Luchtdruk

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 1

3.2 Luchtdruk

Leerdoelen

Je kunt uitleggen waardoor luchtdruk veroorzaakt wordt.

Je kunt de proef met de Maagdenburgse halve bollen uitleggen met de begrippen luchtdruk en     tegendruk.

Je kunt uitleggen hoe een barometer werkt.

Je weet wat de eenheid van druk is en in welke eenheid de luchtdruk opgegeven wordt in het           weerbericht.

Je kunt het verband tussen luchtdruk en hoogte uitleggen.

Je kunt het verband tussen luchtdruk en hoogte van het kookpunt uitleggen.

Je kunt de begrippen onderdruk en overdruk benoemen en beschrijven. (PLUS)

Introductie

De lucht oefent een druk op je uit, net zoals water dat doet als je onder water bent. Vaak voel je de luchtdruk helemaal niet. Maar als je snel stijgt of snel daalt, bijvoorbeeld in een lift, merk je dat wel. 

Je voelt de luchtdruk dan aan de ‘druk op je oren’.

Atmosferische druk

Ook al heeft lucht een kleine dichtheid, alle lucht boven je hoofd heeft bij elkaar toch een behoorlijke massa (en dus gewicht). Daardoor oefent die lucht een druk uit op alles wat zich op aarde bevindt. Deze druk noem je de luchtdruk of de atmosferische druk.

 

De luchtdruk is een belangrijk element om het weer te voorspellen, omdat bij weersveranderingen de luchtdruk snel stijgt of daalt.

Atmosferische druk

Meestal merk je niets van de luchtdruk. Daarom zijn er proeven bedacht die je laten zien hoe groot de luchtdruk is. Een goed voorbeeld is de proef met de Maagdenburgse halve bollen. Bij deze proef worden twee halve bollen tegen elkaar gehouden. Daarna wordt de lucht er tussenuit gepompt. Door de luchtdruk op de buitenkant van de bollen kun je ze dan niet meer van elkaar af halen. Deze proef werd voor het eerst uitgevoerd in 1654 in de Duitse stad Maagdenburg.

Maagdenburgerbol

Luchtdruk en tegendruk

Zolang er nog lucht in de halve bollen zit, kun je ze zonder moeite van elkaar af halen. De lucht in de bollen zorgt voor een tegendruk die even groot is als de luchtdruk van buitenaf . 

De luchtdruk en de tegendruk heffen elkaar dan op.

Als je de lucht tussen de halve bollen wegpompt, dan verdwijnt daar de druk. Er is nu geen tegendruk meer. Alleen de luchtdruk van buitenaf blijft over. Die druk komt niet alleen van boven maar van alle kanten. Door deze druk worden de halve bollen stevig tegen elkaar gedrukt.

De lucht in de bollen zorgt voor een tegendruk die even groot is als de luchtdruk van buitenaf . 

 Alleen de luchtdruk van buitenaf blijft over. Die druk komt niet alleen van boven maar van alle kanten. Door deze druk worden de halve bollen stevig tegen elkaar gedrukt.

Tegendruk in de longen

Je merkt pas iets van de luchtdruk als de luchtdruk en de tegendruk niet even groot zijn. Dat geldt ook voor jezelf. In je lichaam zijn er verschillende (min of meer) holle ruimtes, zoals je longen. Toch wordt je borstkas niet door de luchtdruk in elkaar gedrukt. Dat komt doordat je longen gevuld zijn met lucht. Die lucht zorgt voor een tegendruk die even groot is als de luchtdruk van buitenaf.

Tegendruk in de longen

Barometers

Met een barometer kun je meten hoe groot de luchtdruk is. Hiernaast zie je een klassieke barometer (van het Griekse baros = zwaar). In deze metaalbarometer zit een metalen doosje waar de lucht grotendeels uitgepompt is. Een sterke veer zorgt ervoor dat de luchtdruk het doosje niet helemaal plat kan drukken. De boven- en de onderkant van het doosje zijn geribbeld en erg dun, en kunnen daardoor gemakkelijk op en neer bewegen.

Barometers

Als de luchtdruk groter wordt, zal het doosje een beetje meer in elkaar worden gedrukt en gaat de bovenkant van het doosje iets naar beneden. Als de luchtdruk kleiner wordt, gebeurt het omgekeerde. 

De bewegingen van de bovenkant van het doosje worden overgebracht op een wijzer. 

Deze geeft de grootte van de luchtdruk aan op een wijzerplaat.

Digitale barometers

Digitale barometers werken met een druksensor. Een veelgebruikte druksensor werkt met een piëzo-elektrisch kristal. Het bijzondere van zo’n kristal is dat het een elektrische spanning over de uiteinden krijgt als je er druk op uitoefent. Hoe groter de druk, des te groter de spanning. Die spanning kun je dan gebruiken om de luchtdruk te berekenen en weer te geven op een schermpje.

De grootte van de luchtdruk

De eenheid van druk is de pascal (Pa). In het weerbericht wordt de luchtdruk opgegeven in hectopascal (hPa). Onthoud: 1 hPa = 100 Pa. De gemiddelde luchtdruk op zeeniveau is 1013 hPa. Op barometers en weerkaartjes wordt de luchtdruk vaak aangegeven in de eenheid millibar (mbar). Dat maakt voor de getallen niet uit, want 1 millibar is precies even groot als 1 hectopascal.

De luchtdruk neemt af met de hoogte: hoe hoger je komt, des te lager is de luchtdruk. Dat komt doordat de hoeveelheid lucht boven je hoofd steeds kleiner wordt als je omhooggaat. Op 5,5 km boven zeeniveau ligt de helft van de moleculen in de atmosfeer al beneden je. 

Op die hoogte is de druk de helft van de druk op zeeniveau.

Het verband tussen de hoogte en de luchtdruk.

Invloed op het kookpunt

De luchtdruk heeft ook invloed op de hoogte van het kookpunt. Op zeeniveau zijn de waterdampbellen pas bij 100 °C sterk genoeg om niet meer door de luchtdruk in elkaar geperst te worden. Dan gaat het water koken.

Bij een lagere luchtdruk zijn de waterdampbellen al bij een lagere temperatuur sterk genoeg. De vloeistof kookt dan dus bij een lagere temperatuur.

In de tabellen vind je het kookpunt altijd bij 1013 hPa. Het kookpunt van water is bij die luchtdruk 100 °C. Op 5,5 km hoogte kookt water al bij 80 °C. Als je dan eten kookt, duurt het veel langer voor het voedsel gaar is.

Moet de Sherpa nu de aardappels langer koken?

PLUS De pipet: onderdruk en overdruk

Met een pipet kun je heel precies een kleine hoeveelheid vloeistof opzuigen. Bij scheikundig onderzoek is een pipet onmisbaar. Er zijn verschillende soorten pipetten. De simpelste werkt met een ballonnetje. Je knijpt eerst de lucht uit het ballonnetje. Daarna steek je de punt in een vloeistof en je laat het ballonnetje los. Er ontstaat dan onderdruk in het ballonnetje en de luchtdruk duwt de vloeistof in de pipet. Als je daarna de pipet uit de vloeistof haalt en weer in het ballonnetje knijpt, dan maak je overdruk in de ballon. De druk in de ballon is groter dan de druk van de lucht bij het uiteinde van de pipet. Daardoor spuit de opgezogen vloeistof eruit.

De pipetten die onderzoekers in een laboratorium gebruiken hebben vaak een zuigertje. Dat druk je in met je duim en als het zuigertje weer omhoogkomt, ontstaat er een onderdruk. Moderne pipetten kun je instellen op een bepaald volume. Zo weet je zeker dat je bijvoorbeeld 1 milliliter of 1 microliter (een duizendste milliliter) opzuigt.

Pipet

Je knijpt eerst de lucht uit het ballonnetje. Daarna steek je de punt in een vloeistof en je laat het ballonnetje los. 

Er ontstaat dan onderdruk in het ballonnetje en de luchtdruk duwt de vloeistof in de pipet. Als je daarna de pipet uit de vloeistof haalt en weer in het ballonnetje knijpt, dan maak je overdruk in de ballon. 

De druk in de ballon is groter dan de druk van de lucht bij het uiteinde van de pipet.

Vragen?