slotte worden ook streepjes met dezelfde tussenruimte onder het nulpunt en boven het honderpunt gezet.

Andere soorten thermometers:

• De koortsthermometer = In het verleden meestal een vloeistofthermometer nu een digitale. Het reservoir en de stijgbuis zijn groter zodat je de temperatuur op een tiende graad kan aflezen. Bij de digitale wordt de temperatuur in cijfers aangegeven.
• De oorthermometer: Werkt elektronisch en hij kan na een seconde al je lichaamstemperatuur aflezen

Is je lichaamstemperatuur hoger dan 40 graden dan heb je koorts, lager dan 37 graden dan ben je onderkoelt.

Bijna alle vloeistoffen krimpen als de temperatuur daalt, behalve water vanaf 4 graden. Als het namelijk nog verder daalt zet het uit. Als het daarna nog verder bevriest neemt het volume van het water toe met ongeveer 10 %.

§3

Water verdampt bij elke temperatuur tussen de 0 en 100 graden Celsius in de vorm van waterdamp. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller iets verdampt.

Als je water kookt ontstaan er net voordat de temperatuur 100 graden is bubbels die voordat ze het wateroppervlak raken knappen, dit heet ‘zingen’. Als de bellen het oppervlak wel bereiken en dan uit elkaar spatten noem je het koken; het water verdampt niet alleen aan het wateroppervlak maar ook in de vloeistof zelf.

Kookpunt: De temperatuur waarbij een vloeistof kookt (gaat verdampen)

Smeltpunt: De temperatuur waarbij een vloeistof smelt (vloeibaar wordt)

Stolpunt (vriespunt): De temperatuur waarbij een vloeistof bevriest (vast wordt)

Als je keukenzout of antivries aan water toevoegt wordt het vriespunt lager.

Het verloop van de tijd van een stof tijdens het smelten en stollen geef je weer in een smelt- en in een stoldiagram.

Absolute nulpunt: De laagste temperatuur die er bestaat (-273,15 graden Celsius). Natuurkundigen proberen al meer dan honderd jaar hierbij in de buurt te komen.

§4

Ziektekiemen in water kun je doden door het water enige tijd te koken.

Spoelwater: Water dat er voor zorgt dat vuil en afvalstoffen in de afvoer of het riool worden gespoeld.

Opgeloste stoffen in water geven dit hun speciale ‘smaak’ (bijv. zeewater = zout en rivierwater = zout)

Hard water is water met veel kalk en zacht water is water met weinig kalk. Als hard water wordt verwarm ontstaat er kalk aanslag, ketelsteen. Dit zet zich af op plaatsen waar het water wordt verwarm. Drinkwaterbedrijven halen niet alle kalk uit het water omdat kalk gezond kan zijn.

De eenvoudigste manier om zuiver water te maken het destilleren: het water verdampen en het daarna weer laten condenseren. De opgevangen vloeistof het destillaat. De opgeloste stoffen die overblijven vormen het residu.

Met deze methode kun je zuiver drinkwater bereiden. Dit is echter te duur om op grote schaal te doen.

De maximale hoeveelheid stof die je per liter kunt oplossen, noem je de oplosbaarheid van die stof. Bij hogere temperatuur neemt de oplosbaarheid van de meeste stoffen toe, behalve van de gassen, hier neemt het juist af.

§5

Rond de aarde bevindt zich een laag lucht; de dampkring  of de atmosfeer genoemd. Daarbuiten is een lege ruimte, dit noem je een vacuüm. Je kan niet zeggen hoe dik de atmosfeer precies is want hoe hoger je komt, hoe hij wordt.

Lucht is een mengsel van een aantal gassen:

• stikstof (78 %)
• zuurstof (21 %)
• koolstofdioxide (0,03 % (gemiddelde))

Alle lucht boven je hoofd oefent druk uit of je lichaam. Dit noem je luchtdruk. Doordat je longen tegendruk geven, wordt je borstkas niet in elkaar geperst.

Met een barometer kun je meten hoe groot de luchtdruk is. Hierin is de lucht voor het grootste deel uitgepompt en er zit een glaasje op die gemakkelijk kan worden ingedrukt. door een veer en scharnier, kan de wijzer precies aangeven wat de druk is.

De eenheid van druk is de Pa (pascal). De gemiddelde luchtdruk is 1010 hPa (hecto-pascal). Een lage luchtdruk is 970 hPa, een hoge 1050 hPa. Op barometers en weerkaarten wordt de luchtdruk aangegeven in millibar.

1 hPa = 100 Pa

1 millibar = 1 hPa

De luchtdruk op aarde is even zwaar als 10 meter water.

De dichtheid van lucht is bijna 800 maal zo klein als die van water.

Hogedrukgebieden = gebieden met een hoge luchtdruk

Lagedrukgebieden = gebieden met een lage luchtdruk

Als de aarde zou stilstaan, zou alle lucht van de gebieden met een hoge druk, naar de gebieden met een lage druk stromen. Maar dit is niet zo en dit heeft als gevolg dat de lucht spiraalsgewijs rond het hoge- of lagedrukgebied gaat waaien.

Hoe krachtig de wind is, wordt aangegeven met de Beaufortschaal.