Basiscursussen natuurkunde

Als we goed kijken, zien we in eerste instantie rook van de verbranding. Na een tijdje is er geen rook meer te zien. Gebruik je parfum? Zelfs als je parfum in de kamer spuit, kunnen mensen buiten het huis de geur ervan ruiken. Als je moeder heerlijk en smakelijk eten kookt, is de geur van het koken zelfs vanuit het huis van de buren te ruiken. Hoe kan dat?

Er zijn nog veel meer voorbeelden. Als je een paar druppels inkt in een glas helder water doet, zal de inkt, of voedselkleurstof, zich gelijkmatig door het water verspreiden. Dit gebeurt automatisch. Enkele van de eerder genoemde voorbeelden zijn diffusieprocessen die we vaak in het dagelijks leven ervaren. Diffusie is het proces waarbij stoffen zich verplaatsen van een hoge concentratie naar een lage concentratie. Met concentratie wordt het aantal moleculen/mol van een stof per volume bedoeld. Een hoge concentratie is een plaats waar veel moleculen van een stof per volume aanwezig zijn. Omgekeerd zijn lage concentraties plaatsen waar weinig moleculen per volume aanwezig zijn.

Lees meer

Energie in een monoatomisch ideaal gas

De energie in een monoatomisch ideaal gas is de totale hoeveelheid translationele kinetische energie van de monoatomische ideale gasmoleculen. De totale hoeveelheid translationele kinetische energie van de ideale gasmoleculen is gelijk aan het product van de gemiddelde translationele kinetische energie van elk molecuul en het aantal moleculen (N). Mathematisch:

Lees meer

De stelling van de energieverdeling werd theoretisch afgeleid door Clerk Maxwell met behulp van de statistische mechanica. Het wordt een stelling genoemd omdat er geen experimenteel bewijs voor is. Energieverdeling betekent een gelijke verdeling van energie.

KE = gemiddelde translationele kinetische energie van gasmoleculen (Joule)

k = Boltzmannconstante = 1.38 x ^10⁻²³ J/K

T = absolute temperatuur van het ideale gasmolecuul (Kelvin)

Lees meer

Naast druk is temperatuur (T) een van de grootheden die de macroscopische eigenschappen van een gas beschrijft. Vergelijking voor gasdruk:

Lees meer

De kinetische theorie stelt dat elke stof bestaat uit atomen of moleculen en dat deze atomen of moleculen zich continu en ongehinderd bewegen. Deze aanname van de kinetische theorie sluit aan bij de situatie en de toestand van de atomen of moleculen waaruit het gas is opgebouwd. De aantrekkingskracht tussen de atomen of moleculen is zwak, waardoor ze zich vrij kunnen bewegen.

Lees meer

Artikel: Wet van Boyle, Wet van Charles, Wet van Gay-Lussac

Wet van Boyle

Robert Boyle (1627-1691) voerde experimenten uit om de kwantitatieve relatie tussen gasdruk en volume te onderzoeken. Dit experiment werd uitgevoerd door een bepaalde hoeveelheid gas in een gesloten container te brengen. Na een vrij nauwkeurige benadering ontdekte hij dat, als de gastemperatuur constant werd gehouden, het gasvolume afnam wanneer de gasdruk toenam. Omgekeerd nam het gasvolume toe wanneer de gasdruk afnam. Gasdruk is omgekeerd evenredig met gasvolume. Deze relatie staat bekend als de wet van Boyle. Mathematisch gezien:

Lees meer

De gaswetten van Boyle, Charles en Gay-Lussac zijn niet van toepassing op alle gasomstandigheden, waardoor onze analyse complexer wordt. Daarom is het ideale gasmodel geïntroduceerd. Een ideaal gas bestaat niet in het dagelijks leven; het is slechts een perfecte vorm om de analyse te vereenvoudigen. Het bestaan ​​van dit ideale gasconcept helpt ons ook bij het bestuderen van de relatie tussen de drie gaswetten.

De relatie tussen temperatuur, volume en gasdruk

Door te verwijzen naar de drie gaswetten hierboven, kunnen we een meer algemene relatie afleiden tussen temperatuur, volume en gasdruk.

Lees meer

De specifieke formulering van de tweede wet van de thermodynamica kan niet alle irreversibele processen beschrijven, daarom hebben we een algemene formulering nodig. Van deze algemene formulering wordt verwacht dat deze alle irreversibele processen in het universum verklaart. De algemene formulering van de tweede wet van de thermodynamica werd halverwege de negentiende eeuw geformuleerd aan de hand van een grootheid genaamd entropie (S). Entropie werd voor het eerst geïntroduceerd door Clausius en werd afgeleid van de Carnot-cyclus (de perfecte calorische motor). Volgens Clausius ondergaat een systeem entropieveranderingen wanneer het systeem extra warmte (Q) ontvangt bij een constante temperatuur, wat wordt weergegeven door de vergelijking:

Lees meer

Artikel over de prestatiecoëfficiënt van een koelmachine.

Een koelmachine is een machine die warmte onttrekt aan een plaats met een lage temperatuur en deze vervolgens overbrengt naar een plaats met een hoge temperatuur. Om dit proces te laten plaatsvinden, moet de machine arbeid verrichten, omdat warmte van nature van een hoge naar een lage temperatuur stroomt. Dit is gebaseerd op de stelling van Clausius:

Het is voor een koelmachine onmogelijk om warmte van een plaats met lage temperatuur naar een plaats met hoge temperatuur over te brengen zonder arbeid (tweede wet van de thermodynamica – stelling van Clausius).

De machine werkt (W) om warmte over te dragen van een lage temperatuur (QL ₎ naar een hoge temperatuur (QH ₎ . Op basis van behoud van energie geldt QL ₊ W = _QH.

Lees meer

Om te ontdekken hoe de efficiëntie van de warmtemotor kon worden verhoogd, onderzocht de Franse wetenschapper Sadi Carnot (1796-1832) in 1824 een ideale theoretische calorische machine. In die tijd waren de eerste en tweede wet van de thermodynamica nog niet geformuleerd. De eerste wet was nog niet geformuleerd omdat wetenschappers nog niet wisten dat warmte energie is. Nadat Joule en zijn collega's in de jaren 1830 experimenten hadden uitgevoerd, ontdekten wetenschappers dat warmte energie is die zich verplaatst als gevolg van temperatuurverschillen. De eerste wet van de thermodynamica werd dus na 1830 geformuleerd. Sadi Carnot deed in 1824 onderzoek naar de theoretische ideale calorische machine. Zijn onderzoek was er eigenlijk op gericht de efficiëntie van de stoommachine te verhogen. De meeste stoommachines uit die tijd waren namelijk niet erg efficiënt.

Lees meer