Experiment: Hoe koel je zo snel mogelijk je drankje?

Opgelet!

Dompel je blote handen niet onder in het superkoele water!

Wat heb je nodig?

2 Grote kommen water
Houten lepel
IJsblokjes
Zout
Eetlepel
2 Drankjes
Thermometer
Papier en pen
Eventueel: millimeterpapier

Aan de slag!

Stap 1: Zet de ene kom links voor je (dat is ‘Kom 1′) en de andere kom rechts (dat is ‘Kom 2’). Op je papier noteer je een tabel met 3 kolommen: Tijd (min), Temperatuur Kom 1 (°C) en Temperatuur Kom 2 (°C).

Stap 2: Doe dan wat ijsblokjes in elke kom. In Kom 2 strooi je ook enkele eetlepels zout over het ijs en roer je zachtjes.

Stap 3: Leg nu een drankje in elke kom. Zorg dat ze grotendeels onder water zitten, maar dat er geen water in het drankje stroomt.

Stap 4: Meet de temperatuur van je drankjes en schrijf ze op in de tabel.

Stap 5: Meet de temperatuur opnieuw na 5, 10, 15 en 20 minuten. In welke kom gaat de temperatuur het snelste dalen, denk je? Waarom?

Je kan er eventueel een grafiek van maken. Op de x‑as geef je de tijd weer in minuten, op de y‑as de temperatuur in °C. Zet de curve van Kom 1 en Kom 2 in een andere kleur. Hoe zien de curves eruit?

Wat gebeurt er?

In Kom 2 kan de temperatuur van het drankje op enkele minuten tijd meer dan 20°C dalen! In Kom 1 daalt de temperatuur langzamer.

Hoe zit dat?

Als je een drankje wil afkoelen, wil dat eigenlijk zeggen dat je warmte-energie uit het drankje wil halen. Dat kan je doen door warmte van je drankje over te dragen via ‘geleiding’ aan een andere, koudere stof. Daarbij moeten de twee stoffen met elkaar in contact zijn. Je zou dus je drankje in de koelkast of diepvriezer kunnen leggen. Zo komt het in contact met koude lucht en kan warmte van het drankje naar de koude lucht overgedragen worden. Maar je merkt al snel dat dat het drankje dan heel traag afkoelt. Luchtdeeltjes (gassen) zitten immers relatief ver uit elkaar. Er is dus weinig contact tussen de koude luchtdeeltjes en het drankje.

Wat wel helpt? Je blikje in koud water onderdompelen. Vloeistofdeeltjes zitten dicht op elkaar. Er is dus veel contact tussen het warme drankje en de koude waterdeeltjes. Warmte kan dan makkelijk van het drankje naar het omringende water overgedragen worden.

Het komt er dus op aan om je water zo koud mogelijk te krijgen. Dat kan je doen door ijs toe te voegen, met wat extra zout. Zout verlaagt het vriespunt van water, en dus ook het smeltpunt van ijs. Dat wil zeggen dat ijs niet smelt bij 0°C, maar bij een lagere temperatuur. Dat is ook de reden waarom we zout strooien in de winter: het ijs zal sneller smelten.

Waarom koelt ijs dat sneller smelt ons drankje af? Omdat ijs warmte nodig heeft om te kunnen smelten. Het ijs met zout zal dus sneller warmte onttrekken aan het omringende water en dat zal dus sneller koud worden. En zo zal ook je blikje sneller koud worden.

Waar kom je dat nog tegen?

Warmtegeleiding merk je ook op wanneer er een metalen kookpot op het vuur staat. Ook al komen de handvatten van de pot niet in het vuur, uiteindelijk kan je er wel je vingers aan verbranden. Dat komt omdat metaal de warmte geleidt, tot op de plekken die eerst nog koud waren.

Wiskunde, exacte wetenschappen en technologie:

A-stroom 6.26: De leerlingen leggen de verschillende transportmogelijkheden van thermische energie uit in authentieke contexten.

A-stroom 6.45: De leerlingen trekken conclusies op basis van grafieken, tabellen, determineertabellen en diagrammen.

B-stroom 6.10: De leerlingen brengen waarneembare fysische verschijnselen in verband met temperatuursveranderingen.

A-stroom 6.43 / B-stroom 6.27: De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid de gepaste meetinstrumenten, meetmethoden en hulpmiddelen om metingen, observaties, experimenten en terreinstudies uit te voeren.

Leercompetenties:

A-stroom / B-stroom 13.12: De leerlingen voeren een oplossingsstrategie systematisch uit i.f.v. een onderzoek of een probleem.

A-stroom / B-stroom 13.13: De leerlingen formuleren een antwoord op een onderzoeksvraag of hypothese aan de hand van aangereikte richtlijnen.