Nova Thema Lucht §3.3

• Natuur, Leven en Technologie
• Middelbare school
• vmbo t, havo, vwo
• Leerjaar 2

Vorige week

• De lucht boven de aarde heeft een behoorlijk gewicht. Daarom oefent lucht druk uit op ieder voorwerp op aarde. De luchtdruk of atmosferische druk:
  

1. druk je uit in Pascal (Pa);                                                                       In het weerbericht wordt de luchtdruk opgegeven in hectopascal (hPa) of millibar (mbar). 1 hPa = 1 mbar; 1 hPa = 100 Pa;
2. meet je met een barometer. Dat is een doosje met een dunne bovenkant die, met de luchtdruk mee, op en neer beweegt;
   
3. neemt af met de hoogte. Op grote hoogte is de luchtdruk lager dan aan het aardoppervlak.

Leerdoelen §3.3 

Lucht samenpersen

1. Je kunt beschrijven wat gasdruk is en waardoor het wordt veroorzaakt.
   
2. Je kunt uitleggen hoe je gasdruk kunt meten.
3. Je kunt uitleggen wat overdruk betekent aan de hand van twee voorbeelden.
   
4. Je kent het verband tussen druk en volume van een gas.
   
5. Je kunt rekenen met de formule van Boyle.

PLUS leerdoel = extra

Gasdruk

Je kunt beschrijven wat gasdruk is en waardoor het wordt veroorzaakt.

• Als je lucht in een afgesloten ruimte pompt neemt de druk in die ruimte toe..

• De druk die een gas op de wanden van een afgesloten ruimte uitoefent, noem je de gasdruk.
  

• Je gebruikt het woord ‘gasdruk’ ook als het om lucht gaat.
  

• Strandballen enz. danken hun stevigheid aan de gasdruk van de lucht die erin zit.
  

• Doordat de lucht van binnenuit tegen het omhulsel drukt, staat dit strak gespannen.

Gasdruk

Je kunt beschrijven wat gasdruk is en waardoor het wordt veroorzaakt.

• Om een duikfles te vullen met perslucht, heb je een compressor nodig. 

• Dit apparaat zuigt lucht uit de omgeving aan en perst die vervolgens in de fles samen. 

• Op een manometer kun je zien hoe de gasdruk in de duikfles stijgt. 

Gasdruk

De manometer

Je kunt uitleggen hoe je gasdruk kunt meten.

• Met een manometer meet je hoe groot de gasdruk in een afgesloten ruimte is.

• Hoe groter de druk van het gas, des te verder wordt het gegolfde metalen plaatje naar boven gedrukt.
  

• De bewegingen van het plaatje worden overgebracht op een wijzer, die langs een schaalverdeling beweegt.

• De luchtdruk op zeeniveau is gemiddeld 1013 hPa = 1013 mbar. Als afgeronde waarde wordt vaak 1,0 bar gebruikt.

De manometer

Je kunt uitleggen hoe je gasdruk kunt meten.

• De luchtdruk op zeeniveau is gemiddeld 1013 hPa = 1013 mbar. Als afgeronde waarde wordt vaak 1,0 bar gebruikt.

• Waarom 1,0 bar?

• Dat maakt het gemakkelijk om de vergelijking met gewone lucht te maken. 

• Veel sportduikers gebruiken bijvoorbeeld flessen met lucht van 200 bar: tweehonderd keer de luchtdruk op zeeniveau.

Luchtdruk meten we met een ... ?

1. Momentmeter
2. Barometer
3. Manometer
4. Thermometer

Met een manometer meet je de:

1. Luchtdruk
2. Tegendruk
3. Gasdruk

Overdruk

Je kunt uitleggen wat overdruk betekent aan de hand van twee voorbeelden.

• Als een duikfles ‘leeg’ is, is hij niet vacuüm: er zit lucht in met een druk van (afgerond) 1,0 bar: dezelfde druk als de lucht buiten de fles. 

• De wijzer op de manometer geeft toch dan een druk van 0 bar aan....

• Dat komt doordat de manometer niet de gasdruk zelf aangeeft, maar het drukverschil met de luchtdruk. 

• Je zegt dat de manometer op de duikfles de overdruk aangeeft: het aantal bar dat de gasdruk hoger is dan de luchtdruk. 

• Als de ‘echte’ gasdruk 100 bar is, is de overdruk 99 bar: de gasdruk in de fles (100 bar) is dan 99 bar hoger dan de luchtdruk (1 bar).

Overdruk

Als een duikfles 'leeg' is, dan zit er lucht in met dezelfde druk als buiten de fles. Hoe groot is die druk?

1. 0 mbar
2. 0 bar
3. 1,0 mbar
4. 1,0 bar

Als een duikfles 'leeg' is, hoe groot is dan de druk die de wijzer op de manometer aangeeft?

1. 0 mbar
2. 0 bar
3. 1,0 mbar
4. 1,0 bar

Ivo gaat naar een tankstation om zijn autoband op te pompen. Op de manometer staat 2,4 bar.

Wat is de 'echte' gasdruk in de band?

1. 1,4 bar
2. 1,0 bar
3. 2,4 mbar
4. 3,4 bar

Overdruk

Je kent het verband tussen druk en volume van een gas.

• Er is een eenvoudig verband tussen de druk en het volume van een hoeveelheid lucht (of een ander gas). 

• Als je het volume twee keer zo klein maakt, dan wordt de druk twee keer zo groot. 

• Als je het volume drie keer zo klein maakt, dan wordt de druk drie keer zo groot. Dus in zijn algemeenheid:

Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

• Deze regel is ontdekt door de Engelsman Robert Boyle en wordt daarom de wet van Boyle genoemd.

De wet van Boyle

Overdruk

Je kent het verband tussen druk en volume van een gas.

• Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

• Stel, ik heb een volume van 10 liter met een druk van 1,0 bar. Dit pers ik samen in een fles van 2 liter. 

• Hoe groot wordt de druk dan in die fles?

De wet van Boyle

Uitleg

Van 10 naar 2 liter is 5x zo klein, want: 10/2 = 5

Dan wordt de druk dus 5x zo groot: 5 x 1 bar = 5 bar

Overdruk

Je kunt rekenen met de formule van Boyle.

Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

• Een duiker gebruikt een compressor om een duikfles met perslucht te vullen. De compressor zuigt 100 liter lucht van 1,0 bar aan en perst die in een fles van 10 liter.

• Beredeneer hoe groot de (gas)druk van de lucht in de fles wordt.

Geef je antwoord in de volgende quizvraag

Rekenen met Boyle

Een duiker gebruikt een compressor om een duikfles met perslucht te vullen. De compressor zuigt 100 liter lucht van 1,0 bar aan en perst die in een fles van 10 liter.
Beredeneer hoe groot de (gas)druk van de lucht in de fles wordt.

1. 1 bar
2. 10 bar
3. 100 bar
4. 0,1 bar

Waarmee meet je de gasdruk?

1. barometer
2. manometer
3. gasmeter
4. meterstand

• Gassen kun je samenpersen. Als je gassen samenperst, neemt de gasdruk toe. De gasdruk is de druk die een gas op de wanden van een afgesloten ruimte uitoefent.
  

• De gasdruk in een afgesloten ruimte meet je met een manometer. Een manometer meet de overdruk. Dat is het aantal bar dat de gemeten luchtdruk hoger is dan de luchtdruk (1 bar).
  

• Als een manometer bijvoorbeeld een overdruk van 4 bar meet, is de ‘echte’ gasdruk 5 bar.
  

• Voor het samenpersen geldt de wet van Boyle:             Als je het volume n× zo klein maakt, wordt de druk n× zo groot.

• Bijvoorbeeld: als je het volume drie keer zo klein maakt, wordt de druk drie keer zo groot.

Samenvatting

• Gassen kun je samenpersen. Als je gassen samenperst, neemt de gasdruk toe. De gasdruk is de druk die een gas op de wanden van een afgesloten ruimte uitoefent.
  

• De gasdruk in een afgesloten ruimte meet je met een manometer. Een manometer meet de overdruk. Dat is het aantal bar dat de gemeten luchtdruk hoger is dan de luchtdruk (1 bar).
  

• Als een manometer bijvoorbeeld een overdruk van 4 bar meet, is de ‘echte’ gasdruk 5 bar.
  

• Voor het samenpersen geldt de wet van Boyle:             Als je het volume n× zo klein maakt, wordt de druk n× zo groot.

• Bijvoorbeeld: als je het volume drie keer zo klein maakt, wordt de druk drie keer zo groot.

Vorige keer

Leerdoelen H3.4: Isoleren met lucht

1. Je kunt uitleggen waarom wind een afkoelend effect heeft.
2. Je kunt uitleggen hoe je gebruikmaakt van convectiestroming om warmte door een ruimte te verspreiden.
3. Je kunt uitleggen waarom lucht een goede warmte-isolator is.
4. Je weet waarom isolatiematerialen grotendeels uit lucht bestaan en waarom hun dichtheid laag is.
5. Je kunt uitleggen waarom sporters na de finish meteen iets warms aantrekken. (PLUS)

We beginnen met een video!

Waarom heeft wind een afkoelend effect?

Gasdruk

Je kunt uitleggen waarom wind een afkoelend effect heeft.

• Als het in het voorjaar zonnig en windstil weer is, merk je nauwelijks dat de lucht om je heen nog koud is.
  

• Dat komt doordat het laagje lucht dat direct aan je huid grenst, snel opwarmt. Zo’n laagje warme lucht werkt isolerend: het zorgt ervoor dat je lichaam maar weinig warmte kwijtraakt aan de koude buitenlucht.
  

• Als het op zo’n lentedag begint te waaien, krijg je het opeens koud. Maar de temperatuur op een thermometer is nog steeds hetzelfde!

• Blijkbaar is het alleen de wind die je lichaam af laat koelen....

• Als je bezweet bent, koel je nog sterker af.
• Dat komt doordat de wind het zweet op je huid sneller laat verdampen. Het verdampende zweet onttrekt veel warmte aan je lichaam.
  

Wind brengt afkoeling

Waarom doen ze warme lucht in een luchtballon?

Gasdruk

Je kunt uitleggen hoe je gebruik kunt maken van convectiestroming om warmte door een ruimte te verspreiden

• Als je lucht op één plaats verwarmt, begint de lucht uit zichzelf te stromen. 

•  Boven de radiator stijgt warme lucht omhoog naar het plafond. 

• Aan de andere kant van de kamer daalt afkoelende lucht weer naar beneden en stroomt terug naar de radiator.

• De luchtstroom door de kamer wordt een convectiestroming genoemd. 

Convectiestroming

Hoe kan dit?
Waarom denk jij dat warme lucht opstijgt en koude lucht daalt?

Gasdruk

Je kunt uitleggen hoe je gebruik kunt maken van convectiestroming om warmte door een ruimte te verspreiden

• Zo’n stroming ontstaat doordat lucht uitzet, als die wordt verwarmd. 

• De warme lucht rond de radiator krijgt daardoor een kleinere dichtheid dan de lucht in de rest van de kamer. 

• Het gevolg is dat de ‘lichte’ warme lucht opstijgt in de omringende ‘zware’ koude lucht.

Ontstaan van convectiestroming

Gasdruk

Je kunt uitleggen hoe je gebruik kunt maken van convectiestroming om warmte door een ruimte te verspreiden

• De opstijgende warme lucht neemt de warmte mee die de radiator afgeeft. 

• Dat zorgt ervoor dat de hele kamer wordt verwarmd en niet alleen een klein gebied rond de radiator. 

Warmte verspreiden

Wie heeft hier gelijk?

Gasdruk

Je kunt uitleggen waarom lucht een warmte-isolator is.

• Lucht is een goede warmte-isolator. De donsvulling van een windjack houdt je warm, doordat hij voor een groot deel uit lucht bestaat.
  

• Die lucht vormt een isolerende laag tussen je warme lichaam en de buitenlucht .
  

• Doordat de lucht in het dons zit ‘opgesloten’, kan hij niet gemakkelijk door de wind weggeblazen worden.

Isoleren met lucht

Gasdruk

Je weet waarom isolatiematerialen grotendeels uit lucht bestaan en waarom hun dichtheid laag is.

• Voor het isoleren van huizen worden allerlei materialen gebruikt.

• Deze isolatiematerialen bestaan grotendeels uit lucht. Dat zie je bijvoorbeeld als je een stuk piepschuim bekijkt: dit materiaal zit helemaal vol met luchtbelletjes. 

• De lucht zit in die belletjes opgesloten en kan daardoor niet gaan stromen en zo de warmte meenemen.

Isolatiematerialen in huis

Gasdruk

Je weet waarom isolatiematerialen grotendeels uit lucht bestaan en waarom hun dichtheid laag is.

• Doordat isolatiematerialen veel lucht bevatten, is hun gemiddelde dichtheid erg laag. 

• De dichtheid van piepschuim kan bijvoorbeeld variëren van 0,015 tot 0,040 g/cm3. 

• Dat is veel lager dan de dichtheid van andere veelgebruikte bouwmaterialen zoals baksteen, hout en aluminium.

Lage dichtheid

Gasdruk

Je kunt uitleggen waarom sporters na de finish meteen iets warms aantrekken. (PLUS)

• Als een vloeistof verdampt, daalt de temperatuur. 

• Zweet begint meteen te verdampen en onttrekt daarvoor warmte aan je lichaam. Dat zorgt ervoor dat je lichaamstemperatuur constant op circa 37 °C blijft.

• Sporters kunnen na een wedstrijd gemakkelijk te veel afkoelen. Ze zijn dan nog bezweet.

•  Daarom zie je ze na de finish vaak meteen iets warms aantrekken.

Afkoelen door verdampen

https:

Als de lucht rond een radiator (a) wordt, zet de lucht uit. Daardoor wordt de lucht (b zwaarder/lichter) dan de lucht in de kamer.

1. a: koud, b: zwaarder
2. a: warm, b: zwaarder
3. a: koud, b: lichter
4. a: warm, b: lichter

Je wilt je handen opwarmen aan een hittebron, waar kan je dat het beste doen?

1. Onder de bron
2. Boven de bron