§3 Temperatuur

Leerdoelen#

• Je kunt uitleggen hoe een vloeistofthermometer werkt en wat de onderdelen daarvan doen.
• Je kunt beschrijven wat een bimetaal is en hoe dit gebruikt wordt in een bimetaalthermometer.
• Je kunt met het deeltjesmodel laten zien hoe temperatuur invloed heeft op de druk van een gas.
• Je kunt met het deeltjesmodel uitleggen wat er bedoeld wordt met het absolute nulpunt.
• Je kunt temperaturen omrekenen van graden Celsius naar kelvin en andersom.

Thermometers#

Vloeistofthermometer#

Een vloeistofthermometer gebruik je om de temperatuur van de lucht of een voorwerp te meten. De thermometer bestaat uit twee belangrijke onderdelen:

• een reservoir onderaan, gevuld met vloeistof (meestal gekleurde alcohol);
• een nauwe stijgbuis met een schaalverdeling ernaast.

Als het warmer wordt, zetten de deeltjes in de vloeistof uit en stijgt het vloeistofniveau in de buis. Wordt het kouder, dan krimpt de vloeistof en zakt het niveau weer. Omdat de buis heel smal is, zie je al bij kleine temperatuurverschillen het vloeistofniveau veranderen.

De schaalverdeling van een vloeistofthermometer staat in graden Celsius (°C). Bij het maken van deze schaal gebruik je twee vaste punten:

• het smeltpunt van ijs (0 °C);
• het kookpunt van water (100 °C).

De afstand tussen deze punten wordt verdeeld in 100 gelijke stapjes. Zo ontstaat de Celsiusschaal. De schaal kan ook worden uitgebreid tot onder 0 °C en boven 100 °C, steeds met dezelfde stapjes.

Voorbeelden van gebruik#

• meten van de buitentemperatuur;
• in een aquarium;
• oude koortsthermometers (tegenwoordig vaak digitaal).

Bimetaalthermometer#

Een bimetaalthermometer werkt niet met vloeistof, maar met twee metalen strips die stevig aan elkaar vastzitten. Deze strips bestaan uit verschillende metalen, bijvoorbeeld staal en messing.

Als de temperatuur stijgt, zet het ene metaal meer uit dan het andere. Daardoor buigt het bimetaal krom. Wordt het kouder, dan buigt het bimetaal de andere kant op. Het metaal dat het meest uitzet, komt steeds aan de buitenbocht te liggen.

De kromming van het bimetaal kan een wijzer in beweging brengen. Deze wijzer draait langs een schaalverdeling, zodat je de temperatuur kunt aflezen.

Voorbeelden van gebruik#

• Thermometers voor ovens en koelkasten.
• Schakelaars in een strijkijzer of thermostaat: daar zorgt het bimetaal ervoor dat het apparaat aan- of uitgaat bij een bepaalde temperatuur.

Temperatuur en gasdruk#

De druk van een gas hangt af van de temperatuur. Dit kun je verklaren met het deeltjesmodel.

• Als de temperatuur stijgt, gaan de deeltjes sneller bewegen.
• Ze botsen vaker en harder tegen de wanden van de ruimte.
• Daardoor neemt de gasdruk toe.

Wordt het kouder, dan bewegen de deeltjes langzamer. Ze botsen minder vaak en minder hard tegen de wanden, waardoor de druk afneemt.

Met een proefopstelling kun je dit verband meten:

• In een kolf zit lucht opgesloten.
• Een thermometer meet de temperatuur.
• Een manometer meet de druk in bar.

Hieruit blijkt dat de druk gelijkmatig toeneemt wanneer de temperatuur stijgt. Aan de hand van die toename kun je zelfs afleiden hoeveel graden de temperatuur is veranderd.

Absolute nulpunt#

Als een gas steeds verder afkoelt, bewegen de deeltjes langzamer. Daardoor botsen ze minder vaak tegen de wanden en neemt de gasdruk af.

Als je de lijn in een grafiek van temperatuur tegen gasdruk doortrekt, zie je dat de druk bij –273 °C nul wordt. Deze temperatuur heet het absolute nulpunt. Lager dan dit kan niet, want de deeltjes zouden dan helemaal stilstaan.

• Bij het absolute nulpunt bewegen de deeltjes niet meer.
• Er is dan geen druk meer op de wanden.
• Daarom is –273 °C de laagst mogelijke temperatuur.

Het is lastig om je zo’n lage temperatuur voor te stellen. Zelfs de koudste plekken op aarde zijn veel warmer (ongeveer –98 °C gemeten in Antarctica). Alleen in speciale laboratoria lukt het om de temperatuur bijna tot het absolute nulpunt te verlagen.

Temperatuurschalen#

In het dagelijks leven gebruiken we de Celsiusschaal. Het nulpunt van die schaal is het smeltpunt van ijs (0 °C) en bij 100 °C kookt water.

In de natuurkunde wordt vaak de kelvinschaal (K) gebruikt. Die schaal lijkt op die van Celsius: de stapjes zijn even groot. Alleen het nulpunt ligt anders. Bij de kelvinschaal begint de teller bij het absolute nulpunt (–273 °C = 0 K).

• 0 °C komt overeen met 273 K.
• 100 °C komt overeen met 373 K.
• Om Celsius om te rekenen naar kelvin: T(K) = T(°C) + 273.
• Omgekeerd: T(°C) = T(K) – 273.

Temperatuur omrekenen van kelvin naar graden Celsius

In BINAS staat dat het kookpunt van alcohol (ethanol) 351 K is.

→ Bereken dit kookpunt in graden Celsius.

maximumscore 2

antwoord:

1. gebruik maken van de juiste omrekenformule
2. correcte berekening met juiste eenheid

• Gegevens:

• Gevraagd:

• Formule:

• Uitwerking:

• Controle: