Bureaublad
Energie
van Dr. S. Freud
aan Dr Hyde
Onderwerp: Wat bezielt de natuurkundige?
Waarde collega,
Gaarne wilde ik u het volgende onder ogen brengen:
Al maanden wordt ik geconsulteerd door een man (Dr. Joule.) die lyrisch vertelt over een samenhangend wereldbeeld, waarbij alles met alles verbonden kan worden.
Hij heeft hiertoe de grootheid energie uitgevonden.
Zo beweert hij dat het afkoelen van de koffie in mijn kopje een bijdrage levert aan de uitzetting van het heelal. Dat energie niet verloren gaat, maar ook dat alle omzettingen een verlies opleveren?????
Hij zegt te hebben ontdekt dat alle stoffen bij verwarming dezelfde eigenschappen vertonen.
en dat je die eigenschappen als kenmerk van de stof kunt beschouwen
dat je vaste punten op een thermometer moet maken vanuit die eigenschappen.
Verder beweert hij dat hij van elk grafiek kan zien over welke stof(fen) het gaat.
Wat moet je met zo iemand.
Hoogachtend S. Freud
Vertrouwelijk
van Dr Hyde
aan Dr. S. Freud
Onderwerp: Wat bezielt de natuurkundige?
Waarde collega,
gelukkig heb ik al een hele tijd geleden een patiënt gehad die aan hetzelfde leed, het betrof hier een docent aan AOC de GroeneWelle in Zwolle die ik behandelde aan zijn gelukkige jeugd, niet alleen had hij hetzelfde probleem, maar hij kon het ook nog uitleggen.
Hoewel hij toegaf niet te weten wat energie is, kon hij er wonderlijk goed mee omgaan.
Bij verschillende practica heeft hij aangetoond dat de door u aangehaald grafiek inderdaad juist is. Zelfs heeft hij een aantal heel bijzondere exemplaren laten zien van bijvoorbeeld Helium.
Maar echt enthausiast werd hij van water. Zijn vraagstukken gingen dan ook steeds over glazen cola, koppen thee, koffie en ijsbrekers. (bij het laatste verloor hij even uit het oog dat zijn leerlingen paardenhouderij studeerden)
Al heel vroeg aan het begin van zijn lessen toonde hij aan dat er een samenhang bestaat tussen de snelheid van molculen en de temperatuur, een thermometer als snelheidsmeter (stel je voor, een bekeuring voor te heet rijden.....)
Maar ook dat de snelheid in de meeste gevallen de ruimtebehoefte van moleculen bepaald en dus hoeveel moleculen (massa) je kunt stoppen in een dm3 (hij had het liever over melkpakken)
Hij vertelde dat hij een budgetaanvraag had gedaan om melkpakken te laten maken van goud, lood, ijzer, hout en nog een paar stoffen om aan te tonen dat ook dit een eigenschap van de stoffen was (afgewezen wegens geldgebrek) die hij dichtheid noemde.
als moleculen een bepaalde specifieke temperatuur bereiken kunnen ze niet meer samen marcheren maar gaan ze zich gedragen als publiek op een tribune of bij een houseparty, vrij weinig ruimte maar genoeg om een wave te maken. gaan ze nog sneller bewegen dan gaan ze zich gedragen als de spelers op een voetbalveld, heel veel ruimte.
Om van een marsorde naar een tribune te komen kost energie en om van de tribune op het veld te komen ook.
Aldus verklaarde hij de vorm van de grafiek.
Hoe een colone reageert op de toevoer van energie hangt af van hun zwaarte, en hun onderlinge band. maar als die gelijk blijven dan blijven ze ook hetzelfde reageren op energie en kan je de colone herkennen aan hun reactie.
een bepaalde vaste stof zal dus altijd hetzelfde reageren op toe of afneme van energie, deze eigenschap noemde hij de soortelijke warmte van die vaste stof hij drukte die uit in J/Kg/K, dat vond hij handig als spiekbriefje, want het vertelde precies wat die soortelijke warmte doet. Een truc die natuurkundigen wel meer gebruiken.
De mate waarin de stof uitzet noemde hij de uitzettingscoëfficiënt, een dimensieloos getal omdat het eigenlijk een verhouding aangeeft waarmee een stof uitzet ten opzichte van zijn oorspronkelijke lengte, dit verschijnsel gebruikte hij on thermometers en thermostaten te maken.
Om van vast naar vloeibaar te komen moet eerst de orde verbroken worden, dit kost enrgie, tot die orde helemaal is verbroken blijft de temperatuur constant ook als je meer energie toevoert.
deze eigenschap hangt samen met de onderlinge band tussen de moleculen (rooster) en is ook een eigenschap van de stof. in een getal uitgedrukt krijgt het de eenheid J/Kg (wat al aangeeft dat de temperatuur niet verandert)
Vloeistoffen hebben ook een soortelijke warmte en gassen ook allemaal in J/Kg/K
van vloeistof naar gas moet er weer een energetische drempel genomen worden die de verdampingswarmte genoemd wordt (uitgedrukt in J/Kg)
Hij bezwoer bij hoog en bij laag dat deze processen omkeerbaar zijn en in beide richtingen hetzelfde resultaat opleveren met dien verstande dat je in het ene geval energie toevoert en in het andere geval energie onttrekt.
Door zijn rijke fantasie kon hij als aan de eenheden zien wat er moest gebeuren.
Zo gaf hij mij het volgende voorbeeld:
Gewoon een geintje, we nemen een blok ijs (1,5 Kg)uit de vriezer (-15ºC ) en die doen we in de magnetron tot alles verdampt is, KostÃ? (een grapje wat hij wel vaker met een scheef hoofd maakte)
Welnu, eerst gaan we ijs opwarmen tot ijs van 0ºC, dat gaan we smelten, het water van 0ºC gaan we opwarmen tot 100ºC en vervolgens verdampen tot alles stoom van 100ºC is en verdwenen door de afzuigkap.
Met deze eigenschappen werken we;
SW van ijs 2200 J/Kg/K
Smeltpunt van ijs 273 K (0ºC) (stolpunt van water)
Smeltwarmte van ijs 334000 J/Kg (stolwarmte van water)
SW van water 4180 J/Kg/K
Kookpunt van water 373 K (100ºC) (condensatiepunt van waterdamp of stoom)
Verdampingswarmte van water 2260000 J/Kg (condensatiewarmte van waterdamp of stoom)
SW van Waterdamp of stoom 2000 J/Kg/k
(hier bleek ook duidelijk hoe hij met de eenheden werkte)
Hij vertelde:
Om 1 Kg ijs 1 graad in temperatuur te laten stijgen moet je 2200 J toevoegen (dat staat er)
maar we hebben 1,5 Kg dat kost dus 1,5 keer zoveel per graad dus 3300 J per graad
zijn we er al, nee want we moeten niet 1 graad maar 15, goed dat is 15 keer zo duur 49500 J precies gepast, dank u.
Nu nog smelten die hap,
om 1 Kg ijs te smelten kost 334000 J, maar we hebben geen 1 Kg, we hebben 1,5 Kg, kassa 501000 J
Om 1 Kg water 1 graad op te warmen kost 4180 J maar we hebben 1,5 Kg en we willen 100 graden omhoog... 627000 J
Nu nog verdampen dat is het duust, 1,5 keer 2260000 is 3390000 J
zo dat plussen we effe bij mekaar en dat maakt: 4567500 J
......potdikkie kost in mijn magnetron (700W netto) bijna 2 uur... 1.8125 om precies te zijn... hoorde ik hem mompelen.
Er ging een wereld voor me open, op het lyceum had ik weleens al lang vergeten formules geleerd die ongeveer hetzelfde deden ik heb ze nog eens opgezocht het ging als volgt,
Nooit begrepen dat dat hierop sloeg. Maar hij verzekerde mij dat echte natuurkundigen meestal helemaal geen formules nodig hebben, die maken ze zelf.
Bij latere consulten bleek hij energie ook nog te gebruiken voor electriciteit, krachten, arbeid en zelfs bij vallende voorwerpen en kogelbanen.
De man was duidelijk volslagen gestoord, maar wel gelukkig, mijn advies is de behandeling te staken en gezellig een biertje te gaan drinken.
Hopende u hiermee van dienst te zijn geweest verblijf ik hoogachtend met collegiale groeten
Dr. Jeckyl