Basiscursussen natuurkunde

Artikel over thermometers en temperatuurschalen

1. Thermometers

Een thermometer is een instrument waarmee de temperatuur wordt gemeten. Er bestaan ​​veel verschillende soorten thermometers, maar het werkingsprincipe is hetzelfde. Meestal gebruiken we thermometrische objecten, materialen die van vorm veranderen met de temperatuur. Als de temperatuur van een object verandert, verandert ook de vorm en grootte ervan. De meeste thermometers gebruiken objecten die uitzetten of krimpen bij temperatuurveranderingen. Thermometers die vaak worden gebruikt, bestaan ​​uit glazen buizen met alcohol of kwik in het midden. Wanneer de temperatuur stijgt, zet de alcohol of het kwik in de buis uit, waardoor de lengte van de alcohol- of kwikkolom toeneemt. Omgekeerd, wanneer de temperatuur daalt, neemt de lengte van de alcohol- of kwikkolom af. Aan de buitenkant van de glazen buis staan ​​cijfers die de schaalverdeling van de thermometer vormen. Het getal bovenaan de alcohol- of kwikkolom geeft de temperatuurwaarde van het te meten object aan.

Lees meer

Artikel over de nulde wet van de thermodynamica

Tot nu toe hebben we alleen het thermisch evenwicht waargenomen dat twee objecten in contact ervaren.

Om het concept van thermisch evenwicht beter te begrijpen, bekijken we drie objecten (bijvoorbeeld object A, object B en object C). Object B en object C raken elkaar niet aan, maar object A raakt object B wel aan en object A raakt object C ook aan. Bekijk de afbeelding hieronder. Omdat object A en object B zich in thermisch evenwicht bevinden, geldt dit ook voor object A en object C. Zijn object B en object C, die elkaar niet raken, dan ook in thermisch evenwicht? Logischerwijs kunnen we stellen dat object B en object C zich ook in thermisch evenwicht bevinden, ondanks dat ze elkaar niet raken. Object A en object B bevinden zich in thermisch evenwicht, wat betekent dat de temperatuur van object A gelijk is aan de temperatuur van object B.

Lees meer

Artikel over de definitie van temperatuur en thermisch evenwicht.

Definitie van temperatuur

Heb je ooit ijs aangeraakt? Wat voel je als je handen ijs aanraken? Wat als je vuur aanraakt? Als je ijs aanraakt, voelen je handen koud aan; als je vuur aanraakt, voelen je handen heet aan. Heet, warm, koel, koud, wat betekent dat?

Het concept temperatuur begint bij de warmte en kou die we met onze tastzin ervaren. Op basis van wat we voelen, zeggen we dat een object warmer is dan een ander object, of dat een object kouder is dan een ander. Warme objecten hebben een hogere temperatuur, terwijl koude objecten een lagere temperatuur hebben. Hoe kouder een object, hoe lager de temperatuur. Omgekeerd geldt: hoe warmer een object, hoe hoger de temperatuur. De mate waarin een object warm of koud aanvoelt, noemen we temperatuur. In het vak gasdynamica zul je de definitie van temperatuur dieper begrijpen; wat er met de moleculen van een object gebeurt waardoor het warm, heet, koud of heet aanvoelt.

Lees meer

Artikel over de fasen van materie (gebaseerd op microscopische eigenschappen)

In het dagelijks leven komen we vaak drie verschillende fasen van materie tegen. Er zijn vaste stoffen (bijvoorbeeld stenen, ijzer, enz.), vloeistoffen (water, benzine, enz.) en gasvormige stoffen (lucht, enz.). De drie fasen van deze stoffen kunnen worden onderscheiden op basis van hun vermogen om hun vorm en grootte te behouden.

Vaste stoffen behouden doorgaans een vaste vorm en een vast volume. Vloeistoffen behouden geen vaste vorm, maar passen zich aan de vorm van de container aan. Als we bijvoorbeeld water in een glas doen, verandert de vorm van het glas. Als we water in een badkuip doen, verandert de vorm van het water ook, net als die van de badkuip. Het volume van een vloeistof is doorgaans altijd constant. Als een glas water in een badkuip wordt geplaatst, blijft de hoeveelheid water in het glas. De vorm van het water kan veranderen, maar het volume blijft hetzelfde. Houd er rekening mee dat de hoeveelheid vaste stoffen en vloeistoffen kan veranderen onder invloed van een voldoende grote kracht.

Lees meer

Artikel over atoomtheorie en kinetische theorie

Atoom theorie

Duizenden jaren lang geloofden de oude Grieken dat elke zuivere stof (zoals goud, ijzer, enz.) uit atomen bestond. Volgens hen, als een zuivere stof in kleine stukjes wordt verdeeld, en die kleine stukjes vervolgens weer worden verdeeld, enzovoort, dan blijven er uiteindelijk de kleinste stukjes over die niet verder kunnen worden verdeeld. Deze kleinste stukjes die niet verder kunnen worden verdeeld, worden atomen genoemd. Atoom betekent "niet deelbaar" (Grieks).

Destijds werd aangenomen dat het atoom niet verder onderverdeeld kon worden. Later ontdekten wetenschappers echter elektronen en atoomkernen (protonen en neutronen), waardoor de aanname dat atomen niet verder onderverdeeld konden worden, onjuist bleek. Atomen bestaan ​​dus uit elektronen (negatief geladen) en atoomkernen. Elektronen cirkelen rond de kern. In de kern bevinden zich protonen (positief geladen) en neutronen (neutraal of ongeladen).

Lees meer

Artikel over faseovergangen, kritische temperatuur en drievoudig punt.

In de bespreking van de ideale gaswet is uitgelegd dat deze wet het gedrag van een reëel gas alleen nauwkeurig beschrijft wanneer de druk en dichtheid van het gas niet te groot zijn. Als de druk en dichtheid van het gas groot genoeg zijn, geeft de ideale gaswet onnauwkeurige resultaten, evenals wanneer de temperatuur van het gas het kookpunt nadert. Dit heeft te maken met de interacties tussen de gasmoleculen. De gasdruk is omgekeerd evenredig met het gasvolume. Wanneer de gasdruk groot genoeg is, wordt het gasvolume kleiner. Omdat het gasvolume klein is, wordt de afstand tussen de gasmoleculen kleiner. Wanneer de afstand tussen de moleculen kleiner wordt, trekken de moleculen elkaar aan. Het is vergelijkbaar met een stuk ijzer op een magneet. Als de afstand tussen de magneet en het ijzer groot genoeg is, kan de magneet het ijzer niet aantrekken. Maar als de afstand tussen de magneet en het ijzer klein is, wordt het ijzer aangetrokken.

Lees meer

Van der Waals is de naam van de Nederlandse natuurkundige J.D. van der Waals (1837-1923). De Van der Waals-toestandsvergelijking is een toestandsvergelijking voor een gas, vergelijkbaar met de toestandsvergelijking voor een ideaal gas. Het verschil is dat de toestandsvergelijking voor een ideaal gas geen nauwkeurige resultaten oplevert als de druk en dichtheid van een reëel gas groot genoeg zijn. De Van der Waals-toestandsvergelijking daarentegen kan wel nauwkeurigere resultaten geven.

Het bestaan ​​van deze vergelijking vindt zijn oorsprong bij Van der Waals, die de beperkingen van de toestandsvergelijking van een ideaal gas inzag. Waals paste de toestandsvergelijking van het ideale gas aan door verschillende factoren toe te voegen die ook van invloed zijn op de toestand van een reëel gas, met name wanneer de druk en dichtheid van het reële gas groot zijn.

Lees meer

Het verdampingsproces kan worden verklaard met behulp van de kinetische theorie. Net als gasmoleculen bewegen ook watermoleculen. Het verschil is dat watermoleculen niet kunnen worden verspreid, omdat de aantrekkingskracht tussen de moleculen ze bij elkaar houdt. De aantrekkingskracht tussen gasmoleculen is daarentegen zwak, waardoor gasmoleculen niet kunnen samensmelten. Watermoleculen hebben een snelheid tijdens hun beweging. Sommige watermoleculen bewegen met een hoge snelheid, andere met een lage snelheid. De snelheidsverdeling van watermoleculen komt overeen met de Maxwell-verdeling.

Verdamping vindt plaats wanneer de snelheid van de watermoleculen groot genoeg is, waardoor de aantrekkingskracht tussen de moleculen niet langer toereikend is om ze bij elkaar te houden. Net zoals bij raketten die de ruimte in schieten, is de snelheid van een raket groot genoeg om te voorkomen dat de zwaartekracht van de aarde hem op aarde houdt. Merk op dat alleen moleculen met een hoge snelheid aan de aantrekkingskracht tussen moleculen kunnen ontsnappen. Moleculen met een lage snelheid blijven bij elkaar, zoals water.

Lees meer

Koken is een proces waarbij een vloeistof in een gas verandert. Koken vindt plaats wanneer de verzadigde dampdruk gelijk is aan de luchtdruk (luchtdruk = atmosferische druk). We bespreken hier alleen kokend water. De verzadigde dampdruk van water is recht evenredig met de temperatuur van het water; hoe hoger de watertemperatuur, hoe hoger de verzadigde dampdruk. Wanneer we water verwarmen, verschijnen er meestal kleine belletjes op de bodem van de container. De aanwezigheid van belletjes duidt op de verandering van een vloeistof in een gas. Als de verzadigde dampdruk in het belletje lager is dan de buitenluchtdruk, zal het belletje krimpen en uiteenvallen voordat het het oppervlak bereikt. Bellen verdwijnen omdat de stuwkracht van de buitenlucht groter is dan de stuwkracht van de damp in het belletje. De buitenluchtdruk is hoger dan de dampdruk in het belletje, waardoor de buitenlucht een grotere kracht uitoefent (P = F / A).

Lees meer

Luchtvochtigheid geeft de hoeveelheid waterdamp in de lucht aan. Wanneer het regent, is de atmosfeer erg vochtig omdat er veel waterdamp in de lucht aanwezig is. Omgekeerd, als er weinig waterdamp in de lucht is, is de lucht droog. De hoeveelheid waterdamp in de lucht wordt uitgedrukt in relatieve luchtvochtigheid.

De relatieve luchtvochtigheid is de verhouding tussen de partiële druk van stoom en de druk van verzadigde waterdamp bij een bepaalde temperatuur (stoom is waterdamp). De relatieve luchtvochtigheid wordt uitgedrukt in procenten en kan wiskundig als volgt worden geformuleerd:

Lees meer