Hoofdstuk 7 materialen en verschijnselen
Materie en eigenschappen van materialen
Aarde, water, lucht en vuur -> vroeger dacht men dat de natuur hieruit
bestond (later zijn licht en geluid ook toegevoegd). Daaruit is alles
ontstaan en kan alles gemaakt worden. In deze elementen is alles
opgeborgen, ook de materie: de vaste, vloeibare en gasvormige stoffen
die ons omringen.
Sommige stoffen zijn magnetisch, elektrisch geladen, radioactief,
waterafstotend of juist absorberend, zacht of hard, glanzend, oplosbaar,
mengen makkelijk of juist niet, gekleurd, geneeskrachtige kwaliteiten,
kunnen in combinatie explosief reageren.
Het kleinste deeltje van een stof dat alle eigenschappen heeft van die stof
is een molecuul. In gas zwemen de moleculen vrij om elkaar heen, in
vloeistof bewegen ze langs elkaar, bij vaste stoffen zitten ze tegen elkaar
aan. Een molecuul is opgebouwd uit nog kleinere deeltjes atomen.
Stoffen komen soms in zuivere vorm voor, maar meestal zijn het
verbindingen van atomen zoals water (H2O). Ook atomen bestaan weer uit
verschillende onderdelen: protonen, neutronen en elektronen.
Aggregatie fase
De aggregatiefase (ook vaak gewoon fasen genoemd) van een stof is
hoe de stof er in zijn zuivere vorm uit kan zien. De bekendste vormen zijn
gas, vloeistof en vaste stof. Water is hierbij een goed voorbeeld, namelijk:
waterdamp, water, ijs. Tussen de fasen zijn overgangen vast vloeibaar
heet smeltpunt, vloeibaar gas heet kookpunt.
Als de gas vloeibaar is er sprake van
condensatie en vloeibaar vast van stollen.
Als een vast gas heet dat sublimeren of
verluchtingen en gas vast hee trijpen of
depositie (neerslaan)
Deze fasen gelden altijd voor een zuivere stof
en bij een bepaalde temperatuur en
(lucht)druk.
Massa, volume en dichtheid
Elk voorwerp heeft een massa, het gewicht van een hoeveelheid materie.
Massa wordt uitgedrukt in kilo of gram (kg of g) en is niet afhankelijk van
temperatuur en druk. Volume geeft aan welke ruimte een voorwerp in
beslag neemt. Dit is wel afhankelijk van temperatuur en druk en wordt
,uitgedrukt in kubieke meter (m3). Dichtheid van een stof geeft aan
hoeveel massa een bepaald volume van deze stof bevat. Dit wordt
uitgedrukt in kilogram per kubieke meter (kg/m 3) en is samengesteld uit
massa
volume en massa (dichtheid = . Bij vergelijken van dichtheid is het
volume
belangrijk om dit te doen onder dezelfde omstandigheden.
Internationaal is vastgesteld dat je dichthuid uitdrukt in kg/m 3. Je komt
ook g/cm3 of kg/dm3 tegen. Omdat 1 dm3 hetzelfde is als 1 liter: 1000
kg/m3 = 1 g/cm3 = 1 kg/dm3 = 1kg/liter.
1 m3 lucht = 1,293 kg, 1 m 3 water weegt 1000 kg, 1 m 3 lood weegt 11300
kg.
In een warm gas bewegen de moleculen sneller dan in koud gas. Daardoor
hebben ze meer ruimte nodig en bevat warme lucht minder moleculen
dan koude lucht bij hetzelfde volume. Warme lucht is dus veel lichter en
stijgt op.
Water
Water is de enige stof die in de vrije natuur in alle drie de fases voorkomt.
Water heeft verder een grot oplossend vermogen, maar sommige stoffen
lossen juist niet op in water. Lichtere stoffen zoals olie drijven op water.
Heel bijzonder is ook dat water niet als vaste stof (ijs) maar bij 4 graden
zijn grootste dichtheid heeft. Water kouder dan 4 graden zet dus uit en
water warmer dan 4 graden ook. IJs is dus lichter dan water en blijft
daarom drijven! Zelfs onder de dikste ijslagen en op de grote diepten
onder warm water oppervlakte is er een stabiele temperatuur van 4
graden.
Oppervlaktespanning: Oppervlaktespanning is het natuurkundig
verschijnsel dat het oppervlak van een vloeistof aan een vloeistof-
gasovergang zich gedraagt als een veerkrachtige laag.
Vanderwaalskrachten tussen moleculen in de vloeistoffase veroorzaken
deze oppervlaktespanning. Losse druppels worden zo veel mogelijk
bolvormig. De onderlinge aantrekkingskracht tussen de watermoleculen is
dan groter dan bijv. zwaartekracht. Als je zeep toevoegt in het water gaan
de zeepmoleculen zich mengen met de watermoleculen, hierdoor
verliezen de watermoleculen hun onderlinge aantrekkingskracht waardoor
de oppervlakte spanning afneemt.
Wet van Archimedes
Stoffen met een kleiner dichtheid dan die van water blijven drijven (olie,
piepschuim, bijna alle hout soorten), stoffen met een grotere dichtheid
dan water zullen zinken, heeft de stof dezelfde dichtheid dan blijft ie
, zweven. Ligt niet alleen aan de dichtheid maar ook aan de vorm van de
materie dat komt door de opwaartse druk onder water.
Elk voorwerp (in weke vorm dan ook) dat je onder water dompelt,
verplaats zijn eigen volume in water. Als het gewicht van het
ondergedompelde voorwerp lichter was dan het gewicht van de
hoeveelheid water, blijft het drijven. Als het even zwaar was bleef het
zweven en als het zwaarder was dan zonk het. Het gewicht van de
verplaatste hoeveelheid water heet opwaartse kracht of opwaartse
druk.
Dit is het tegenovergestelde van zwaartekracht. Archimedes ontdekte dat
de opwaartse kracht die een voorwerp in vloeistof (of gas) ondervindt,
even groot is als het gewicht van de verplaatste hoeveelheid vloeistof (of
gas).
Dit principe is sindsdien bekend als de Wet van Archimedes: de
opwaartse kracht die een lichaam in een vloeistof of gas ondervindt, is
even groot als het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas.
Andere krachten
Een kracht is een natuurkundige grootheid. Kracht heeft een grootte en
richting. In de natuurkunde zijn vier fundamentele krachten waar alle
andere krachten van zijn afgeleid:
1. Sterke kernkracht: de kracht die protonen en neutronen in de kern
van een atoom bij elkaar houden. Als je die kracht kunt vrijmaken,
wat met kernenergie gebeurt, komt er enorm veel energie vrij; dit
gebeurt voortdurend bij de zon.
2. Elektromagnetische kracht: de kracht waarmee elektronen aan de
kern van een atoom zijn gebonden
3. Zwakke kernkracht: kernkrachten die een rol spelen bij het
uiteenvallen van atomen, zoals het (langzaam) uiteenvallen van
radioactieve stoffen.
4. Zwaartekracht: de kracht die alle materie op grote schaal bij elkaar
houdt.
Er zijn veel soorten krachten waarvoor allerlei benamingen zijn
Veerkracht – indrukken en uitrekken
Spankracht – gespannen kabels
Spierkracht – optillen, indrukken
Magnetische kracht – magneet trekt metalen aan of magneten
stoten elkaar af
Materie en eigenschappen van materialen
Aarde, water, lucht en vuur -> vroeger dacht men dat de natuur hieruit
bestond (later zijn licht en geluid ook toegevoegd). Daaruit is alles
ontstaan en kan alles gemaakt worden. In deze elementen is alles
opgeborgen, ook de materie: de vaste, vloeibare en gasvormige stoffen
die ons omringen.
Sommige stoffen zijn magnetisch, elektrisch geladen, radioactief,
waterafstotend of juist absorberend, zacht of hard, glanzend, oplosbaar,
mengen makkelijk of juist niet, gekleurd, geneeskrachtige kwaliteiten,
kunnen in combinatie explosief reageren.
Het kleinste deeltje van een stof dat alle eigenschappen heeft van die stof
is een molecuul. In gas zwemen de moleculen vrij om elkaar heen, in
vloeistof bewegen ze langs elkaar, bij vaste stoffen zitten ze tegen elkaar
aan. Een molecuul is opgebouwd uit nog kleinere deeltjes atomen.
Stoffen komen soms in zuivere vorm voor, maar meestal zijn het
verbindingen van atomen zoals water (H2O). Ook atomen bestaan weer uit
verschillende onderdelen: protonen, neutronen en elektronen.
Aggregatie fase
De aggregatiefase (ook vaak gewoon fasen genoemd) van een stof is
hoe de stof er in zijn zuivere vorm uit kan zien. De bekendste vormen zijn
gas, vloeistof en vaste stof. Water is hierbij een goed voorbeeld, namelijk:
waterdamp, water, ijs. Tussen de fasen zijn overgangen vast vloeibaar
heet smeltpunt, vloeibaar gas heet kookpunt.
Als de gas vloeibaar is er sprake van
condensatie en vloeibaar vast van stollen.
Als een vast gas heet dat sublimeren of
verluchtingen en gas vast hee trijpen of
depositie (neerslaan)
Deze fasen gelden altijd voor een zuivere stof
en bij een bepaalde temperatuur en
(lucht)druk.
Massa, volume en dichtheid
Elk voorwerp heeft een massa, het gewicht van een hoeveelheid materie.
Massa wordt uitgedrukt in kilo of gram (kg of g) en is niet afhankelijk van
temperatuur en druk. Volume geeft aan welke ruimte een voorwerp in
beslag neemt. Dit is wel afhankelijk van temperatuur en druk en wordt
,uitgedrukt in kubieke meter (m3). Dichtheid van een stof geeft aan
hoeveel massa een bepaald volume van deze stof bevat. Dit wordt
uitgedrukt in kilogram per kubieke meter (kg/m 3) en is samengesteld uit
massa
volume en massa (dichtheid = . Bij vergelijken van dichtheid is het
volume
belangrijk om dit te doen onder dezelfde omstandigheden.
Internationaal is vastgesteld dat je dichthuid uitdrukt in kg/m 3. Je komt
ook g/cm3 of kg/dm3 tegen. Omdat 1 dm3 hetzelfde is als 1 liter: 1000
kg/m3 = 1 g/cm3 = 1 kg/dm3 = 1kg/liter.
1 m3 lucht = 1,293 kg, 1 m 3 water weegt 1000 kg, 1 m 3 lood weegt 11300
kg.
In een warm gas bewegen de moleculen sneller dan in koud gas. Daardoor
hebben ze meer ruimte nodig en bevat warme lucht minder moleculen
dan koude lucht bij hetzelfde volume. Warme lucht is dus veel lichter en
stijgt op.
Water
Water is de enige stof die in de vrije natuur in alle drie de fases voorkomt.
Water heeft verder een grot oplossend vermogen, maar sommige stoffen
lossen juist niet op in water. Lichtere stoffen zoals olie drijven op water.
Heel bijzonder is ook dat water niet als vaste stof (ijs) maar bij 4 graden
zijn grootste dichtheid heeft. Water kouder dan 4 graden zet dus uit en
water warmer dan 4 graden ook. IJs is dus lichter dan water en blijft
daarom drijven! Zelfs onder de dikste ijslagen en op de grote diepten
onder warm water oppervlakte is er een stabiele temperatuur van 4
graden.
Oppervlaktespanning: Oppervlaktespanning is het natuurkundig
verschijnsel dat het oppervlak van een vloeistof aan een vloeistof-
gasovergang zich gedraagt als een veerkrachtige laag.
Vanderwaalskrachten tussen moleculen in de vloeistoffase veroorzaken
deze oppervlaktespanning. Losse druppels worden zo veel mogelijk
bolvormig. De onderlinge aantrekkingskracht tussen de watermoleculen is
dan groter dan bijv. zwaartekracht. Als je zeep toevoegt in het water gaan
de zeepmoleculen zich mengen met de watermoleculen, hierdoor
verliezen de watermoleculen hun onderlinge aantrekkingskracht waardoor
de oppervlakte spanning afneemt.
Wet van Archimedes
Stoffen met een kleiner dichtheid dan die van water blijven drijven (olie,
piepschuim, bijna alle hout soorten), stoffen met een grotere dichtheid
dan water zullen zinken, heeft de stof dezelfde dichtheid dan blijft ie
, zweven. Ligt niet alleen aan de dichtheid maar ook aan de vorm van de
materie dat komt door de opwaartse druk onder water.
Elk voorwerp (in weke vorm dan ook) dat je onder water dompelt,
verplaats zijn eigen volume in water. Als het gewicht van het
ondergedompelde voorwerp lichter was dan het gewicht van de
hoeveelheid water, blijft het drijven. Als het even zwaar was bleef het
zweven en als het zwaarder was dan zonk het. Het gewicht van de
verplaatste hoeveelheid water heet opwaartse kracht of opwaartse
druk.
Dit is het tegenovergestelde van zwaartekracht. Archimedes ontdekte dat
de opwaartse kracht die een voorwerp in vloeistof (of gas) ondervindt,
even groot is als het gewicht van de verplaatste hoeveelheid vloeistof (of
gas).
Dit principe is sindsdien bekend als de Wet van Archimedes: de
opwaartse kracht die een lichaam in een vloeistof of gas ondervindt, is
even groot als het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas.
Andere krachten
Een kracht is een natuurkundige grootheid. Kracht heeft een grootte en
richting. In de natuurkunde zijn vier fundamentele krachten waar alle
andere krachten van zijn afgeleid:
1. Sterke kernkracht: de kracht die protonen en neutronen in de kern
van een atoom bij elkaar houden. Als je die kracht kunt vrijmaken,
wat met kernenergie gebeurt, komt er enorm veel energie vrij; dit
gebeurt voortdurend bij de zon.
2. Elektromagnetische kracht: de kracht waarmee elektronen aan de
kern van een atoom zijn gebonden
3. Zwakke kernkracht: kernkrachten die een rol spelen bij het
uiteenvallen van atomen, zoals het (langzaam) uiteenvallen van
radioactieve stoffen.
4. Zwaartekracht: de kracht die alle materie op grote schaal bij elkaar
houdt.
Er zijn veel soorten krachten waarvoor allerlei benamingen zijn
Veerkracht – indrukken en uitrekken
Spankracht – gespannen kabels
Spierkracht – optillen, indrukken
Magnetische kracht – magneet trekt metalen aan of magneten
stoten elkaar af
