Embedded Files
We zien dat massadichtheid een zgn. materiaalconstante is.
We bepalen de massadichtheid van verschillende stoffen en passen verschillende meettechnieken toe
We gebruiken massadichtheid om een kwaliteitscontrole uit te voeren.
VOORKENNIS:
een spreadsheet gebruiken om je data visueel weer te geven en een trendlijn te vinden en Desmos gebruiken om je data visueel weer te geven en een trendlijn te vinden.
de wiskundige vergelijking van een trendlijn omvormen tot een wetenschappelijke formule.
eenheden voor volume:
standaard eenheid: m3
1 liter = 1 dm3
1 milliliter = 1 cm3
Massadichtheid (⍴)
Massadichtheid (⍴)
✎ EXPERIMENT - Massa versus volume
Bepaal de massa van een aantal kubussen die zijn gemaakt van verschillende materialen.
Een aantal kubussen hebben allemaal een volume V = 1,0 cm3 .
Er zijn ook kubussen die een ander volume hebben. Bepaal dan telkens de massa en het volume van de kubus.
Zet je waarden in de spreadsheet, tabblad "kubussen".
GROOTHEID - MASSADICHTHEID (ρ)
We zien dat de verhouding tussen de massa (m) van een voorwerp en zijn volume (V) typisch is voor het materiaal. Die verhouding noemen we de massadichtheid (symbool: ρ, rho) van het materiaal.
De massadichtheid is een zgn. materiaalconstante. Je kan die meten om een materiaal te identificeren.
TERMINOLOGIE - MATERIAALCONSTANTE
Een MATERIAALCONSTANTE is waarde die een specifieke, inherente eigenschap van een bepaald materiaal beschrijft, onafhankelijk van de vorm of grootte van dat materiaal. Een materiaalconstante is dus een unieke, constante eigenschap van dat materiaal.
Als je een materiaalconstante meet, kan je (mogelijk) determineren over welk materiaal het gaat.
✎ OPDRACHT - Materiaalconstanten
Massadichtheid is een materiaalconstante.
Zoek nog 5 andere materiaalconstanten waarvan jij zelf de betekenis begrijpt.
Geef er telkens ook een korte beschrijving van in eenvoudige taal.
✎ EXPERIMENT - Massadichtheden van cilinders (1)
We beschikken over een doos met 12 cilinders.
Meet de massa en het volume van elke cilinder.
Zet je metingen in de spreadsheet, tabblad "cilinders (1)".
Wat is je conclusie?
✎ EXPERIMENT - Massadichtheden van cilinders (2)
Onze metingen uit het vorige experiment wijzen uit dat we te maken hebben met ciliders die uit 2 verschillende kunststoffen gemaakt zijn.
Sorteer de metingen uit het vorig experiment volgens massadichtheid. Gebruik tabblad "cilinder (2)".
Noteer de vergelijkingen van de trendlijnen in wiskundige vorm.
Noteer de vergelijkingen van de trendlijnen in wetenschappelijke vorm.
Gebruik de trendlijnen om te bepalen hoe groot de massadichtheid is van elke kunststof.
Eenheden
Eenheden
De fysische grootheid die wij massadichtheid (of kortweg dichtheid) noemen is een afgeleide grootheid omdat we ze berekenen uit andere fysische grootheden, nl. de massa en het volume. De standaard eenheid van dichtheid zullen we dan ook moeten afleiden uit de standaard eenheden van massa en volume.
Dit is de formule die de massadichtheid definieert:
Daaruit volgt dat:
standaard eenheid van ρ = standaard eenheid van m gedeeld door standaard eenheid van V.
De standaard eenheid van massadichtheid is dus kg/m³ .
In de praktijk werken we nog met heel wat andere eenheden: g/ml, kg/l, g/cm³, ...
✎ OPDRACHT - Eenheden omrekenen
De dichtheid van Pyrex glas is 2210 kg/m³.
Hoeveel is dat in g/cm³ ?
Hoeveel is dat in kg/dm³ ?
Hoeveel is dat in kg/liter ?
Gassen, vloeistoffen en vaste stoffen
Gassen, vloeistoffen en vaste stoffen
✎ OPDRACHT - Dichtheden van stoffen opzoeken
Gebruik The Engineering ToolBox om de massadichtheden van vaste stoffen (v), vloeistoffen (vl) en gassen (g) te raadplegen. Noteer de massadichtheid in de standaard eenheid.
Geef de massadichtheid van:
gietijzer (v)
aluminium (v)
goud (zuiver) (v)
diamant (v)
(water)ijs (v)
zuiver water (bij 4 °C) (vl)
zeewater (bij 25 °C) (vl)
olijfolie (bij 20 °C) (vl)
argaanolie (bij 20 °C) (vl)
dimethylsulfaat (bij 20 °C) (vl)
zwavelzuur 95% (bij 20 °C) (vl)
lucht (bij 20 °C, 1 atm) (g)
helium (bij 20 °C, 1 atm) (g)
chloorgas (bij 20 °C, 1 atm) (g)
butaan (bij 20 °C, 1 atm) (g)
✎ OPDRACHT - Dichtheid vs. temperatuur
Gebruik The Engineering ToolBox om de massadichtheden van zuiver water (vl.) bij verschillende temperaturen te raadplegen. Noteer de massadichtheid in de standaard eenheid.
Geef de massadichtheid van:
zuiver water bij 1 °C
zuiver water bij 25 °C
zuiver water bij 40 °C
Maak, op basis van de beschikbare data, zelf een grafiek waarin de dichtheid van water wordt weergegeven in het interval van 0 °C tot 10 °C. Gebruik hiervoor Desmos grafische rekenmachine.
Bij welke temperatuur heeft water (vl) de hoogste dichtheid?
✎ OPDRACHT - Massadichtheden van mengsels
Gebruik The Engineering ToolBox om de massadichtheden van vaste stoffen te raadplegen. Noteer de massadichtheid in de standaard eenheid.
Geef de massadichtheid van:
koper
zink
messing (= een legering van vrnl. koper en zink)
Wat valt je hier op?
✎ OPDRACHT - Een formule voor de massadichtheid van een gas
Voor gassen bestaat er een formule waarmee je de dichtheid kan berekenen. Je mag ze gebruiken als de omstandigheden waarin het gas zich bevindt niet extreem zijn.
Zoek de formule op.
Bewijs dat die formule, althans theoretisch, klopt, uitgaande van deze formules die je al kent:
✎ OPDRACHT - De formule voor de massadichtheid van een gas gebruiken
Gebruik de nieuwe formule om de dichtheid te berekenen van helium (bij 20 °C, 1 atm).
Vergelijk je resultaat met de getabeleerde waarde. Is de berekening ok?Vertrek van de vereenvoudigde aanname dat lucht bestaat uit 80 % N2 en 20 % O2.
Gebruik dan de nieuwe formule om de dichtheid te berekenen van lucht (bij 20 °C, 1 atm).
Vergelijk je resultaat met de getabeleerde waarde. Is de berekening ok?
Bulkdichtheid
Bulkdichtheid
OPGELET als je de dichtheid van poeders meet!
De massadichtheid van kwarts ligt rond 2,65 g/cm³. Maar kwarts vind je vaak in korrelvormige toestand. En als je dan het volume van kwarts meet, meet je niet het échte volume maar het volume van het kwarts én het volume van de ruimte tussen de korrels. Dat noemen we het bulkvolume.
Als je de massadichtheid bepaalt met het bulkvolume, kom je niet tot de échte massadichtheid van je materiaal maar tot de bulkdichtheid.
De bulkdichtheid van kwartspoeder ligt tussen 1,0 g/cm³ en 1.6 g/cm³. Heel wat minder dan de echte massadichtheid van kwarts.
✎ OPDRACHT - Bulkdichtheid
Je beschikt over een substantie die wordt aangeleverd als korrels. Als je de korrels fijner maalt, dan zal de bulkdichtheid GROTER / KLEINER worden.
Glucose wordt in de industrie meestal aangeleverd in vloeibare vloeibare oplossing (glucosesiroop) Dit is de meest voorkomende vorm in grootschalige productie, vooral in de voedingsindustrie.
Glucose wordt ook als vaste stof aangeleverd wanneer zuiverheid en doseergemak in kleine hoeveelheden vereist zijn.
Glucose in farmacie & fijnchemie
In deze sectoren, waar nauwkeurigheid en stabiliteit cruciaal zijn, wordt vaste glucose gebruikt voor:
nauwkeurigheid & doseergemak.
Essentieel voor het maken van precieze concentraties op laboschaal of in kleine batches van injectievloeistoffen. Dit maakt nauwkeurige dosering van een micro-ingrediënt mogelijk.opslag & zuiverheid.
Als vaste stof is er minder kans op microbiële groei in vergelijking met een verdunde oplossing. Dit verlengt de houdbaarheid en waarborgt de zuiverheid van laboratoriumreagentia.stabiliteit.
In droge vorm is het product inherent stabieler voor gebruik in hoogwaardige farmaceutische en fijnchemische toepassingen.
Glucosepoeder in de voedingsindustrie (droge mixen)
In de voedingsindustrie, met name voor bakkerijproducten en droge mixen, draagt vaste glucose bij aan de kwaliteit en functionaliteit van het eindproduct:
stabiliteit & receptuur.
Vereist voor het produceren van droge producten (zoals bakmixen of droge mixen voor sportdranken) om een langere houdbaarheid te garanderen zonder klonteren.functionele eigenschappen.
Draagt bij aan de gewenste textuur (kristalstructuur), de bruining (via de Maillard-reactie) en de precieze zoetkracht van het eindproduct.strooibaarheid & decoratie.
De korrelvorm is ideaal voor strooibare decoratie of uniforme vermenging in poedervormige ingrediënten.
✎ OPDRACHT - Glucose vs. dextrose
De chemische termen glucose en dextrose worden in de voedingsindustrie en commerciële teksten vaak door elkaar gebruikt. Is er op chemisch niveau een verschil tussen deze twee stoffen?
Leg uit of 'glucose' en 'dextrose' chemisch gezien hetzelfde product zijn.
Licht toe met welke specifieke term of structuur de term 'dextrose' verbonden is.
Verklaar waarom men in de grootschalige industrie vaak beide termen gebruikt, ondanks het (mogelijke) chemische onderscheid.
✎ OPDRACHT - Glucosepoeder afmeten
Je wil een nauwkeurig (!) bepaalde hoeveelheid glucose toevoegen aan een bereiding. Waarom is het (veel) beter om met een balans een massa af te wegen dan om te werken met maatlepels?
Massadichtheid meten
Massadichtheid meten
✎ OPDRACHT - De massadichtheid van een vloeistof bepalen (1)
Je beschikt over een olie.
Beschrijf de methode waarmee je de massadichtheid van de olie kan bepalen.
Bepaal de massadichtheid van de olie. Noteer zorgvuldig je metingen, berekeningen en resultaat.
✎ OPDRACHT - De massadichtheid van steentjes bepalen
Je beschikt over een hoeveelheid steentjes.
Beschrijf de methode waarmee je de massadichtheid van de steentjes kan bepalen.
Bepaal de massadichtheid van de steentjes. Noteer zorgvuldig je metingen, berekeningen en resultaat.
✎ OPDRACHT - De massadichtheid van een vloeistof bepalen (2)
Je beschikt over een aantal identieke flessen. In één van de flessen zit een onbekende vloeistof. Om veiligheidsredenen mag je de fles met de onbekende vloeistof NIET OPENEN !
Beschrijf de methode waarmee je de massadichtheid van de vloeistof kan bepalen.
Bepaal de massadichtheid van de vloeistof. Noteer zorgvuldig je metingen, berekeningen en resultaat.
✎ OPDRACHT - De massadichtheid van lucht bepalen
Bepaal zélf de dichtheid van lucht! Meet daarvoor de massa van 1000 ml lucht met behulp van een glazen ballon met twee kranen. Zuig de ballon leeg met een luchtpomp. Bepaal de massa van de luchtledige ballon. Laat de lucht terug in de ballon. Het verschil in massa tussen volle en lege ballon geeft je de massa van 1 liter lucht. Bereken tenslotte de massadichtheid.
Noteer zorgvuldig je metingen, berekeningen en resultaat.
Rekenen met massadichtheid
Rekenen met massadichtheid
✎ OPDRACHT - Rekenen (1)
Met een keukenweegschaal meet ik de massa van een Rubik's Cube: m = 120 g. Met een rolmeter meet ik een zijde van de kubus: L = 5,6 cm.
Wat is de (gemiddelde) dichtheid van de kubus?
Waarom spreken we hier over gemiddelde dichtheid?
✎ OPDRACHT - Rekenen (2)
Bereken het volume van 250 gram ethylalcohol met concentratie 70 v/v%.
✎ OPDRACHT - Rekenen (3)
Een hoeveelheid zonnebloemolie heeft een volume van 40 cm³. Wat is de massa van deze hoeveelheid olie?
✎ OPDRACHT - Cartoon physics
In een cartoon zie ik de bankrover weglopen met een koffertje goud. Is dat realistisch?
✎ OPDRACHT - Schatten & rekenen (1)
Schat (!) de massa van een plaat dubbele beglazing in ons klaslokaal. (En noteer zorgvuldig hoe je dat hebt gedaan.)
✎ OPDRACHT - Schatten & rekenen (2)
Schat de massa lucht in ons klaslokaal. (En noteer zorgvuldig hoe je dat hebt gedaan.)
De areometer
De areometer
In ons labo beschikken we over een zgn. hydrometer of areometer om dichtheden te bepalen van vloeistoffen.
De areometer die we in ons labo hebben.
✎ OPDRACHT - Onze areometer bestuderen
Wat is het meetbereik van onze areometer?
Wat is de meetnauwkeurigheid (A.F.) van onze areometer?
Kan ik met deze areometer de dichtheid bepalen van een oplossing ethanol in water?
Zelf een areometer maken
Zelf een areometer maken
Een areometer werkt op basis van het principe van Archimedes.
Een voorwerp drijft in een vloeistof als de opwaartse kracht van die vloeistof op het voorwerp (de zgn. archimedeskracht) even groot is als de zwaartekracht op het voorwerp:
FZ = FA want FTOTAAL = 0
DE FORMULE VOOR DE ARCHIMEDESKRACHT (FA)
De archimedeskracht (FA) is de opwaartse kracht die een vloeistof uitoefent op een object dat is ondergedompeld in die vloeistof.
Dit is de formule voor de archimedeskracht:
met hierin
de dichtheid van de vloeistof, ρvl
de zwaarteveldsterkte, g
het ONDERGEDOMPELD (!) volume van het object, Vond
✎ OPDRACHT - De formule voor de archimedeskracht begrijpen
Ik plaats een areometer in water en voeg vervolgens een hoeveelheid keukenzout (NaCl) toe, waardoor de massadichtheid van de oplossing groter wordt dan die van zuiver water.
Zal de areometer in de zoutoplossing hoger of lager in de vloeistof drijven vergeleken met in puur water? Leg zorgvuldig uit waarom.
✎ OPDRACHT - Zelf een areometer maken
Met eenvoudige materialen kan je zelf een primitieve areometer maken.
Bedenk welk materiaal je nodig hebt en ga na wat je beschikbaar hebt.
Bedenk vooraf welk meetbereik je je areometer wil geven. Maak, op basis van het beschikbare materiaal, de nodige berekeningen.
Bedenk hoe je je areometer gaat ijken. Maak, op basis van het beschikbare materiaal, de nodige berekeningen.
Maak nu die areometer.
Test je zelfgemaakte areometer alvast in water.
Kwaliteitscontrole
Kwaliteitscontrole
✎ OPDRACHT - De areometer gebruiken voor kwaliteitscontrole
Beschrijf hoe je nauwkeurig een oplossing NaCl in water (bij 20 °C) kan maken, concentratie 200 gram per liter.
Check of je daadwerkelijk zoveel NaCl kán oplossen in water (bij 20 °C).
Hoe groot is de massadichtheid van een oplossing NaCl in water (bij 20 °C), concentratie 200 gram per liter. Gebruik The Engineering Toolbox. Let op de gebruikte eenheden en maak de omrekening indien dat nodig is!
Kies een geschikte maatcilinder waarin je de areometer kan gebruiken. Maak nu die oplossing NaCl in water (bij 20 °C), concentratie 200 gram per liter.
Gebruik de areometer om de concentratie van de gemaakte zoutoplossing te checken.
Test nu ook nog je zelfgemaakte areometer in de zoutoplossing. Geeft die dezelfde waarde aan als de professionele?
Een isotone zoutoplossing maken
Een isotone zoutoplossing maken
In (para-)medische context wordt vaak gewerkt met zgn. fysiologisch serum. Dit is een oplossing van NaCl in water, concentratie 9 gram per liter.
Deze concentratie wordt in de farmaceutische en medische sector gebruikt voor infusen, spoelvloeistoffen en het toedienen van geneesmiddelen, omdat het voorkomt dat rode bloedcellen krimpen of zwellen. Een dergelijke oplossing is immers isotoon met ons bloedplasma.
Fysiologisch serum, steriel, unidose 5 ml.
✎ OPDRACHT - Een isotone zoutoplossing controleren
Hoeveel is ongeveer 9 gram NaCl, uitgedrukt in "koffielepels"?
Hoe groot is de massadichtheid van een oplossing NaCl in water (bij 20 °C), concentratie 9 gram per liter. Gebruik The Engineering Toolbox. Let op de gebruikte eenheden en maak de omrekening indien dat nodig is!
Is de meetnauwkeurigheid van onze areometer genoeg om een kwaliteitscontrole te doen?
De kans is groot dat onze areometer niet zal voldoen om voldoende nauwkeurig de dichtheid van fysiologisch serum te bepalen. Er zijn ook andere methoden om een massadichtheid te bepalen.
Je zou bijvoorbeeld kunnen werken met een pyknometer (dichtheidsflesje).
Zo'n flesje is erg nauwkeurig om een volume vloeistof af te meten, waarna je de massa van die vloeistof kan bepalen.
✎ OPDRACHT - Een isotone zoutoplossing maken en controleren met de pyknometer
Maak een isotone zoutoplossing.
Bepaal de massa van de droge, lege piknometer, inclusief de stop (blanco).
Kalibreer de pyknometer. Vul de pyknometer met gedestilleerd water bij een gecontroleerde temperatuur. Weeg het geheel en bereken het exacte volume van de pyknometer. (Je kent immers de dichtheid van water.)
Leeg en droog de piknometer. Vul hem met je zoutoplossing en bepaal de massadichtheid. Vergelijk de berekende dichtheid met de referentiewaarde uit de literatuur.
✎ OPDRACHT - Andere manieren om je zoutoplossing te controleren
Doe wat opzoekwerk en noteer een aantal andere manieren om de concentratie van je zoutoplossing te controleren.
De volgende vaardigheden (kunnen) en attitudes (zijn) kwamen hier aan bod:
meten
correct aflezen
correct noteren
rekenen met formule
gegevens zoeken en invoeren
digitale vaardigheden
grafiek lezen
trendlijn interpreteren
tabellen raadplegen
vergelijken
concluderen
zorgvuldig, veilig en nauwkeurig labowerk
voorzichtig en methodisch werken
indirect meten + schatprocedures, realistisch denken
analytisch denken, probleemoplossend denken
ontwerp testen, aanpassen, ijken
rapporteren, resultaten samenvatten
zelfreflectie, verantwoordelijk werken
De volgende beroepscompetenties kwamen hier aan bod:
basismeting uitvoeren volgens instructies
rekentechnische meetvaardigheid toepassen
data-analyse uitvoeren
materiaalherkenning uitvoeren
natte labotechnieken uitvoeren
basisgasanalyse begrijpen
volume-efficiëntie inschatten
instrument ontwikkelen en testen
kwaliteitsrapport opstellen
teamwork
Page updated
Report abuse