H3.3 B1TH Lucht samenpersen

• Nask / Techniek
• Middelbare school
• mavo
• Leerjaar 1

Wat gaan we deze les doen?

1. Herhaling vorige week                    (10 min)
2. H3.3 Lucht samenpersen               (30 min)
3. Huiswerk                                             (20 min)

Leerdoelen H3.3

1. Je kunt beschrijven wat gasdruk is en waardoor het wordt veroorzaakt.
   
2. Je kunt uitleggen hoe je gasdruk kunt meten.
3. Je kunt uitleggen wat overdruk betekent aan de hand van twee voorbeelden.
   
4. Je kent het verband tussen druk en volume van een gas.
   
5. Je kunt rekenen met de formule van Boyle.
   
6. Je kunt de werking van een ademautomaat uitleggen. (PLUS)
   

Vorige week

• De lucht boven de aarde heeft een behoorlijk gewicht. Daarom oefent lucht druk uit op ieder voorwerp op aarde. De luchtdruk of atmosferische druk:
  

1. druk je uit in Pascal (Pa);                                                                       In het weerbericht wordt de luchtdruk opgegeven in hectopascal (hPa) of millibar (mbar). 1 hPa = 1 mbar; 1 hPa = 100 Pa;
2. meet je met een barometer. Dat is een doosje met een dunne bovenkant die, met de luchtdruk mee, op en neer beweegt;
   
3. neemt af met de hoogte. Op grote hoogte is de luchtdruk lager dan aan het aardoppervlak.

Gasdruk

Je kunt beschrijven wat gasdruk is en waardoor het wordt veroorzaakt.

• Als je lucht in een afgesloten ruimte pompt neemt de druk in die ruimte toe..

• De druk die een gas op de wanden van een afgesloten ruimte uitoefent, noem je de gasdruk.
  

• Je gebruikt het woord ‘gasdruk’ ook als het om lucht gaat.
  

• Strandballen enz. danken hun stevigheid aan de gasdruk van de lucht die erin zit.
  

• Doordat de lucht van binnenuit tegen het omhulsel drukt, staat dit strak gespannen.

Gasdruk

Je kunt beschrijven wat gasdruk is en waardoor het wordt veroorzaakt.

• Om een duikfles te vullen met perslucht, heb je een compressor nodig. 

• Dit apparaat zuigt lucht uit de omgeving aan en perst die vervolgens in de fles samen. 

• Op een manometer kun je zien hoe de gasdruk in de duikfles stijgt. 

Gasdruk

De manometer

Je kunt uitleggen hoe je gasdruk kunt meten.

• Met een manometer meet je hoe groot de gasdruk in een afgesloten ruimte is.

• Hoe groter de druk van het gas, des te verder wordt het gegolfde metalen plaatje naar boven gedrukt.
  

• De bewegingen van het plaatje worden overgebracht op een wijzer, die langs een schaalverdeling beweegt.

• De luchtdruk op zeeniveau is gemiddeld 1013 hPa = 1013 mbar. Als afgeronde waarde wordt vaak 1,0 bar gebruikt.

De manometer

Je kunt uitleggen hoe je gasdruk kunt meten.

• De luchtdruk op zeeniveau is gemiddeld 1013 hPa = 1013 mbar. Als afgeronde waarde wordt vaak 1,0 bar gebruikt.

• Waarom 1,0 bar?

• Dat maakt het gemakkelijk om de vergelijking met gewone lucht te maken. 

• Veel sportduikers gebruiken bijvoorbeeld flessen met lucht van 200 bar: tweehonderd keer de luchtdruk op zeeniveau.

Luchtdruk meten we met een ... ?

1. Momentmeter
2. Barometer
3. Manometer
4. Thermometer

Met een manometer meet je de:

1. Luchtdruk
2. Tegendruk
3. Gasdruk

Waarmee meet je de gasdruk?

1. barometer
2. manometer
3. gasmeter
4. meterstand

Luchtdruk meet je met een....

1. Hygrometer
2. Thermometer
3. Manometer
4. Barometer

Overdruk

Je kunt uitleggen wat overdruk betekent aan de hand van twee voorbeelden.

• Als een duikfles ‘leeg’ is, is hij niet vacuüm: er zit lucht in met een druk van (afgerond) 1,0 bar: dezelfde druk als de lucht buiten de fles. 

• De wijzer op de manometer geeft toch dan een druk van 0 bar aan....

• Dat komt doordat de manometer niet de gasdruk zelf aangeeft, maar het drukverschil met de luchtdruk. 

• Je zegt dat de manometer op de duikfles de overdruk aangeeft: het aantal bar dat de gasdruk hoger is dan de luchtdruk. 

• Als de ‘echte’ gasdruk 100 bar is, is de overdruk 99 bar: de gasdruk in de fles (100 bar) is dan 99 bar hoger dan de luchtdruk (1 bar).

Overdruk

Als een duikfles 'leeg' is, dan zit er lucht in met dezelfde druk als buiten de fles. Hoe groot is die druk?

1. 0 mbar
2. 0 bar
3. 1,0 mbar
4. 1,0 bar

Als een duikfles 'leeg' is, hoe groot is dan de druk die de wijzer op de manometer aangeeft?

1. 0 mbar
2. 0 bar
3. 1,0 mbar
4. 1,0 bar

Ivo gaat naar een tankstation om zijn autoband op te pompen. Op de manometer staat 2,4 bar.

Wat is de 'echte' gasdruk in de band?

1. 1,4 bar
2. 1,0 bar
3. 2,4 mbar
4. 3,4 bar

Overdruk

Je kent het verband tussen druk en volume van een gas.

• Er is een eenvoudig verband tussen de druk en het volume van een hoeveelheid lucht (of een ander gas). 

• Als je het volume twee keer zo klein maakt, dan wordt de druk twee keer zo groot. 

• Als je het volume drie keer zo klein maakt, dan wordt de druk drie keer zo groot. Dus in zijn algemeenheid:

Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

• Deze regel is ontdekt door de Engelsman Robert Boyle en wordt daarom de wet van Boyle genoemd.

De wet van Boyle

Overdruk

Je kent het verband tussen druk en volume van een gas.

• Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

• Stel, ik heb een volume van 10 liter met een druk van 1,0 bar. Dit pers ik samen in een fles van 2 liter. 

• Hoe groot wordt de druk dan in die fles?

• Van 10 naar 2 liter is 5x zo klein, want: 10/2 = 5

• Dan wordt de druk dus 5x zo groot: 5 x 1 bar = 5 bar

De wet van Boyle

Overdruk

Je kunt rekenen met de formule van Boyle.

Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

• Een duiker gebruikt een compressor om een duikfles met perslucht te vullen. De compressor zuigt 100 liter lucht van 1,0 bar aan en perst die in een fles van 10 liter.

• Beredeneer hoe groot de (gas)druk van de lucht in de fles wordt.

Rekenen met Boyle

Een duiker gebruikt een compressor om een duikfles met perslucht te vullen. De compressor zuigt 100 liter lucht van 1,0 bar aan en perst die in een fles van 10 liter.
Beredeneer hoe groot de (gas)druk van de lucht in de fles wordt.

1. 1 bar
2. 10 bar
3. 100 bar
4. 0,1 bar

Overdruk

Je kunt rekenen met de formule van Boyle.

Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

• Een duiker gebruikt een compressor om een duikfles met perslucht te vullen. De compressor zuigt 100 liter lucht van 1,0 bar aan en perst die in een fles van 10 liter.

• Beredeneer hoe groot de (gas)druk van de lucht in de fles wordt.

Rekenen met Boyle

1. Gegevens

voor het samenpersen:

volume = 100 L

druk = 1,0 bar

na het samenpersen:

volume = 10 liter

2. Gevraagd

de druk (na het samenpersen)

3. Uitwerking

Het volume van de lucht wordt:

100/10 = 10 × zo klein.

De druk wordt dus 10 × zo groot: 10 × 1,0 = 10 bar

Een duiker gebruikt een compressor om een duikfles met perslucht te vullen. De compressor zuigt 120 liter lucht van 1,0 bar aan en perst die in een fles van 15 liter.
Beredeneer hoe groot de (gas)druk van de lucht in de fles wordt.

1. 8 bar
2. 10 bar
3. 12 bar
4. 18 bar

Overdruk

Je kunt rekenen met de formule van Boyle.

Als je het volume n × zo klein maakt, dan wordt de druk n × zo groot.

3. Uitwerking
Het volume van de lucht wordt:
120/15 = 8 × zo klein.
De druk wordt dus 8 × zo groot: 8 × 1,0 = 8 bar

Rekenen met Boyle

Overdruk

Je kunt de werking van een ademautomaat uitleggen. (PLUS)

• Hoe dieper je duikt, des te groter wordt de omgevingsdruk.
  

• Elke tien meter die je daalt, stijgt de druk met 1,0 bar.
  

• Op dertig meter diepte (dieper mogen de meeste sportduikers niet) is de omgevingsdruk 4,0 bar: vier keer zo hoog als aan het wateroppervlak.
  

• Op negentig meter diepte is de druk al opgelopen tot 10,0 bar.
  

Omgevingsdruk

Overdruk

Je kunt de werking van een ademautomaat uitleggen. (PLUS)

• De holle ruimten in je lichaam bevatten vooral lucht.
  

• Ze zouden bij het dalen door de toenemende omgevingsdruk van het water in elkaar worden gedrukt.
  

• Je kunt dit eenvoudig aantonen met het volgende ballonexperiment:

1. Je blaast een ballon op voor het duiken.
2. Je neemt de opgeblazen ballon mee onder water naar een diepte van 20 meter.
3. Aan de oppervlakte is de omgevingsdruk 1,0 bar. Op 20 m diepte is de omgevingsdruk 3,0 bar (drie keer zo groot).
4. Volgens de Wet van Boyle zal het volume van de lucht in de ballon drie keer zo klein geworden zijn.

Het ballonexperiment

Overdruk

Je kunt de werking van een ademautomaat uitleggen. (PLUS)

• Om te voorkomen dat je longen tijdens het dalen in elkaar gedrukt worden, moet de lucht in je lichaam dezelfde druk hebben als het water om je heen.

• Daarvoor zorgt een ademautomaat: als de omgevingsdruk bijvoorbeeld 4,0 bar is, adem je via de ademautomaat ook lucht van 4,0 bar in.

• Als je na een duik weer opstijgt, moet je langzaam naar boven gaan en regelmatig uitademen.

• Dat zorgt ervoor dat de druk in je longen even snel daalt als de omgevingsdruk. Zou je je adem inhouden, dan kunnen je longen beschadigd worden: ze worden als het ware opgeblazen doordat de druk ‘binnen’ gelijk blijft, terwijl de druk ‘buiten’ snel daalt.

Duiken met een ademautomaat

Overdruk

Je kunt de werking van een ademautomaat uitleggen. (PLUS)

• In een duikfles zit vaak wel 200 bar gasdruk. Je kunt de lucht van 200 bar niet zomaar inademen.
  

• Je longen zouden uit elkaar klappen door de enorme druk.
  

• Een duikfles wordt daarom aangesloten op een ademautomaat.

• De ademautomaat verlaagt de druk van de lucht tot die even groot is als de omgevingsdruk.

Veilig lucht inademen

Op een duikhorloge staat dat het tot een druk van 3 bar gebruikt kan worden.

Tot welke diepte kan dit horloge worde gebruikt?

1. 3 meter
2. 2 meter
3. 30 meter
4. 20 meter

Ivo gaat een duik maken van 25 meter diep.

Hoe groot is de omgevingsdruk aan het wateroppervlak?

1. 0 bar
2. 25 bar
3. 2,5 bar
4. 1 bar

Ivo gaat een duik maken van 25 meter diep.

Hoe groot is de omgevingsdruk op 25 meter diepte?

1. 25 bar
2. 2,5 bar
3. 3,5 bar
4. 35 bar

• Gassen kun je samenpersen. Als je gassen samenperst, neemt de gasdruk toe. De gasdruk is de druk die een gas op de wanden van een afgesloten ruimte uitoefent.
  

• De gasdruk in een afgesloten ruimte meet je met een manometer. Een manometer meet de overdruk. Dat is het aantal bar dat de gemeten luchtdruk hoger is dan de luchtdruk (1 bar).
  

• Als een manometer bijvoorbeeld een overdruk van 4 bar meet, is de ‘echte’ gasdruk 5 bar.
  

• Voor het samenpersen geldt de wet van Boyle:             Als je het volume n× zo klein maakt, wordt de druk n× zo groot.

• Bijvoorbeeld: als je het volume drie keer zo klein maakt, wordt de druk drie keer zo groot.

Samenvatting

Aan de slag!

Lees: H3.3 + PLUS

Maak: opdracht 1 t/m 12

Oefen: met de flitskaarten

Schrijf 3 dingen op die je deze les hebt geleerd.

Stel 1 vraag over iets dat je nog niet zo goed hebt begrepen.