Ontdekkingsreis

Dit is het verhaal van een ontdekkingsreis door de wereld van de natuurkunde.
We beginnen met een set eenvoudige waarnemingen, en proberen daarbij aan te geven hoe natuurkundigen hiermee omgaan.

Practicum, temperatuurverloop bij het smelten van ijs.
Practicum, temperatuurverloop bij het verwarmen van water.

Waarnemingen: in een grafiek

Hoe komt dat?
De eerste wetenschappelijke vraag, elke wetenschappelijke vraag begint met hoe, hoeveel of wat, nooit met waarom, dit is het terrein van andere (niet exacte) wetenschappen.
Is er een fout gemaakt, veranderd de temperatuur alleen als ik kijk
Alleen als ik erbij ben, in het daglicht om deze tijd van het jaar……
Gebeurt dit ook bij andere stoffen zo?

Na ruim onderzoek waarbij een voor een alle onzekerheden worden geëlimineerd is de conclusie gerechtvaardigd dat we hier te maken hebben met een eigenschap van een stof, omgekeerd geldt ook dat we tabellen kunnen maken en een stof herkennen aan zijn eigenschappen.

Het smelten van stoffen onder normale omstandigheden (druk) gebeurt altijd bij dezelfde temperatuur.
Deze stofeigenschap noemen we het smeltpunt van een stof.

Wat gebeurt er als een stof smelt?
Op de hiervoor beschereven "wetenschappelijke methode" is een aantal modellen onderzocht en het volgende model bleek te werken.

Een model is een versimpelde beschrijving van de werkelijkheid waarvan je mag eisen dat die werkzaam is binnen gegeven grenzen.

Een vaste stof bestaat uit moleculen (op zichzelf al een model) die bij een vaste stof in bepaalde patronen gerangschikt liggen.

Bij het smelten worden deze patronen losgelaten

het verbreken van deze ordening kost energie.
Hoeveel energie dit kost is per stof verschillend en blijkt bij onderzoek een stofeigenschap te zijn De smeltwarmte. Het blijkt dat een stof eerst helemaal moet smelten voordat de temperatuur weer gaat stijgen als je energie toevoert. Dit verklaard waarom de temperatuur curve een vlak stuk vertoont.

De andere kant op werkt het ook op precies dezelfde manier, iets wat helemaal niet vanzelfsprekend is veel processen in de natuur zijn niet omkeerbaar

Wat is temperatuur?
Temperatuur is een maat waarmee de beweging van de moleculen gemeten worden
Koud en warm zijn dus eigenlijk aanduidingen van snelheden
Je kan je voorstellen dat een molecuul dat niet beweegt, geen energie nodig heeft. Stilstaande moleculen hebben een absolute temperatuur van 0K langzamer dan stil kan niet dus is het terrecht dit de absolute temperatur te noemen.
In het daglijks leven gebruiken we meestal de schaal van Celcius, deze is veel ouder dan die van Kelvin maar levert hele handzame getallen op voor dagelijks gebruik.
Celcius stelde net als wij vast dat water bij een vaste temperatuur bevriest en kookt
Het traject ertussenin verdeelde hij in 100 even grote stukjes die hij een graad noemde.
Die graad is gebleven ook nadat Kelvin de absolute temperatuurschaal invoerde in de natuurkunde.
Temperatuurverschillen zijn in K en in C gelijk alleen het ijkpunt is verschillend.
Het is heel goed mogelijk om beide schalen in elkaar om te rekenen. 0 K komt overeen met 273º C
En dus is 273 K gelijk aan 0º C

Practicum, thermometers ijken

Meten is vergelijken met standaarden

Bouw je eigen triplepuntcel en ijk een thermometer
Een omslachtig proces waarbij je koolzuursneeuw of vloeibare stikstof nodig hebt., als je cel is klaargemaakt kan je hem in de koelkast wel een tijdje goed houden.

Wat is energie?