Natuurkunde op de middelbare school

Inzicht in systemen en omgeving

Een systeem is een object of een groep objecten die bestudeerd worden. Andere objecten in het universum worden de omgeving genoemd. Een systeem is doorgaans gescheiden van zijn omgeving door een "scheidingswand/begrenzer/scheider".

Laten we bijvoorbeeld eens kijken naar water in een thermosfles. Het water in de thermosfles vormt het systeem, terwijl de lucht en andere objecten buiten de thermosfles de omgeving vormen. De wanden van de thermosfles, zowel het glas aan de binnenkant als het plastic aan de buitenkant, fungeren als scheiding. Een waterthermosfles is hier een voorbeeld van.

Lees meer

Latente warmte begrijpen

Als u een kwikthermometer in een bak met een mengsel van koud water en ijs steekt, zult u zien dat het kwikoppervlak na het naar beneden bewegen stilstaat of niet meer beweegt. Het kwikoppervlak stopt met bewegen zodra het smeltpunt of het vriespunt van water (0 ^° C) is bereikt. Als de bak open is, stroomt er warmte van de lucht, die een hogere temperatuur heeft, naar het mengsel van ijs en water, dat een lagere temperatuur heeft. De extra warmte van de lucht zorgt ervoor dat het ijs smelt. Verandert de temperatuur van het mengsel van ijs en water als het ijs smelt? Nee, de temperatuur van het mengsel van water en ijs verandert niet als het ijs smelt.

Lees meer

De soortelijke warmte (c) is de hoeveelheid warmte (Q) die nodig is om de temperatuur (T) van één eenheid massa (m) van een object met één graad te verhogen. De formule voor c is:

Internationaal Stelsel van Eenheden is J/kg K.

De soortelijke warmte van een object verandert met de temperatuur. Als de temperatuurverandering niet te groot is, kan de waarde als constant worden beschouwd. Hieronder staan ​​de waarden van c voor verschillende objecten bij een druk van 1 atm en een temperatuur van 20 ^° C (experimenteel verkregen).

Lees meer

Als objecten met verschillende temperaturen met elkaar in contact komen, stroomt warmte vanzelfsprekend van het object met de hogere temperatuur naar het object met de lagere temperatuur. De warmteoverdracht stopt zodra de twee objecten thermisch evenwicht bereiken . Warmteoverdracht veroorzaakt dus een temperatuurverandering bij de objecten die met elkaar in contact staan. Op basis van deze korte uitleg kan worden geconcludeerd dat warmte (Q) gerelateerd is aan een object en de temperatuurverandering (ΔT) van dat object. Elk object heeft een massa (m) en het type object verschilt ook.

Lees meer

De eenheid van warmte is de calorie (afgekort kal). Een calorie is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 gram water met 1 °C te verhogen ⁽ precies van 14,5 ^° C naar 15,5 ^° C). De benodigde hoeveelheid warmte varieert afhankelijk van de watertemperatuur . Bij dezelfde hoeveelheid warmte treedt een temperatuurstijging van 1 ° ^C alleen op tussen 14,5 ^° C en 15,5 ^° C. De eenheid van warmte die vaak wordt gebruikt, met name om de energiewaarde van voedsel uit te drukken, is de kilocalorie (kcal). 1 kcal = 1000 calorieën. Een andere naam voor 1 kcal = 1 Calorie (met een hoofdletter K). De eenheid van warmte in het Britse systeem is de Btu (British thermal unit). 1 Btu = de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 pond water met 1 °F te verhogen ⁽ precies van 63 ^° F naar 64 ^° F).

Lees meer

Inzicht in wateranomalieën

Elk object zet uit (het volume neemt toe) wanneer de temperatuur stijgt en krimpt (het volume neemt af) wanneer de temperatuur daalt. Water zet ook uit wanneer de temperatuur stijgt en krimpt wanneer de temperatuur daalt, behalve bij temperaturen tussen 0 ^° C en 4 ^° C. Tussen 0 ^° C en 4 ^° C neemt het volume van water af (het water krimpt) naarmate de temperatuur stijgt. Als we water verwarmen tot 0 ^° C, geldt: hoe warmer het water, hoe meer het volume afneemt. Het krimpen stopt wanneer het water een temperatuur van 4 ^° C bereikt. Boven 4 ^° C neemt het volume van water toe (het water zet uit) naarmate de temperatuur stijgt. Omgekeerd zet water uit (het volume neemt toe) wanneer de temperatuur daalt van 4 ^° C naar 0 ^° C. Deze eigenaardigheid van water staat bekend als de anomalie van water.

Lees meer

Als je elektrische kabels goed bekijkt, zul je zien dat ze door speling naar beneden buigen. Waarom worden elektrische kabels opzettelijk losser gemaakt in plaats van simpelweg gespannen? De meeste daken op Flores en Lembata, in Oost-Nusa Tenggara, zijn van zink (Zn). Zinken daken maken overdag of 's nachts lawaai. Waarom maakt zink lawaai? Als je op het eiland Java woont, heb je misschien wel eens spoorrails gezien. Er zitten openingen tussen de rails. Wat is de functie van deze openingen? Er zijn veel dingen waar je over na kunt denken en vragen over kunt stellen met betrekking tot het onderwerp uitzetting.

Lees meer

Als we verschillende soorten thermometers kalibreren , bijvoorbeeld een kwikthermometer en een alcoholthermometer, dan zijn de schalen van beide thermometers alleen gelijk bij 0 ^° C (of 32 ^° F) en 100 ^° C (of 212 ^° F). Als we beide thermometers gebruiken om de luchttemperatuur te meten, zullen de waarden die ze aangeven niet per se hetzelfde zijn. Het kan bijvoorbeeld voorkomen dat de kwikthermometer 48 ^° C aangeeft, terwijl de alcoholthermometer 46 ^° C aangeeft . Dit komt doordat de uitzettingscoëfficiënt van kwik en alcohol verschillend is. Hetzelfde geldt voor andere soorten thermometers, zoals bimetaalthermometers, enzovoort. De op deze manier bepaalde temperatuurschaal is sterk afhankelijk van de eigenschappen van de gebruikte materialen.

Lees meer

De Celsius- en Fahrenheit-schalen zijn verschillende temperatuurschalen. Als de temperatuur van een object in Celsius wordt gemeten en uitgedrukt, en we die temperatuur vervolgens in Fahrenheit willen uitdrukken, dan rekenen we om van Celsius naar Fahrenheit. In dit gedeelte leren we hoe we temperatuurconversies kunnen uitvoeren.

Bij een druk van 1 atm is de vriespunttemperatuur volgens een Celsius-thermometer gelijk aan 0. ^oC, terwijl de Fahrenheit-thermometerschaal = 32 ^oF. Omgekeerd geldt dat bij een druk van 1 atm de damptemperatuur voor een thermometer op de Celsius-schaal gelijk is aan 100 ^oC, terwijl de Fahrenheit-thermometerschaal = 212 ^oF. Bekijk de onderstaande afbeelding!

Lees meer

Soorten thermometerschalen

Om de temperatuur te meten met een thermometer, moet deze op een schaal zijn aangegeven. Twee veelgebruikte thermometerschalen zijn de Celsius-schaal en de Fahrenheit-schaal. In Indonesië wordt de Celsius-schaal het meest gebruikt. Een andere naam voor de Celsius-schaal is de centigrade-schaal. Centigrade = honderd stappen. De Fahrenheit-schaal wordt vaak gebruikt in de Verenigde Staten of landen met koude winters. Een bijzonder belangrijke temperatuurschaal in de wetenschap is de absolute schaal, oftewel de Kelvin-schaal. De Kelvin-schaal wordt later besproken.

De Celsius- en Fahrenheit-schalen gebruiken het vries- en kookpunt van water als vaste waarden. Het vriespunt van een stof is de temperatuur waarbij de vaste en vloeibare fase in thermisch evenwicht zijn . Omgekeerd is het kookpunt van een stof de temperatuur waarbij de vloeibare en gasvormige fase in thermisch evenwicht zijn. Vries- en kookpunten veranderen altijd met de luchtdruk, dus de luchtdruk moet eerst worden bepaald. We gebruiken meestal de standaarddruk, die 1 atm (één atmosfeer) is. Een atmosfeer is een eenheid van luchtdruk.

Lees meer