Leerdoelen
•Je kunt drie manieren benoemen om temperatuur te bepalen.
•Je kunt graden Celsius omrekenen naar kelvin en andersom.
•Je kunt uitleggen wat het absolute nulpunt is.
•Je kunt uitleggen hoe water kan koken zonder direct verhit te worden.
De vloeistofthermometer
Een vloeistofthermometer herken je aan de gekleurde vloeistof (vaak rood) in een glazen buisje. Onderin zit een reservoir waar de vloeistof wordt bewaard, en daarboven een dunne stijgbuis.
Als het warmer wordt, krijgen de deeltjes in de vloeistof meer energie en willen ze meer bewegen. Hierdoor zet de vloeistof uit. Omdat het aan de zijkanten niet weg kan, stijgt het omhoog in de stijgbuis. Hoe warmer, hoe hoger de vloeistof komt. Wordt het kouder, dan hebben de deeltjes minder energie, krimpt de vloeistof en zakt deze weer naar beneden.
Om zeker te weten dat een vloeistofthermometer de juiste temperatuur aangeeft, moet je hem ijken. Dat doe je met twee bekende temperaturen:
•0 graden Celsius: de temperatuur van ijswater.
•100 graden Celsius: de temperatuur van kokend water.
Je controleert of de thermometer deze temperaturen correct aangeeft, of je maakt zelf de streepjes en de getallen erop. Om de schaalverdeling te maken, verdeel je de afstand tussen het 0°C-streepje en het 100°C-streepje in honderd gelijke delen.
De bimetaalthermometer
Een bimetaalthermometer maakt gebruik van bimetalen. Dat zijn twee verschillende soorten metaal die stevig aan elkaar vastzitten. Elk metaal heeft een andere uitzettingscoëfficiënt. Dit betekent dat de ene soort metaal meer uitzet bij warmte dan de andere, en ook meer krimpt bij kou.
Wanneer een bimetaal wordt verwarmd, wil het ene metaal meer uitzetten dan het andere. Omdat ze aan elkaar vastzitten, kan dit niet zomaar. Het bimetaal trekt daardoor krom. Wordt het afgekoeld, dan krimpt het ene metaal meer, en buigt het bimetaal de andere kant op. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe krommer het bimetaal wordt. Deze kromming wordt vervolgens gebruikt om de temperatuur af te lezen.
De digitale thermometer
De digitale thermometer is een moderne variant. Deze thermometer bevat een elektronische schakeling of sensor die reageert op temperatuurverschillen. Het meet de temperatuur en geeft deze direct weer als een getal op een schermpje.
Eenheden voor temperatuur
Temperatuur kan in verschillende eenheden worden uitgedrukt, ook al is het dezelfde temperatuur. De twee belangrijkste eenheden die we bespreken zijn Celsius en kelvin.
•Celsius (°C): Deze eenheid gebruiken we in het dagelijks leven, bijvoorbeeld voor het weerbericht. Een temperatuur van 37 graden Celsius is bijvoorbeeld best warm. Celsius kan ook negatieve getallen hebben, zoals -10 °C.
•Kelvin (K): Deze eenheid wordt veel gebruikt in de natuurkunde. Kelvin heeft een hele handige eigenschap: het kan nooit lager zijn dan nul.
Wat is het absolute nulpunt?
Het kan nooit kouder worden dan 0 kelvin. Deze temperatuur noemen we het absolute nulpunt. Bij 0 kelvin is er geen energie meer in stoffen aanwezig en zijn alle stoffen vaste stoffen. Kouder dan dit is natuurkundig onmogelijk.
Celsius omrekenen naar kelvin en andersom
Celsius en kelvin zijn nauw met elkaar verbonden en je kunt ze makkelijk in elkaar omrekenen. Wetenschappers hebben door middel van experimenten ontdekt dat 0 kelvin gelijk is aan -273 graden Celsius. Ze deden proeven waarbij ze de druk heel erg verlaagden, omdat een lage druk zorgt voor weinig energie en dus een lage temperatuur. Door een trendlijn te trekken door de meetresultaten, zagen ze dat deze lijn bij een druk van nul uitkwam op -273 °C.
Hieruit zijn de omrekenregels afgeleid:
•Van Celsius naar kelvin: Je telt er 273 bij op.
•Ezelsbruggetje: Van C naar K is verder in het alfabet, dus je doet erbij (plus).
•Van kelvin naar Celsius: Je trekt er 273 vanaf.
•Ezelsbruggetje: Van K naar C is terug in het alfabet, dus je doet eraf (min).
Belangrijke tip: Vergeet niet dat kelvin nooit negatief kan zijn. Als je een negatieve temperatuur in kelvin krijgt bij het omrekenen, weet je dat je een fout hebt gemaakt en moet je opnieuw kijken!
Rekenvoorbeelden
1.Om 0 kelvin om te rekenen naar graden Celsius, trek je er 273 van af:
2.Om 115 kelvin om te rekenen naar graden Celsius, trek je er 273 van af:
3.Om 75 graden Celsius om te rekenen naar kelvin, tel je er 273 bij op:
4.Om -27 graden Celsius om te rekenen naar kelvin, tel je er 273 bij op:
Hoe kan water koken zonder verwarming?
Hoe kan een docent water laten koken zonder het te verhitten, dus zonder vuur? Dit heeft te maken met druk. Door de druk heel erg te verhogen, krijgt het water vanzelf een hogere temperatuur en gaat het koken. Het inzicht dat er een verband is tussen druk en temperatuur was de basis voor de experimenten waarmee het absolute nulpunt werd bepaald.
