Systematische Natuurkunde 4 VWO ||| Samenvatting Hoofdstuk 4: Eigenschappen van
stoffen en materialen
H4 | Eigenschappen van stoffen en materialen
4.1 Het molecuulmodel
Chemische en fysische eigenschappen
Chemische eigenschappen hangen samen met processen waarbij nieuwe stoffen ontstaan.
Fysische eigenschappen gaan over processen waarbij materialen wel veranderen, maar er ontstaan
geen nieuwe stoffen. De thermische en mechanische eigenschappen die in dit hoofdstuk aan bod
komen, zijn fysische eigenschappen.
Temperatuur en warmte
De hoeveelheid energie die wordt verplaatst noem je warmte. Het symbool van warmte is 𝑄 met
als eenheid 𝐽(joule). Je kunt voorspellen hoe warmte zich verplaatst door de temperatuur met
elkaar te vergelijken.
Molecuulmodel
Allerlei eigenschappen van stoffen kun je verklaren met het molecuulmodel:
■ Stoffen zijn opgebouwd uit zeer kleine deeltjes, moleculen; tussen moleculen zit ruimte; in
een stof bewegen de moleculen voortdurend; moleculen trekken elkaar aan.
Om stoffen te verwarmen moet je energie toevoeren. In de stof neemt dan de energie toe. Je
kunt de energie in twee soorten verdelen:
■ De bewegende moleculen hebben bewegingsenergie of kinetische energie. De gemiddelde
kinetische energie van de moleculen van een stof is de maat voor de temperatuur.
■ Moleculen bezitten nog een tweede vorm van energie, namelijk potentiële energie. Hoe
groter de afstand, des te groter de potentiële energie.
Fasen van een stof
Een stof kan in drie fasen of aggregatietoestanden voorkomen: de vaste fase, de vloeibare fase, en
de gasvormige fase.
Vaste fase: Moleculen trillen, ze blijven op hun plaats, ruimte klein en aantrekkende kracht groot.
Vloeibare fase: Moleculen bewegen kriskras, geen eigen vorm, ruimte iets groter en kleinere
aantrekkende kracht maar nog steeds voelbaar.
Gasfase: Afstanden erg groot, geen aantrekkende kracht, grote
bewegingsruimte en verspreidt zich snel over beschikbare ruimte.
Faseovergangen
Een stof kan van de ene fase naar de andere overgaan. Dit heet een
faseovergang. Iedere faseovergang heeft een eigen naam. (zie figuur
hiernaast)
Bij water mag je bevriezen en ontdooien gebruiken in plaats van stollen en smelten.
Temperatuurschaal
Is de kinetische energie nul, bewegen de moleculen niet meer. Het stilstaan van moleculen gebeurt
bij -273 °C. Dit heet het absolute nulpunt. Er is geen lagere temperatuur meer.
De absolute temperatuurschaal begint bij het absolute nulpunt en heeft als eenheid kelvin K.
De temperatuur in graden Celsius reken je om naar kelvin door er 273 bij op te tellen. Geldt:
𝑇 = 𝑡 + 273
■ 𝑇 is de temperatuur in K.
■ 𝑡 is de temperatuur in °C.
4.2 Transport van warmte
Warmtetransport
, Systematische Natuurkunde 4 VWO ||| Samenvatting Hoofdstuk 4: Eigenschappen van
stoffen en materialen
Warmte verplaatst zich van stoffen met een hoge temperatuur naar stoffen met een lage
temperatuur. Dit heet warmtetransport. Er zijn drie vormen van warmtetransport:
warmtegeleiding, warmtestroming en warmtestraling.
Warmtegeleiding
Metaal is een goede warmtegeleider en hout een slechte. Een slechte warmtegeleider noem je een
isolator.
Warmtegeleiding gaat als volgt: Een voorwerp neemt warmte op. Hierdoor bewegen moleculen
harder en geven elke keer een deel van de kinetische energie door. Dit gaat dan het hele voorwerp
door en wordt het warm. Niet alle vaste stoffen zijn goede warmtegeleiders. Vloeistoffen en gassen
zijn slechte warmtegeleiders.
Warmtestroming
Als iets van onder wordt verwarmd, wordt het boven heet, maar als iets van boven wordt verwarmd
wordt de onderkant niet heet. Dit heet warmtestroming.
Warmtestroming gaat als volgt: Als bijvoorbeeld water opwarmt, trekt de warmte naar boven. Dat
heeft te maken dat de dichtheid kleiner is dan het koude water erboven. Alles wordt opgewarmd en
wordt warmer. Als het water bovenaan warm is, zakt die warmte niet naar beneden en blijft het
onderaan koud.
Warmtestraling
Als je het toch warm krijgt en er vindt geen warmtegeleiding of warmtestroming plaats spreek je
van warmtestraling.
Straling is vaak mogelijk, omdat er geen tussenstof nodig is. Als straling op een voorwerp valt,
absorbeert het voorwerp een gedeelte van de stralingsenergie. Daardoor stijgt de temperatuur.
Donkere voorwerpen absorberen straling beter dan lichte voorwerpen.
Warmtestroom
Geeft een staaf gemakkelijk warmte door, dan is er een grote warmtestroom. De warmtestroom
heeft het symbool 𝑃. De eenheid ervan is joule per seconde (J/s). Die heeft ook weer een eigen
eenheid: watt met symbool 𝑊.
Voor de warmtestroom 𝑃 geldt:
∆𝑄
𝑃= ∆𝑡
■ 𝑃 is de warmtestroom in W (of Js-1).
■ ∆𝑄 is de hoeveelheid verplaatste warmte in J.
■ ∆𝑡 is de verstreken tijd in s.
Thermische geleidbaarheid
De thermische geleidbaarheid of warmtegeleidingscoëfficiënt is een eigenschap van een stof. Dit
is de warmtestroom van een stof met een dwarsdoorsnede van 1 m2 en een dikte van 1 m. Het
symbool is λ met de eenheid Wm-1K-1.
Voor de warmtestroom van een voorwerp geldt de formule:
∆𝑇
𝑃= λ· 𝐴· 𝑑
■ 𝑃 is de warmtestroom in W.
■ λ is de thermische geleidbaarheid in Wm-1K-1
■ 𝐴 is de oppervlakte van de dwarsdoorsnede in m2.
■ ∆𝑇 is het temperatuurverschil tussen beide zijden van het materiaal in K.
■ 𝑑 is de dikte van het materiaal in m.
4.3 Soortelijke warmte
Joulemeter
Met een joulemeter kun je meten hoeveel warmte een vloeistof of een
voorwerp heeft opgenomen. (zie figuur hiernaast)
stoffen en materialen
H4 | Eigenschappen van stoffen en materialen
4.1 Het molecuulmodel
Chemische en fysische eigenschappen
Chemische eigenschappen hangen samen met processen waarbij nieuwe stoffen ontstaan.
Fysische eigenschappen gaan over processen waarbij materialen wel veranderen, maar er ontstaan
geen nieuwe stoffen. De thermische en mechanische eigenschappen die in dit hoofdstuk aan bod
komen, zijn fysische eigenschappen.
Temperatuur en warmte
De hoeveelheid energie die wordt verplaatst noem je warmte. Het symbool van warmte is 𝑄 met
als eenheid 𝐽(joule). Je kunt voorspellen hoe warmte zich verplaatst door de temperatuur met
elkaar te vergelijken.
Molecuulmodel
Allerlei eigenschappen van stoffen kun je verklaren met het molecuulmodel:
■ Stoffen zijn opgebouwd uit zeer kleine deeltjes, moleculen; tussen moleculen zit ruimte; in
een stof bewegen de moleculen voortdurend; moleculen trekken elkaar aan.
Om stoffen te verwarmen moet je energie toevoeren. In de stof neemt dan de energie toe. Je
kunt de energie in twee soorten verdelen:
■ De bewegende moleculen hebben bewegingsenergie of kinetische energie. De gemiddelde
kinetische energie van de moleculen van een stof is de maat voor de temperatuur.
■ Moleculen bezitten nog een tweede vorm van energie, namelijk potentiële energie. Hoe
groter de afstand, des te groter de potentiële energie.
Fasen van een stof
Een stof kan in drie fasen of aggregatietoestanden voorkomen: de vaste fase, de vloeibare fase, en
de gasvormige fase.
Vaste fase: Moleculen trillen, ze blijven op hun plaats, ruimte klein en aantrekkende kracht groot.
Vloeibare fase: Moleculen bewegen kriskras, geen eigen vorm, ruimte iets groter en kleinere
aantrekkende kracht maar nog steeds voelbaar.
Gasfase: Afstanden erg groot, geen aantrekkende kracht, grote
bewegingsruimte en verspreidt zich snel over beschikbare ruimte.
Faseovergangen
Een stof kan van de ene fase naar de andere overgaan. Dit heet een
faseovergang. Iedere faseovergang heeft een eigen naam. (zie figuur
hiernaast)
Bij water mag je bevriezen en ontdooien gebruiken in plaats van stollen en smelten.
Temperatuurschaal
Is de kinetische energie nul, bewegen de moleculen niet meer. Het stilstaan van moleculen gebeurt
bij -273 °C. Dit heet het absolute nulpunt. Er is geen lagere temperatuur meer.
De absolute temperatuurschaal begint bij het absolute nulpunt en heeft als eenheid kelvin K.
De temperatuur in graden Celsius reken je om naar kelvin door er 273 bij op te tellen. Geldt:
𝑇 = 𝑡 + 273
■ 𝑇 is de temperatuur in K.
■ 𝑡 is de temperatuur in °C.
4.2 Transport van warmte
Warmtetransport
, Systematische Natuurkunde 4 VWO ||| Samenvatting Hoofdstuk 4: Eigenschappen van
stoffen en materialen
Warmte verplaatst zich van stoffen met een hoge temperatuur naar stoffen met een lage
temperatuur. Dit heet warmtetransport. Er zijn drie vormen van warmtetransport:
warmtegeleiding, warmtestroming en warmtestraling.
Warmtegeleiding
Metaal is een goede warmtegeleider en hout een slechte. Een slechte warmtegeleider noem je een
isolator.
Warmtegeleiding gaat als volgt: Een voorwerp neemt warmte op. Hierdoor bewegen moleculen
harder en geven elke keer een deel van de kinetische energie door. Dit gaat dan het hele voorwerp
door en wordt het warm. Niet alle vaste stoffen zijn goede warmtegeleiders. Vloeistoffen en gassen
zijn slechte warmtegeleiders.
Warmtestroming
Als iets van onder wordt verwarmd, wordt het boven heet, maar als iets van boven wordt verwarmd
wordt de onderkant niet heet. Dit heet warmtestroming.
Warmtestroming gaat als volgt: Als bijvoorbeeld water opwarmt, trekt de warmte naar boven. Dat
heeft te maken dat de dichtheid kleiner is dan het koude water erboven. Alles wordt opgewarmd en
wordt warmer. Als het water bovenaan warm is, zakt die warmte niet naar beneden en blijft het
onderaan koud.
Warmtestraling
Als je het toch warm krijgt en er vindt geen warmtegeleiding of warmtestroming plaats spreek je
van warmtestraling.
Straling is vaak mogelijk, omdat er geen tussenstof nodig is. Als straling op een voorwerp valt,
absorbeert het voorwerp een gedeelte van de stralingsenergie. Daardoor stijgt de temperatuur.
Donkere voorwerpen absorberen straling beter dan lichte voorwerpen.
Warmtestroom
Geeft een staaf gemakkelijk warmte door, dan is er een grote warmtestroom. De warmtestroom
heeft het symbool 𝑃. De eenheid ervan is joule per seconde (J/s). Die heeft ook weer een eigen
eenheid: watt met symbool 𝑊.
Voor de warmtestroom 𝑃 geldt:
∆𝑄
𝑃= ∆𝑡
■ 𝑃 is de warmtestroom in W (of Js-1).
■ ∆𝑄 is de hoeveelheid verplaatste warmte in J.
■ ∆𝑡 is de verstreken tijd in s.
Thermische geleidbaarheid
De thermische geleidbaarheid of warmtegeleidingscoëfficiënt is een eigenschap van een stof. Dit
is de warmtestroom van een stof met een dwarsdoorsnede van 1 m2 en een dikte van 1 m. Het
symbool is λ met de eenheid Wm-1K-1.
Voor de warmtestroom van een voorwerp geldt de formule:
∆𝑇
𝑃= λ· 𝐴· 𝑑
■ 𝑃 is de warmtestroom in W.
■ λ is de thermische geleidbaarheid in Wm-1K-1
■ 𝐴 is de oppervlakte van de dwarsdoorsnede in m2.
■ ∆𝑇 is het temperatuurverschil tussen beide zijden van het materiaal in K.
■ 𝑑 is de dikte van het materiaal in m.
4.3 Soortelijke warmte
Joulemeter
Met een joulemeter kun je meten hoeveel warmte een vloeistof of een
voorwerp heeft opgenomen. (zie figuur hiernaast)
