Selecteer een pagina

Gastartikel door Mikal van Leeuwen

Al het weten begint met verwarring

Afgelopen week was het 33 graden. Dat was best warm. Maar wat is warm eigenlijk? Met de natuurkundige definitie kom je niet veel verder, want even Googelen naar warmte op Wikipedia brengt meer verwarring dan duidelijkheid.

Volgens natuurkundigen gebruiken wij het woord warmte ‘onjuist’. Natuurkundigen gebruiken het woord warmte (met symbool Q) namelijk voor een bepaald proces, en niet voor hoe warm het vandaag is.

Nu heb ik het idee dat de hittegolven er eerder waren dan de natuurkundigen, dus misschien hadden ze dan beter een ander woord kunnen kiezen in hun theorieën. In plaats van te zeggen dat wij het niet goed gebruiken. Maar goed.

Waar we het wetenschappelijk gezien dus over moeten hebben is temperatuur. Volgens Wikipedia zouden we niet “wat is het warm in de kamer” moeten zeggen, maar “wat is de temperatuur hoog in de kamer”. Ook dat is iets dat je alleen uit de mond van een natuurkundige zult horen komen. Ik kan het me redelijk goed voorstellen in elk geval.

Wat is warmte? Wat is temperatuur?

Dus, als we de vraag ‘wat is warmte’ aan een natuurkundige willen stellen en er een begrijpelijk antwoord op willen krijgen, dan moeten we vragen ‘wat is temperatuur’?

Voor ik hier antwoord op kan geven wil ik even afdwalen.

temperatuur wetenschap en technologie onderwijs

Temperatuurschalen

Omdat warmte en temperatuur abstracte en ingewikkelde onderwerpen zijn, hebben we een keer met elkaar af moeten spreken waar we beginnen met tellen.

Meneer Celsius had daar een voorstel voor: hij nam het vriespunt van water als 0 graden en het kookpunt van water als 100 graden. Nu kun je op deze schaal van Celsius naar temperaturen onder nul gaan, maar verrassend genoeg houdt dat een keertje op. En dat gebeurt bij 273 graden onder nul, -273°C.

Op een andere schaal (Kelvin) is deze temperatuur gedefinieerd als 0 graden, het ‘absolute nulpunt’. Daaronder is niets. Het is onmogelijk om lager dan die temperatuur te gaan, er bestaat geen -10 graden Kelvin, of -283 graden Celsius.

Okee, maar wat is het nou!?

Nu komen we in de buurt van wat warmte temperatuur is. Het is dus niet een willekeurig iets waar we op goed geluk een schaal op getrokken hebben, het betekent iets. Warmte Temperatuur heeft te maken met energie. Het komt neer op het trillen van atomen en moleculen.

Hoe meer energie je atomen en moleculen geeft, hoe harder ze zullen gaan trillen en hoe hoger hun temperatuur is. Daarom kun je niet lager dan het absolute nulpunt van 0 graden Kelvin, omdat je niet minder dan geen energie kunt hebben.

En dat trillen werkt aanstekelijk. Trillende moleculen botsen tegen elkaar aan en geven een deel van die tril-energie aan elkaar door. Wanneer een molecuul met veel energie botst tegen een molecuul met weinig energie, heeft de eerste daarna minder energie, en de andere daarna meer energie. Ze zullen na die botsing allebei ongeveer even hard trillen.

temperatuur wetenschap en technologie onderwijs

Een voorbeeld:

De watermoleculen in een glas warm water (hoge temperatuur, veel trilling) zullen een deel van hun energie afgeven aan de moleculen in een ijsblokje (lage temperatuur, weinig trilling) dat er in drijft. De watermoleculen in het ijs gaan harder trillen, de temperatuur gaat omhoog, het ijs smelt.

Maar de moleculen in het water hebben een deel van hun energie afgegeven en het water is afgekoeld. Wanneer het ijs helemaal gesmolten is, dan zal de temperatuur van het glas water dus lager zijn dan voordat je het ijs er in deed. Ja duh, hoor ik je denken! Dat wist ik toch al lang? Ja, maar nu weet je ook waarom.

temperatuur wetenschap en technologie onderwijs

Bonus 1: Meneer Fahrenheit

Meneer Fahrenheit had iets andere plannen voor zijn temperatuurschaal. Hij gebruikte het vriespunt van water als 32 graden en de lichaamstemperatuur van een gezond persoon als 96 graden. Meneer Fahrenheit was waarschijnlijk een natuurkundige.

Bonus 2: Makkelijkheid

Hoe meer energie je deze deeltjes geeft, hoe harder ze zullen gaan trillen en hoe hoger hun temperatuur is. Sommige materialen doen dit makkelijker dan andere en zullen minder energie nodig hebben om dezelfde temperatuur te krijgen of door te geven. Dit zou je kunnen kennen als warmtegeleiding of warmtecapaciteit.

Proefje voor thuis over warmtecapaciteit? Neem een beker water en een beker olijfolie, en zet ze allebei 30 seconden in de magnetron. Haal ze er uit en meet de temperatuur. Die zal hoger zijn voor de olijfolie dan voor het water, omdat de olijfolie makkelijker opwarmt: die heeft minder energie nodig heeft om dezelfde temperatuur te krijgen.

 Meer lezen:

Wat is Wetenschap?

Best schrikken! Als je kinderen vraagt wat onderzoek doen is

Proefjes met Water, 6 Tips en een Checklist

Ja, handig!

Ontvang elke week een inspirerend lesidee in de nieuwsbrief