Proevenboek

natuurkunde

januari / februari 2012

Groep: __________ Naam: _________________

Klas: __________

IPCT Proevenboek

2

Inhoud

Rooster ................................................................................................................ 3

Plattegrond van lokaal 263 .................................................................................... 4

Handleiding Coach................................................................................................ 5

Proef A: Armkracht ............................................................................................... 6

Proef B: Kracht x arm ........................................................................................... 7

Proef C: Knipperlicht ............................................................................................. 8

Proef D: Zoëtroop ................................................................................................ 9

Proef E: Hartslag ................................................................................................ 11

Proef F: Bloeddruk ............................................................................................. 12

Proef G: Mijn stem ............................................................................................. 15

Proef H: Zuivere tonen ...................................................................................... 177

Proef I: Zweet ................................................................................................... 199

Proef J: Verdampen ............................................................................................ 20

Proef K: Opwarmen ........................................................................................... 222

Proef L: Afkoelen ............................................................................................... 244

IPCT Proevenboek

3

Rooster

Groep

Ronde 1 Ronde 2 Ronde 3 Ronde 4 Ronde 5 Ronde 6

1e helft

2e helft

1e helft

2e helft

1e helft

2e helft

1e helft

2e helft

1e helft

2e helft

1e helft

2e helft

1 A B C D E F G H I J K L

2 L K J I H G F E D C B A

3 C D E F G H I J K L A B

4 J I H G F E D C B A L K

5 E F G H I J K L A B C D

6 H G F E D C B A L K J I

7 G H I J K L A B C D E F

8 F E D C B A L K J I H G

9 I J K L A B C D E F G H

10 D C B A L K J I H G F E

11 K L A B C D E F G H I J

12 B A L K J I H G F E D C

A = Armkracht G = Mijn stem

B = Kracht x arm H = Zuivere tonen

C = Knipperlicht I = Zweet

D = Zoëtroop J = Verdampen

E = Hartslag K = Opwarmen

F = Bloeddruk L = Afkoelen

Kleur of omcirkel de volgorde waarin jou groep de proeven moet doen.

IPCT Proevenboek

4

Plattegrond van lokaal 263:

(Met de indeling van de proeven)

Knipperlicht Zweet Armkracht

Hartslag

Mijn stem

Opwarmen

Afkoelen

Bloeddruk Verdampen

Kracht x arm

Zuivere tonen Zoëtroop

Bureau

IPCT Proevenboek

5

Handleiding Coach

Om het programma Coach te starten op de computer volg je de volgende stappen:

- Log in op de computer

- Ga naar menu START

- Programma’s

- Algemeen

- Coach 6

- Start het programma ‘meten’

Om het juiste bestand te openen klik je boven in de menubalk op openen. Ver-

volgens kun je de bestanden van de proeven vinden op deze plaats:

- W-schijf (werkbestanden)

- FIO

- Natuurkunde

- 3 havo

- IPCT

- Coach bestanden

- En open dan het bestand met de naam van de proef die je gaat doen.

IPCT Proevenboek

6

Proef A: Armkracht

Doel: Met behulp van een krachtsensor onderzoeken hoe de kracht veran-

dert bij verschillende armen.

Theorie: De grootheid kracht met het symbool F wordt gemeten in de eenheid

Newton met het symbool N.

De aarde oefent op 1,0 kg een kracht uit van 9,8 N.

Hypothese: Probeer een schatting te maken van de kracht die je armen kunnen

uitoefenen. Bedenk eerst eens hoeveel kilogram en reken dat om

naar Newton. (Vul in op het meetblad.)

Opstelling:

Werkwijze: Start Coach6 en open de activiteit armkracht.

Klem de krachtplaat tussen je beide handen.

Druk voor een tijd van 60 s zo hard als je kunt tegen de plaat.

Start de meting als je begint met drukken.

Wanneer de meting klaar is print je de grafiek.

Wis de gegevens in de grafiek.

Herhaal de meting voor alle groepsleden.

Vul de rest van het meetblad in.

IPCT Proevenboek

7

Proef B: Kracht x arm

Doel: Bij deze proef onderzoek je eerst hoe een veerunster werkt.

Daarna meet je het verband tussen massa en gewichtskracht en

tenslotte gaat je met een experiment de hefboomwet ontdekken.

Theorie: Het moment M van een kracht F is op een afstand r van het draai-

punt is te berekenen met de formule: M = F r met M het mo-ment in N·m, F de kracht in N en r de afstand tot het draaipunt in m.

Hypothese: Het effect van een kracht is groter als de kracht verder vanaf het

draaipunt aangrijpt.

Opstelling:

Werkwijze: Hang de bespijkerde lat aan het statief. Hang de veerunster met de vaste haak op aan de draai-as.

Stel de veerunster in op 0,00 N.

Hang de massahouder (50 g) aan de veerunster en lees nauwkeu-

rig de kracht (F) af. (TWEE DECIMALEN)

Noteer de meetwaarden op het meetblad in Tabel I.

Doe hetzelfde met 100 g, 150 g en 200 g.

Teken een grafiek van de gegevens uit Tabel I in Diagram I. Haal de veerunster van de draai-as. Meet op de lat de arm (r) (afstand vanaf het draaipunt) naar punt

N (geheel links) Vul deze afstand in Tabel II op het meetblad. (LET OP: ARMLENGTE GEEF JE AAN IN METERS)

Meet ook de arm van P, Q, R, S en T Hang de massahouder aan punt N op de lat. Om de hefboom in evenwicht te krijgen hang je de andere massa-

houder aan de rechterkant en legt daar zo nodig extra massa's op.

Met behulp van de hefboom en de massa’s kun je nu Tabel III en de conclusie op het meetblad invullen.

IPCT Proevenboek

8

Proef C: Knipperlicht

Doel: Bij deze proef ga je met een lichtsensor onderzoeken wat de fre-

quentie is waarmee het licht van het computerbeeldscherm en het

licht van een tl-buis varieert.

Theorie: De frequentie f is het aantal lichtbeelden per seconde.

De eenheid van frequentie is Hertz (Hz).

Als je naar een film kijkt zie je een vloeiend (niet schokkerig)

beeld. Toch bestaat een film uit losse beeldjes. Bij film zijn dat er

24 per seconde. De frequentie is dus 24 Hz.

Als je naar het computerbeeldscherm of naar een tl-buis kijkt, lijkt

het beeld rustig en stil. In werkelijkheid knippert het beeld zo snel

dat het stil lijkt.

Hypothese: Hoe veel lichtbeelden per seconde denk je dat het beeldscherm

uitzendt? (Vul het meetblad in.)

Opstelling: Hiernaast zie je een afbeelding

van de lichtsensor die we bij deze

proef gebruiken.

Werkwijze: Bekijk eerst of en hoe de lichtsensor reageert op lichte en donkere

plekken op het beeldscherm.

Plaats nu de lichtsensor tegen een wit gedeelte van het beeld-

scherm.

Start de meting door op te drukken.

Bekijk de grafiek.

Zoom in op een gedeelte van de grafiek zodat je de frequentie

kunt bepalen zoals je hebt geleerd tijdens de introductieles

Coach6 (bij 9 Schalen, aflezen en berekenen).

Print het ingezoomde gedeelte van de grafiek waaruit je de fre-

quentie bepaalt.

Plak de grafiek in het kader van grafiek I.

Bepaal de frequentie en noteer de waarde in tabel I.

Herhaal de proef met het licht van een tl-buis.

Bepaal weer de frequentie en noteer deze ook in tabel I.

Vul de rest van het meetblad in.

IPCT Proevenboek

9

Proef D: Zoëtroop Doel: De grensfrequentie van het menselijk ook bepalen.

Theorie: Deze proef gaat over de traagheid van ons netvlies. Alles wat op het

netvlies geprojecteerd wordt, "dooft" slechts langzaam uit: elk beeld

blijft dus eventjes op het netvlies hangen. Als we ervoor zorgen dat

verschillende - gelijksoortige - beelden elkaar snel opvolgen, dan

vloeien de beelden in elkaar: we zien een bewegend beeld. In de

bioscoop worden er 24 beeldjes per seconde vertoond en dit ervaren

wij als een bloeiend beeld.

Bij deze proef willen we bepalen hoe snel de beeldjes elkaar min-

stens moeten opvolgen om een vloeiend beeld te ervaren.

Hypothese: Bij hoeveel beeldjes per seconde denk je dat de grens ligt tussen een

schokkerige beweging en een vloeiende beweging.

Werkwijze: Bij deze proef gaan we meten met een ‘zoëtroop’. Een zoëtroop be-

staat uit een rechtopstaande cilinder met verticale sleuven. Aan de

binnenzijde van de cilinder is een strook papier met een aantal fi-

guurtjes aangebracht. Wanneer de cilinder wordt rondgedraaid kan

je door de sleuven de plaatjes zien. Als de zoëtroop snel genoeg

ronddraait lijkt het alsof de afbeeldingen in elkaar overvloeien, waar-

door de illusie van bewegende beelden ontstaat.

Als je het leuk vindt kun je zelf een zoëtroop bouwen.

Kijk op http://www.groeg.de/puzzles/pdf/zoetrope.pdf voor een bouwplaat.

IPCT Proevenboek

10

1. Haal het strookje uit de zoëtroop en beschrijf wat je ziet op de achtereenvol-

gende afbeeldingen op de strook.

Tel ook het aantal afbeeldingen en het aantal spleten van de cilinder.

2. Kijk eerst naar onderstaande figuur 2. ‘Zien’ betekent dat er een beeld op je

netvlies wordt gevormd van figuur 2.

Houd dan je hand op figuur 2. Kijk daarna naar figuur 3. Vrijwel onmiddellijk

zie je nu deze nieuwe figuur. Het lijkt wel of ons netvlies geen tijd nodig heeft

om het eerste beeld te laten verdwijnen en het tweede te laten ontstaan. Toch

duurt het gemiddeld ongeveer 1/15 s voordat het beeld van het netvlies is

verdwenen, wanneer je niet meer naar de figuur kijkt. Stel dat er tussen het

kijken naar figuur 2 en figuur 3 maar 1/20 s zit, wat zou je dan zien?

3. In welke volgorde moet je de afbeeldingen bekijken voor een juist verloop van

het bokspringen op je netvlies: Van links naar rechts of van rechts naar links?

4. Beredeneer uit je antwoord op 3 of de zoëtroop dan, van boven af gezien, met

de klok mee of tegen de klok in moet draaien. Schrijf je redenering op! Beves-

tig het strookje en controleer je redenering door het uit te proberen.

5. Laat nu de draaisnelheid van de zoëtroop langzaam toenemen terwijl je met je

oog ter hoogte van de trommel door de spleten naar de afbeeldingen kijkt.

6. Zoek nu die draaisnelheid op waarbij de beweging van de beeldjes voor jouw

ogen voor het eerst vloeiend verloopt.

7. Bepaal nu bij deze draaisnelheid het aantal omwentelingen van de zoëtroop in

één minuut.

8. Bereken nu het aantal beelden per seconde. We noemen dit aantal de grens-

frequentie (fgrens) van het menselijk oog. Schrijf je berekening ook op.

9. Ruim de gebruikte spullen op voor het volgende groepje.

IPCT Proevenboek

11

Proef E: Hartslag Doel: Met behulp van een lichtsensor je hartslagfrequentie bepalen in bpm

(beats per minute) in twee situaties: in rust en kort na inspanning.

Theorie: De oorclipsensor meet met een lichtsensor de hoeveelheid (infra-

rood) licht die door je oorlel (of vingertop) gaat. Door het pompen

van je hart neemt de hoeveelheid bloed in je oorlel bij elke hartslag

toe en af. Doordat de hoeveelheid bloed in je oorlel verandert, ver-

andert ook de hoeveelheid licht die de oorlel doorlaat en die de licht-

sensor dus meet. Hieruit kun je je hartslag bepalen.

Hypothese: Hoeveel slagen denk dat je hart per minuut maakt?

(Vul in op het meetblad.)

Werkwijze: Hiernaast zie je de hart-

slagsensor die we bij deze

proef gebruiken.

1. Plaats de sensor op je oorlel of je vingertop.

Tijdens de meting moet je helemaal stilzitten en niet pra-

ten !!!

2. Start de meting door op te drukken.

3. Zoom in op een deel van 10 seconden en tel het aantal hartsla-

gen in dat deel.

4. Bereken je hartfrequentie in bpm en noteer in tabel II.

5. Print de grafiek.

6. Plak de grafiek op het meetblad.

7. Doe nu 20 diepe kniebuigingen en meet onmiddellijk daarna

weer je hartslagfrequentie.

8. Bepaal weer je hartfrequentie in bpm en noteer in tabel II.

9. Print de grafiek.

10. Plak de grafiek op het meetblad.

11. Herhaal, als er nog tijd is, de proeven voor nog een leerling.

12. Vul de rest van het meetblad in.

IPCT Proevenboek

12

Proef F: Bloeddruk Doel: Het bepalen van de druk die je op de grond uitoefent, het bepalen

van de luchtdruk en het bepalen van je eigen bloeddruk.

Theorie: De aarde trekt aan ieder voorwerp. Ook aan jouw lichaam. Door-

dat de aarde aan jou trekt, oefen je een kracht uit op de onder-

grond waarop je staat. Deze kracht noemen we de gewichtskracht

FG. In proef A leer je dat op aarde 1 kg met een kracht van onge-

veer 10 N op de ondergrond duwt. Het effect van deze kracht

wordt niet alleen bepaald door de grootte van de kracht maar ook

door de grootte van het oppervlak waarop de kracht wordt uitge-

oefend.

Werkwijze: 1. Bepaal met behulp van een weegschaal voor iedereen van je

groepje de massa. Bereken hieruit voor iedereen de waarde van

FG.

2. Teken de vorm van een van je schoen op het ruitjespapier. Be-

paal de oppervlakte A ervan. Doe dit getal ×2 omdat je op 2

voeten staat. Ook de partner(s) doet(n) dat.

We willen nu weten hoeveel N gewichtskracht er per cm² door jullie op de vloer

wordt uitgeoefend. Of anders: we willen weten wat er uit de deling FG/A komt. Wat

er uit deze deling komt noemen we voortaan de druk. Het symbool van druk = p.

Druk kun je uitrekenen met de formule p = F/A en de eenheid van druk is N/cm².

3. Bereken voor elk van jullie de druk die je op de vloer uitoe-

fent. Schrijf voor 1 persoon de berekening helemaal uit.

Ook vloeistoffen oefenen een druk uit op het oppervlak waarop ze ‘staan’. Vooraan in

lokaal 263 hangt een kwikbarometer. Deze meet de ‘luchtdruk’.

4. Lees op deze meter de luchtdruk b in af en noteer deze.

Gemiddeld in het jaar is b ongeveer 76,0 cmHg. (spreek uit: 76 centimeter kwikdruk)

Boven de 76,5 cmHg spreken we van een hoge (lucht)druk en onder de 75,5 cmHg

spreken we van een lage (lucht)druk.

5. Hoe is het vandaag met de luchtdruk gesteld?

IPCT Proevenboek

13

Bloeddruk Figuur 2

Het hart is samen met de bloedsomloop een gesloten

systeem.

In figuur 2 staat een afbeelding uit een biologieboek

afgedrukt. Het stromende bloed oefent druk uit op de

bloedvaten. Deze druk is niet in alle bloedvaten even

groot. Verder van het hart vandaan wordt deze lager.

Onder de bloeddruk (ook wel tensie genoemd) ver-

staat men de druk in de slagaders en met name in de

slagader van de bovenarm. Deze druk gaan we me-

ten.

Er zijn twee waarden. De systolische of bovendruk

heerst in de slagaders als het hart het bloed in de

slagaders pompt. De diastolische of onderdruk

heerst in de slagaders als het hart zich in de ontspan-

ningsfase bevindt. De bloeddruk wordt gemeten in

mmHg (millimeters kwikdruk.

Wat is een normale bloeddrukwaarde?

Als je naar de dokter gaat is een van de meest uitgevoerde testjes het meten van je bloed-druk. Er wordt een bandje om je arm gedaan, het bandje wordt opgepompt en daarna lang-zaam weer leeggehaald. De zuster zegt dan tegen de dokter: een bovendruk van ... en een onderdruk van ... Wanneer we de bloeddruk opschrijven doen we het op de volgende ma-nier: 120/80. Hierin is 120 de bovendruk en 80 de onderdruk. Je bloeddruk schommelt heel veel. Veel factoren hebben een invloed op je bloeddruk, zoals bijvoorbeeld lichaamsbeweging, lichaamshouding, angst, boosheid en stress. Je leeftijd heeft ook een effect op je bloeddruk. Zo is bij kinderen een bloeddruk van 80/45 normaal en is een normale bloeddruk bij volwassenen 120/80. Bij bejaarden behoort een bloeddruk van 180/85 nog tot normaal. In de tabellen hieronder zie je de waarde van de systolische druk waarbij je je zorgen moet gaan maken. Als jouw waarde hier onder zit is er dus niets aan de hand.

Tabel voor meisjes:

IPCT Proevenboek

14

Tabel voor jongens:

Aanwijzingen voor het gebruik van de bloeddrukmeter: Wikkel de manchet om de linker pols, waarbij de display aan de binnenkant van de pols dient te zitten (zie figuur 3). Bevestig de manchet stevig maar niet te strak. Ga hierbij rustig zitten en leg de onderarm op tafel met de pols op ongeveer 10 cm

boven de tafel (bijv. rustend op het doosje). De meter bevindt zich dan ongeveer ter

hoogte van je hart. Laat je assisteren. Kijk goed naar de afbeelding van figuur 4.

Herhaal je meting bij twijfel.

Figuur 3 Figuur 4

6. Meet met de bloeddrukmeter de systolische en de diastolische

druk van jou en je partner(s).

7. Waarom mag je je arm niet hoog houden of heel laag?

8. Ga met de tabel na of je je zorgen moet maken over je bloed-

druk.

IPCT Proevenboek

15

Proef G: Mijn stem

Doel: Met behulp van een geluidsensor onderzoeken wat de frequentie

is van het geluid van je normale stem en van een fluittoon.

Theorie: Mensen kunnen stemgeluid voortbrengen door het in trilling bren-gen van hun stembanden. Het aantal trillingen per seconde (de frequentie) bepaalt de toonhoogte van de stem. De grondtoon van de menselijke spraak zit tussen de 125 Hz en 250 Hz. Voor de zangstem geldt een groter gebied. (zie figuur).

Hypothese: Hoeveel trillingen per seconde denk je dat jouw stem zal voort-

brengen? Vul je antwoorden in op het meetblad in tabel 1!

Werkwijze: Bij de proef gebruiken we een geluidsensor die het geluid meet

dat door een geluidsbron wordt voortgebracht. Gebruik de geluid-sensor op de juiste manier. Spreek of zing nooit rechtstreeks in de geluidsensor maar spreek of zing er vlak overheen of vlak langs.

Twee verschillende geluidsensoren. De opdrachten bij deze proef staan op de volgende bladzijde.

IPCT Proevenboek

16

1. Zing een klinker op de toon van je normale stemgeluid, bijvoor-

beeld: AAAAAAAAAAAAAAAA. 2. Start ondertussen een meting door op te drukken. 3. Zoom in op een stuk van de grafiek en bekijk of je regelmaat kunt

vinden in de grafiek. Zo niet, wis het resultaat en herhaal de me-ting, met andere woorden: maak een mooier geluid.

4. Als je een mooi regelmatig stuk hebt gemaakt bepaal dan de fre-

quentie van het regelmatige stemgeluid op de manier zoals je hebt geleerd tijdens de introductieles Coach6 (bij 9 Schalen, afle-zen en berekenen).

5. Noteer de frequentie in tabel 2.

6. Print de grafiek, knip de grafiek uit en plak de grafiek op het

meetblad.

7. Herhaal de proef voor een gefloten toon.

8. Noteer de frequentie van de gefloten toon in tabel 2

9. Herhaal de proef, als er nog tijd is, voor de andere leerlingen(en).

IPCT Proevenboek

17

Proef H: Zuivere tonen

Doel: Het onderzoeken van enkele eigenschappen van geluid. Wat maakt

een toon hard of zacht? Wat maakt een toon hoog of laag? Wat is

frequentie en hoe kan je die meten?

Theorie: Een toon wordt gekenmerkt door twee eigenschappen: de luidheid

en de toonhoogte.

Werkwijze: Dit onderzoek doen we met twee stemvorken. We

beginnen met stemvork 1. Aan deze stemvork is

een pennetje bevestigd. Zie ook figuur 1. Als je

deze stemvork een tik geeft gaan de punten A en B

met een bepaald aantal keren per seconde trillen. Dit

aantal keer per seconde heet de ‘frequentie’. Als de

stemvork bijvoorbeeld 440 trillingen per seconde

maakt dan schrijven we f = 440 Hz.

Hz = Hertz = aantal trillingen per seconde. Figuur 1

H1 Bepaling van de frequentie van stemvork 1

1. Maak met behulp van enkele kaarsjes de glasplaat voor een groot

deel zwart. Zie figuur 2.

Figuur 2

2. Geef de stemvork een tik.

3. Terwijl je partner op een stopwatch hardop de seconden telt, trek

jij op een goed moment de stemvork 2,0 s lang en met constante

snelheid over de zwart beroete ruit. Herhaal indien dat nodig is.

4. Tel nu op een bepaald klein stukje van de glasplaat waarop de

trillingen goed te zien zijn het aantal trillingen. (1 trilling = één

keer heen en weer!) Schat of meet de tijd die dit deel van het tra-

ject heeft geduurd. Vraag als dat nodig is om assistentie.

5. Bepaal nu de frequentie van stemvork 1. Laat duidelijk zien hoe je

aan je antwoord bent gekomen. Hoeveel trillingen heb je geteld

over welke afstand. In hoeveel tijd is die afstand afgelegd? Welke

berekening(en) heb je gemaakt.

IPCT Proevenboek

18

6. Op de stemvork staat de frequentie afgedrukt. Blijkbaar verandert

de frequentie niet.

Hoe kun je aan het spoor op de beroete plaat zien dat deze fre-

quentie constant blijft?

Wat verandert er wel op den duur?

H2 Hard of zacht? Hoog of laag?

7. Op de klankkast van stemvork II zie je staan 440 Hz. Wat bete-

kent dat?

8. Tik deze stemvork met het rubber hamertje aan. Je hoort nu een

zuivere toon. In de muziek de a1 genoemd.

Blijft de toonhoogte steeds dezelfde? Ook na enige tijd?

Wat verandert er wel?

9. Als het goed is kun je nu een conclusie trekken waarvan de toon-

hoogte en waarvan de geluidssterkte van een toon afhangt. Trek

deze conclusie.

10 .Maak de beroete plaat net als de rest van je opstelling goed

schoon voor het volgende groepje.

IPCT Proevenboek

19

Proef I: Zweet Doel: Met behulp van een vochtigheidssensor aantonen dat je in ontspan-

nen toestand transpireert.

Theorie: Dat je vocht verliest als je je inspant is wel duidelijk: je merkt het

aan zweten. Verlies je ook vocht als je je niet inspant? Om hier ach-

ter te komen moeten we het vocht dat je afscheidt kunnen meten.

We doen dit met een vochtigheidssensor. Een vochtigheidssensor

meet de relatieve vochtigheid van de lucht.

Afhankelijk van de temperatuur kan de lucht een bepaalde maximale

hoeveelheid waterdamp bevatten. De relatieve vochtigheid is de

hoeveelheid waterdamp in de lucht gedeeld door de maximale hoe-

veelheid waterdamp die de lucht bij de heersende temperatuur kan

bevatten. De grootheid drukken we uit in procenten.

Als je de omgeving van één van je handen met een plastic zakje af-

sluit, dan zal de relatieve vochtigheid van de lucht in het zakje toe-

nemen als je hand in ontspannen toestand zweet uitscheidt.

Hypothese: Gemiddeld verliest een mens ongeveer een halve liter vocht per dag

via de zweetklieren. Maak een beredeneerde schatting van hoeveel

vocht je hand afstaat per minuut dat je je hand in het zakje houdt.

(Vergelijk de oppervlakte van je hand met die van je hele lichaam,

die ongeveer 1,65 m² is.)

Werkwijze: 1. Meet met de sensor de relatieve luchtvochtigheid in het lokaal en

noteer deze in tabel 2.

2. In de gang naast de deur van lokaal 263 hangt een hygrometer.

Ga naar de gang en lees de hygrometer af. Noteer de relatieve

luchtvochtigheid in tabel 2.

3. Pak het zakje en elastiekje maar doe er even niets mee.

4. Neem de sensor in je hand en start de meting door op te

drukken. Stop na 10s je hand snel in het plastic zakje en sluit

het zakje af met het elastiekje.

5. Als de meting afgelopen is print dan de grafiek uit en plak die op

het meetblad. Zet je naam bij jou grafiek

6. Herhaal de proef voor alle andere groepsleden.

7. Trek uit je grafiek(en) een conclusie over het doel van deze

proef.

hoeveelheid waterdamp in de luchtrelatievevochtigheid=

maximale hoeveelheid waterdamp in de lucht100%

IPCT Proevenboek

20

Proef J: Verdampen Doel: Bij deze proef doen we onderzoek naar de verdamping van vloeistof-

fen. We willen weten wat er gebeurt met de temperatuur van de

achterblijvende vloeistof en waarom?

Theorie: In de natuur kunnen stoffen voorkomen in drie mogelijke fasen: de

vaste, de vloeibare en de gasvormige (of dampvormige) fase. Als

een stof overgaat van de vloeibare naar de gasvormige fase dan

nomen we dat verdampen. Dit gebeurt massaal bij het zogenaamde

kookpunt. Het kookpunt van water is 100°C.

Moleculen

Een stof is opgebouwd uit moleculen genoemd. Moleculen bewegen

voortdurend. Als de temperatuur stijgt bewegen de moleculen snel-

ler.

Bij een vaste stof zitten de moleculen mooi gerangschikt in een

rooster. Ze trekken elkaar onderling aan en houden zo dat rooster

mooi in stand. Wel trillen ze ondertussen heen en weer.

In een vloeistof zitten de moleculen niet meer in een rooster. Ze

bewegen kriskras door elkaar heen. Wel trekken ze elkaar nog een

klein beetje aan.

In een gas trekken de moleculen elkaar bijna niet meer aan. Ze be-

wegen vrijelijk door elkaar heen en door de ruimte.

Als de temperatuur laag is, is de stof vast. Stijgt de temperatuur, dan

wordt de stof eerst vloeistof (smelten) en daarna gas (verdampen).

Dit geldt voor alle stoffen. Wel verschilt de temperatuur van deze zo-

genaamde faseovergangen.

De verdamping van een vloeistof is afhankelijk van de tempera-

tuur. De snelste moleculen bij een gegeven temperatuur kunnen ont-

snappen aan het vloeistofoppervlak. Aangezien er ook moleculen

aanwezig zijn in de ruimte boven de vloeistof zullen er ook moleculen

weer terugvallen in de vloeistof.

Hypothese: Wat denk je dat er gebeurt met de temperatuur van de achterblij-

vende vloeistof?

De opdrachten bij dit practicum staan op de volgende bladzijde.

IPCT Proevenboek

21

Werkwijze: 1. Kan water ook bij kamertemperatuur verdampen of gebeurt dit

alleen in de buurt van het kookpunt?

Bedenk een proefje waarmee je het antwoord op de vorige vraag

kunt aantonen?

2. Zoek in het tabellenboekje het kookpunt van water, spiritus, ace-

ton en kwik op.

De temperatuur is in het tabellenboek in K (kelvin) opgegeven.

Reken deze temperaturen om naar °C.

3. Doe een klein beetje water op je hand. Blaas er hard overheen.

Wat voel je?

4. Waarom gaat het verdampen sneller als je blaast, denk je?

5. Schrijf nog twee andere manieren op waarmee je het verdampen

zou kunnen versnellen.

6. Doe dezelfde proef met spiritus en aceton op je hand.

Wat verdampt het snelst? Waardoor komt dat? (Kijk nog eens

naar je antwoorden bij opdracht 2)

7. Doe een watje met een elastiekje vast om de punt van een ther-

mometer. Verzadig het watje met aceton. Niet overdrijven!

Zwaai dan voorzichtig heen en weer met de thermometer.

Lees zo nu en dan de temperatuur af.

Noteer de laagste temperatuur die je zo bereikt.

8. Trek een conclusie over het doel van de proef. Vergeet ook niet

uit te leggen waarom het volgens jullie zo is.

9. Maak de gebruikte spullen weer schoon voor het volgende groep-

je.

IPCT Proevenboek

22

Proef K: Opwarmen

Doel: Met behulp van een dompelaar en een temperatuursensor, de snel-

heid van het opwarmen van een hoeveelheid water onderzoeken.

Theorie: De snelheid waarmee je water kunt opwarmen hangt van een aantal

factoren af. Met sommige elektrische waterkokers duurt het 10 minu-

ten om een hoeveelheid water op te warmen met andere maar 5 mi-

nuten. Het vermogen (de hoeveelheid watt) van het verwarmings-

element en hoe goed de waterkoker geïsoleerd is spelen hierbij een

rol. Verder hangt de opwarmsnelheid ook af van de hoeveelheid wa-

ter en van het temperatuurverschil van het water met de omgeving.

Hypothese: Bedenk van alle factoren die in het stukje theorie zijn genoemd hoe

ze de opwarmsnelheid zullen beïnvloeden. Schrijf dit op het ant-

woordblad.

Werkwijze:

sensor dompelaar

roervlo

magnetische roerder

Meetopstelling

1. Vul het bekerglas met 350 mL water.

2. Plaats het bekerglas op de magnetische roerder.

3. Stop de roervlo in het bekerglas en zet de roerder aan.

4. Plaats de temperatuursensor in het bekerglas.

5. Hang de dompelaar vlak boven de roervlo in het bekerglas.

(LET OP: ZET DE DOMPELAAR NOG NIET AAN)

6. Wacht tot de temperatuur op het beeldscherm niet meer veran-

dert.

7. Start de meting door op te drukken en zet de dompelaar aan.

8. Nu heb je de tijd om 10 ijsblokjes uit de vriezer te halen.

Kijk voor de rest van de opdrachten op de volgende bladzijde.

IPCT Proevenboek

23

9. Als de temperatuur van het water 70 °C is, doe je de 10 ijsblok-

jes erbij.

10. Wanneer de temperatuursensor weer 70 °C aangeeft doe je de

dompelaar uit.

11. Stop de meting.

12. Gooi voorzichtig het hete water weg.

13. Klik met je rechter muisknop in de grafiek analyse/verwerking

helling.

14. Kies een punt op de eerste stijgende deel van de grafiek.

15. Druk de Ctrl-toets in en draai de lijn op het scherm tot deze ge-

lijk is aan het stijgende deel van de grafiek.

16. Lees de helling af en vul Tabel I in.

17. Doe dit ook voor de tweede opwarming (het tweede stijgende

deel van de grafiek).

18. Print het diagram van de meting.

19. Plak het geprinte diagram op de achterkant van het werkblad.

20. Vergelijk de twee hellingen. Bedenk mogelijke oorzaken voor de

verschillen. Kijk ook nog eens naar wat je bij hypothese hebt op-

geschreven.

IPCT Proevenboek

24

Proef L: Afkoelen

Doel: Bij deze proef onderzoeken we hoe isolatie het afkoelen van een be-

paalde hoeveelheid warm water beïnvloedt.

Theorie: Als een voorwerp een temperatuur heeft die hoger is dan die van zijn

omgeving dan koelt het voorwerp daardoor langzaam maar zeker af.

Dit komt omdat er warmte getransporteerd wordt van het bekerglas

naar de omgeving. Er bestaan 3 vormen van warmtetransport:

warmtegeleiding, warmtestroming en warmtestraling.

Warmtegeleiding komt door rechtstreeks contact met de omge-

ving. Dat is hier de lucht, de tafel en het bekerglas. De warmte van

het water wordt door het glas, de tafel of de lucht doorgegeven aan

de omgeving. De lucht boven het warme water neemt ook warmte

mee doordat de lucht opstijgt. Dit noemen we warmtestroming.

Als laatste wordt er ook warmte getransporteerd door warmtestra-

ling. Warmtestraling is net zoals licht een van de stralingssoorten

van het elektromagnetisch spectrum. (In de tweede klas heb je daar

van alles over geleerd). Net als licht kan het van voorwerpen terug-

kaatsen. Warmtestraling is een bijzondere manier van warmtetrans-

port. Er is namelijk geen tussensof (medium) nodig. Ook in de ruimte

(waar een vacuüm heerst) zouden voorwerpen afkoelen door stra-

ling. Wij willen onderzoeken hoe we deze vormen van warmtetrans-

port kunnen beperken zodat het water zo lang mogelijk warm blijft.

Hypothese: Bedenk zelf een aantal manieren waarop je warmtegeleiding, warm-

testroming en warmtestraling kunt tegengaan.

Werkwijze: 1. Neem twee dezelfde bekerglazen en

twee dezelfde thermometers. Isoleer

een van de bekerglazen met alumini-

umfolie, een kurk aan de onderzijde en

een extra beker eromheen met een

deksel en op een zachtboarden onder-

zetter.

2. Vul beide bekerglazen met 400 mL water van ongeveer 60°C. Dit

water kan je halen bij de kraan in het natuurkundekabinet.

IPCT Proevenboek

25

3. Meet 10 minuten lang, om de minuut, van beide bekerglazen de

temperatuur. Vul de meetwaarden in op het meetblad.

4. Teken de grafiek van het verloop van de temperatuur voor beide

bekerglazen met water.

5. Waarom moet er in de bekerglazen evenveel water met bovendien

dezelfde temperatuur zitten?

6. Leg uit welke verschillen je ziet in het temperatuurverloop van de

twee grafieken.

7. Leg uit welke manieren van warmtetransport je hebt verminderd

door de isolatiemaatregelen bij het ene bekerglas. Door dit voor

het deksel, de aluminiumfolie, de kurk aan de onderkant, het extra

bekerglas en de zachtboarden ondergrond.

8. Stel dat een bepaalde thermosfles ideaal (=100%) zou isoleren en

je zou deze fles met warm water van 65 °C vullen en de dop er

stevig opdoen. Wat zou er dan met de temperatuur van deze

vloeistof gebeuren?