Toegepaste fysica volledig

4,229 views
3,989 views

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,229
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
18
Actions
Shares
0
Downloads
56
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Toegepaste fysica volledig

  1. 1. THUISSTUDIE TOEGEPASTE FYSICA www.centrumvoorafstandsonderwijs.beCentrumvoorafstandsonderwijs.be Auteur: Ahmed Benkheil
  2. 2. Inhoudsopgave1 Algemene inleiding.....................................................................................................20 1.1 Materie en stoffen .................................................................................................20 1.2 Massa, volume en dichtheid..................................................................................21 1.3 Ondoordringbaarheid van stoffen..........................................................................21 1.4 Oplosbaarheid van stoffen ....................................................................................22 1.5 Intermoleculaire aantrekkingskrachten..................................................................22 1.5.1 Inleiding ............................................................................................................22 1.5.2 Vanderwaalskrachten........................................................................................22 1.5.3 Dipool – dipool interacties .................................................................................23 1.5.4 Waterstofbruggen..............................................................................................24 1.5.5 Ion – dipool interacties ......................................................................................24 1.6 SI – eenheden ......................................................................................................24 1.7 Oefeningen ...........................................................................................................252 Aggregatietoestanden en het deeltjesmodel ............................................................27 2.1 De drie fasen van een stof ....................................................................................27 2.2 Het deeltjesmodel .................................................................................................28 2.3 Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen....................................................................28 2.4 Invloed van de temperatuur ..................................................................................30 2.5 Oefeningen ...........................................................................................................303 Gassen en gaswetten .................................................................................................33 3.1 De druk van een gas.............................................................................................33 Centrum Voor Afstandsonderwijs 2 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  3. 3. 3.2 Wet van Boyle.......................................................................................................33 3.3 Het absoluut nulpunt .............................................................................................34 3.4 De wetten van Gay – Lussac ................................................................................35 3.5 De Algemene gaswet ............................................................................................35 3.6 Oefeningen ...........................................................................................................354 Smelten en stollen ......................................................................................................38 4.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel......................................................38 4.2 Smelt – en stolproces bij zuivere stoffen ...............................................................39 4.3 Smelttraject bij samengestelde stoffen..................................................................41 4.4 Smeltpuntsverlaging .............................................................................................41 4.4.1 Inleiding ............................................................................................................41 4.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel..................................................42 4.4.3 Koudmakende mengsels...................................................................................43 4.5 Oefeningen ...........................................................................................................435 Verdampen en condenseren......................................................................................46 5.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel......................................................46 5.1.1 Verdampen .......................................................................................................46 5.1.2 Condenseren ....................................................................................................47 5.2 Kook– en condensatieproces bij zuivere stoffen....................................................47 5.3 Kooktraject bij samengestelde stoffen...................................................................49 5.4 Verzadigde en onverzadigde dampen...................................................................50 5.4.1 Definities ...........................................................................................................50 Centrum Voor Afstandsonderwijs 3 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  4. 4. 5.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel..................................................50 5.4.3 Verzadigingsdruk ..............................................................................................51 5.4.4 Afkoelen en samenpersen van gassen..............................................................53 5.5 Koken van vloeistoffen ..........................................................................................54 5.5.1 Invloed van de druk op het kookpunt.................................................................54 5.5.2 Kokende vloeistoffen.........................................................................................54 5.6 Kritieke temperatuur van een stof .........................................................................55 5.6.1 Definitie.............................................................................................................55 5.6.2 Het kritieke punt ................................................................................................56 5.7 Luchtvochtigheid ...................................................................................................57 5.7.1 Definities ...........................................................................................................57 5.7.2 Meten van luchtvochtigheid...............................................................................58 5.7.3 Vochtigheidsindicatoren ....................................................................................59 5.8 Oefeningen ...........................................................................................................606 Oppervlaktespanning en capillariteit ........................................................................65 6.1 Cohesie en adhesie ..............................................................................................65 6.1.1 Cohesie.............................................................................................................65 6.1.2 Adhesie.............................................................................................................66 6.2 Oppervlaktespanning ............................................................................................67 6.2.1 Grenslaag van een vloeistof..............................................................................67 6.2.2 Definitie oppervlaktespanning ...........................................................................69 6.2.3 Factoren die een invloed hebben op de oppervlaktespanning...........................70 Centrum Voor Afstandsonderwijs 4 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  5. 5. 6.3 Capillariteit ............................................................................................................72 6.3.1 Definitie en voorbeelden....................................................................................72 6.3.2 Wet van Jurin ....................................................................................................73 6.4 Toepassingen van oppervlaktespanning en capillariteit.........................................75 6.4.1 Druk in een zeepbel ..........................................................................................75 6.4.2 Streven naar de bolvorm ...................................................................................76 6.4.3 Bevochtigen van een oppervlak ........................................................................77 6.5 Oefeningen ...........................................................................................................787 Diffusie en osmose.....................................................................................................81 7.1 Diffusie..................................................................................................................81 7.1.1 Definitie.............................................................................................................81 7.1.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel..................................................82 7.1.3 Invloed van de concentratie ..............................................................................83 7.1.4 Invloed van de temperatuur...............................................................................84 7.1.5 Invloed van de deeltjesgrootte...........................................................................84 7.1.6 Invloed van de aggregatietoestand ...................................................................85 7.2 Osmose ................................................................................................................85 7.2.1 Definitie.............................................................................................................85 7.2.2 Isotonische, hypotonische en hypertonische oplossingen .................................87 7.2.3 Osmotische druk ...............................................................................................88 7.2.4 Vergelijking osmose en diffusie .........................................................................88 7.3 Diffusie en osmose in het menselijk lichaam .........................................................88 Centrum Voor Afstandsonderwijs 5 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  6. 6. 7.3.1 Bloed.................................................................................................................88 7.3.2 Lichaamsvocht ..................................................................................................89 7.3.3 Nierdialyse ........................................................................................................89 7.4 Oefeningen ...........................................................................................................908 Viscositeit ...................................................................................................................92 8.1 Het begrip viscositeit .............................................................................................92 8.1.1 Definitie.............................................................................................................92 8.1.2 Eigenschappen en gedrag ................................................................................92 8.2 Het debiet van een vloeistof ..................................................................................93 8.3 Laminaire stroming en het stroomprofiel ...............................................................94 8.4 Formule van Poiseuille..........................................................................................95 8.5 Turbulente stroming ..............................................................................................95 8.6 Oefeningen ...........................................................................................................979 Elektrische lading.....................................................................................................100 9.1 Inleiding ..............................................................................................................100 9.2 Geleiders en isolatoren .......................................................................................101 9.2.1 Inleiding en definities.......................................................................................101 9.2.2 Verband met de atoomstructuur ......................................................................102 9.2.3 Het laden van voorwerpen ..............................................................................103 9.3 Elektrische inductie .............................................................................................104 9.3.1 Inleiding ..........................................................................................................104 9.3.2 Inductie bij een isolator ...................................................................................104 Centrum Voor Afstandsonderwijs 6 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  7. 7. 9.3.3 Inductie bij een geleider ..................................................................................105 9.4 Aarding ...............................................................................................................105 9.5 Oefeningen .........................................................................................................10610 Basisbegrippen in verband met elektrische stroom ..............................................109 10.1 Elektrische stroom ..............................................................................................109 10.1.1 Elektrische stroom en spanning...................................................................109 10.1.2 Spanningsbron ............................................................................................110 10.1.3 Conventionele stroomzin .............................................................................111 10.1.4 Weerstand...................................................................................................111 10.2 Stroomsterkte .....................................................................................................112 10.3 Eenheid van lading .............................................................................................112 10.4 Coulombkracht....................................................................................................112 10.5 Oefeningen .........................................................................................................11311 Elektrische weerstand en de wet van Ohm.............................................................114 11.1 Elektrische potentiaal..........................................................................................114 11.1.1 Potentiële energie van een lading ...............................................................114 11.1.2 Definitie elektrische potentiaal.....................................................................114 11.2 Spanning.............................................................................................................115 11.2.1 Definitie .......................................................................................................115 11.2.2 Meten van spanning ....................................................................................115 11.3 Stroom en stroomsterkte.....................................................................................116 11.3.1 Definitie .......................................................................................................116 Centrum Voor Afstandsonderwijs 7 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  8. 8. 11.3.2 Meten van stroom .......................................................................................116 11.4 Elektrische stroomkringen...................................................................................117 11.5 De wet van Ohm .................................................................................................118 11.5.1 Bespreking van de wet van Ohm.................................................................118 11.5.2 Alternatieve definitie voor de weerstand ......................................................119 11.5.3 Weerstand van de Ampèremeter en de voltmeter .......................................119 11.5.4 Toepassingen op de wet van Ohm ..............................................................120 11.5.5 Grafische voorstelling van de wet van Ohm ................................................121 11.6 Oefeningen .........................................................................................................12212 Schakelen van weerstanden ....................................................................................126 12.1 Serieschakeling...................................................................................................126 12.1.1 Inleiding.......................................................................................................126 12.1.2 Stroom in een serieschakeling ....................................................................126 12.1.3 Spanning over een serieschakeling.............................................................127 12.1.4 Vervangingsweerstand bij serieschakeling ..................................................127 12.2 Parallelschakeling ...............................................................................................128 12.2.1 Inleiding.......................................................................................................128 12.2.2 Stroom in een parallelschakeling.................................................................129 12.2.3 Spanning in een parallelschakeling .............................................................129 12.2.4 Vervangingsweerstand bij parallelschakeling ..............................................129 12.3 Gemengde schakelingen ....................................................................................130 12.3.1 Motiverend probleem...................................................................................130 Centrum Voor Afstandsonderwijs 8 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  9. 9. 12.3.2 Oplossingsstrategie.....................................................................................131 12.4 De wetten van Kirchhoff ......................................................................................135 12.4.1 De eerste wet of de stroomwet ....................................................................135 12.4.2 De tweede wet van Kirchhoff of de spanningswet .......................................135 12.5 Oefeningen .........................................................................................................13613 De wet van Pouillet ...................................................................................................140 13.1 Inleiding ..............................................................................................................140 13.2 Factoren die de weerstand van een geleider bepalen .........................................140 13.2.1 De lengte van de geleider............................................................................140 13.2.2 De doorsnede van de geleider ....................................................................141 13.2.3 Het materiaal waaruit de geleider is samengesteld......................................141 13.3 De wet van Pouillet .............................................................................................141 13.4 Oefeningen .........................................................................................................14214 Energie en vermogen van de elektrische stroom...................................................144 14.1 Inleiding ..............................................................................................................144 14.2 Het Joule – effect ................................................................................................144 14.3 Elektrische energie en vermogen........................................................................145 14.3.1 Elektrische energie E ..................................................................................145 14.3.2 Elektrisch vermogen P ................................................................................145 14.3.3 De kWh als eenheid van elektrische energie ...............................................146 14.3.4 De elektriciteitsmeter...................................................................................146 14.4 Oefeningen .........................................................................................................147 Centrum Voor Afstandsonderwijs 9 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  10. 10. 15 Gevaren en veiligheidsaspecten .............................................................................149 15.1 Inleiding ..............................................................................................................149 15.2 Gevaren voor het menselijk lichaam ...................................................................150 15.2.1 Inleiding.......................................................................................................150 15.2.2 Intensiteit van de stroomsterkte...................................................................150 15.2.3 Tijdsduur van de stroomdoorgang ...............................................................153 15.2.4 De weg die de stroom volgt in het lichaam ..................................................154 15.2.5 Frequentie van de stroom............................................................................155 15.3 Gevaren voor de omgeving.................................................................................155 15.3.1 Inleiding.......................................................................................................155 15.3.2 Brand ten gevolge van slechte contacten ....................................................155 15.3.3 Brand ten gevolge van overbelasting ..........................................................156 15.3.4 Overschrijding van de toegestane stroomsterkte.........................................156 15.3.5 Brand ten gevolge van een kortsluiting........................................................157 15.3.6 Gevaar voor explosies.................................................................................157 15.4 Voorbeeld van een eenvoudige huisinstallatie ....................................................157 15.4.1 Inleiding.......................................................................................................157 15.4.2 Smeltveiligheid of zekering..........................................................................158 15.4.3 Automatische smeltveiligheden ...................................................................159 15.5 Aarding ...............................................................................................................161 15.5.1 Algemeen....................................................................................................161 15.5.2 Aardingslus .................................................................................................161 Centrum Voor Afstandsonderwijs 10 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  11. 11. 15.6 Differentieelschakelaar........................................................................................161 15.6.1 Algemeen....................................................................................................161 15.6.2 Werking.......................................................................................................162 15.7 Oefeningen .........................................................................................................16316 Wisselstroom en wisselspanning............................................................................168 16.1 Soorten elektrische stroom .................................................................................168 16.1.1 Gelijkstroom (DC)........................................................................................168 16.1.2 Wisselstroom (AC) ......................................................................................169 16.2 Sinusvormige wisselspanning of stroom .............................................................170 16.2.1 Inleiding.......................................................................................................170 16.2.2 Periode........................................................................................................172 16.2.3 Frequentie...................................................................................................173 16.2.4 Amplitude ....................................................................................................174 16.2.5 Momentele waarden....................................................................................174 16.2.6 Effectieve waarden......................................................................................175 16.3 De transformator .................................................................................................176 16.3.1 Inleiding.......................................................................................................176 16.3.2 De opbouw van een transformator ..............................................................176 16.3.3 De primaire en de secundaire spanning ......................................................177 16.3.4 De primaire en de secundaire stroomsterkte ...............................................178 16.4 Voor- en nadelen van wisselstroom ....................................................................179 16.4.1 Voordelen....................................................................................................179 Centrum Voor Afstandsonderwijs 11 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  12. 12. 16.4.2 Nadelen.......................................................................................................180 16.5 Oefeningen .........................................................................................................18017 Herhalingsvragen elektriciteit..................................................................................18218 Trillingen ...................................................................................................................184 18.1 Definitie van een trilling .......................................................................................184 18.2 Amplitude A ........................................................................................................185 18.3 Trillingstijd of periode T .......................................................................................185 18.4 Frequentie f.........................................................................................................186 18.5 De pulsatie ω ......................................................................................................186 18.6 Harmonische trillingen.........................................................................................186 18.7 Voorbeelden van harmonische trillingen .............................................................188 18.7.1 Massa aan een veer....................................................................................188 18.7.2 De slinger....................................................................................................190 18.7.3 De stemvork ................................................................................................190 18.8 Oefeningen .........................................................................................................19219 Ontstaan van golven ................................................................................................195 19.1 Inleiding ..............................................................................................................195 19.2 Het golfverschijnsel.............................................................................................196 19.2.1 Inleiding.......................................................................................................196 19.2.2 Transversale en longitudinale golven ..........................................................197 19.3 Golfsnelheid en golflengte...................................................................................197 19.3.1 Golfsnelheid ................................................................................................197 Centrum Voor Afstandsonderwijs 12 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  13. 13. 19.3.2 Golflengte....................................................................................................198 19.3.3 Verband tussen voortplantingssnelheid, frequentie en golflengte ................198 19.4 Oefeningen .........................................................................................................19920 Toepassingen van golven ........................................................................................201 20.1 Geluid .................................................................................................................201 20.1.1 Wat is geluid?..............................................................................................201 20.1.2 Hoe plant geluid zich voort? ........................................................................202 20.1.3 Luidspreker en microfoon ............................................................................202 20.1.4 Soorten geluid .............................................................................................203 20.2 Kenmerken van een toon ....................................................................................203 20.2.1 Toonhoogte en frequentie ...........................................................................203 20.2.2 Toonsterkte .................................................................................................205 20.2.3 Toonklank of timbre.....................................................................................205 20.2.4 Geluidsniveau .............................................................................................206 20.3 Elektromagnetische golven .................................................................................207 20.3.1 Inleiding.......................................................................................................207 20.3.2 Wat zijn elektromagnetische golven? ..........................................................207 20.3.3 Het elektromagnetisch spectrum .................................................................208 20.4 Oefeningen .........................................................................................................21621 Herhalingsopgaven Trillingen en Golven ...............................................................22122 Index..........................................................................................................................222 Centrum Voor Afstandsonderwijs 13 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  14. 14. Centrum Voor Afstandsonderwijs 14Frankrijklei 127, 2000 AntwerpenTel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  15. 15. InleidingBeste student,Welkom bij de thuisstudie Toegepaste Fysica!Deze cursus is opgebouwd rond de te kennen leerstof voor de TSO – richting FarmaceutischTechnisch Assistent en biedt een ideaal hulpmiddel ter voorbereiding van het middenjury –examen.Als basiskennis ben ik uitgegaan van een goede kennis van de fysica uit de twee graag vanhet secundair onderwijs (voor zowel ASO als TSO – richtingen). Belangrijke begrippenworden echter steeds herhaald.De cursus is opgebouwd uit drie belangrijke delen: fysische eigenschappen van de materie,elektriciteit en golven. Elk deel is opgebouwd uit meerdere hoofdstukken en elk hoofdstuk uitverschillende paragrafen. Aan het einde van elke paragraaf dienen oefeningen gemaakt teworden. Bij het studeren kun je best de volgorde van de cursus volgen: studeer eerst detheorie en maak dan de oefeningen. De oplossingen van de oefeningen kun je onlinebekomen.Indien je met vragen zit, aarzel dan niet om te contacteren!Ik wens je veel succes bij het studeren van dit vak en je zult de leerstof ongetwijfeldinteressant vinden!Vriendelijke groeten,Ahmed Benkheil Centrum Voor Afstandsonderwijs 15 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  16. 16. Handleiding bij de opleiding1) Hoe kan ik inschrijven?Om je in te schrijven voor een opleiding zijn er twee mogelijkheden. Ofwel schrijf je je in viade website, ofwel kom je langs op één van onze secretariaten in Antwerpen, Gent of Hasselt.2) Hoe kan ik huistaken inzenden?Bij elk hoofdstuk in de cursus zal je oefeningen en huistaken vinden. De oplossingen zijnvaak terug te vinden op de studentenpagina op het internet. Op deze pagina kan jecommuniceren met je docent of met andere studenten. Je kan deze taken ook steedsdoorsturen naar je persoonlijke docent via e-mail of met de post. Deze zal je taken danverbeteren en je er feedback op geven. Uiteraard kan je je docent ook steeds via e-mailcontacteren als je vragen hebt in verband met de cursus!Hieronder vind je de mogelijkheden om je huistaken naar je docent te sturen:A. Huistaken versturen via e-mail:1. Zodra je één of meerdere huistaken hebt afgewerkt, kan je deze via e-mail doorsturennaar het e-mailadres van je docent.2. Vermeld duidelijk je naam, voornaam en studentennummer.3. Het e-mailadres van je docent ontvang je bij je inschrijvingB. Huistaken versturen via de post:1. Zodra je één of meerdere huistaken hebt afgewerkt, kan je deze ook opsturen via de post.2. Je stuurt best een kopie van je werk op, zodat je het origineel zelf kan bewaren.3. Stuur altijd een lege retourenveloppe mee met je huistaken. Voorzie deze enveloppe vanvoldoende postzegels en schrijf je adres erop. Zorg ervoor dat je je enveloppe voldoendegefrankeerd hebt, zodat je docent je taken gemakkelijk naar jou kan terugsturen.4. Stuur je huistaken naar: Ondernemersschool, Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Centrum Voor Afstandsonderwijs 16 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  17. 17. 3) Hoe kan ik inloggen op mijn persoonlijke studentenpagina?Inloggen op de studentenpagina is heel eenvoudig. Je surft naar www.studentenpagina.bein de titelbalk bovenaan. Je komt terecht op volgende pagina:JOUW LOGIN:studentxxJOUW PASWOORD:xxxxxxxVervolgens wordt er een login en een paswoord gevraagd. Je krijgt deze na je inschrijvingvoor de cursus. Bij login typ je studentxx in. Het paswoord is xxxxxx. Let er wel op dat jeenkel kleine letters gebruikt en dat je alles aan elkaar typt. Klik vervolgens op het vakje‘enter’. Opgelet: deze informatie wordt regelmatig geüpdated. Je kan dus best regelmatigeen kijkje nemen op deze studentenpagina.4) Hoe kan ik mijn examen afleggen?Als je heel de cursus hebt doorgenomen en alle huistaken hebt doorgestuurd, kan je tijdensde kantooruren je examen afleggen op één van onze secretariaten in Antwerpen, Gent ofHasselt. Je kan telefonisch een afspraak maken op het nummer 03/292.33.30 (liefst éénweek op voorhand).5) Hoe kan ik stage doen?Om de praktijk onder de knie te krijgen, kan je stage doen bij jou in de buurt. Het is eengoede referentie om later professioneel aan de slag te gaan en praktijkervaring op te doen.Je zoekt en kiest je stage zelf, wij zorgen voor je stagecontract, zodat je kan bewijzen dat jebij ons een opleiding volgt. Dit stagecontract vraag je telefonisch (03/292/33/33) of via mail(info@thuisstudie.be) aan bij het centrale secretariaat in Antwerpen.6) Privé-lessen en workshopsOok als je een thuisstudie volgt, is het mogelijk om privé-lessen of workshops te volgen bij jedocent. Meer informatie hierover kan je telefonisch of via mail aanvragen via onzesecretariaten. Centrum Voor Afstandsonderwijs 17 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  18. 18. Handleiding bij de opleiding1) Hoe kan ik inschrijven?Om je in te schrijven voor een opleiding zijn er twee mogelijkheden. Ofwel schrijf je je in viade website, ofwel kom je langs op één van onze secretariaten in Antwerpen, Gent of Hasselt.2) Hoe kan ik huistaken inzenden?Bij elk hoofdstuk in de cursus zal je oefeningen en huistaken vinden. De oplossingen zijnvaak terug te vinden op de studentenpagina op het internet. Op deze pagina kan jecommuniceren met je docent of met andere studenten. Je kan deze taken ook steedsdoorsturen naar je persoonlijke docent via e-mail of met de post. Deze zal je taken danverbeteren en je er feedback op geven. Uiteraard kan je je docent ook steeds via e-mailcontacteren als je vragen hebt in verband met de cursus!Hieronder vind je de mogelijkheden om je huistaken naar je docent te sturen:A. Huistaken versturen via e-mail:1. Zodra je één of meerdere huistaken hebt afgewerkt, kan je deze via e-mail doorsturennaar het e-mailadres van je docent.2. Vermeld duidelijk je naam, voornaam en studentennummer.3. Het e-mailadres van je docent ontvang je bij je inschrijvingB. Huistaken versturen via de post:1. Zodra je één of meerdere huistaken hebt afgewerkt, kan je deze ook opsturen via de post.2. Je stuurt best een kopie van je werk op, zodat je het origineel zelf kan bewaren.3. Stuur altijd een lege retourenveloppe mee met je huistaken. Voorzie deze enveloppe vanvoldoende postzegels en schrijf je adres erop. Zorg ervoor dat je je enveloppe voldoendegefrankeerd hebt, zodat je docent je taken gemakkelijk naar jou kan terugsturen.4. Stuur je huistaken naar: Ondernemersschool, Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Centrum Voor Afstandsonderwijs 18 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  19. 19. DEEL I: FYSISCHE EIGENSCHAPPEN VAN DE MATERIE Centrum Voor Afstandsonderwijs 19 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  20. 20. 1 Algemene inleiding 1.1 Materie en stoffenFysica bestudeert de eigenschappen van stoffen of materie. Alle voorwerpen zijnopgebouwd uit één of meer stoffen. Materie is een meer algemene naam of eenverzamelnaam voor stoffen.Materie heeft als eigenschap dat ze een massa heeft en een volume inneemt. De massavan een stof drukken we uit in kilogram (kg) en het volume in kubieke meter (m³).Onderstaande figuur geeft een overzicht van de bouw van de materie:Materie is dus opgebouwd uit mengsels of zuivere stoffen: - Zuivere stoffen worden onderverdeeld in: o Enkelvoudige stoffen: dit zijn stoffen die slechts één element bevatten. Zuivere stoffen zijn dus samengesteld uit één atoomsoort. Een voorbeeld van een enkelvoudige stof is zuurstof (O2). o Samengestelde stoffen: dit zijn stoffen die opgebouwd uit zijn meerdere atoomsoorten. Zuiver water is opgebouwd uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom (H2O) en is dus een samengestelde stof. Centrum Voor Afstandsonderwijs 20 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  21. 21. - Een mengsel bevat twee of meer zuivere stoffen. Een voorbeeld van een mengsel is mineraal water, dat naast H2O ook verschillende stoffen bevat zoals kalium, calcium enzovoort. Mineraalwater is dus een mengsel van verschillende stoffen. Bij mengsels maken we een onderscheid tussen: o Homogene mengsels: de verschillende samenstellende componenten kunnen hierin niet meer onderscheiden worden, zoals lucht of suikerwater. o Heterogene mengsels: de verschillende componenten kunnen onderscheiden worden. Een voorbeeld hiervan is fruitsap. 1.2 Massa, volume en dichtheidDe massa van een stof wordt uitgedrukt in kilogram (kg) en geeft aan hoeveel materie eenobject bevat. Massa is onafhankelijk van druk en temperatuur.Het volume geeft aan hoeveel ruimte een object inneemt en wordt uitgedrukt in kubiekemeter (m³). Het volume is afhankelijk van druk en temperatuur.De dichtheid van een stof geeft aan hoeveel materie een bepaald volume van deze stofbevat. Zo heeft goud een grotere dichtheid dan hout. De dichtheid wordt uitgedrukt in kg/m³.De dichtheid ρ van een stof wordt aan de hand van de volgende vergelijking bepaald:Hierbij is m de massa van de stof en V het volume van de stof. Hieruit blijkt dus dat dedichtheid afhankelijk is van druk en temperatuur. Het vergelijken van dichtheden vanverschillende stoffen dient steeds onder dezelfde omstandigheden van druk en temperatuurte gebeuren. 1.3 Ondoordringbaarheid van stoffenDaar waar een stof aanwezig is, kan tegelijkertijd geen andere stof aanwezig zijn. Wanneerwe een object in water onderdompelen, dan merken we op dat het waterpeil stijgt. Dit is eengevolg van de ondoordringbaarheid van stoffen. Centrum Voor Afstandsonderwijs 21 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  22. 22. 1.4 Oplosbaarheid van stoffenAls een stof met een vloeistof gemengd kan worden, dan is de stof oplosbaar. De stof diemen in de vloeistof oplost, wordt de opgeloste stof genoemd. De vloeistof wordt hetoplosmiddel genoemd. Het mengsel van oplosmiddel en opgeloste stof noemt men deoplossing.Een verzadigde oplossing is een oplossing waarin de maximale hoeveelheid van een stofis opgelost. Wanneer een oplossing verzadigd is, is het niet meer mogelijk om nog meer vande stof op te lossen in een zelfde hoeveelheid oplosmiddel. 1.5 Intermoleculaire aantrekkingskrachten1.5.1 InleidingDe atomen in een molecule blijven samen door intramoleculaire kracht: dit is niets andersdan de atoombinding (zie hiervoor het vak toegepaste chemie).De moleculen in een vaste stof of vloeistof blijven samen door de zogenaamdeintermoleculaire krachten. Hoe groter deze krachten, hoe meer energie nodig is om demoleculen van elkaar los te maken. Deze bindende krachten zijn elektrische krachten. Wezullen hierop in deel II van deze cursustekst dieper op in gaan.Er bestaan vier soorten intermoleculaire aantrekkingskrachten: de Vanderwaalskrachten,dipool – dipool interacties, de waterstofbruggen en de ion – dipool interacties.1.5.2 VanderwaalskrachtenDe Vanderwaalskrachten zijn zwakke krachten: de sterkte hangt af van het gemakwaarmee de elektronenwolk kan vervormd worden. Grote atomen of moleculen bezitten veelelektronen, waarvan een gedeelte zich ver van de atoomkern bevindt. Hoe verder van deatoomkern, hoe groter de Vanderwaalskrachten (de elektronenwolk kan dan gemakkelijkervervormen). Centrum Voor Afstandsonderwijs 22 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  23. 23. De sterkte van de Vanderwaalskrachten hangt voornamelijk af van de grootte van demoleculen: hoe groter de moleculen, hoe sterker de Vanderwaalskrachten zijn. De sterktehangt ook af van de vorm van de moleculen: hoe minder vertakking de molecule bevat, hoesterker de Vanderwaalskrachten zijn.1.5.3 Dipool – dipool interactiesBij een atoombinding tussen ongelijksoortige atomen is het bindend elektronenpaarverschoven. We spreken dan van een polaire binding. Zie hiervoor onderstaande figuur. H ClBij dipoolmoleculen vallen de zwaartepunten van de positieve en de negatieve ladingenniet samen. De molecule heeft hierdoor aan de ene kant een gedeeltelijke positieve lading(δ+) en aan de andere kant een gedeeltelijk negatieve lading (δ-). Een dipool wordtaangegeven met een pijl waarvan de punt wijst in de richting van de negatieve lading. Alseen stof opgebouwd is uit moleculen die geen dipool zijn, dan spreken we van een apolairestof.Dipoolmoleculen oefenen een wisselwerking uit op elkaar: de positieve kant van de enemolecule wordt aangetrokken door de negatieve kant van de andere molecule enomgekeerd. Dit noemen we dipool – dipool – interacties, die een gevolg zijn van deelektrostatische wisselwerking tussen tegengesteld geladen delen van de moleculen.Onderstaande figuur illustreert deze wisselwerking: δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- Centrum Voor Afstandsonderwijs 23 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  24. 24. 1.5.4 WaterstofbruggenWaterstofbruggen komen enkel voor indien waterstof gebonden is aan zuurstof – ,stikstof – en fluoratomen. Een waterstofbrug ontstaat tussen een H – atoom dat aan eenO, N of F – atoom gebonden is en een O, N of F – atoom waaraan één of meer H – atomengebonden zijn.1.5.5 Ion – dipool interactiesEen ion – dipool interactie ontstaat tussen een ion en een dipool. Zie hiervoor onderstaandefiguur: δ- δ- δ+ δ+ + – δ- δ- δ+ δ+ 1.6 SI – eenhedenIn het Internationale Stelsel van Eenheden (of SI – stelsel) worden de volgende zeven,onderling onafhankelijk basiseenheden gedefinieerd: Grootheid Naam basiseenheid Symbool Lengte Meter m Massa Kilogram kg Tijd Seconde s Elektrische stroom Ampère A Absolute temperatuur Kelvin K Hoeveelheid stof Mol mol Lichtsterkte Candela cdOverige eenheden, de afgeleide eenheden genoemd, worden naargelang de noodzaak in decursustekst herhaald. Centrum Voor Afstandsonderwijs 24 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  25. 25. 1.7 Oefeningen1. Geef een voorbeeld van: a. een homogeen mengsel: b. een heterogeen mengsel: c. een enkelvoudige zuivere stof: d. samengestelde zuivere stof:2. Beschouw de materie “zeewater – zand – schelpen”. Bespreek de bouw van dit mengsel aan de hand van een boomstructuur (zoals op pagina 12). Geef hierbij de homogene en heterogene samenstellende stoffen weer en de zuivere stoffen.3. Duid de juiste bewering aan: a. Vanderwaalskrachten zijn sterke intermoleculaire krachten, die in sterkte groter zijn dan de waterstofbruggen. b. Waterstofbruggen komen enkel voor wanneer een waterstofatoom gebonden is aan een F -, O- of een N – atoom. Waterstofbruggen zijn zwakke intermoleculaire krachten in vergelijking met Vanderwaalskrachten. c. Waterstofbruggen zijn sterkere intermoleculaire krachten in vergelijking met Vanderwaalskrachten.4. Het verschijnsel dat olie boven water blijft drijven is te verklaren door: a. De dichtheid van olie: deze is groter dan die van water. b. De dichtheid van olie: deze is kleiner dan die van water. c. De intermoleculaire krachten tussen olie en watermoleculen. Centrum Voor Afstandsonderwijs 25 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  26. 26. 5. Bereken de dichtheid van: a. 5 liter water (H2O): b. 1 liter zuurstof (O2): c. liter koolstofdioxide (CO2):6. Geef een rangschikking van de intermoleculaire krachten van klein naar groot (zwakste kracht eerst, sterkste kracht laatst).7. Verklaar waarom watermoleculen een veel grotere samenhang hebben in vergelijking met zuurstofmoleculen in lucht?8. Geef aan of de volgende beweringen JUIST of FOUT zijn. Motiveer je keuze indien de bewering fout is. a. Een voorbeeld van een ion – dipool interacties is de oplossing van keukenzout (NaCl) in water. b. Mineraal water is een zuivere stof. c. Zuurstof is een mengsel. d. Waterstofbruggen zijn zwakker dan de Vanderwaalse krachten. e. De eenheid van massa is kg. f. De eenheid van lichtsterkte is cd. g. De eenheid van lengte is m en is een afgeleide eenheid. h. De eenheid van kracht is N en is een afgeleide eenheid. i. Watermoleculen zijn een goed voorbeeld van dipool – dipool interacties. Centrum Voor Afstandsonderwijs 26 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  27. 27. 2 Aggregatietoestanden en het deeltjesmodel 2.1 De drie fasen van een stofEen stof kan in de drie zogenaamde fasen of aggregatietoestanden voorkomen: de vastefase, de vloeibare fase en de gasvormige fase. Water bijvoorbeeld kan voorkomen als ijs(vast), als water (vloeibaar) en als waterdamp (gas).Stoffen kunnen van de ene fase in de andere fase overgaan, van vaste stof naar vloeistof,of van vloeistof naar gas, of omgekeerd. We noemen dit een faseovergang. De overgangvan de vaste fase naar de vloeibare fase wordt smelten genoemd. Het omgekeerde proces,de overgang van vloeistof naar vaste stof, wordt stollen genoemd. Indien het om de stofwater gaat, dan spreekt men van bevriezen in plaats van stollen.Sommige vaste stoffen kunnen rechtstreeks in de gasvormige toestand overgaan, zondereerst vloeibaar te worden. Dit proces wordt sublimeren genoemd. Het omgekeerde proces,de overgang van vloeibaar naar vast, wordt rijpen (of ook sublimeren) genoemd.De overgang van de vloeibare fase naar de gasvormige fase wordt verdampen genoemd.Omgekeerd: de overgang van de gasfase naar de vloeistoffase wordt condenserengenoemd.Onderstaande figuur geeft een overzicht van de drie aggregatietoestanden en defaseovergangen van een stof weer: Centrum Voor Afstandsonderwijs 27 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  28. 28. 2.2 Het deeltjesmodelDe kenmerken van de aggregatietoestanden worden aan de hand van het deeltjesmodelverklaard.In het deeltjesmodel worden de volgende veronderstellingen gemaakt:1. Iedere stof is opgebouwd uit zeer kleine deeltjes, die de moleculen genoemd worden. Demoleculen bezitten dezelfde eigenschappen als de stof.2. Elke stof bestaat uit zijn eigen soort moleculen. Bijvoorbeeld: water bestaat uitwatermoleculen en suiker uit suikermoleculen.3. De moleculen zijn voortdurend in beweging. Bij een hogere temperatuur zullen demoleculen zich sneller gaan bewegen.4. De moleculen van een stof veranderen niet als de stof van fase verandert. Het zijnsteeds dezelfde moleculen. Bijvoorbeeld: water heeft steeds dezelfde moleculen, of hetwater nu vast (ijs), vloeibaar of gasvormig (waterdamp) is.5. De moleculen trekken elkaar aan. Hoe dichter de moleculen bij elkaar liggen, hoe sterkerde aantrekkingskracht.6. Elke molecule is opgebouwd uit nog kleinere deeltjes, die we atomen noemen. 2.3 Vaste stoffen, vloeistoffen en gassenIn een vaste stof bevinden de deeltjes zich dicht bij elkaar. Zie hiervoor nevenstaandefiguur. De deeltjes zijn regelmatig geordend en oscilleren of trillen op een vaste plaats. Bijeen vaste stof bewegen de deeltjes dus niet t.o.v. elkaar. Dit impliceert dat de vaste stof eeneigen vorm en volume heeft en is dus niet samendrukbaar. Het breken van een vaste stofvereist energie, zoals het breken van ijs door middel van een hamertje. Centrum Voor Afstandsonderwijs 28 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  29. 29. Tussen de deeltjes van vaste stoffen bestaan dus sterke intermoleculaireaantrekkingskrachten. De beweeglijkheid van de deeltjes neemt toe bij toenemendetemperatuur.In een vloeistof hebben de deeltjes een grotere beweeglijkheid. De deeltjes blijven dichtbij elkaar, maar kunnen t.o.v. elkaar verschuiven of rollen. In dit geval is er geen sprakevan een regelmatige schikking van de deeltjes. Dit heeft als gevolg dat vloeistoffen geeneigen vorm hebben: ze nemen de vorm aan van het vat waarin ze zich bevinden. Deaantrekkingskrachten tussen de deeltjes zijn zwakker dan bij vaste stoffen (het roeren vanwater is veel gemakkelijker dan ijs).In de gasvormige fase of toestand bevinden de deeltjes zich verder van elkaar en bewegenwanordelijk t.o.v. elkaar in de beschikbare ruimte (in het vat waarin ze zich bevinden).Gassen zijn samendrukbaar. Bij verhoogde druk worden de deeltjes dichter bij elkaargedrongen en zal uiteindelijk condensatie optreden.Bepaalde moleculen bevinden zich frequent in een vierde fase, de zogenaamde mesofase.Deze fase bevindt zich tussen de vloeibare en de kristallijne vaste fase. Deze zogenaamdevloeibare kristallijne toestand wordt later besproken. Centrum Voor Afstandsonderwijs 29 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  30. 30. 2.4 Invloed van de temperatuurAls de temperatuur van een stof stijgt, dan zullen de moleculen sneller gaan bewegen. Ditgeldt zowel voor moleculen in een vaste stof, in een vloeistof, alsook in een gas. In de vastefase gaan de moleculen sneller rond hun evenwichtsstand trillen. In een vloeistof zullen demoleculen zich sneller ten opzichte van elkaar gaan bewegen. Ook in een gas bewegen demoleculen met een hogere snelheid naarmate de temperatuur toeneemt. Dit impliceert datde botsingen tegen de wanden van hun houder krachtiger zullen worden. Hierdoor zal dedruk van een gas in een afgesloten ruimte, zoals een fles, dus ook toenemen. 2.5 Oefeningen 1. Smelten is het fysisch verschijnsel waarbij: a. Een vloeistof overgaat in de gasfase. b. Een vaste stof overgaat in de vloeibare fase. c. Een gas overgaat in de vaste fase. d. Een vloeistof overgaat in de vaste fase. 2. De overgang van de gasfase naar de vloeibare fase noemt men: a. Sublimeren b. Smelten c. Stollen d. Condenseren Centrum Voor Afstandsonderwijs 30 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  31. 31. 3. Een vaste stof wordt gekenmerkt door: a. Sterke intermoleculaire aantrekkingskrachten, een eigen vorm en een eigen volume. b. Zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten, geen eigen vorm en geen eigen volume. c. Beweeglijke deeltjes, een eigen vorm en een eigen volume. d. Een wanordelijke ordening van de deeltjes.4. De aantrekkingskracht tussen de moleculen in een stof is het kleinst bij: a. Een vaste stof b. Een vloeistof c. Een gas d. Geen van de drie: de aantrekkingskracht is bij alle fasen even groot.5. Geef telkens twee voorbeelden uit het dagelijks leven van: a. Smelten: o ________________________________________________________ o ________________________________________________________ b. Stollen: o ________________________________________________________ o ________________________________________________________ c. Verdampen: o ________________________________________________________ o ________________________________________________________ Centrum Voor Afstandsonderwijs 31 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  32. 32. d. Condenseren: o ________________________________________________________ o ________________________________________________________ e. Sublimeren: o ________________________________________________________ o ________________________________________________________ f. Rijpen: o ________________________________________________________ o ________________________________________________________6. In welke fase zijn de Vanderwaalskrachten het grootst? a. In de gasfase. b. In de vloeibare fase. c. In de vaste fase.7. Hoe kun je verklaren dat het kookpunt van water (100°C) veel hoger ligt dan het kookpunt van propaan (36°C)?8. Geef voor elke aggregatietoestand de meest kenmerkende intermoleculaire kracht voor die fase? Bijvoorbeeld: voor water, als vloeistof, zijn de Vanderwaalsekrachten en waterstofbruggen de kenmerkende intermoleculaire krachten. Centrum Voor Afstandsonderwijs 32 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  33. 33. 3 Gassen en gaswetten 3.1 De druk van een gasOnderstaande figuur stelt een vat voor waarin zich een gas bevindt. De pijltjes stellen desnelheid en de bewegingszin van de moleculen voor. Als de moleculen tegen de wand vanhet vat botsen, dan worden ze door de wand teruggekaatst. Bij elke botsing ondervindt dewand van het vat dus een kracht (vanwege de botsing). Alle krachten, ten gevolge van debotsingen, leveren de druk op die het gas op de wand uitoefent. Botsingen van de moleculen geven druk op de wand 3.2 Wet van BoyleIn de 17de eeuw voerde de Ierse onderzoeker Robert Boyle onderzoek naar het verbandtussen de druk van een gas en de grootte van het volume van het gas. Hiervoor hield hij detemperatuur steeds constant. Het resultaat van zijn experimenten is de volgende wet, diegeldig is voor alle gassen:De wet van Boyle: Bij een constante temperatuur en een constante hoeveelheid gas is het product van de druk van een gas en het volume van dat gas een constante: pV = constant Centrum Voor Afstandsonderwijs 33 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  34. 34. Met p = druk de in Pa (Pascal) en V het volume in m³.Indien we het volume van een gas verdubbelen, dan volgt uit deze wet dat de druk van datgas zal halveren.De wet van Boyle wordt verklaard aan de hand van het deeltjesmodel: gassen zijnopgebouwd uit kleine (ondeelbare) deeltjes, waarbij de deeltjes kriskras door elkaar heenbewegen. De druk van een gas is een gevolg van de botsingen van de deeltjes tegen dewanden van de houder van het gas. Een kleiner volume zorgt er dus voor dat de deeltjesvaker tegen de wanden botsen, wat dus een toename in druk betekent. Een grotervolume betekent minder botsingen tegen de wanden en dus ook een lagere druk. 3.3 Het absoluut nulpuntDe Franse wetenschapper Gay-Lussac deed eveneens onderzoek naar het gedrag vangassen. Hij liet bij de uitvoering van zijn experimenten de temperatuur wel variëren en hieldhierbij het volume constant. Zo onderzocht Gay-Lussac dus het verband tussen druk entemperatuur. Onderstaande grafiek geeft het resultaat van zijn onderzoek weer.We stellen hierbij het volgende vast: als we de druk p willen laten zakken tot 0Pa, danmerken we op dat hiermee een negatieve temperatuur overeenkomt. De druk van een gas isnul bij een temperatuur T = - 273,15°C. Deze temperatuur wordt het absoluut nulpuntgenoemd en is de laagst mogelijke temperatuur die kan voorkomen.De Kelvin – schaal is gedefinieerd aan de hand van het absoluut nulpunt: 0 Kelvin (symboolK) = -273,15°C. Een temperatuursstijging van 1K komt overeen met een temperatuursstijgingvan 1°C. Centrum Voor Afstandsonderwijs 34 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  35. 35. 3.4 De wetten van Gay – LussacDe drukwet van Gay – Lussac:De verhouding tussen de druk en de temperatuur van een gas is constant bij constant volume: p/T = constantDe volumewet van Gay – Lussac: De verhouding tussen het volume en de temperatuur is constant bij constante druk: V/T = constant 3.5 De Algemene gaswetBovenstaande drie wetten kunnen gecombineerd worden tot één gaswet, die we dealgemene gaswet noemen:De algemene gaswet: pV = nRTmet p = de druk van het gas in Pa, V = het volume van het gas in m³, n = aantalgasdeeltjes in mol, T = temperatuur in Kelvin en R = de gasconstante = 8,314 J/mol.K. 3.6 Oefeningen 1. Als het volume van een gas (bij constante druk) toeneemt, dan: a. Neemt de temperatuur van het gas af, b. Neemt de temperatuur van het gas toe, c. Blijft de temperatuur van het gas constant. Centrum Voor Afstandsonderwijs 35 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  36. 36. 2. De temperatuur van een gas heeft: a. Een invloed op de druk van het gas, b. Een invloed op het aantal deeltjes in een gas, c. Een invloed op de gasconstante R,3. Bij toenemende druk en constante temperatuur, zal: a. Het volume van een gas toenemen, b. Het volume van een gas afnemen, c. Het volume van een gas constant blijven.4. Beschouw een volume van 1 liter bij een druk van 101,30kPa en een temperatuur van 25°C. a. Wat is het volume bij een druk van 120kPa? b. Indien het volume toeneemt tot 2 liter, welke druk hebben we dan? c. Wat gebeurt er bij een temperatuurstoename van 20K? d. Bepaal het aantal deeltjes n?5. Een ballon van 10 liter wordt op een op hoogte van 10m gebracht. Welk volume heeft de ballon nu? Welk volume zal de ballon hebben of 20m, 30m en 40m hoogte?6. Een vrijduiker (duiker zonder duikfles) heeft een longinhoud van 6 liter en duikt naar 30 meter. Welke longvolume heeft hij op die diepte?7. Een duiker zet zijn pas gevulde fles die langzaam en met veel koeling gevoeld werd in de zon (20°C). Na een uur is de fles heet geworden (100°C) door de zon. Bepaal de druk bij 100°C? Centrum Voor Afstandsonderwijs 36 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  37. 37. 8. Een bijna lege autoband bezit een volume van 0,001 m3. De druk in de band is 2 ⋅ 105 Pa. Hoe groot wordt het volume als je de band oppompt totdat de druk 3 ⋅ 105 Pa bedraagt (veronderstel dat de temperatuur constant blijft).9. Een ballon bezit een volume van 35 l. Hoe groot wordt het eindvolume als je de druk in de ballon met 40% laat stijgen (veronderstel dat de temperatuur constant blijft).10. Een springbal heeft een volume van 45,00 l. Bij een temperatuur van 25°C bedraagt de druk in de bal 1200 hPa. Wanneer je op de bal zit, wordt het volume bij diezelfde temperatuur 41,20l. Bereken de einddruk.11. Een zuiger met een beginvolume van 1,0 dm3 wordt bij een omgevingstemperatuur van 20°C geëxpandeerd, bij een constante druk, naar een volume van 2,0 dm3. Bereken de eindtemperatuur van dit systeem.12. Een hoeveelheid gas bezit een temperatuur van 500 K. Hoe groot moet de temperatuur worden als je het volume drie keer groter laat worden (veronderstel dat de druk constant blijft).13. In een cilinder zit een bepaalde hoeveelheid gas bij 100°C. Bereken de temperatuur tot dewelke je de cilinder moet opwarmen als je het volume met 60% wilt laten toenemen (veronderstel dat de druk constant blijft).14. Een vat is met (een constant volume) 15,0 l lucht gevuld bij een druk van 150 hPa bij een temperatuur van 20 °C. Hoe hoog wordt de druk als je het vat in de zon zet en de temperatuur stijgt tot 35°C.15. Van een hoeveelheid gas wordt het volume bij 50°C constant gehouden. Bereken de temperatuur die nodig is om het volume te verdubbelen.16. In een autoband heerst bij 10°C een druk van 200 kPa. Bereken de druk in die band bij een temperatuur van 30°C als het volume constant blijft.17. In een autoband heerst bij 17°C een druk van 274 ⋅ 103 Pa. Na een tochtje met de auto stijgt de temperatuur in de band tot 67°C. Door deze temperatuursstijging neemt het volume van de lucht in de band toe van 50 ⋅ 10-3 m3 tot 52 ⋅ 10-3 m3. Bereken de einddruk. Centrum Voor Afstandsonderwijs 37 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  38. 38. 4 Smelten en stollen 4.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodelEen faseovergang gebeurt meestal wanneer er energie aan de stof wordt toegevoegd ofweggenomen. Wanneer warmte (vorm van energie) wordt toegevoegd aan een stof, danbekomen de moleculen of atomen voldoende energie om zich van de andere moleculen ofatomen los te maken. De moleculen of atomen gaan zich hierdoor sneller en vrijer tenopzichte van elkaar bewegen. De aantrekkingskrachten tussen de deeltjes worden kleiner,de deeltjes verschuiving zich t.o.v. elkaar en de vaste toestand gaat over in de vloeibaretoestand.Het proces waarbij een vaste stof in een vloeistof verandert wordt smelten genoemd. Detemperatuur waarbij deze overgang gebeurt wordt het smeltpunt genoemd. Elke stof wordtgekenmerkt door een eigen smeltpunt (zie later). Tijdens het smelten wordt dus warmte aande stof toegevoegd om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te verzwakken. Dezewarmte wordt de smeltwarmte genoemd.Wanneer aan een vloeistof energie onttrokken wordt (bijv. door koeling), dan verliezen demoleculen of atomen hun energie om snel en vrij te kunnen bewegen. De deeltjes komenterug dichter bij elkaar te liggen en de onderlinge aantrekkingskracht wordt weer groter. Dedeeltjes worden terug geordend in het kristalrooster: de vloeistoffase gaat hierbij over in devaste fase. Dit proces heet stollen en de temperatuur waarbij dit optreedt wordt hetstolpunt genoemd. Tijdens het stollen geeft de stof dus warmte af aan de omgeving. Dezewarmte wordt de stolwarmte genoemd: door de ordening van de deeltjes in hetkristalrooster ontstaat er een rest aan energie die als warmte vrijkomt.Het meest bekende voorbeeld van smelten en stollen is water en ijs. Wanneer we eenijsblokje uit de diepvriezer halen en deze bij kamertemperatuur in een glas leggen, dan zalde omgeving (kamer) warmte afgeven aan het ijsblokje. Hierdoor krijgen de watermoleculenextra energie onder de vorm van warmte toegevoegd. De moleculen worden hierdoorbeweeglijker en de intermoleculaire aantrekkingskrachten kleiner, zodat het ijsblokje naenige tijd overgaat in water. Centrum Voor Afstandsonderwijs 38 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  39. 39. Neem een glas water en plaats het glas in de diepvriezer. Na enige tijd merken je op dat hetwater begint te stollen. Van zodra je de beker in de diepvriezer plaatst, zal het water energieonder de vorm van warmte afgeven aan de omgeving (diepvriezer). De moleculen verliezendus energie en zullen minder snel gaan bewegen. Na enige tijd hebben de moleculen zoveelenergie verloren, dat ze enkel rond een bepaalde (evenwichts)positie zullen blijven trillen.Het water is dus bevroren tot ijs (water stolt niet, maar bevriest). 4.2 Smelt – en stolproces bij zuivere stoffenTijdens het smelten stijgt de temperatuur niet maar neemt de stof de toegevoerde warmte opom te smelten. Zie hiervoor onderstaande figuur. Omgekeerd, tijdens het stollen daalt detemperatuur van de stof niet, maar geeft de stof de warmte af aan de omgeving om tekunnen stollen.Zuivere stoffen hebben een duidelijk waarneembaar smeltpunt: als een zuivere stofsmelt, dan heeft de stof alle energie van buitenaf nodig om over te gaan van de vaste fasenaar vloeibare fase. Bovenstaande figuur geeft de smeltcurve weer van blokje ijs dat smeltvan -10°C tot op kamertemperatuur (20°C). Wanneer we de tijd tijdens het smeltprocesmeten, dan merken we dat rond de nul graden de temperatuur een tijdje niet stijgt. Dit wijstdus op het smeltpunt, die we experimenteel duidelijk kunnen waarnemen. Centrum Voor Afstandsonderwijs 39 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  40. 40. Het smeltpunt is een belangrijke fysische eigenschap van een zuivere stof. Aan de hand vanhet smeltpunt kunnen zuivere stoffen geïdentificeerd worden. Zoals hierboven vermeldwerd, hebben zuivere stoffen een duidelijk waarneembaar smeltpunt. Een zuivere stofsmelt bij een welbepaalde temperatuur en is enkel afhankelijk van de druk. De druk kan inhet algemeen als een constante beschouwd worden, aangezien de atmosferische druk geenplotse en grote veranderingen ondergaat.Onderstaande tabel geeft een overzicht van het smeltpunt van enkele zuivere stoffen: Stof Smeltpunt (°C) Alcohol -114 IJzer 1538 Butaan -12 Water 0 Stikstof -196 Natrium 98 Zuurstof -219De fase waarin een stof zich bevindt, hangt af van de temperatuur. Is de temperatuurkleiner dan het smeltpunt van de stof, dan bevindt de stof zich in de vaste fase. Bijkamertemperatuur hebben alle vloeistoffen een smeltpunt dat onder dekamertemperatuur ligt. Vaste stoffen hebben een smeltpunt dat hoger ligt dan dekamertemperatuur. Aan de hand van bovenstaande tabel kunnen we bepalen wat detoestand is van een stof bij een gekozen temperatuur. Gassen worden gekenmerkt door eenzeer laag smeltpunt en zeer laag kookpunt (zie later).Voorbeelden: - Water heeft een smeltpunt van 0°C en zal bij een kamertemperatuur van 22°C vloeibaar zijn. - Zuurstof heeft een smeltpunt van -219°C en bevindt zich bij kamertemperatuur in de gasfase. - IJzer komt bij kamertemperatuur als vaste stof voor, omwille van een zeer hoog smeltpunt van 1538°C. Centrum Voor Afstandsonderwijs 40 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  41. 41. 4.3 Smelttraject bij samengestelde stoffenStoffen die niet zuiver zijn, hebben een smelttraject. Een niet zuivere stof of eensamengestelde stof is samengesteld uit twee of meerdere stoffen. Beschouw een mengselvan twee stoffen A (smeltpunt: 40°C) en B (smeltpunt: 50°C). Bij een temperatuurstoenamezal bij 40°C stof A beginnen te smelten. Een gedeelte van de toegevoerde warmte wordt dusaangewend om stof A te smelten. Het overige gedeelte wordt gebruikt om stof B verder teverwarmen tot zijn smeltpunt. Aangezien de temperatuur over het volledige traject blijfttoenemen, merken we geen smeltpunt op, maar een smelttraject. Zie hiervoor onderstaandefiguur. 4.4 Smeltpuntsverlaging4.4.1 InleidingIn de winter wordt bij vriesweer zout op de wegen gestrooid om gladde wegen te voorkomen.Water heeft een normaal vriespunt (“stolpunt”) van 0°C. Wanneer we zout aan het watertoevoegen, dan kan het mengsel (zout en water) tot enige graden onder nul afgekoeldworden zonder te bevriezen. Door zout op de wegen te strooien, bekomt men aan hetwegoppervlak een mengsel van water en zout dat een lagere vriespunt heeft dan 0°C. Centrum Voor Afstandsonderwijs 41 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  42. 42. Dit verschijnsel is ook bij andere oplossingen waar te nemen: omdat het smeltpunt ofstolpunt hierdoor verlaagd wordt, spreken we van smeltpuntsverlaging. Bij water spreektmen van vriespuntsverlaging.De verlaging van het smeltpunt of vriespunt blijkt enkel afhankelijk te zijn van het aantaldeeltjes aan opgeloste stof en oplosmiddel. Het oplossen van 1 mol NaCl (zout) in 100gwater geeft aanleiding tot een vriespuntsverlaging van 18,6°C. 1 mol NaCl komt overeen meteen gewicht van 58,5g (scheikunde 4de middelbaar: stoechiometrie). Het mengsel water enNaCl wordt pekel genoemd.De voorwaarde om een smeltpuntsverlaging te bekomen is dat de toe te voegen stofoplosbaar is in het oplosmiddel. Zout is oplosbaar in het oplosmiddel water, zodat we vaneen vriespuntsverlaging kunnen spreken.4.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodelDoor toevoeging van zout (NaCl) aan water (oplosmiddel) dissocieert het zout in een Na+ enCl- - ionen. Deze (kleine) ionen zullen de lege posities tussen de (grote) watermoleculeninnemen. Hierdoor wordt de vorming van het kristalrooster van ijs verstoord: deaantrekkingskrachten tussen de watermoleculen zijn, omwille van de aanwezigheid vanNaCl, afgenomen. Verder zijn de aantrekkingskrachten tussen water en NaCl zeer klein. Ditheeft als gevolg dat de overgang van vloeibaar naar vast niet meer bij 0°C zal plaatsvinden,maar bij een lagere temperatuur.Om toch een rooster te vormen (vaste stof) is een lagere temperatuur nodig: de moleculenworden minder beweeglijker t.o.v. elkaar en de aantrekkingskrachten worden groter. Ditgebeurt bij een lagere temperatuur die overeenkomt met de smeltpuntsverlaging ofvriespuntsverlaging.Samengevat: onzuiverheden in een zuivere stof geven steeds aanleiding tot eensmeltpuntsverlaging. Centrum Voor Afstandsonderwijs 42 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  43. 43. 4.4.3 Koudmakende mengselsDe zogenaamde instant cold packs worden in de sportwereld zeer vaak aangewend bij eeneerste behandeling van blessures. De bespreking wordt als opdracht aan de studentovergelaten:Vertrek van het deeltjesmodel om de werking van koudmakende mengsels teverklaren. Geef een cijfervoorbeeld met betrekking tot de gevormde temperatuur doorgebruik te maken van de definitie van endotherme reacties, zoals behandeld werd inde scheikunde van het vierde jaar middelbaar. Het verslag dient via mail overgemaaktte worden aan de docent. 4.5 Oefeningen 1. Wanneer energie toegevoegd wordt aan een stof, dan a. stijgt de snelheid van de moleculen en stijgt de aantrekkingskracht tussen de moleculen. b. daalt de snelheid van de moleculen en stijgt de aantrekkingskracht tussen de moleculen. c. stijgt de snelheid van de moleculen en daalt de aantrekkingskracht tussen de moleculen. d. daalt de snelheid van de moleculen en daalt de aantrekkingskracht tussen de moleculen. 2. De temperatuur waarbij een stof overgaat van vloeibaar naar vast, noemt men a. het smeltpunt, b. het stolpunt, c. het kookpunt, d. deze temperatuur bestaat niet. Centrum Voor Afstandsonderwijs 43 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  44. 44. 3. Tijdens het smelten van een zuivere stof, is het smeltpunt a. duidelijk waarneembaar, b. niet duidelijk waarneembaar, c. steeds gelijk aan 0°C, d. geen van bovenstaande beweringen is juist.4. Schets het smelttraject van het mengsel, dat samengesteld is uit de volgende stoffen:- Stof A: smeltpunt = 21°C- Stof B: smeltpunt = 78°C5. Een glas is voor de helft gevuld met water (temperatuur = 0°C). Er wordt een ijsblokje aan het water toegevoegd. Door warmteopname uit de omgeving smelt het ijsblokje. Het niveau van het water zal dan: a. Stijgen b. Dalen c. Constant blijven6. Wat gebeurt er met het volume van water bij het bevriezen? a. Het volume stijgt b. Het volume daalt c. Het volume blijft constant Centrum Voor Afstandsonderwijs 44 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  45. 45. 7. Geef aan of de volgende stellingen JUIST of FOUT zijn. Motiveer indien het antwoord fout is. a. Stollen de overgang van vloeibaar naar vast. b. Water stolt. c. Smelten is de overgang van vast naar vloeibaar. d. IJs smelt. e. Een stof smelt en stof bij een verschillende temperatuur. f. Een stolcurve is een grafiek waarbij de temperatuur van de smeltende stof in functie van de tijd uitgezet wordt. g. Een mengsel heeft een smeltpunt. Centrum Voor Afstandsonderwijs 45 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  46. 46. 5 Verdampen en condenseren 5.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel5.1.1 VerdampenWanneer we een kleine hoeveelheid water in een beker verwarmen (koken), dan merken wedat er na enige tijd waterdamp boven de beker ontstaat. We hebben hierbij dus eenovergang van de vloeibare fase naar de gasfase. De overgang van vloeistof naar gas wordtverdampen genoemd.De temperatuur waarbij deze overgang gebeurt wordt het kookpunt genoemd. Elke stofwordt gekenmerkt door een eigen kookpunt (analoog aan het smeltpunt).Onder invloed van de toegevoerde energie (warmte door koken), gaan de deeltjes(moleculen of atomen) sneller bewegen. Hierdoor zijn de deeltjes voortduren in botsingmet elkaar, wat een toename in de snelheid van de deeltjes veroorzaakt. Tijdens debotsing geeft het ene deeltje energie aan het andere. Dus een botsing resulteert altijd in detoename van energie van een deeltje.Voor de deeltjes die zich aan het vloeistofoppervlak bevinden is de snelheidstoenamevoldoende groot om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te overwinnen en devloeistof te verlaten. Zie hiervoor onderstaande figuur: Hoge energie: deeltje ontspant aan de vloeistof en gaat over in de gasfase Medium energie: de aantrekkingskracht tussen de deeltjes is nog net iets te groot. Lage energie: deeltjes zijn vloeibaar. Centrum Voor Afstandsonderwijs 46 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  47. 47. Indien de deeltjes de vloeistof verlaten, dan zegt men dat de vloeistof verdampt. Denodige energie om te verdampen noemt men verdampingswarmte.Merk op dat de verdamping steeds aan het vloeistofoppervlak gebeurt en bij elketemperatuur. Het zijn de snelste deeltjes, dus deeltjes met de meeste energie, die devloeistof verlaten. Door verdamping koelt een vloeistof af.Wanneer op een hete zomerdag uit het zwembad komt, dan verdampt het water op je huiddoor onttrekking van warmte aan jouw lichaam. Jouw lichaam koelt hierdoor af, zodat je naenige tijd gaat beginnen te bibberen van de koude.5.1.2 CondenserenDe overgang van de gasfase naar de vloeibare fase wordt condenseren genoemd. Webeschouwen hiervoor het volgend experiment: verwarm in een beker een kleine hoeveelheidwater en houd een horlogeglas boven de beker. Op het horlogeglas zie je na enige tijdwaterdruppeltjes ontstaan: er treedt dus condensatie op.Condenseren treedt op door afkoeling van de damp. Vanaf het moment dat de beker nietmeer verwarmd wordt, zullen de deeltjes ook geen energietoevoer meer hebben. Hierdoordaalt de energie en dus ook de snelheid van de deeltjes. De aantrekkingskrachten tussende deeltjes wordt terug groter dan hun snelheid. Dit heeft als gevolg dat de deeltjes dichterbijelkaar komen te liggen en er dus opnieuw een vloeistof wordt gevormd.De temperatuur waarbij een stof gaat condenseren wordt het condensatiepunt genoemd enis gelijk aan het kookpunt.De warmte die vrijkomt bij het condenseren, noemt men condensatiewarmte. Het is deenergie die tijdens het verdampen werd opgenomen. 5.2 Kook– en condensatieproces bij zuivere stoffenAnaloog aan het smelt – en stolproces, kunnen we bij het kookproces van zuivere stoffeneveneens een duidelijk waarneembaar kookpunt vaststellen. Bij toevoer van warmte zal detemperatuur van de vloeistof in eerste instantie toenemen. Na enige tijd merken we op dat detemperatuur van de vloeistof constant blijft bij het verder verwarmen van de vloeistof:dit is het kookpunt van de vloeistof. Centrum Voor Afstandsonderwijs 47 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  48. 48. De toegevoegde warmte wordt uitsluitend aangewend om de aantrekkingskrachtentussen de deeltjes te overwinnen. Vandaar dat er geen toename is in temperatuur tijdenshet koken.Bij een verdere verwarming van de vloeistof, zal na een bepaalde tijd de vloeistof overgaanin een gas. Zie hiervoor onderstaande figuur.Merk op dat we hier dus weer een grens hebben: onder het kookpunt bevindt een stof zich inde vloeibare fase, boven het kookpunt in de gasfase. Het kookpunt van een stof is eenkenmerkende eigenschap van de stof. Het kookpunt hangt af van de aard van de stof.Opgave:Het omgekeerde proces, het condensatieproces, verloopt volledige analoog en wordt alsoefening aan de lezer overgelaten. Schets hierbij ook de curve van het stolproces van eenzuivere stof. Centrum Voor Afstandsonderwijs 48 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  49. 49. 5.3 Kooktraject bij samengestelde stoffenIndien we een mengsel aan de kook brengen, dan zullen we geen duidelijk kookpuntwaarnemen, maar wel een kooktraject. Hiervoor geldt eenzelfde bespreking als bij hetsmelttraject bij samengestelde stoffen: - Bij het verwarmen van het mengsel zal aanvankelijk de temperatuur van het mengsel toenemen. - Wanneer het kookpunt van de eerste stof bereikt wordt, dan zal de curve minder stijl verlopen. Een deel van de toegevoerde warmte wordt nu aangewend om de eerste stof te doen verdampen. Het overige deel van de toegevoerde warmte wordt gebruikt om de andere stof te doen verwarmen tot aan zijn kookpunt. - Wanneer de temperatuur boven de kookpunten van de stoffen (waaruit het mengsel is samengesteld) komt te liggen, dan zal het mengsel overgaan in de gasfase. Centrum Voor Afstandsonderwijs 49 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  50. 50. 5.4 Verzadigde en onverzadigde dampen5.4.1 DefinitiesBoven een vloeistof bevindt zich altijd door verdamping een laagje gas. We noemen dit dedamp. Net zoals ieder gas, oefent deze damp ook een druk uit: de dampdruk genoemd.Denk hierbij bijvoorbeeld aan een halfvolle gesloten fles water: boven het water bevindt zichwaterdamp.Naast het ontsnappen van de snellere moleculen uit de vloeistof, zullen er ook moleculen uitde damp weer gevangen kunnen worden in de vloeistof. Na een bepaalde tijd kunnen wezeggen dat er zich een evenwicht instelt: er ontsnappen dan evenveel moleculen uit devloeistof als er weer ingevangen worden in de vloeistof. We zeggen dan dat de luchtverzadigd is met de damp. De bijhorende dampdruk is de verzadigde dampdruk. Zolanger geen evenwicht bereikt is en de ruimte boven de vloeistof wel nog extra stof kanopnemen, spreken we van een onverzadigde damp.De verzadigde dampdruk is afhankelijk van de temperatuur: hoe hoger de temperatuur,hoe meer damp de lucht kan bevatten, hoe hoger de verzadigde dampdruk.Een vloeistof bereikt zijn kookpunt bij die temperatuur, waarbij de verzadigde dampdrukgelijk is aan de omgevingsdruk. Voor water is dit bij 100°C.5.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodelWe beschouwen een halfvolle gesloten fles water. Aan het vloeistofoppervlak treedt er dusverdamping op, waarbij de moleculen de vloeistof verlaten. Op onderstaande figuur werd eenmolecule die de vloeistof verlaat aan geduid met mv. Deze moleculen botsen tegen dewanden van de fles en tegen elkaar. Tijdens de botsingen wisselen de moleculen energie uiten de zin van snelheid verandert hierbij. Bepaalde moleculen krijgen dus een snelheid in derichting van de vloeistof (naar beneden) en keren teug naar de vloeistof (mt). Centrum Voor Afstandsonderwijs 50 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  51. 51. mv mv mtZolang de uitstroom (mv) groter is dan de terugkeer (mt) zullen er steeds meerdampmoleculen in de ruimte boven het vloeistofoppervlak komen. Uiteindelijk zullen erzoveel dampmoleculen aanwezig dat mv = mt. Vanaf dat moment blijft het aantaldampmoleculen constant en is de damp verzadigd.Bij een hogere temperatuur is de uitstroom (mv) van de moleculen groter: bij hogeretemperatuur hebben de moleculen hogere snelheden, zodat ze gemakkelijker kunnenontsnappen aan de vloeistof. Om evenwicht te bekomen (mv = mt), moeten de moleculen inde damp dus dichterbij elkaar gaan liggen. Dit verklaart waarom een verzadigde damp bijeen hogere temperatuur meer moleculen bevat.5.4.3 VerzadigingsdrukDe verzadigingsdruk is de druk die een damp uitoefent op de wanden van het vat. Dezedruk is afhankelijk van de temperatuur: de verzadigingsdruk van een damp neemt toe bijtoenemende temperatuur. Dit is eenvoudig te verklaring aan de hand van hetdeeltjesmodel: de uitstroom van de moleculen neemt toe bij toenemende temperatuur. Omevenwicht te bekomen dient dus de instroom van de moleculen even groot te zijn aan deuitstroom. Dit betekent dus dat er meer moleculen zijn die zich aan hogere snelhedenbewegen in de ruimte boven de vloeistof: de botsingen tegen de wanden van het vat nementoe, zodat de druk dus ook toeneemt. Centrum Voor Afstandsonderwijs 51 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  52. 52. Onderstaande figuur geeft de maximale dampdrukcurve van water (H2O), ethanol(C2H5OH) en koolstofdioxide (CO2) weer. Op de horizontale as staat de temperatuur (inKelvin) uitgezet en op de verticale as de dampdruk van het gas in MPa (106Pa).Een verzadigingskromme geeft de maximale hoeveelheid waterdamp in lucht (g/m³) weerin functie van de temperatuur. Zie hiervoor onderstaande figuur: Centrum Voor Afstandsonderwijs 52 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  53. 53. Uit de grafiek kunnen we dus afleiden dat warme lucht meer waterdamp bevat dan koudelucht.De verzadigingskromme loopt onder het vriespunt gewoon door. Hiermee kunnen weverklaren waarom het in Siberië bijna nooit sneeuwt: bij -30°C bevat lucht te weinigwaterdamp om sneeuw te vormen.5.4.4 Afkoelen en samenpersen van gassenWe beschouwen een bepaalde hoeveelheid koolstofdioxide in gasfase bij een temperatuurvan 280K en een druk van 2MPa. Deze toestand staat in nevenstaande figuur weergegevenals toestand A.Als het CO2 – gas onder constante druk afgekoeld wordt, dan zal het condenseren bij eentemperatuur van 258K (toestand B op onderstaande figuur). Indien het gas wordtsamengeperst (bij een constante temperatuur), dan zal het gas condenseren bij een drukvan 4MPa (toestand C op onderstaande figuur). Centrum Voor Afstandsonderwijs 53 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  54. 54. 5.5 Koken van vloeistoffen5.5.1 Invloed van de druk op het kookpuntAlgemeen geldt het volgende: Hoe lager de omgevingsdruk, hoe lager het kookpunt van een vloeistof. Omgekeerd: hoe hoger de omgevingsdruk, hoe hoger het kookpunt van een vloeistof.Op de top van een berg zal water niet bij 100°C koken, maar bij een lagere temperatuur. Hoehoger we ons bevinden t.o.v. de zeespiegel, hoe lager de luchtdruk en dus ook hoelager het kookpunt van water. Indien we in een diep gelegen grot (bijvoorbeeld: een mijn)water willen koken, dan dienen we het water te verwarmen tot een temperatuur die groter isdan 100°C. Hoe lager we ons bevinden t.o.v. de zeespiegel, hoe hoger de luchtdruk endus ook hoe hoger het kookpunt van water.De bovenstaande bespreking geldt voor elke stof en beperkt zich niet enkel tot water.5.5.2 Kokende vloeistoffenDe druk van de dampkring op zeeniveau bedraagt 101,3kPa en wordt de standaarddrukgenoemd. Bij deze druk kookt water bij een temperatuur van 100°C. De verzadigingsdrukvan water bij 100°C bedraagt 101,3kPa. Dit kan als volgt verklaard worden:Als een vloeistof kookt, dan vindt er verdamping plaats in het inwendige van de vloeistof.Hierbij ontstaan zogenaamde dampbellen. Zie hiervoor nevenstaande figuur. Een dampbelkan pas ontstaan en blijven bestaan als de dampdruk in de dampbel (Pdamp) groter of gelijk isaan de omgevingsdruk (Pomgeving).De dampdruk in de bel is gelijk aan de verzadigingsdruk van de vloeistof bij de heersendetemperatuur. Er geldt dus in het algemeen het volgende: Een vloeistof kookt van zodra de verzadigingsdruk gelijk is aan de omgevingsdruk.Om een vloeistof te laten koken, dient men ofwel de temperatuur te verhogen ofwel deomgevingsdruk te verlagen. De vloeistof gaat beginnen koken van zodra de vloeistof deverzadigingsdruk bereikt heeft. Centrum Voor Afstandsonderwijs 54 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be

×