samenvattingen biofysica

Hoofdstuk 17: Temperatuur, thermische expansie en de
ideale gaswetten (147 – 163)

Atoomtheorie van de materie
Atoom = kleinste deel v/e materie
Experimentele ondersteuning: Brownse beweging  Robert Brown (1827) & Albert Einstein (1905)
 aanname dat atomen van elke stof continu in beweging zijn
Afbeelding: Witte vlekken = atomen , zwarte vlekken = leeg

Hoe meten tot op atomaire schaal?

Meetapparaat aangepast aan de te meten materie
Elektronen kortere golflengte dan licht  elektronenmicroscoop, tot op enkele nanometers
Meest krachtige transmissie- elektronenmicroscoop  germanium- atomen  beweeglijkheid
deeltjes zichtbaar
X-stralen voor atomaire structuur
Voorbeeld: in Grenoble  X-stralen om kristallen te onderzoeken
Belangrijk om de structuur v/d atomen te kennen

Scanning Tunneling Microscoop/kracht microscoop
 nobelprijs winnaar
 individuele atomen zichtbaar en manipuleerbaar
 gebruik van zeer scherpe naald, bekijken van aantal e- die overspringen
 aftasten met atomaire resolutie  evolutionaire doorbraak

Temperatuur en thermometers
Thermometer = indirecte aflezing van eigenschap die verandert
 materie zet uit bij verandering van T
De Celsius- temperatuurschaal
 Smeltpunt van ijs: 0 ℃
Hiertussen verdeeld in 100 gelijk deeltjes
 Kookpunt water: 100 ℃

Celcius-
temperatuurschaal &
Fahrenheit schaal

Omzetting: 0 ℃ = 32 ℉ , 100 ℃ = 180 ℉
T F
¿
9
5
T C
+ ¿ 3 2
⇔
T C
¿
5
9
( ¿ T F ¿− ¿ 3 2 ¿ )




Thermodynamische temperatuurschaal

Thermometer: gebaseerd op temperatuurafhankelijke eigenschap
Constant volume: gasthermometer en de Kelvinschaal/ absolute schaal

,Absolute temperatuurschaal  calibratiecurven van verschillende gassen
p = 0  T = -273,15 ℃  niet bereikbaar


Thermisch evenwicht en de nulde hoofdwet

Nulde wet van de Thermodynamica

 2 voorwerpen in thermisch contact met elkaar als er warmte uitgewisseld kan worden
 Thermisch evenwicht is een situatie waarin 2 voorwerpen in thermisch contact zijn met
elkaar en geen warmte uitwisselen
= beide voorwerpen hebben gelijke temperatuur

, Thermische expansie
Microscopische reden: grote vibratie- amplitude tussen atomen bij hogere temperatuur
Temperatuur stijgt  deeltjes bewegen sneller en verder uit elkaar
Lineaire uitzetting

¿
∆

¿

l
∆
l
α
0
met α = lineaire uitzettingscoëfficiënt
T




Als ∆
l
¿
l
Dan ¿
l
¿
l 0
) voor 1D
−¿ l 0
¿


voorwerpen

Voorbeeld: Bimethaalthermometer

 verschill in uitzettingscoëfficiënt van 2 verschillende metalen
 zoals in microgolf de spiralen die groter worden bij stijging T
Kubieke uitzetting
V
¿
V
∆

¿


∆
β
0
met β kubieke uitzettingscoëfficiënt β ≈ 3α
T




Als ∆
V
V
¿ Dan
−¿ ¿ V 0
V
¿
∆
V
+ ¿ ¿ V 0
¿
V 0
( ¿ 1 ¿ + ¿ ¿ β ¿ ∆ ¿ T ¿)




Ongebruikelijke uitzetting van water

 Water zet uit bij dalende T
 Ijslaag boven water zorgt ervoor dat onderliggende water niet bevriest  behoudt van
warmte

De gaswetten en de absolute temperatuur
Ideale gas: lage dichtheid, lage druk
 moleculen in een gas gaan geen binding aan met elkaar
V 1 met T = cst  wet van Boyle
¿ P
V T met P= cst  wet van Charles bv luchtballon
¿
P T met V = cst  wet van Gay-Lussac bv drukkookpan en autoclave (sterilisatie med.
¿
apparatuur)
Samenvattend: pV = nRT


De ideale gaswet in termen van de moleculen
Getal van Avogadro: N
¿
6,02
x
A




10 23
N
N


n (mol) =
A
→
p
V
¿
N
N A
R
T
¿
k
¿
R
N A
→
p
V
¿
N
k
T




Temperatuurschaal voor een ideaal gas
Niet gebaseerd op uitzetten of inkrimpen van de stof