DEEL 3: Niet-levende natuur en techniek
Aggregatietoestanden
1. Vast, vloeibaar en gasvormig
Water is de enige stof op aarde die voor deze drie fasen een eigen naam heeft: water, ijs
en waterdamp. Een fase of aggregatietoestand is een toestand waarin een stof kan
voorkomen. Er bestaan drie fasen: vast, vloeibaar en gas. Elke fase heeft zijn eigen
kenmerken. Stel je legt een fles met water in de diepvries. Als je die uit de diepvries neemt is
het water het ijsblok geworden (vast).
Vast:
● eigen vorm
● vorm kan je niet veranderen
● niet samendrukken of samenpersen
Als je het ijs laat staan zodat het ijs opwarmt, krijg je opnieuw water (vloeistof).
Vloeistof:
● geen eigen vorm
● verschillende vormen
● horizontaal oppervlak
● niet samendrukken → Hydraulische systemen
Als we het water verder opwarmen, dan zul je zien dat het water ‘verdwijnt’ en er ‘wolken’
boven het kokende water ontstaan. Het water is hier damp geworden = gas.
Gas:
● niet met het blote oog zien
● geen eigen vorm
● verspreidt zich in de ruimte waarin het zich bevindt
● wel samendrukken → pneumatische systemen
2. Faseovergangen
Elke stof bestaat uit deeltjes. Het kleinste deeltje van een stof dat nog alle eigenschappen
van die stof heeft, noemen we een molecule. Het gedrag van deze moleculen of deeltjes
verklaart de eigenschappen van de stof in een bepaalde aggregatietoestand =
deeltjesmodel.
In een vaste stof bewegen de moleculen niet veel en trekken ze elkaar sterk
aan. Hierdoor blijven ze dicht bij elkaar zitten. Meestal zitten ze in een vast
rooster. Dat verklaart waarom stoffen een eigen vorm hebben en niet
samendrukbaar zijn.
In een vloeistof daarentegen bewegen de deeltjes of moleculen in elke
richting en zitten ze minder dicht bij elkaar. Ze trekken elkaar nog steeds
aan, maar minder sterk dan bij de vaste stoffen. Hierdoor is er weliswaar
geen sprake meer van een eigen vorm maar, omdat de moleculen nog erg
dicht op elkaar zitten kun je een vloeistof niet samendrukken. Je krijgt een
horizontaal oppervlak omdat vloeistoffen een bepaalde
oppervlaktespanning hebben.
In een gas bewegen alle deeltjes in elke richting. De deeltjes oefenen nog
amper aantrekkingskracht uit op elkaar, waardoor er nog meer ruimte tussen moleculen zal
komen. De moleculen zitten nu overal verspreid.
,DEEL 3: Niet-levende natuur en techniek
Hierdoor heeft gas geen eigen vorm meer en vult het de ruimte waarin het zich bevindt.
Om van de ene fase in de andere over te gaan heb je energie nodig, hier meestal in de vorm
van warmte. Van de ene fase naar de andere fase gaan, noemen we de faseovergang.
Deeltjes trillen ter plaatse in een rooster. Als jij energie toevoegt,
dan gaan de deeltjes zoveel bewegen dat ze losser komen te
zitten in het rooster, maar ze trekken elkaar nog steeds stevig
aan. Als je nog meer energie of warmte toevoegt, dan gaan de
deeltjes nog heviger bewegen en komen ze ook los van elkaar,
ze gaan zich dan vrij bewegen In de ruimte.
Wanneer vloeibaar water gaat afkoelen en de moleculen weer
op hun vaste plaats gaan zitten, gaat de vloeistof stollen. Bij
water gebruiken we de term vriespunt, maar bij andere stoffen
gebruiken we de term stolpunt. Wanneer we het bevroren of
gestolde ijs terug uit de diepvries halen kan het twee dingen
doen: of terwijl het gaan smelten of het gaat eigenlijk onmiddellijk gas worden en dat
noemen we vervluchtiging.
Als het vloeibare water verder opwarmt, dan gaat het water verdampen. Dat gebeurt bij het
kookpunt (100 °C). Condenseren = van gas naar vloeistof. Je start met gas, waarvan de
deeltjes veel verder van elkaar zaten. Door af te koelen gaan de deeltjes weer dichter bij
elkaar zitten. Soms slaat het gas de vloeibare fase over en wordt de stof direct vast = rijpen.
3. Vloeistoffen en gassen als krachtpatsers
3.1 Superkracht vloeistof
Vloeistoffen worden in hydraulische systemen (remsysteem en
stuurbekrachtiging) vaak ingezet waar grote krachten nodig zijn met een
relatief lage snelheid. Ze werken allemaal met hetzelfde systeem. Twee of
meer met vloeistof gevulde vaten zijn met elkaar verbonden. In elk vat
bevindt zich een zuiger, daardoor komt de zuiger in het andere vat in
beweging. Door het samenspel van het indrukken en uittrekken van zuigers
komt het systeem in beweging. De kracht die het rechtervat ontwikkelt, is
afhankelijk van de grootte beweging.
3.2 Gas als superkracht
We persen de lucht eerst samen, vandaar ook vaak de naam
perslucht. De kracht die de lucht hierdoor krijgt, kan gebruikt worden
voor het aandrijven van machines. Alle pneumatisch aangedreven
technische systemen maken gebruik van de kracht van de
luchtmoleculen die op een bepaald oppervlak drukken. De
samengeperste lucht geeft een grotere druk dan de lucht aan de
andere kant van het oppervlak.
, DEEL 3: Niet-levende natuur en techniek
4. Water als fascinerende levensbron
Het meeste drinkwater wordt gemaakt van grondwater. Water dat naar de bodem zakt, wordt
op een natuurlijke manier gezuiverd. Dit water wordt dan in zogenaamde
waterwingebieden opgepompt. Ongeveer driekwart van de waterwinning in Vlaanderen is
grondwater. Het andere kwart is afkomstig van oppervlaktewater. Het zuiveren van het
oppervlaktewater is veel intensiever dan voor grondwater. Dat gebeurt in
waterproductiecentra. Het water wordt in grote spaarbekkens verzameld, waar het een
tijdje stilstaat. Hierdoor zakken de zwevende deeltjes in het water naar de bodem.
In de tweede fase wordt het water uit de
spaarbekken gepompt terwijl het
gezeefd wordt. Hierdoor worden er
zwevende deeltjes en algen uit het
water gehaald. Daarna worden er
chemische stoffen aan het water
toegevoegd waardoor er in het water
vlokken gevormd worden. Aan deze
vlokken blijven veel kleine
ontreinigingen aan. Daarna zakken
deze vlokken naar de bodem. Het water is nu nog niet drinkbaar, daarvoor moeten ze
bacteriën doden. Ten slotte worden er korreltjes (actieve kool) aan het water toegevoegd.
Actieve kool doet opgeloste verontreinigingen leiden ertoe dat het water vies ruikt of smaakt,
daarom moeten ze er ook uit. Het gereinigde water wordt daarna via de waterleiding naar
de gebruiker gepompt.
Afvalwater moet ook een reinigingsproces aangaan en
dit gebeurt in afvalwaterzuiveringsinstallaties. Het
afvalwater komt eerst terecht in grote bezinktanks. Daar
blijft het water even stilstaan zodat alle vaste deeltjes
naar de bodem kunnen zinken. Daarna gebeurt een
biologische zuivering waarbij met behulp van bacteriën
schadelijke stoffen worden omgezet in onschadelijke
stoffen. Dan komt het water opnieuw in een bezinktank;
zo kunnen de afvaldeeltjes opnieuw naar de bodem
zinken. Tot slot kan het water afgevoerd worden naar de
rivier, om zo misschien ooit opnieuw als
oppervlaktewater te worden gezuiverd en omgezet in
drinkwater.
Aggregatietoestanden
1. Vast, vloeibaar en gasvormig
Water is de enige stof op aarde die voor deze drie fasen een eigen naam heeft: water, ijs
en waterdamp. Een fase of aggregatietoestand is een toestand waarin een stof kan
voorkomen. Er bestaan drie fasen: vast, vloeibaar en gas. Elke fase heeft zijn eigen
kenmerken. Stel je legt een fles met water in de diepvries. Als je die uit de diepvries neemt is
het water het ijsblok geworden (vast).
Vast:
● eigen vorm
● vorm kan je niet veranderen
● niet samendrukken of samenpersen
Als je het ijs laat staan zodat het ijs opwarmt, krijg je opnieuw water (vloeistof).
Vloeistof:
● geen eigen vorm
● verschillende vormen
● horizontaal oppervlak
● niet samendrukken → Hydraulische systemen
Als we het water verder opwarmen, dan zul je zien dat het water ‘verdwijnt’ en er ‘wolken’
boven het kokende water ontstaan. Het water is hier damp geworden = gas.
Gas:
● niet met het blote oog zien
● geen eigen vorm
● verspreidt zich in de ruimte waarin het zich bevindt
● wel samendrukken → pneumatische systemen
2. Faseovergangen
Elke stof bestaat uit deeltjes. Het kleinste deeltje van een stof dat nog alle eigenschappen
van die stof heeft, noemen we een molecule. Het gedrag van deze moleculen of deeltjes
verklaart de eigenschappen van de stof in een bepaalde aggregatietoestand =
deeltjesmodel.
In een vaste stof bewegen de moleculen niet veel en trekken ze elkaar sterk
aan. Hierdoor blijven ze dicht bij elkaar zitten. Meestal zitten ze in een vast
rooster. Dat verklaart waarom stoffen een eigen vorm hebben en niet
samendrukbaar zijn.
In een vloeistof daarentegen bewegen de deeltjes of moleculen in elke
richting en zitten ze minder dicht bij elkaar. Ze trekken elkaar nog steeds
aan, maar minder sterk dan bij de vaste stoffen. Hierdoor is er weliswaar
geen sprake meer van een eigen vorm maar, omdat de moleculen nog erg
dicht op elkaar zitten kun je een vloeistof niet samendrukken. Je krijgt een
horizontaal oppervlak omdat vloeistoffen een bepaalde
oppervlaktespanning hebben.
In een gas bewegen alle deeltjes in elke richting. De deeltjes oefenen nog
amper aantrekkingskracht uit op elkaar, waardoor er nog meer ruimte tussen moleculen zal
komen. De moleculen zitten nu overal verspreid.
,DEEL 3: Niet-levende natuur en techniek
Hierdoor heeft gas geen eigen vorm meer en vult het de ruimte waarin het zich bevindt.
Om van de ene fase in de andere over te gaan heb je energie nodig, hier meestal in de vorm
van warmte. Van de ene fase naar de andere fase gaan, noemen we de faseovergang.
Deeltjes trillen ter plaatse in een rooster. Als jij energie toevoegt,
dan gaan de deeltjes zoveel bewegen dat ze losser komen te
zitten in het rooster, maar ze trekken elkaar nog steeds stevig
aan. Als je nog meer energie of warmte toevoegt, dan gaan de
deeltjes nog heviger bewegen en komen ze ook los van elkaar,
ze gaan zich dan vrij bewegen In de ruimte.
Wanneer vloeibaar water gaat afkoelen en de moleculen weer
op hun vaste plaats gaan zitten, gaat de vloeistof stollen. Bij
water gebruiken we de term vriespunt, maar bij andere stoffen
gebruiken we de term stolpunt. Wanneer we het bevroren of
gestolde ijs terug uit de diepvries halen kan het twee dingen
doen: of terwijl het gaan smelten of het gaat eigenlijk onmiddellijk gas worden en dat
noemen we vervluchtiging.
Als het vloeibare water verder opwarmt, dan gaat het water verdampen. Dat gebeurt bij het
kookpunt (100 °C). Condenseren = van gas naar vloeistof. Je start met gas, waarvan de
deeltjes veel verder van elkaar zaten. Door af te koelen gaan de deeltjes weer dichter bij
elkaar zitten. Soms slaat het gas de vloeibare fase over en wordt de stof direct vast = rijpen.
3. Vloeistoffen en gassen als krachtpatsers
3.1 Superkracht vloeistof
Vloeistoffen worden in hydraulische systemen (remsysteem en
stuurbekrachtiging) vaak ingezet waar grote krachten nodig zijn met een
relatief lage snelheid. Ze werken allemaal met hetzelfde systeem. Twee of
meer met vloeistof gevulde vaten zijn met elkaar verbonden. In elk vat
bevindt zich een zuiger, daardoor komt de zuiger in het andere vat in
beweging. Door het samenspel van het indrukken en uittrekken van zuigers
komt het systeem in beweging. De kracht die het rechtervat ontwikkelt, is
afhankelijk van de grootte beweging.
3.2 Gas als superkracht
We persen de lucht eerst samen, vandaar ook vaak de naam
perslucht. De kracht die de lucht hierdoor krijgt, kan gebruikt worden
voor het aandrijven van machines. Alle pneumatisch aangedreven
technische systemen maken gebruik van de kracht van de
luchtmoleculen die op een bepaald oppervlak drukken. De
samengeperste lucht geeft een grotere druk dan de lucht aan de
andere kant van het oppervlak.
, DEEL 3: Niet-levende natuur en techniek
4. Water als fascinerende levensbron
Het meeste drinkwater wordt gemaakt van grondwater. Water dat naar de bodem zakt, wordt
op een natuurlijke manier gezuiverd. Dit water wordt dan in zogenaamde
waterwingebieden opgepompt. Ongeveer driekwart van de waterwinning in Vlaanderen is
grondwater. Het andere kwart is afkomstig van oppervlaktewater. Het zuiveren van het
oppervlaktewater is veel intensiever dan voor grondwater. Dat gebeurt in
waterproductiecentra. Het water wordt in grote spaarbekkens verzameld, waar het een
tijdje stilstaat. Hierdoor zakken de zwevende deeltjes in het water naar de bodem.
In de tweede fase wordt het water uit de
spaarbekken gepompt terwijl het
gezeefd wordt. Hierdoor worden er
zwevende deeltjes en algen uit het
water gehaald. Daarna worden er
chemische stoffen aan het water
toegevoegd waardoor er in het water
vlokken gevormd worden. Aan deze
vlokken blijven veel kleine
ontreinigingen aan. Daarna zakken
deze vlokken naar de bodem. Het water is nu nog niet drinkbaar, daarvoor moeten ze
bacteriën doden. Ten slotte worden er korreltjes (actieve kool) aan het water toegevoegd.
Actieve kool doet opgeloste verontreinigingen leiden ertoe dat het water vies ruikt of smaakt,
daarom moeten ze er ook uit. Het gereinigde water wordt daarna via de waterleiding naar
de gebruiker gepompt.
Afvalwater moet ook een reinigingsproces aangaan en
dit gebeurt in afvalwaterzuiveringsinstallaties. Het
afvalwater komt eerst terecht in grote bezinktanks. Daar
blijft het water even stilstaan zodat alle vaste deeltjes
naar de bodem kunnen zinken. Daarna gebeurt een
biologische zuivering waarbij met behulp van bacteriën
schadelijke stoffen worden omgezet in onschadelijke
stoffen. Dan komt het water opnieuw in een bezinktank;
zo kunnen de afvaldeeltjes opnieuw naar de bodem
zinken. Tot slot kan het water afgevoerd worden naar de
rivier, om zo misschien ooit opnieuw als
oppervlaktewater te worden gezuiverd en omgezet in
drinkwater.
