SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  229
Télécharger pour lire hors ligne
THUISSTUDIE
        TOEGEPASTE FYSICA
              www.centrumvoorafstandsonderwijs.be




Centrumvoorafstandsonderwijs.be




                        Auteur: Ahmed Benkheil
Inhoudsopgave

1     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 ...........................................................................................................25

2     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 ...........................................................................................................30

3     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
3.2       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 ...........................................................................................................35

4     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 ...........................................................................................................43

5     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
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 ...........................................................................................................60

6     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
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 ...........................................................................................................78

7     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
7.3.1      Bloed.................................................................................................................88

      7.3.2      Lichaamsvocht ..................................................................................................89

      7.3.3      Nierdialyse ........................................................................................................89

    7.4       Oefeningen ...........................................................................................................90

8     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 ...........................................................................................................97

9     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
9.3.3      Inductie bij een geleider ..................................................................................105

 9.4         Aarding ...............................................................................................................105

 9.5         Oefeningen .........................................................................................................106

10   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 .........................................................................................................113

11   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
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 .........................................................................................................122

12   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
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 .........................................................................................................136

13   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 .........................................................................................................142

14   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
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
15.6      Differentieelschakelaar........................................................................................161

     15.6.1       Algemeen....................................................................................................161

     15.6.2       Werking.......................................................................................................162

 15.7      Oefeningen .........................................................................................................163

16   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
16.4.2        Nadelen.......................................................................................................180

 16.5       Oefeningen .........................................................................................................180

17   Herhalingsvragen elektriciteit..................................................................................182

18   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 .........................................................................................................192

19   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
19.3.2        Golflengte....................................................................................................198

     19.3.3        Verband tussen voortplantingssnelheid, frequentie en golflengte ................198

 19.4       Oefeningen .........................................................................................................199

20   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 .........................................................................................................216

21   Herhalingsopgaven Trillingen en Golven ...............................................................221

22   Index..........................................................................................................................222




        Centrum Voor Afstandsonderwijs                                                                     13
        Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
        Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Centrum Voor Afstandsonderwijs                             14
Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Inleiding

Beste student,

Welkom bij de thuisstudie Toegepaste Fysica!

Deze cursus is opgebouwd rond de te kennen leerstof voor de TSO – richting Farmaceutisch
Technisch 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 van
het secundair onderwijs (voor zowel ASO als TSO – richtingen). Belangrijke begrippen
worden 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 uit
verschillende paragrafen. Aan het einde van elke paragraaf dienen oefeningen gemaakt te
worden. Bij het studeren kun je best de volgorde van de cursus volgen: studeer eerst de
theorie en maak dan de oefeningen. De oplossingen van de oefeningen kun je online
bekomen.

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 ongetwijfeld
interessant vinden!




Vriendelijke groeten,

Ahmed Benkheil




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                     15
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Handleiding bij de opleiding

1) Hoe kan ik inschrijven?

Om je in te schrijven voor een opleiding zijn er twee mogelijkheden. Ofwel schrijf je je in via
de 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 zijn
vaak terug te vinden op de studentenpagina op het internet. Op deze pagina kan je
communiceren met je docent of met andere studenten. Je kan deze taken ook steeds
doorsturen naar je persoonlijke docent via e-mail of met de post. Deze zal je taken dan
verbeteren en je er feedback op geven. Uiteraard kan je je docent ook steeds via e-mail
contacteren 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 doorsturen
naar 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 inschrijving

B. 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 van
voldoende postzegels en schrijf je adres erop. Zorg ervoor dat je je enveloppe voldoende
gefrankeerd 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
3) Hoe kan ik inloggen op mijn persoonlijke studentenpagina?

Inloggen op de studentenpagina is heel eenvoudig. Je surft naar www.studentenpagina.be
in de titelbalk bovenaan. Je komt terecht op volgende pagina:

JOUW LOGIN:

studentxx

JOUW PASWOORD:

xxxxxxx

Vervolgens wordt er een login en een paswoord gevraagd. Je krijgt deze na je inschrijving
voor de cursus. Bij login typ je studentxx in. Het paswoord is xxxxxx. Let er wel op dat je
enkel 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 regelmatig
een 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 tijdens
de kantooruren je examen afleggen op één van onze secretariaten in Antwerpen, Gent of
Hasselt. Je kan telefonisch een afspraak maken op het nummer 03/292.33.30 (liefst één
week 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 een
goede 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 je
bij 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 workshops

Ook als je een thuisstudie volgt, is het mogelijk om privé-lessen of workshops te volgen bij je
docent. Meer informatie hierover kan je telefonisch of via mail aanvragen via onze
secretariaten.



       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                       17
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Handleiding bij de opleiding

1) Hoe kan ik inschrijven?

Om je in te schrijven voor een opleiding zijn er twee mogelijkheden. Ofwel schrijf je je in via
de 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 zijn
vaak terug te vinden op de studentenpagina op het internet. Op deze pagina kan je
communiceren met je docent of met andere studenten. Je kan deze taken ook steeds
doorsturen naar je persoonlijke docent via e-mail of met de post. Deze zal je taken dan
verbeteren en je er feedback op geven. Uiteraard kan je je docent ook steeds via e-mail
contacteren 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 doorsturen
naar 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 inschrijving

B. 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 van
voldoende postzegels en schrijf je adres erop. Zorg ervoor dat je je enveloppe voldoende
gefrankeerd 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
DEEL I: FYSISCHE EIGENSCHAPPEN VAN DE MATERIE




  Centrum Voor Afstandsonderwijs                             19
  Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
  Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
1 Algemene inleiding

        1.1 Materie en stoffen

Fysica bestudeert de eigenschappen van stoffen of materie. Alle voorwerpen zijn
opgebouwd uit één of meer stoffen. Materie is een meer algemene naam of een
verzamelnaam voor stoffen.

Materie heeft als eigenschap dat ze een massa heeft en een volume inneemt. De massa
van 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
-   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 dichtheid

De massa van een stof wordt uitgedrukt in kilogram (kg) en geeft aan hoeveel materie een
object bevat. Massa is onafhankelijk van druk en temperatuur.

Het volume geeft aan hoeveel ruimte een object inneemt en wordt uitgedrukt in kubieke
meter (m³). Het volume is afhankelijk van druk en temperatuur.

De dichtheid van een stof geeft aan hoeveel materie een bepaald volume van deze stof
bevat. 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 de
dichtheid afhankelijk is van druk en temperatuur. Het vergelijken van dichtheden van
verschillende stoffen dient steeds onder dezelfde omstandigheden van druk en temperatuur
te gebeuren.


        1.3 Ondoordringbaarheid van stoffen

Daar waar een stof aanwezig is, kan tegelijkertijd geen andere stof aanwezig zijn. Wanneer
we een object in water onderdompelen, dan merken we op dat het waterpeil stijgt. Dit is een
gevolg van de ondoordringbaarheid van stoffen.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                     21
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
1.4 Oplosbaarheid van stoffen

Als een stof met een vloeistof gemengd kan worden, dan is de stof oplosbaar. De stof die
men in de vloeistof oplost, wordt de opgeloste stof genoemd. De vloeistof wordt het
oplosmiddel genoemd. Het mengsel van oplosmiddel en opgeloste stof noemt men de
oplossing.

Een verzadigde oplossing is een oplossing waarin de maximale hoeveelheid van een stof
is opgelost. Wanneer een oplossing verzadigd is, is het niet meer mogelijk om nog meer van
de stof op te lossen in een zelfde hoeveelheid oplosmiddel.


         1.5 Intermoleculaire aantrekkingskrachten

1.5.1 Inleiding

De atomen in een molecule blijven samen door intramoleculaire kracht: dit is niets anders
dan de atoombinding (zie hiervoor het vak toegepaste chemie).

De moleculen in een vaste stof of vloeistof blijven samen door de zogenaamde
intermoleculaire krachten. Hoe groter deze krachten, hoe meer energie nodig is om de
moleculen van elkaar los te maken. Deze bindende krachten zijn elektrische krachten. We
zullen 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 Vanderwaalskrachten

De Vanderwaalskrachten zijn zwakke krachten: de sterkte hangt af van het gemak
waarmee de elektronenwolk kan vervormd worden. Grote atomen of moleculen bezitten veel
elektronen, waarvan een gedeelte zich ver van de atoomkern bevindt. Hoe verder van de
atoomkern, hoe groter de Vanderwaalskrachten (de elektronenwolk kan dan gemakkelijker
vervormen).




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                        22
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
De sterkte van de Vanderwaalskrachten hangt voornamelijk af van de grootte van de
moleculen: hoe groter de moleculen, hoe sterker de Vanderwaalskrachten zijn. De sterkte
hangt ook af van de vorm van de moleculen: hoe minder vertakking de molecule bevat, hoe
sterker de Vanderwaalskrachten zijn.


1.5.3 Dipool – dipool interacties

Bij een atoombinding tussen ongelijksoortige atomen is het bindend elektronenpaar
verschoven. We spreken dan van een polaire binding. Zie hiervoor onderstaande figuur.




                                          H            Cl


Bij dipoolmoleculen vallen de zwaartepunten van de positieve en de negatieve ladingen
niet 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 wordt
aangegeven met een pijl waarvan de punt wijst in de richting van de negatieve lading. Als
een stof opgebouwd is uit moleculen die geen dipool zijn, dan spreken we van een apolaire
stof.

Dipoolmoleculen oefenen een wisselwerking uit op elkaar: de positieve kant van de ene
molecule wordt aangetrokken door de negatieve kant van de andere molecule en
omgekeerd. Dit noemen we dipool – dipool – interacties, die een gevolg zijn van de
elektrostatische 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
1.5.4 Waterstofbruggen

Waterstofbruggen komen enkel voor indien waterstof gebonden is aan zuurstof – ,
stikstof – en fluoratomen. Een waterstofbrug ontstaat tussen een H – atoom dat aan een
O, N of F – atoom gebonden is en een O, N of F – atoom waaraan één of meer H – atomen
gebonden zijn.


1.5.5 Ion – dipool interacties

Een ion – dipool interactie ontstaat tussen een ion en een dipool. Zie hiervoor onderstaande
figuur:




                     δ-            δ-                                δ+           δ+
                           +                                              –
                     δ-           δ-                                 δ+           δ+




           1.6 SI – eenheden

In 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                  cd


Overige eenheden, de afgeleide eenheden genoemd, worden naargelang de noodzaak in de
cursustekst herhaald.



          Centrum Voor Afstandsonderwijs                                          24
          Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
          Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
1.7 Oefeningen

1. 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
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
2 Aggregatietoestanden en het deeltjesmodel

        2.1 De drie fasen van een stof

Een stof kan in de drie zogenaamde fasen of aggregatietoestanden voorkomen: de vaste
fase, 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 overgang
van 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 stof
water gaat, dan spreekt men van bevriezen in plaats van stollen.

Sommige vaste stoffen kunnen rechtstreeks in de gasvormige toestand overgaan, zonder
eerst 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 condenseren
genoemd.

Onderstaande figuur geeft een overzicht van de drie aggregatietoestanden en de
faseovergangen van een stof weer:




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                  27
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
2.2 Het deeltjesmodel

De kenmerken van de aggregatietoestanden worden aan de hand van het deeltjesmodel
verklaard.


In het deeltjesmodel worden de volgende veronderstellingen gemaakt:

1. Iedere stof is opgebouwd uit zeer kleine deeltjes, die de moleculen genoemd worden. De
moleculen bezitten dezelfde eigenschappen als de stof.

2. Elke stof bestaat uit zijn eigen soort moleculen. Bijvoorbeeld: water bestaat uit
watermoleculen en suiker uit suikermoleculen.

3. De moleculen zijn voortdurend in beweging. Bij een hogere temperatuur zullen de
moleculen zich sneller gaan bewegen.

4. De moleculen van een stof veranderen niet als de stof van fase verandert. Het zijn
steeds dezelfde moleculen. Bijvoorbeeld: water heeft steeds dezelfde moleculen, of het
water nu vast (ijs), vloeibaar of gasvormig (waterdamp) is.

5. De moleculen trekken elkaar aan. Hoe dichter de moleculen bij elkaar liggen, hoe sterker
de aantrekkingskracht.

6. Elke molecule is opgebouwd uit nog kleinere deeltjes, die we atomen noemen.


        2.3 Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen




In een vaste stof bevinden de deeltjes zich dicht bij elkaar. Zie hiervoor nevenstaande
figuur. De deeltjes zijn regelmatig geordend en oscilleren of trillen op een vaste plaats. Bij
een vaste stof bewegen de deeltjes dus niet t.o.v. elkaar. Dit impliceert dat de vaste stof een
eigen vorm en volume heeft en is dus niet samendrukbaar. Het breken van een vaste stof
vereist 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
Tussen    de   deeltjes   van    vaste   stoffen   bestaan   dus   sterke   intermoleculaire
aantrekkingskrachten. De beweeglijkheid van de deeltjes neemt toe bij toenemende
temperatuur.




In een vloeistof hebben de deeltjes een grotere beweeglijkheid. De deeltjes blijven dicht
bij elkaar, maar kunnen t.o.v. elkaar verschuiven of rollen. In dit geval is er geen sprake
van een regelmatige schikking van de deeltjes. Dit heeft als gevolg dat vloeistoffen geen
eigen vorm hebben: ze nemen de vorm aan van het vat waarin ze zich bevinden. De
aantrekkingskrachten tussen de deeltjes zijn zwakker dan bij vaste stoffen (het roeren van
water is veel gemakkelijker dan ijs).




In de gasvormige fase of toestand bevinden de deeltjes zich verder van elkaar en bewegen
wanordelijk 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 elkaar
gedrongen 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 zogenaamde
vloeibare kristallijne toestand wordt later besproken.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                       29
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
2.4 Invloed van de temperatuur

Als de temperatuur van een stof stijgt, dan zullen de moleculen sneller gaan bewegen. Dit
geldt zowel voor moleculen in een vaste stof, in een vloeistof, alsook in een gas. In de vaste
fase gaan de moleculen sneller rond hun evenwichtsstand trillen. In een vloeistof zullen de
moleculen zich sneller ten opzichte van elkaar gaan bewegen. Ook in een gas bewegen de
moleculen met een hogere snelheid naarmate de temperatuur toeneemt. Dit impliceert dat
de botsingen tegen de wanden van hun houder krachtiger zullen worden. Hierdoor zal de
druk 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
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
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
3 Gassen en gaswetten

         3.1 De druk van een gas

Onderstaande figuur stelt een vat voor waarin zich een gas bevindt. De pijltjes stellen de
snelheid en de bewegingszin van de moleculen voor. Als de moleculen tegen de wand van
het vat botsen, dan worden ze door de wand teruggekaatst. Bij elke botsing ondervindt de
wand van het vat dus een kracht (vanwege de botsing). Alle krachten, ten gevolge van de
botsingen, leveren de druk op die het gas op de wand uitoefent.




                                        Botsingen van de moleculen geven druk op de wand


         3.2 Wet van Boyle

In de 17de eeuw voerde de Ierse onderzoeker Robert Boyle onderzoek naar het verband
tussen de druk van een gas en de grootte van het volume van het gas. Hiervoor hield hij de
temperatuur steeds constant. Het resultaat van zijn experimenten is de volgende wet, die
geldig 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
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 dat
gas zal halveren.

De wet van Boyle wordt verklaard aan de hand van het deeltjesmodel: gassen zijn
opgebouwd uit kleine (ondeelbare) deeltjes, waarbij de deeltjes kriskras door elkaar heen
bewegen. De druk van een gas is een gevolg van de botsingen van de deeltjes tegen de
wanden van de houder van het gas. Een kleiner volume zorgt er dus voor dat de deeltjes
vaker tegen de wanden botsen, wat dus een toename in druk betekent. Een groter
volume betekent minder botsingen tegen de wanden en dus ook een lagere druk.


           3.3 Het absoluut nulpunt

De Franse wetenschapper Gay-Lussac deed eveneens onderzoek naar het gedrag van
gassen. Hij liet bij de uitvoering van zijn experimenten de temperatuur wel variëren en hield
hierbij het volume constant. Zo onderzocht Gay-Lussac dus het verband tussen druk en
temperatuur. 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, dan
merken we op dat hiermee een negatieve temperatuur overeenkomt. De druk van een gas is
nul bij een temperatuur T = - 273,15°C. Deze temperatuur wordt het absoluut nulpunt
genoemd en is de laagst mogelijke temperatuur die kan voorkomen.




De Kelvin – schaal is gedefinieerd aan de hand van het absoluut nulpunt: 0 Kelvin (symbool
K) = -273,15°C. Een temperatuursstijging van 1K komt overeen met een temperatuursstijging
van 1°C.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                     34
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
3.4 De wetten van Gay – Lussac

De drukwet van Gay – Lussac:

De verhouding tussen de druk en de temperatuur van een gas is constant bij constant
                                         volume:

                                      p/T = constant

De volumewet van Gay – Lussac:

 De verhouding tussen het volume en de temperatuur is constant bij constante druk:

                                      V/T = constant


        3.5 De Algemene gaswet

Bovenstaande drie wetten kunnen gecombineerd worden tot één gaswet, die we de
algemene gaswet noemen:

De algemene gaswet:

                                         pV = nRT

met p = de druk van het gas in Pa, V = het volume van het gas in m³, n = aantal
gasdeeltjes 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
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
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
4 Smelten en stollen

         4.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel

Een faseovergang gebeurt meestal wanneer er energie aan de stof wordt toegevoegd of
weggenomen. Wanneer warmte (vorm van energie) wordt toegevoegd aan een stof, dan
bekomen de moleculen of atomen voldoende energie om zich van de andere moleculen of
atomen los te maken. De moleculen of atomen gaan zich hierdoor sneller en vrijer ten
opzichte 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 vloeibare
toestand.

Het proces waarbij een vaste stof in een vloeistof verandert wordt smelten genoemd. De
temperatuur waarbij deze overgang gebeurt wordt het smeltpunt genoemd. Elke stof wordt
gekenmerkt door een eigen smeltpunt (zie later). Tijdens het smelten wordt dus warmte aan
de stof toegevoegd om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te verzwakken. Deze
warmte wordt de smeltwarmte genoemd.

Wanneer aan een vloeistof energie onttrokken wordt (bijv. door koeling), dan verliezen de
moleculen of atomen hun energie om snel en vrij te kunnen bewegen. De deeltjes komen
terug dichter bij elkaar te liggen en de onderlinge aantrekkingskracht wordt weer groter. De
deeltjes worden terug geordend in het kristalrooster: de vloeistoffase gaat hierbij over in de
vaste fase. Dit proces heet stollen en de temperatuur waarbij dit optreedt wordt het
stolpunt genoemd. Tijdens het stollen geeft de stof dus warmte af aan de omgeving. Deze
warmte wordt de stolwarmte genoemd: door de ordening van de deeltjes in het
kristalrooster ontstaat er een rest aan energie die als warmte vrijkomt.

Het meest bekende voorbeeld van smelten en stollen is water en ijs. Wanneer we een
ijsblokje uit de diepvriezer halen en deze bij kamertemperatuur in een glas leggen, dan zal
de omgeving (kamer) warmte afgeven aan het ijsblokje. Hierdoor krijgen de watermoleculen
extra energie onder de vorm van warmte toegevoegd. De moleculen worden hierdoor
beweeglijker en de intermoleculaire aantrekkingskrachten kleiner, zodat het ijsblokje na
enige tijd overgaat in water.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                      38
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Neem een glas water en plaats het glas in de diepvriezer. Na enige tijd merken je op dat het
water begint te stollen. Van zodra je de beker in de diepvriezer plaatst, zal het water energie
onder de vorm van warmte afgeven aan de omgeving (diepvriezer). De moleculen verliezen
dus energie en zullen minder snel gaan bewegen. Na enige tijd hebben de moleculen zoveel
energie 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 stoffen

Tijdens het smelten stijgt de temperatuur niet maar neemt de stof de toegevoerde warmte op
om te smelten. Zie hiervoor onderstaande figuur. Omgekeerd, tijdens het stollen daalt de
temperatuur van de stof niet, maar geeft de stof de warmte af aan de omgeving om te
kunnen stollen.




Zuivere stoffen hebben een duidelijk waarneembaar smeltpunt: als een zuivere stof
smelt, dan heeft de stof alle energie van buitenaf nodig om over te gaan van de vaste fase
naar vloeibare fase. Bovenstaande figuur geeft de smeltcurve weer van blokje ijs dat smelt
van -10°C tot op kamertemperatuur (20°C). Wanneer we de tijd tijdens het smeltproces
meten, dan merken we dat rond de nul graden de temperatuur een tijdje niet stijgt. Dit wijst
dus 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
Het smeltpunt is een belangrijke fysische eigenschap van een zuivere stof. Aan de hand van
het smeltpunt kunnen zuivere stoffen geïdentificeerd worden. Zoals hierboven vermeld
werd, hebben zuivere stoffen een duidelijk waarneembaar smeltpunt. Een zuivere stof
smelt bij een welbepaalde temperatuur en is enkel afhankelijk van de druk. De druk kan in
het algemeen als een constante beschouwd worden, aangezien de atmosferische druk geen
plotse 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                -219


De fase waarin een stof zich bevindt, hangt af van de temperatuur. Is de temperatuur
kleiner dan het smeltpunt van de stof, dan bevindt de stof zich in de vaste fase. Bij
kamertemperatuur         hebben   alle     vloeistoffen    een   smeltpunt   dat   onder   de
kamertemperatuur ligt. Vaste stoffen hebben een smeltpunt dat hoger ligt dan de
kamertemperatuur. Aan de hand van bovenstaande tabel kunnen we bepalen wat de
toestand is van een stof bij een gekozen temperatuur. Gassen worden gekenmerkt door een
zeer 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
4.3 Smelttraject bij samengestelde stoffen

Stoffen die niet zuiver zijn, hebben een smelttraject. Een niet zuivere stof of een
samengestelde stof is samengesteld uit twee of meerdere stoffen. Beschouw een mengsel
van twee stoffen A (smeltpunt: 40°C) en B (smeltpunt: 50°C). Bij een temperatuurstoename
zal bij 40°C stof A beginnen te smelten. Een gedeelte van de toegevoerde warmte wordt dus
aangewend om stof A te smelten. Het overige gedeelte wordt gebruikt om stof B verder te
verwarmen tot zijn smeltpunt. Aangezien de temperatuur over het volledige traject blijft
toenemen, merken we geen smeltpunt op, maar een smelttraject. Zie hiervoor onderstaande
figuur.




           4.4 Smeltpuntsverlaging

4.4.1 Inleiding

In 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 water
toevoegen, dan kan het mengsel (zout en water) tot enige graden onder nul afgekoeld
worden zonder te bevriezen. Door zout op de wegen te strooien, bekomt men aan het
wegoppervlak 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
Dit verschijnsel is ook bij andere oplossingen waar te nemen: omdat het smeltpunt of
stolpunt hierdoor verlaagd wordt, spreken we van smeltpuntsverlaging. Bij water spreekt
men van vriespuntsverlaging.

De verlaging van het smeltpunt of vriespunt blijkt enkel afhankelijk te zijn van het aantal
deeltjes aan opgeloste stof en oplosmiddel. Het oplossen van 1 mol NaCl (zout) in 100g
water geeft aanleiding tot een vriespuntsverlaging van 18,6°C. 1 mol NaCl komt overeen met
een gewicht van 58,5g (scheikunde 4de middelbaar: stoechiometrie). Het mengsel water en
NaCl wordt pekel genoemd.

De voorwaarde om een smeltpuntsverlaging te bekomen is dat de toe te voegen stof
oplosbaar is in het oplosmiddel. Zout is oplosbaar in het oplosmiddel water, zodat we van
een vriespuntsverlaging kunnen spreken.


4.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel

Door toevoeging van zout (NaCl) aan water (oplosmiddel) dissocieert het zout in een Na+ en
Cl- - ionen. Deze (kleine) ionen zullen de lege posities tussen de (grote) watermoleculen
innemen. Hierdoor wordt de vorming van het kristalrooster van ijs verstoord: de
aantrekkingskrachten tussen de watermoleculen zijn, omwille van de aanwezigheid van
NaCl, afgenomen. Verder zijn de aantrekkingskrachten tussen water en NaCl zeer klein. Dit
heeft 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 moleculen
worden minder beweeglijker t.o.v. elkaar en de aantrekkingskrachten worden groter. Dit
gebeurt bij een lagere temperatuur die overeenkomt met de smeltpuntsverlaging of
vriespuntsverlaging.

Samengevat: onzuiverheden in een zuivere stof geven steeds aanleiding tot een
smeltpuntsverlaging.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                    42
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
4.4.3 Koudmakende mengsels

De zogenaamde instant cold packs worden in de sportwereld zeer vaak aangewend bij een
eerste behandeling van blessures. De bespreking wordt als opdracht aan de student
overgelaten:

Vertrek van het deeltjesmodel om de werking van koudmakende mengsels te
verklaren. Geef een cijfervoorbeeld met betrekking tot de gevormde temperatuur door
gebruik te maken van de definitie van endotherme reacties, zoals behandeld werd in
de scheikunde van het vierde jaar middelbaar. Het verslag dient via mail overgemaakt
te 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
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°C



5. 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 blijven


6. 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
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
5 Verdampen en condenseren

         5.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel

5.1.1 Verdampen

Wanneer we een kleine hoeveelheid water in een beker verwarmen (koken), dan merken we
dat er na enige tijd waterdamp boven de beker ontstaat. We hebben hierbij dus een
overgang van de vloeibare fase naar de gasfase. De overgang van vloeistof naar gas wordt
verdampen genoemd.

De temperatuur waarbij deze overgang gebeurt wordt het kookpunt genoemd. Elke stof
wordt 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 botsing
met elkaar, wat een toename in de snelheid van de deeltjes veroorzaakt. Tijdens de
botsing geeft het ene deeltje energie aan het andere. Dus een botsing resulteert altijd in de
toename van energie van een deeltje.

Voor de deeltjes die zich aan het vloeistofoppervlak bevinden is de snelheidstoename
voldoende groot om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te overwinnen en de
vloeistof 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
Indien de deeltjes de vloeistof verlaten, dan zegt men dat de vloeistof verdampt. De
nodige energie om te verdampen noemt men verdampingswarmte.

Merk op dat de verdamping steeds aan het vloeistofoppervlak gebeurt en bij elke
temperatuur. Het zijn de snelste deeltjes, dus deeltjes met de meeste energie, die de
vloeistof verlaten. Door verdamping koelt een vloeistof af.

Wanneer op een hete zomerdag uit het zwembad komt, dan verdampt het water op je huid
door onttrekking van warmte aan jouw lichaam. Jouw lichaam koelt hierdoor af, zodat je na
enige tijd gaat beginnen te bibberen van de koude.


5.1.2 Condenseren

De overgang van de gasfase naar de vloeibare fase wordt condenseren genoemd. We
beschouwen hiervoor het volgend experiment: verwarm in een beker een kleine hoeveelheid
water en houd een horlogeglas boven de beker. Op het horlogeglas zie je na enige tijd
waterdruppeltjes ontstaan: er treedt dus condensatie op.

Condenseren treedt op door afkoeling van de damp. Vanaf het moment dat de beker niet
meer verwarmd wordt, zullen de deeltjes ook geen energietoevoer meer hebben. Hierdoor
daalt de energie en dus ook de snelheid van de deeltjes. De aantrekkingskrachten tussen
de deeltjes wordt terug groter dan hun snelheid. Dit heeft als gevolg dat de deeltjes dichterbij
elkaar komen te liggen en er dus opnieuw een vloeistof wordt gevormd.

De temperatuur waarbij een stof gaat condenseren wordt het condensatiepunt genoemd en
is gelijk aan het kookpunt.

De warmte die vrijkomt bij het condenseren, noemt men condensatiewarmte. Het is de
energie die tijdens het verdampen werd opgenomen.


         5.2 Kook– en condensatieproces bij zuivere stoffen

Analoog aan het smelt – en stolproces, kunnen we bij het kookproces van zuivere stoffen
eveneens een duidelijk waarneembaar kookpunt vaststellen. Bij toevoer van warmte zal de
temperatuur van de vloeistof in eerste instantie toenemen. Na enige tijd merken we op dat de
temperatuur 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
De toegevoegde warmte wordt uitsluitend aangewend om de aantrekkingskrachten
tussen de deeltjes te overwinnen. Vandaar dat er geen toename is in temperatuur tijdens
het koken.

Bij een verdere verwarming van de vloeistof, zal na een bepaalde tijd de vloeistof overgaan
in een gas. Zie hiervoor onderstaande figuur.




Merk op dat we hier dus weer een grens hebben: onder het kookpunt bevindt een stof zich in
de vloeibare fase, boven het kookpunt in de gasfase. Het kookpunt van een stof is een
kenmerkende 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 als
oefening aan de lezer overgelaten. Schets hierbij ook de curve van het stolproces van een
zuivere stof.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                   48
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
5.3 Kooktraject bij samengestelde stoffen

Indien we een mengsel aan de kook brengen, dan zullen we geen duidelijk kookpunt
waarnemen, maar wel een kooktraject. Hiervoor geldt eenzelfde bespreking als bij het
smelttraject 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
5.4 Verzadigde en onverzadigde dampen

5.4.1 Definities

Boven een vloeistof bevindt zich altijd door verdamping een laagje gas. We noemen dit de
damp. 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 zich
waterdamp.

Naast het ontsnappen van de snellere moleculen uit de vloeistof, zullen er ook moleculen uit
de damp weer gevangen kunnen worden in de vloeistof. Na een bepaalde tijd kunnen we
zeggen dat er zich een evenwicht instelt: er ontsnappen dan evenveel moleculen uit de
vloeistof als er weer ingevangen worden in de vloeistof. We zeggen dan dat de lucht
verzadigd is met de damp. De bijhorende dampdruk is de verzadigde dampdruk. Zolang
er geen evenwicht bereikt is en de ruimte boven de vloeistof wel nog extra stof kan
opnemen, 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 dampdruk
gelijk is aan de omgevingsdruk. Voor water is dit bij 100°C.


5.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel

We beschouwen een halfvolle gesloten fles water. Aan het vloeistofoppervlak treedt er dus
verdamping op, waarbij de moleculen de vloeistof verlaten. Op onderstaande figuur werd een
molecule die de vloeistof verlaat aan geduid met mv. Deze moleculen botsen tegen de
wanden van de fles en tegen elkaar. Tijdens de botsingen wisselen de moleculen energie uit
en de zin van snelheid verandert hierbij. Bepaalde moleculen krijgen dus een snelheid in de
richting 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
mv                                   mv
                                              mt




Zolang de uitstroom (mv) groter is dan de terugkeer (mt) zullen er steeds meer
dampmoleculen in de ruimte boven het vloeistofoppervlak komen. Uiteindelijk zullen er
zoveel dampmoleculen aanwezig dat mv = mt. Vanaf dat moment blijft het aantal
dampmoleculen constant en is de damp verzadigd.

Bij een hogere temperatuur is de uitstroom (mv) van de moleculen groter: bij hogere
temperatuur hebben de moleculen hogere snelheden, zodat ze gemakkelijker kunnen
ontsnappen aan de vloeistof. Om evenwicht te bekomen (mv = mt), moeten de moleculen in
de damp dus dichterbij elkaar gaan liggen. Dit verklaart waarom een verzadigde damp bij
een hogere temperatuur meer moleculen bevat.


5.4.3 Verzadigingsdruk

De verzadigingsdruk is de druk die een damp uitoefent op de wanden van het vat. Deze
druk is afhankelijk van de temperatuur: de verzadigingsdruk van een damp neemt toe bij
toenemende temperatuur. Dit is eenvoudig te verklaring aan de hand van het
deeltjesmodel: de uitstroom van de moleculen neemt toe bij toenemende temperatuur. Om
evenwicht te bekomen dient dus de instroom van de moleculen even groot te zijn aan de
uitstroom. Dit betekent dus dat er meer moleculen zijn die zich aan hogere snelheden
bewegen in de ruimte boven de vloeistof: de botsingen tegen de wanden van het vat nemen
toe, zodat de druk dus ook toeneemt.




        Centrum Voor Afstandsonderwijs                               51
        Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
        Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Onderstaande figuur geeft de maximale dampdrukcurve van water (H2O), ethanol
(C2H5OH) en koolstofdioxide (CO2) weer. Op de horizontale as staat de temperatuur (in
Kelvin) 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) weer
in functie van de temperatuur. Zie hiervoor onderstaande figuur:




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                    52
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Uit de grafiek kunnen we dus afleiden dat warme lucht meer waterdamp bevat dan koude
lucht.

De verzadigingskromme loopt onder het vriespunt gewoon door. Hiermee kunnen we
verklaren waarom het in Siberië bijna nooit sneeuwt: bij -30°C bevat lucht te weinig
waterdamp om sneeuw te vormen.


5.4.4 Afkoelen en samenpersen van gassen




We beschouwen een bepaalde hoeveelheid koolstofdioxide in gasfase bij een temperatuur
van 280K en een druk van 2MPa. Deze toestand staat in nevenstaande figuur weergegeven
als toestand A.

Als het CO2 – gas onder constante druk afgekoeld wordt, dan zal het condenseren bij een
temperatuur van 258K (toestand B op onderstaande figuur). Indien het gas wordt
samengeperst (bij een constante temperatuur), dan zal het gas condenseren bij een druk
van 4MPa (toestand C op onderstaande figuur).




         Centrum Voor Afstandsonderwijs                              53
         Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
         Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
5.5 Koken van vloeistoffen

5.5.1 Invloed van de druk op het kookpunt

Algemeen 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. Hoe
hoger we ons bevinden t.o.v. de zeespiegel, hoe lager de luchtdruk en dus ook hoe
lager 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 is
dan 100°C. Hoe lager we ons bevinden t.o.v. de zeespiegel, hoe hoger de luchtdruk en
dus 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 vloeistoffen

De druk van de dampkring op zeeniveau bedraagt 101,3kPa en wordt de standaarddruk
genoemd. Bij deze druk kookt water bij een temperatuur van 100°C. De verzadigingsdruk
van 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 dampbel
kan pas ontstaan en blijven bestaan als de dampdruk in de dampbel (Pdamp) groter of gelijk is
aan de omgevingsdruk (Pomgeving).

De dampdruk in de bel is gelijk aan de verzadigingsdruk van de vloeistof bij de heersende
temperatuur. 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 de
omgevingsdruk te verlagen. De vloeistof gaat beginnen koken van zodra de vloeistof de
verzadigingsdruk bereikt heeft.



       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                     54
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Voorbeeld: Neem een bekerglas met een hoeveelheid water met een temperatuur van 50°C.
Beschouw hierbij de standaarddruk van 101,3kPa. Het water in het bekerglas bevindt zich in
toestand A op onderstaande figuur.




                                A
                                                                    B




                                    C




Indien we de druk constant houden, dan gaat het water bij toenemende temperatuur op
100°C koken (punt B op de figuur). Indien we de temperatuur constant houden, dan gaat het
water een druk van 12kPa koken (punt C op de figuur).


        5.6 Kritieke temperatuur van een stof

5.6.1 Definitie

Uit de voorgaande besprekingen is gebleken dat een gas gecondenseerd kan worden door
afkoeling   (verlaging   temperatuur)   of   door   samendrukking       (verhoging   druk).   Het
samendrukken van een gas geeft echter niet altijd aanleiding tot condensatie. Elk gas heeft
een temperatuur waarboven het samendrukken van een gas nooit tot condensatie van het
gas zal leiden. Deze temperatuur wordt de kritische temperatuur genoemd en wordt als
volgt gedefinieerd:

De kritische temperatuur van een stof is de temperatuur waarboven deze stof slechts
in de gasfase kan voorkomen. Beneden de kritieke temperatuur kan de stof in de vaste
fase, de vloeibare fase en de gasfase voorkomen. De kritieke temperatuur verschilt
van stof tot stof.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                        55
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
CO2 heeft een kritieke temperatuur van 31°C. Beneden deze temperatuur kan het gas
gecondenseerd worden door samendrukking. Het gas kan bijvoorbeeld niet meer
gecondenseerd worden door samendrukking bij een temperatuur van 50°C.

De kritieke temperatuur is afhankelijk van de aantrekkingskrachten tussen de moleculen.
Indien de moleculen elkaar weinig aantrekken, dan is de kritieke temperatuur van de stof
klein. De kritieke temperatuur van de stof is groot indien de moleculen sterke
aantrekkingskrachten op elkaar uitoefenen. Zo heeft water een kritische temperatuur van
374°C, die te wijten is aan de sterke waterstofbruggen tussen de watermoleculen.


5.6.2 Het kritieke punt

De gemiddelde afstand tussen de moleculen in een gas is meestal groter dan de gemiddelde
afstand tussen de moleculen in een vloeistof. Bij de kritieke temperatuur is de gemiddelde
afstand tussen de moleculen in de verzadigde damp gelijk aan de afstand tussen de
moleculen in een vloeistof. Er kan dus geen onderscheid meer gemaakt worden tussen een
damp en een vloeistof.

Beschouwen we dan verzadigingsdruk van een damp in functie van de temperatuur, dan
krijgen we een grafiek zoals hieronder. Het eindpunt van deze kromme wordt het kritieke
punt genoemd. De bijhorende temperatuur is de kritieke temperatuur.




Boven de kritieke temperatuur, of boven het kritieke punt, kan er geen onderscheid
meer gemaakt worden tussen damp en vloeistof.




       Centrum Voor Afstandsonderwijs                                    56
       Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen
       Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig
Toegepaste fysica volledig

Contenu connexe

Tendances

Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...
Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...
Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...jackjohn45
 
Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệt
Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệtTính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệt
Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệtnataliej4
 
NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...
NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...
NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...KhoTi1
 
Corel draw graphics suite x3 Notes
Corel draw graphics suite x3 NotesCorel draw graphics suite x3 Notes
Corel draw graphics suite x3 NotesSirajRock
 
Zał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sio
Zał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sioZał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sio
Zał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sioAga Szajda
 
100 проектов для малого бизнеса
100 проектов для малого бизнеса100 проектов для малого бизнеса
100 проектов для малого бизнесаPalatakz
 
Luận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc Vinatex
Luận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc VinatexLuận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc Vinatex
Luận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc VinatexViết thuê trọn gói ZALO 0934573149
 
The mysteries of harris burdick art
The mysteries of harris burdick artThe mysteries of harris burdick art
The mysteries of harris burdick artGary Frisch
 
Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49
Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49
Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49TahitiInfos
 
Basic seduction PDF EBook Download-FREE
Basic seduction PDF EBook Download-FREEBasic seduction PDF EBook Download-FREE
Basic seduction PDF EBook Download-FREEkartoloe
 
Tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zincite
Tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zinciteTổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zincite
Tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zincitehttps://www.facebook.com/garmentspace
 
Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinel
Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinelTổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinel
Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinelhttps://www.facebook.com/garmentspace
 
John Steinbeck
John SteinbeckJohn Steinbeck
John Steinbeckjohnsonmf
 

Tendances (20)

Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh...
Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh...Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh...
Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh...
 
Luận văn: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá tra
Luận văn: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá traLuận văn: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá tra
Luận văn: Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến xương cá tra
 
Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...
Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...
Tác động của dịch vụ hậu mãi chủ động đến sự hài lòng của khách hàng Nghiên c...
 
Luận văn: Đánh giá hàm lượng muối borat trong thực phẩm ở Huế
Luận văn: Đánh giá hàm lượng muối borat trong thực phẩm ở HuếLuận văn: Đánh giá hàm lượng muối borat trong thực phẩm ở Huế
Luận văn: Đánh giá hàm lượng muối borat trong thực phẩm ở Huế
 
Luận án: Tổng hợp và ứng dụng của vật liệu khung kim loại hữu cơ
Luận án: Tổng hợp và ứng dụng của vật liệu khung kim loại hữu cơLuận án: Tổng hợp và ứng dụng của vật liệu khung kim loại hữu cơ
Luận án: Tổng hợp và ứng dụng của vật liệu khung kim loại hữu cơ
 
Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệt
Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệtTính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệt
Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng bơm nhiệt
 
NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...
NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...
NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA DOANH NGHIỆP NHỎ VÀ VỪA, NGHIÊN CỨU TRÊN ĐỊA BÀN THÀN...
 
Corel draw graphics suite x3 Notes
Corel draw graphics suite x3 NotesCorel draw graphics suite x3 Notes
Corel draw graphics suite x3 Notes
 
Zał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sio
Zał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sioZał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sio
Zał. 4 wzór oświadczenia o wyrażeniu zgody na umieszczenie danych w sio
 
Luận Văn Hoàn Thiện Quy Chế Trả Lương Tại Công Ty Petrolimex
Luận Văn Hoàn Thiện Quy Chế Trả Lương Tại Công Ty PetrolimexLuận Văn Hoàn Thiện Quy Chế Trả Lương Tại Công Ty Petrolimex
Luận Văn Hoàn Thiện Quy Chế Trả Lương Tại Công Ty Petrolimex
 
100 проектов для малого бизнеса
100 проектов для малого бизнеса100 проектов для малого бизнеса
100 проектов для малого бизнеса
 
Luận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc Vinatex
Luận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc VinatexLuận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc Vinatex
Luận án: Quản trị mua nguyên vật liệu của các doanh nghiệp may thuộc Vinatex
 
The mysteries of harris burdick art
The mysteries of harris burdick artThe mysteries of harris burdick art
The mysteries of harris burdick art
 
Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49
Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49
Parcours mathematiques cm p4_corriges-46-49
 
Basic seduction PDF EBook Download-FREE
Basic seduction PDF EBook Download-FREEBasic seduction PDF EBook Download-FREE
Basic seduction PDF EBook Download-FREE
 
Tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zincite
Tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zinciteTổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zincite
Tổng hợp một số chất màu trên nền tinh thể mullite, zircon và zincite
 
Đề tài: Đánh giá hiệu quả hệ thống quản lý chất lượng ISO, HOT
Đề tài: Đánh giá hiệu quả hệ thống quản lý chất lượng ISO, HOTĐề tài: Đánh giá hiệu quả hệ thống quản lý chất lượng ISO, HOT
Đề tài: Đánh giá hiệu quả hệ thống quản lý chất lượng ISO, HOT
 
Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinel
Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinelTổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinel
Tổng hợp chất màu đen cho gốm sứ trên nền tinh thể spinel
 
Giải Pháp Nâng Cao Động Lực Làm Việc Cho Nhân Viên Tại Công Ty Cổ Phần Bao Bì...
Giải Pháp Nâng Cao Động Lực Làm Việc Cho Nhân Viên Tại Công Ty Cổ Phần Bao Bì...Giải Pháp Nâng Cao Động Lực Làm Việc Cho Nhân Viên Tại Công Ty Cổ Phần Bao Bì...
Giải Pháp Nâng Cao Động Lực Làm Việc Cho Nhân Viên Tại Công Ty Cổ Phần Bao Bì...
 
John Steinbeck
John SteinbeckJohn Steinbeck
John Steinbeck
 

Similaire à Toegepaste fysica volledig

Inleidende begrippen van de chemische thermodynamica
Inleidende begrippen van de chemische thermodynamicaInleidende begrippen van de chemische thermodynamica
Inleidende begrippen van de chemische thermodynamicaTom Mortier
 
080824 Instellen Boog
080824 Instellen Boog080824 Instellen Boog
080824 Instellen BoogKees Methorst
 
080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve Boogschutters
080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve Boogschutters080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve Boogschutters
080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve BoogschuttersKees Methorst
 
Groenplan 2012 vlaardingen blijvend groen
Groenplan 2012 vlaardingen blijvend groenGroenplan 2012 vlaardingen blijvend groen
Groenplan 2012 vlaardingen blijvend groenCarlos Mota
 
Wiskunde voor Chemici
Wiskunde voor ChemiciWiskunde voor Chemici
Wiskunde voor ChemiciTom Mortier
 
Meerjarenbeleidsplan Participatie
Meerjarenbeleidsplan ParticipatieMeerjarenbeleidsplan Participatie
Meerjarenbeleidsplan Participatievmpfundt
 
Communicatie familiebedrijven
Communicatie familiebedrijvenCommunicatie familiebedrijven
Communicatie familiebedrijvenTessa Smits
 
MSc Thesis Business Informatics
MSc Thesis Business InformaticsMSc Thesis Business Informatics
MSc Thesis Business InformaticsF.R. Kemperman
 
Versie Aug 2008 Wetensch Vertaling Ned
Versie Aug 2008 Wetensch Vertaling NedVersie Aug 2008 Wetensch Vertaling Ned
Versie Aug 2008 Wetensch Vertaling NedKees Methorst
 
Produceren in Azie
Produceren in AzieProduceren in Azie
Produceren in AzieFoubu
 
Meerjaren Monumentenbeleidsplan St.Maarten
Meerjaren Monumentenbeleidsplan St.MaartenMeerjaren Monumentenbeleidsplan St.Maarten
Meerjaren Monumentenbeleidsplan St.Maartenpearl studio
 
Objectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteit
Objectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteitObjectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteit
Objectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteitKlaas Coevering
 
Sociale media strategie_voor_politie
Sociale media strategie_voor_politieSociale media strategie_voor_politie
Sociale media strategie_voor_politieFrank Smilda
 
LinkedIn Gebruiksaanwijzing
LinkedIn GebruiksaanwijzingLinkedIn Gebruiksaanwijzing
LinkedIn GebruiksaanwijzingDuco Scholtanus
 
Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009
Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009
Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009kittyleuverink
 
3D objectvisualisatie, een onderzoek
3D objectvisualisatie, een onderzoek3D objectvisualisatie, een onderzoek
3D objectvisualisatie, een onderzoekErfgoed 2.0
 
Kerkvoorbijdehorizon-compl
Kerkvoorbijdehorizon-complKerkvoorbijdehorizon-compl
Kerkvoorbijdehorizon-complJoost Theunissen
 

Similaire à Toegepaste fysica volledig (20)

Inleidende begrippen van de chemische thermodynamica
Inleidende begrippen van de chemische thermodynamicaInleidende begrippen van de chemische thermodynamica
Inleidende begrippen van de chemische thermodynamica
 
080824 Instellen Boog
080824 Instellen Boog080824 Instellen Boog
080824 Instellen Boog
 
080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve Boogschutters
080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve Boogschutters080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve Boogschutters
080824 Ned Vertaling Informatiegids Voor Recurve Boogschutters
 
Onderzoek naar de effecten van een eenheidsschaal voor tussenkomsten van onde...
Onderzoek naar de effecten van een eenheidsschaal voor tussenkomsten van onde...Onderzoek naar de effecten van een eenheidsschaal voor tussenkomsten van onde...
Onderzoek naar de effecten van een eenheidsschaal voor tussenkomsten van onde...
 
Groenplan 2012 vlaardingen blijvend groen
Groenplan 2012 vlaardingen blijvend groenGroenplan 2012 vlaardingen blijvend groen
Groenplan 2012 vlaardingen blijvend groen
 
Wiskunde voor Chemici
Wiskunde voor ChemiciWiskunde voor Chemici
Wiskunde voor Chemici
 
Meerjarenbeleidsplan Participatie
Meerjarenbeleidsplan ParticipatieMeerjarenbeleidsplan Participatie
Meerjarenbeleidsplan Participatie
 
Communicatie familiebedrijven
Communicatie familiebedrijvenCommunicatie familiebedrijven
Communicatie familiebedrijven
 
MSc Thesis Business Informatics
MSc Thesis Business InformaticsMSc Thesis Business Informatics
MSc Thesis Business Informatics
 
Versie Aug 2008 Wetensch Vertaling Ned
Versie Aug 2008 Wetensch Vertaling NedVersie Aug 2008 Wetensch Vertaling Ned
Versie Aug 2008 Wetensch Vertaling Ned
 
Produceren in Azie
Produceren in AzieProduceren in Azie
Produceren in Azie
 
Meerjaren Monumentenbeleidsplan St.Maarten
Meerjaren Monumentenbeleidsplan St.MaartenMeerjaren Monumentenbeleidsplan St.Maarten
Meerjaren Monumentenbeleidsplan St.Maarten
 
Permacultuur7.3
Permacultuur7.3Permacultuur7.3
Permacultuur7.3
 
Objectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteit
Objectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteitObjectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteit
Objectieve Risicoanalyse, van utopie naar realiteit
 
Studieresultaten naar de effecten van de Leefloonwet
Studieresultaten naar de effecten van de LeefloonwetStudieresultaten naar de effecten van de Leefloonwet
Studieresultaten naar de effecten van de Leefloonwet
 
Sociale media strategie_voor_politie
Sociale media strategie_voor_politieSociale media strategie_voor_politie
Sociale media strategie_voor_politie
 
LinkedIn Gebruiksaanwijzing
LinkedIn GebruiksaanwijzingLinkedIn Gebruiksaanwijzing
LinkedIn Gebruiksaanwijzing
 
Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009
Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009
Linked in netwerking_op_het_internet_okt_2009
 
3D objectvisualisatie, een onderzoek
3D objectvisualisatie, een onderzoek3D objectvisualisatie, een onderzoek
3D objectvisualisatie, een onderzoek
 
Kerkvoorbijdehorizon-compl
Kerkvoorbijdehorizon-complKerkvoorbijdehorizon-compl
Kerkvoorbijdehorizon-compl
 

Plus de Ondernemersschool

Questionnaire sur les tension dans un circuit série
Questionnaire sur les tension dans un circuit sérieQuestionnaire sur les tension dans un circuit série
Questionnaire sur les tension dans un circuit sérieOndernemersschool
 
Questionnaire sur les résistances et la loi d'ohm
Questionnaire sur les résistances et la loi d'ohmQuestionnaire sur les résistances et la loi d'ohm
Questionnaire sur les résistances et la loi d'ohmOndernemersschool
 
Présentation programme de dessin
Présentation programme de dessinPrésentation programme de dessin
Présentation programme de dessinOndernemersschool
 
Les transmission de données
Les transmission de donnéesLes transmission de données
Les transmission de donnéesOndernemersschool
 
Les constituants d'un depart moteur
Les constituants d'un depart moteurLes constituants d'un depart moteur
Les constituants d'un depart moteurOndernemersschool
 
Le fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoireLe fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoireOndernemersschool
 
Le fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoireLe fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoireOndernemersschool
 
Le disjoncteur différentiel
Le disjoncteur différentielLe disjoncteur différentiel
Le disjoncteur différentielOndernemersschool
 
La protection des conducteurs
La protection des conducteursLa protection des conducteurs
La protection des conducteursOndernemersschool
 
Calcul du courant de défaut
Calcul du courant de défautCalcul du courant de défaut
Calcul du courant de défautOndernemersschool
 
Architecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseurArchitecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseurOndernemersschool
 
Architecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseurArchitecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseurOndernemersschool
 

Plus de Ondernemersschool (20)

Questionnaire sur les tension dans un circuit série
Questionnaire sur les tension dans un circuit sérieQuestionnaire sur les tension dans un circuit série
Questionnaire sur les tension dans un circuit série
 
Questionnaire sur les résistances et la loi d'ohm
Questionnaire sur les résistances et la loi d'ohmQuestionnaire sur les résistances et la loi d'ohm
Questionnaire sur les résistances et la loi d'ohm
 
Présentation programme de dessin
Présentation programme de dessinPrésentation programme de dessin
Présentation programme de dessin
 
Les transmission de données
Les transmission de donnéesLes transmission de données
Les transmission de données
 
Les transformateurs
Les transformateursLes transformateurs
Les transformateurs
 
Les systèmes automatisés
Les systèmes automatisésLes systèmes automatisés
Les systèmes automatisés
 
Les sondes de température
Les sondes de températureLes sondes de température
Les sondes de température
 
Les detecteurs tout ou rien
Les detecteurs tout ou rienLes detecteurs tout ou rien
Les detecteurs tout ou rien
 
Les constituants d'un depart moteur
Les constituants d'un depart moteurLes constituants d'un depart moteur
Les constituants d'un depart moteur
 
Les capteurs numériques
Les capteurs numériquesLes capteurs numériques
Les capteurs numériques
 
Le fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoireLe fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoire
 
Le fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoireLe fonctionnement d'une mémoire
Le fonctionnement d'une mémoire
 
Le disjoncteur différentiel
Le disjoncteur différentielLe disjoncteur différentiel
Le disjoncteur différentiel
 
Le contacteur
Le contacteurLe contacteur
Le contacteur
 
La protection des conducteurs
La protection des conducteursLa protection des conducteurs
La protection des conducteurs
 
La prise de terre
La prise de terreLa prise de terre
La prise de terre
 
Disjoncteurs basse tension
Disjoncteurs basse tensionDisjoncteurs basse tension
Disjoncteurs basse tension
 
Calcul du courant de défaut
Calcul du courant de défautCalcul du courant de défaut
Calcul du courant de défaut
 
Architecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseurArchitecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseur
 
Architecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseurArchitecture du microprocesseur
Architecture du microprocesseur
 

Toegepaste fysica volledig

  • 1. THUISSTUDIE TOEGEPASTE FYSICA www.centrumvoorafstandsonderwijs.be Centrumvoorafstandsonderwijs.be Auteur: Ahmed Benkheil
  • 2. Inhoudsopgave 1 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 ...........................................................................................................25 2 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 ...........................................................................................................30 3 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. 3.2 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 ...........................................................................................................35 4 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 ...........................................................................................................43 5 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. 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 ...........................................................................................................60 6 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. 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 ...........................................................................................................78 7 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. 7.3.1 Bloed.................................................................................................................88 7.3.2 Lichaamsvocht ..................................................................................................89 7.3.3 Nierdialyse ........................................................................................................89 7.4 Oefeningen ...........................................................................................................90 8 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 ...........................................................................................................97 9 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. 9.3.3 Inductie bij een geleider ..................................................................................105 9.4 Aarding ...............................................................................................................105 9.5 Oefeningen .........................................................................................................106 10 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 .........................................................................................................113 11 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. 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 .........................................................................................................122 12 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. 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 .........................................................................................................136 13 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 .........................................................................................................142 14 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. 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. 15.6 Differentieelschakelaar........................................................................................161 15.6.1 Algemeen....................................................................................................161 15.6.2 Werking.......................................................................................................162 15.7 Oefeningen .........................................................................................................163 16 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. 16.4.2 Nadelen.......................................................................................................180 16.5 Oefeningen .........................................................................................................180 17 Herhalingsvragen elektriciteit..................................................................................182 18 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 .........................................................................................................192 19 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. 19.3.2 Golflengte....................................................................................................198 19.3.3 Verband tussen voortplantingssnelheid, frequentie en golflengte ................198 19.4 Oefeningen .........................................................................................................199 20 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 .........................................................................................................216 21 Herhalingsopgaven Trillingen en Golven ...............................................................221 22 Index..........................................................................................................................222 Centrum Voor Afstandsonderwijs 13 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 14. Centrum Voor Afstandsonderwijs 14 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 15. Inleiding Beste student, Welkom bij de thuisstudie Toegepaste Fysica! Deze cursus is opgebouwd rond de te kennen leerstof voor de TSO – richting Farmaceutisch Technisch 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 van het secundair onderwijs (voor zowel ASO als TSO – richtingen). Belangrijke begrippen worden 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 uit verschillende paragrafen. Aan het einde van elke paragraaf dienen oefeningen gemaakt te worden. Bij het studeren kun je best de volgorde van de cursus volgen: studeer eerst de theorie en maak dan de oefeningen. De oplossingen van de oefeningen kun je online bekomen. 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 ongetwijfeld interessant vinden! Vriendelijke groeten, Ahmed Benkheil Centrum Voor Afstandsonderwijs 15 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 16. Handleiding bij de opleiding 1) Hoe kan ik inschrijven? Om je in te schrijven voor een opleiding zijn er twee mogelijkheden. Ofwel schrijf je je in via de 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 zijn vaak terug te vinden op de studentenpagina op het internet. Op deze pagina kan je communiceren met je docent of met andere studenten. Je kan deze taken ook steeds doorsturen naar je persoonlijke docent via e-mail of met de post. Deze zal je taken dan verbeteren en je er feedback op geven. Uiteraard kan je je docent ook steeds via e-mail contacteren 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 doorsturen naar 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 inschrijving B. 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 van voldoende postzegels en schrijf je adres erop. Zorg ervoor dat je je enveloppe voldoende gefrankeerd 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. 3) Hoe kan ik inloggen op mijn persoonlijke studentenpagina? Inloggen op de studentenpagina is heel eenvoudig. Je surft naar www.studentenpagina.be in de titelbalk bovenaan. Je komt terecht op volgende pagina: JOUW LOGIN: studentxx JOUW PASWOORD: xxxxxxx Vervolgens wordt er een login en een paswoord gevraagd. Je krijgt deze na je inschrijving voor de cursus. Bij login typ je studentxx in. Het paswoord is xxxxxx. Let er wel op dat je enkel 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 regelmatig een 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 tijdens de kantooruren je examen afleggen op één van onze secretariaten in Antwerpen, Gent of Hasselt. Je kan telefonisch een afspraak maken op het nummer 03/292.33.30 (liefst één week 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 een goede 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 je bij 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 workshops Ook als je een thuisstudie volgt, is het mogelijk om privé-lessen of workshops te volgen bij je docent. Meer informatie hierover kan je telefonisch of via mail aanvragen via onze secretariaten. Centrum Voor Afstandsonderwijs 17 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 18. Handleiding bij de opleiding 1) Hoe kan ik inschrijven? Om je in te schrijven voor een opleiding zijn er twee mogelijkheden. Ofwel schrijf je je in via de 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 zijn vaak terug te vinden op de studentenpagina op het internet. Op deze pagina kan je communiceren met je docent of met andere studenten. Je kan deze taken ook steeds doorsturen naar je persoonlijke docent via e-mail of met de post. Deze zal je taken dan verbeteren en je er feedback op geven. Uiteraard kan je je docent ook steeds via e-mail contacteren 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 doorsturen naar 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 inschrijving B. 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 van voldoende postzegels en schrijf je adres erop. Zorg ervoor dat je je enveloppe voldoende gefrankeerd 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. DEEL I: FYSISCHE EIGENSCHAPPEN VAN DE MATERIE Centrum Voor Afstandsonderwijs 19 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 20. 1 Algemene inleiding 1.1 Materie en stoffen Fysica bestudeert de eigenschappen van stoffen of materie. Alle voorwerpen zijn opgebouwd uit één of meer stoffen. Materie is een meer algemene naam of een verzamelnaam voor stoffen. Materie heeft als eigenschap dat ze een massa heeft en een volume inneemt. De massa van 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. - 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 dichtheid De massa van een stof wordt uitgedrukt in kilogram (kg) en geeft aan hoeveel materie een object bevat. Massa is onafhankelijk van druk en temperatuur. Het volume geeft aan hoeveel ruimte een object inneemt en wordt uitgedrukt in kubieke meter (m³). Het volume is afhankelijk van druk en temperatuur. De dichtheid van een stof geeft aan hoeveel materie een bepaald volume van deze stof bevat. 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 de dichtheid afhankelijk is van druk en temperatuur. Het vergelijken van dichtheden van verschillende stoffen dient steeds onder dezelfde omstandigheden van druk en temperatuur te gebeuren. 1.3 Ondoordringbaarheid van stoffen Daar waar een stof aanwezig is, kan tegelijkertijd geen andere stof aanwezig zijn. Wanneer we een object in water onderdompelen, dan merken we op dat het waterpeil stijgt. Dit is een gevolg van de ondoordringbaarheid van stoffen. Centrum Voor Afstandsonderwijs 21 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 22. 1.4 Oplosbaarheid van stoffen Als een stof met een vloeistof gemengd kan worden, dan is de stof oplosbaar. De stof die men in de vloeistof oplost, wordt de opgeloste stof genoemd. De vloeistof wordt het oplosmiddel genoemd. Het mengsel van oplosmiddel en opgeloste stof noemt men de oplossing. Een verzadigde oplossing is een oplossing waarin de maximale hoeveelheid van een stof is opgelost. Wanneer een oplossing verzadigd is, is het niet meer mogelijk om nog meer van de stof op te lossen in een zelfde hoeveelheid oplosmiddel. 1.5 Intermoleculaire aantrekkingskrachten 1.5.1 Inleiding De atomen in een molecule blijven samen door intramoleculaire kracht: dit is niets anders dan de atoombinding (zie hiervoor het vak toegepaste chemie). De moleculen in een vaste stof of vloeistof blijven samen door de zogenaamde intermoleculaire krachten. Hoe groter deze krachten, hoe meer energie nodig is om de moleculen van elkaar los te maken. Deze bindende krachten zijn elektrische krachten. We zullen 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 Vanderwaalskrachten De Vanderwaalskrachten zijn zwakke krachten: de sterkte hangt af van het gemak waarmee de elektronenwolk kan vervormd worden. Grote atomen of moleculen bezitten veel elektronen, waarvan een gedeelte zich ver van de atoomkern bevindt. Hoe verder van de atoomkern, hoe groter de Vanderwaalskrachten (de elektronenwolk kan dan gemakkelijker vervormen). Centrum Voor Afstandsonderwijs 22 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 23. De sterkte van de Vanderwaalskrachten hangt voornamelijk af van de grootte van de moleculen: hoe groter de moleculen, hoe sterker de Vanderwaalskrachten zijn. De sterkte hangt ook af van de vorm van de moleculen: hoe minder vertakking de molecule bevat, hoe sterker de Vanderwaalskrachten zijn. 1.5.3 Dipool – dipool interacties Bij een atoombinding tussen ongelijksoortige atomen is het bindend elektronenpaar verschoven. We spreken dan van een polaire binding. Zie hiervoor onderstaande figuur. H Cl Bij dipoolmoleculen vallen de zwaartepunten van de positieve en de negatieve ladingen niet 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 wordt aangegeven met een pijl waarvan de punt wijst in de richting van de negatieve lading. Als een stof opgebouwd is uit moleculen die geen dipool zijn, dan spreken we van een apolaire stof. Dipoolmoleculen oefenen een wisselwerking uit op elkaar: de positieve kant van de ene molecule wordt aangetrokken door de negatieve kant van de andere molecule en omgekeerd. Dit noemen we dipool – dipool – interacties, die een gevolg zijn van de elektrostatische 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. 1.5.4 Waterstofbruggen Waterstofbruggen komen enkel voor indien waterstof gebonden is aan zuurstof – , stikstof – en fluoratomen. Een waterstofbrug ontstaat tussen een H – atoom dat aan een O, N of F – atoom gebonden is en een O, N of F – atoom waaraan één of meer H – atomen gebonden zijn. 1.5.5 Ion – dipool interacties Een ion – dipool interactie ontstaat tussen een ion en een dipool. Zie hiervoor onderstaande figuur: δ- δ- δ+ δ+ + – δ- δ- δ+ δ+ 1.6 SI – eenheden In 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 cd Overige eenheden, de afgeleide eenheden genoemd, worden naargelang de noodzaak in de cursustekst herhaald. Centrum Voor Afstandsonderwijs 24 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 25. 1.7 Oefeningen 1. 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. 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. 2 Aggregatietoestanden en het deeltjesmodel 2.1 De drie fasen van een stof Een stof kan in de drie zogenaamde fasen of aggregatietoestanden voorkomen: de vaste fase, 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 overgang van 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 stof water gaat, dan spreekt men van bevriezen in plaats van stollen. Sommige vaste stoffen kunnen rechtstreeks in de gasvormige toestand overgaan, zonder eerst 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 condenseren genoemd. Onderstaande figuur geeft een overzicht van de drie aggregatietoestanden en de faseovergangen van een stof weer: Centrum Voor Afstandsonderwijs 27 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 28. 2.2 Het deeltjesmodel De kenmerken van de aggregatietoestanden worden aan de hand van het deeltjesmodel verklaard. In het deeltjesmodel worden de volgende veronderstellingen gemaakt: 1. Iedere stof is opgebouwd uit zeer kleine deeltjes, die de moleculen genoemd worden. De moleculen bezitten dezelfde eigenschappen als de stof. 2. Elke stof bestaat uit zijn eigen soort moleculen. Bijvoorbeeld: water bestaat uit watermoleculen en suiker uit suikermoleculen. 3. De moleculen zijn voortdurend in beweging. Bij een hogere temperatuur zullen de moleculen zich sneller gaan bewegen. 4. De moleculen van een stof veranderen niet als de stof van fase verandert. Het zijn steeds dezelfde moleculen. Bijvoorbeeld: water heeft steeds dezelfde moleculen, of het water nu vast (ijs), vloeibaar of gasvormig (waterdamp) is. 5. De moleculen trekken elkaar aan. Hoe dichter de moleculen bij elkaar liggen, hoe sterker de aantrekkingskracht. 6. Elke molecule is opgebouwd uit nog kleinere deeltjes, die we atomen noemen. 2.3 Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen In een vaste stof bevinden de deeltjes zich dicht bij elkaar. Zie hiervoor nevenstaande figuur. De deeltjes zijn regelmatig geordend en oscilleren of trillen op een vaste plaats. Bij een vaste stof bewegen de deeltjes dus niet t.o.v. elkaar. Dit impliceert dat de vaste stof een eigen vorm en volume heeft en is dus niet samendrukbaar. Het breken van een vaste stof vereist 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. Tussen de deeltjes van vaste stoffen bestaan dus sterke intermoleculaire aantrekkingskrachten. De beweeglijkheid van de deeltjes neemt toe bij toenemende temperatuur. In een vloeistof hebben de deeltjes een grotere beweeglijkheid. De deeltjes blijven dicht bij elkaar, maar kunnen t.o.v. elkaar verschuiven of rollen. In dit geval is er geen sprake van een regelmatige schikking van de deeltjes. Dit heeft als gevolg dat vloeistoffen geen eigen vorm hebben: ze nemen de vorm aan van het vat waarin ze zich bevinden. De aantrekkingskrachten tussen de deeltjes zijn zwakker dan bij vaste stoffen (het roeren van water is veel gemakkelijker dan ijs). In de gasvormige fase of toestand bevinden de deeltjes zich verder van elkaar en bewegen wanordelijk 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 elkaar gedrongen 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 zogenaamde vloeibare kristallijne toestand wordt later besproken. Centrum Voor Afstandsonderwijs 29 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 30. 2.4 Invloed van de temperatuur Als de temperatuur van een stof stijgt, dan zullen de moleculen sneller gaan bewegen. Dit geldt zowel voor moleculen in een vaste stof, in een vloeistof, alsook in een gas. In de vaste fase gaan de moleculen sneller rond hun evenwichtsstand trillen. In een vloeistof zullen de moleculen zich sneller ten opzichte van elkaar gaan bewegen. Ook in een gas bewegen de moleculen met een hogere snelheid naarmate de temperatuur toeneemt. Dit impliceert dat de botsingen tegen de wanden van hun houder krachtiger zullen worden. Hierdoor zal de druk 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. 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. 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. 3 Gassen en gaswetten 3.1 De druk van een gas Onderstaande figuur stelt een vat voor waarin zich een gas bevindt. De pijltjes stellen de snelheid en de bewegingszin van de moleculen voor. Als de moleculen tegen de wand van het vat botsen, dan worden ze door de wand teruggekaatst. Bij elke botsing ondervindt de wand van het vat dus een kracht (vanwege de botsing). Alle krachten, ten gevolge van de botsingen, leveren de druk op die het gas op de wand uitoefent. Botsingen van de moleculen geven druk op de wand 3.2 Wet van Boyle In de 17de eeuw voerde de Ierse onderzoeker Robert Boyle onderzoek naar het verband tussen de druk van een gas en de grootte van het volume van het gas. Hiervoor hield hij de temperatuur steeds constant. Het resultaat van zijn experimenten is de volgende wet, die geldig 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. 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 dat gas zal halveren. De wet van Boyle wordt verklaard aan de hand van het deeltjesmodel: gassen zijn opgebouwd uit kleine (ondeelbare) deeltjes, waarbij de deeltjes kriskras door elkaar heen bewegen. De druk van een gas is een gevolg van de botsingen van de deeltjes tegen de wanden van de houder van het gas. Een kleiner volume zorgt er dus voor dat de deeltjes vaker tegen de wanden botsen, wat dus een toename in druk betekent. Een groter volume betekent minder botsingen tegen de wanden en dus ook een lagere druk. 3.3 Het absoluut nulpunt De Franse wetenschapper Gay-Lussac deed eveneens onderzoek naar het gedrag van gassen. Hij liet bij de uitvoering van zijn experimenten de temperatuur wel variëren en hield hierbij het volume constant. Zo onderzocht Gay-Lussac dus het verband tussen druk en temperatuur. 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, dan merken we op dat hiermee een negatieve temperatuur overeenkomt. De druk van een gas is nul bij een temperatuur T = - 273,15°C. Deze temperatuur wordt het absoluut nulpunt genoemd en is de laagst mogelijke temperatuur die kan voorkomen. De Kelvin – schaal is gedefinieerd aan de hand van het absoluut nulpunt: 0 Kelvin (symbool K) = -273,15°C. Een temperatuursstijging van 1K komt overeen met een temperatuursstijging van 1°C. Centrum Voor Afstandsonderwijs 34 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 35. 3.4 De wetten van Gay – Lussac De drukwet van Gay – Lussac: De verhouding tussen de druk en de temperatuur van een gas is constant bij constant volume: p/T = constant De volumewet van Gay – Lussac: De verhouding tussen het volume en de temperatuur is constant bij constante druk: V/T = constant 3.5 De Algemene gaswet Bovenstaande drie wetten kunnen gecombineerd worden tot één gaswet, die we de algemene gaswet noemen: De algemene gaswet: pV = nRT met p = de druk van het gas in Pa, V = het volume van het gas in m³, n = aantal gasdeeltjes 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. 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. 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. 4 Smelten en stollen 4.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel Een faseovergang gebeurt meestal wanneer er energie aan de stof wordt toegevoegd of weggenomen. Wanneer warmte (vorm van energie) wordt toegevoegd aan een stof, dan bekomen de moleculen of atomen voldoende energie om zich van de andere moleculen of atomen los te maken. De moleculen of atomen gaan zich hierdoor sneller en vrijer ten opzichte 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 vloeibare toestand. Het proces waarbij een vaste stof in een vloeistof verandert wordt smelten genoemd. De temperatuur waarbij deze overgang gebeurt wordt het smeltpunt genoemd. Elke stof wordt gekenmerkt door een eigen smeltpunt (zie later). Tijdens het smelten wordt dus warmte aan de stof toegevoegd om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te verzwakken. Deze warmte wordt de smeltwarmte genoemd. Wanneer aan een vloeistof energie onttrokken wordt (bijv. door koeling), dan verliezen de moleculen of atomen hun energie om snel en vrij te kunnen bewegen. De deeltjes komen terug dichter bij elkaar te liggen en de onderlinge aantrekkingskracht wordt weer groter. De deeltjes worden terug geordend in het kristalrooster: de vloeistoffase gaat hierbij over in de vaste fase. Dit proces heet stollen en de temperatuur waarbij dit optreedt wordt het stolpunt genoemd. Tijdens het stollen geeft de stof dus warmte af aan de omgeving. Deze warmte wordt de stolwarmte genoemd: door de ordening van de deeltjes in het kristalrooster ontstaat er een rest aan energie die als warmte vrijkomt. Het meest bekende voorbeeld van smelten en stollen is water en ijs. Wanneer we een ijsblokje uit de diepvriezer halen en deze bij kamertemperatuur in een glas leggen, dan zal de omgeving (kamer) warmte afgeven aan het ijsblokje. Hierdoor krijgen de watermoleculen extra energie onder de vorm van warmte toegevoegd. De moleculen worden hierdoor beweeglijker en de intermoleculaire aantrekkingskrachten kleiner, zodat het ijsblokje na enige tijd overgaat in water. Centrum Voor Afstandsonderwijs 38 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 39. Neem een glas water en plaats het glas in de diepvriezer. Na enige tijd merken je op dat het water begint te stollen. Van zodra je de beker in de diepvriezer plaatst, zal het water energie onder de vorm van warmte afgeven aan de omgeving (diepvriezer). De moleculen verliezen dus energie en zullen minder snel gaan bewegen. Na enige tijd hebben de moleculen zoveel energie 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 stoffen Tijdens het smelten stijgt de temperatuur niet maar neemt de stof de toegevoerde warmte op om te smelten. Zie hiervoor onderstaande figuur. Omgekeerd, tijdens het stollen daalt de temperatuur van de stof niet, maar geeft de stof de warmte af aan de omgeving om te kunnen stollen. Zuivere stoffen hebben een duidelijk waarneembaar smeltpunt: als een zuivere stof smelt, dan heeft de stof alle energie van buitenaf nodig om over te gaan van de vaste fase naar vloeibare fase. Bovenstaande figuur geeft de smeltcurve weer van blokje ijs dat smelt van -10°C tot op kamertemperatuur (20°C). Wanneer we de tijd tijdens het smeltproces meten, dan merken we dat rond de nul graden de temperatuur een tijdje niet stijgt. Dit wijst dus 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. Het smeltpunt is een belangrijke fysische eigenschap van een zuivere stof. Aan de hand van het smeltpunt kunnen zuivere stoffen geïdentificeerd worden. Zoals hierboven vermeld werd, hebben zuivere stoffen een duidelijk waarneembaar smeltpunt. Een zuivere stof smelt bij een welbepaalde temperatuur en is enkel afhankelijk van de druk. De druk kan in het algemeen als een constante beschouwd worden, aangezien de atmosferische druk geen plotse 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 -219 De fase waarin een stof zich bevindt, hangt af van de temperatuur. Is de temperatuur kleiner dan het smeltpunt van de stof, dan bevindt de stof zich in de vaste fase. Bij kamertemperatuur hebben alle vloeistoffen een smeltpunt dat onder de kamertemperatuur ligt. Vaste stoffen hebben een smeltpunt dat hoger ligt dan de kamertemperatuur. Aan de hand van bovenstaande tabel kunnen we bepalen wat de toestand is van een stof bij een gekozen temperatuur. Gassen worden gekenmerkt door een zeer 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. 4.3 Smelttraject bij samengestelde stoffen Stoffen die niet zuiver zijn, hebben een smelttraject. Een niet zuivere stof of een samengestelde stof is samengesteld uit twee of meerdere stoffen. Beschouw een mengsel van twee stoffen A (smeltpunt: 40°C) en B (smeltpunt: 50°C). Bij een temperatuurstoename zal bij 40°C stof A beginnen te smelten. Een gedeelte van de toegevoerde warmte wordt dus aangewend om stof A te smelten. Het overige gedeelte wordt gebruikt om stof B verder te verwarmen tot zijn smeltpunt. Aangezien de temperatuur over het volledige traject blijft toenemen, merken we geen smeltpunt op, maar een smelttraject. Zie hiervoor onderstaande figuur. 4.4 Smeltpuntsverlaging 4.4.1 Inleiding In 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 water toevoegen, dan kan het mengsel (zout en water) tot enige graden onder nul afgekoeld worden zonder te bevriezen. Door zout op de wegen te strooien, bekomt men aan het wegoppervlak 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. Dit verschijnsel is ook bij andere oplossingen waar te nemen: omdat het smeltpunt of stolpunt hierdoor verlaagd wordt, spreken we van smeltpuntsverlaging. Bij water spreekt men van vriespuntsverlaging. De verlaging van het smeltpunt of vriespunt blijkt enkel afhankelijk te zijn van het aantal deeltjes aan opgeloste stof en oplosmiddel. Het oplossen van 1 mol NaCl (zout) in 100g water geeft aanleiding tot een vriespuntsverlaging van 18,6°C. 1 mol NaCl komt overeen met een gewicht van 58,5g (scheikunde 4de middelbaar: stoechiometrie). Het mengsel water en NaCl wordt pekel genoemd. De voorwaarde om een smeltpuntsverlaging te bekomen is dat de toe te voegen stof oplosbaar is in het oplosmiddel. Zout is oplosbaar in het oplosmiddel water, zodat we van een vriespuntsverlaging kunnen spreken. 4.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel Door toevoeging van zout (NaCl) aan water (oplosmiddel) dissocieert het zout in een Na+ en Cl- - ionen. Deze (kleine) ionen zullen de lege posities tussen de (grote) watermoleculen innemen. Hierdoor wordt de vorming van het kristalrooster van ijs verstoord: de aantrekkingskrachten tussen de watermoleculen zijn, omwille van de aanwezigheid van NaCl, afgenomen. Verder zijn de aantrekkingskrachten tussen water en NaCl zeer klein. Dit heeft 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 moleculen worden minder beweeglijker t.o.v. elkaar en de aantrekkingskrachten worden groter. Dit gebeurt bij een lagere temperatuur die overeenkomt met de smeltpuntsverlaging of vriespuntsverlaging. Samengevat: onzuiverheden in een zuivere stof geven steeds aanleiding tot een smeltpuntsverlaging. Centrum Voor Afstandsonderwijs 42 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 43. 4.4.3 Koudmakende mengsels De zogenaamde instant cold packs worden in de sportwereld zeer vaak aangewend bij een eerste behandeling van blessures. De bespreking wordt als opdracht aan de student overgelaten: Vertrek van het deeltjesmodel om de werking van koudmakende mengsels te verklaren. Geef een cijfervoorbeeld met betrekking tot de gevormde temperatuur door gebruik te maken van de definitie van endotherme reacties, zoals behandeld werd in de scheikunde van het vierde jaar middelbaar. Het verslag dient via mail overgemaakt te 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. 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°C 5. 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 blijven 6. 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. 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. 5 Verdampen en condenseren 5.1 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel 5.1.1 Verdampen Wanneer we een kleine hoeveelheid water in een beker verwarmen (koken), dan merken we dat er na enige tijd waterdamp boven de beker ontstaat. We hebben hierbij dus een overgang van de vloeibare fase naar de gasfase. De overgang van vloeistof naar gas wordt verdampen genoemd. De temperatuur waarbij deze overgang gebeurt wordt het kookpunt genoemd. Elke stof wordt 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 botsing met elkaar, wat een toename in de snelheid van de deeltjes veroorzaakt. Tijdens de botsing geeft het ene deeltje energie aan het andere. Dus een botsing resulteert altijd in de toename van energie van een deeltje. Voor de deeltjes die zich aan het vloeistofoppervlak bevinden is de snelheidstoename voldoende groot om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te overwinnen en de vloeistof 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. Indien de deeltjes de vloeistof verlaten, dan zegt men dat de vloeistof verdampt. De nodige energie om te verdampen noemt men verdampingswarmte. Merk op dat de verdamping steeds aan het vloeistofoppervlak gebeurt en bij elke temperatuur. Het zijn de snelste deeltjes, dus deeltjes met de meeste energie, die de vloeistof verlaten. Door verdamping koelt een vloeistof af. Wanneer op een hete zomerdag uit het zwembad komt, dan verdampt het water op je huid door onttrekking van warmte aan jouw lichaam. Jouw lichaam koelt hierdoor af, zodat je na enige tijd gaat beginnen te bibberen van de koude. 5.1.2 Condenseren De overgang van de gasfase naar de vloeibare fase wordt condenseren genoemd. We beschouwen hiervoor het volgend experiment: verwarm in een beker een kleine hoeveelheid water en houd een horlogeglas boven de beker. Op het horlogeglas zie je na enige tijd waterdruppeltjes ontstaan: er treedt dus condensatie op. Condenseren treedt op door afkoeling van de damp. Vanaf het moment dat de beker niet meer verwarmd wordt, zullen de deeltjes ook geen energietoevoer meer hebben. Hierdoor daalt de energie en dus ook de snelheid van de deeltjes. De aantrekkingskrachten tussen de deeltjes wordt terug groter dan hun snelheid. Dit heeft als gevolg dat de deeltjes dichterbij elkaar komen te liggen en er dus opnieuw een vloeistof wordt gevormd. De temperatuur waarbij een stof gaat condenseren wordt het condensatiepunt genoemd en is gelijk aan het kookpunt. De warmte die vrijkomt bij het condenseren, noemt men condensatiewarmte. Het is de energie die tijdens het verdampen werd opgenomen. 5.2 Kook– en condensatieproces bij zuivere stoffen Analoog aan het smelt – en stolproces, kunnen we bij het kookproces van zuivere stoffen eveneens een duidelijk waarneembaar kookpunt vaststellen. Bij toevoer van warmte zal de temperatuur van de vloeistof in eerste instantie toenemen. Na enige tijd merken we op dat de temperatuur 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. De toegevoegde warmte wordt uitsluitend aangewend om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te overwinnen. Vandaar dat er geen toename is in temperatuur tijdens het koken. Bij een verdere verwarming van de vloeistof, zal na een bepaalde tijd de vloeistof overgaan in een gas. Zie hiervoor onderstaande figuur. Merk op dat we hier dus weer een grens hebben: onder het kookpunt bevindt een stof zich in de vloeibare fase, boven het kookpunt in de gasfase. Het kookpunt van een stof is een kenmerkende 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 als oefening aan de lezer overgelaten. Schets hierbij ook de curve van het stolproces van een zuivere stof. Centrum Voor Afstandsonderwijs 48 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 49. 5.3 Kooktraject bij samengestelde stoffen Indien we een mengsel aan de kook brengen, dan zullen we geen duidelijk kookpunt waarnemen, maar wel een kooktraject. Hiervoor geldt eenzelfde bespreking als bij het smelttraject 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. 5.4 Verzadigde en onverzadigde dampen 5.4.1 Definities Boven een vloeistof bevindt zich altijd door verdamping een laagje gas. We noemen dit de damp. 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 zich waterdamp. Naast het ontsnappen van de snellere moleculen uit de vloeistof, zullen er ook moleculen uit de damp weer gevangen kunnen worden in de vloeistof. Na een bepaalde tijd kunnen we zeggen dat er zich een evenwicht instelt: er ontsnappen dan evenveel moleculen uit de vloeistof als er weer ingevangen worden in de vloeistof. We zeggen dan dat de lucht verzadigd is met de damp. De bijhorende dampdruk is de verzadigde dampdruk. Zolang er geen evenwicht bereikt is en de ruimte boven de vloeistof wel nog extra stof kan opnemen, 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 dampdruk gelijk is aan de omgevingsdruk. Voor water is dit bij 100°C. 5.4.2 Verklaring aan de hand van het deeltjesmodel We beschouwen een halfvolle gesloten fles water. Aan het vloeistofoppervlak treedt er dus verdamping op, waarbij de moleculen de vloeistof verlaten. Op onderstaande figuur werd een molecule die de vloeistof verlaat aan geduid met mv. Deze moleculen botsen tegen de wanden van de fles en tegen elkaar. Tijdens de botsingen wisselen de moleculen energie uit en de zin van snelheid verandert hierbij. Bepaalde moleculen krijgen dus een snelheid in de richting 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. mv mv mt Zolang de uitstroom (mv) groter is dan de terugkeer (mt) zullen er steeds meer dampmoleculen in de ruimte boven het vloeistofoppervlak komen. Uiteindelijk zullen er zoveel dampmoleculen aanwezig dat mv = mt. Vanaf dat moment blijft het aantal dampmoleculen constant en is de damp verzadigd. Bij een hogere temperatuur is de uitstroom (mv) van de moleculen groter: bij hogere temperatuur hebben de moleculen hogere snelheden, zodat ze gemakkelijker kunnen ontsnappen aan de vloeistof. Om evenwicht te bekomen (mv = mt), moeten de moleculen in de damp dus dichterbij elkaar gaan liggen. Dit verklaart waarom een verzadigde damp bij een hogere temperatuur meer moleculen bevat. 5.4.3 Verzadigingsdruk De verzadigingsdruk is de druk die een damp uitoefent op de wanden van het vat. Deze druk is afhankelijk van de temperatuur: de verzadigingsdruk van een damp neemt toe bij toenemende temperatuur. Dit is eenvoudig te verklaring aan de hand van het deeltjesmodel: de uitstroom van de moleculen neemt toe bij toenemende temperatuur. Om evenwicht te bekomen dient dus de instroom van de moleculen even groot te zijn aan de uitstroom. Dit betekent dus dat er meer moleculen zijn die zich aan hogere snelheden bewegen in de ruimte boven de vloeistof: de botsingen tegen de wanden van het vat nemen toe, zodat de druk dus ook toeneemt. Centrum Voor Afstandsonderwijs 51 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 52. Onderstaande figuur geeft de maximale dampdrukcurve van water (H2O), ethanol (C2H5OH) en koolstofdioxide (CO2) weer. Op de horizontale as staat de temperatuur (in Kelvin) 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) weer in 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. Uit de grafiek kunnen we dus afleiden dat warme lucht meer waterdamp bevat dan koude lucht. De verzadigingskromme loopt onder het vriespunt gewoon door. Hiermee kunnen we verklaren waarom het in Siberië bijna nooit sneeuwt: bij -30°C bevat lucht te weinig waterdamp om sneeuw te vormen. 5.4.4 Afkoelen en samenpersen van gassen We beschouwen een bepaalde hoeveelheid koolstofdioxide in gasfase bij een temperatuur van 280K en een druk van 2MPa. Deze toestand staat in nevenstaande figuur weergegeven als toestand A. Als het CO2 – gas onder constante druk afgekoeld wordt, dan zal het condenseren bij een temperatuur van 258K (toestand B op onderstaande figuur). Indien het gas wordt samengeperst (bij een constante temperatuur), dan zal het gas condenseren bij een druk van 4MPa (toestand C op onderstaande figuur). Centrum Voor Afstandsonderwijs 53 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 54. 5.5 Koken van vloeistoffen 5.5.1 Invloed van de druk op het kookpunt Algemeen 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. Hoe hoger we ons bevinden t.o.v. de zeespiegel, hoe lager de luchtdruk en dus ook hoe lager 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 is dan 100°C. Hoe lager we ons bevinden t.o.v. de zeespiegel, hoe hoger de luchtdruk en dus 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 vloeistoffen De druk van de dampkring op zeeniveau bedraagt 101,3kPa en wordt de standaarddruk genoemd. Bij deze druk kookt water bij een temperatuur van 100°C. De verzadigingsdruk van 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 dampbel kan pas ontstaan en blijven bestaan als de dampdruk in de dampbel (Pdamp) groter of gelijk is aan de omgevingsdruk (Pomgeving). De dampdruk in de bel is gelijk aan de verzadigingsdruk van de vloeistof bij de heersende temperatuur. 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 de omgevingsdruk te verlagen. De vloeistof gaat beginnen koken van zodra de vloeistof de verzadigingsdruk bereikt heeft. Centrum Voor Afstandsonderwijs 54 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 55. Voorbeeld: Neem een bekerglas met een hoeveelheid water met een temperatuur van 50°C. Beschouw hierbij de standaarddruk van 101,3kPa. Het water in het bekerglas bevindt zich in toestand A op onderstaande figuur. A B C Indien we de druk constant houden, dan gaat het water bij toenemende temperatuur op 100°C koken (punt B op de figuur). Indien we de temperatuur constant houden, dan gaat het water een druk van 12kPa koken (punt C op de figuur). 5.6 Kritieke temperatuur van een stof 5.6.1 Definitie Uit de voorgaande besprekingen is gebleken dat een gas gecondenseerd kan worden door afkoeling (verlaging temperatuur) of door samendrukking (verhoging druk). Het samendrukken van een gas geeft echter niet altijd aanleiding tot condensatie. Elk gas heeft een temperatuur waarboven het samendrukken van een gas nooit tot condensatie van het gas zal leiden. Deze temperatuur wordt de kritische temperatuur genoemd en wordt als volgt gedefinieerd: De kritische temperatuur van een stof is de temperatuur waarboven deze stof slechts in de gasfase kan voorkomen. Beneden de kritieke temperatuur kan de stof in de vaste fase, de vloeibare fase en de gasfase voorkomen. De kritieke temperatuur verschilt van stof tot stof. Centrum Voor Afstandsonderwijs 55 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be
  • 56. CO2 heeft een kritieke temperatuur van 31°C. Beneden deze temperatuur kan het gas gecondenseerd worden door samendrukking. Het gas kan bijvoorbeeld niet meer gecondenseerd worden door samendrukking bij een temperatuur van 50°C. De kritieke temperatuur is afhankelijk van de aantrekkingskrachten tussen de moleculen. Indien de moleculen elkaar weinig aantrekken, dan is de kritieke temperatuur van de stof klein. De kritieke temperatuur van de stof is groot indien de moleculen sterke aantrekkingskrachten op elkaar uitoefenen. Zo heeft water een kritische temperatuur van 374°C, die te wijten is aan de sterke waterstofbruggen tussen de watermoleculen. 5.6.2 Het kritieke punt De gemiddelde afstand tussen de moleculen in een gas is meestal groter dan de gemiddelde afstand tussen de moleculen in een vloeistof. Bij de kritieke temperatuur is de gemiddelde afstand tussen de moleculen in de verzadigde damp gelijk aan de afstand tussen de moleculen in een vloeistof. Er kan dus geen onderscheid meer gemaakt worden tussen een damp en een vloeistof. Beschouwen we dan verzadigingsdruk van een damp in functie van de temperatuur, dan krijgen we een grafiek zoals hieronder. Het eindpunt van deze kromme wordt het kritieke punt genoemd. De bijhorende temperatuur is de kritieke temperatuur. Boven de kritieke temperatuur, of boven het kritieke punt, kan er geen onderscheid meer gemaakt worden tussen damp en vloeistof. Centrum Voor Afstandsonderwijs 56 Frankrijklei 127, 2000 Antwerpen Tel.: 03 292 33 30 – www.centrumvoorafstandsonderwijs.be