Icon up Overzicht

De proef van Franklin: koken met ijs

Onderwerp: Gas en vloeistof, Thermische processen

In onderstaand filmpje zie je iets opmerkelijks gebeuren. Je ziet een kolf in beeld waar water in zit. Wanneer je aan de buitenkant met een ijsklontje over de kolf wrijft, begint het water te koken. Op het eerste gezicht vreemd maar als je er even over nadenkt wel verklaarbaar.

Voorbereiding

Om na te gaan hoe dit kan gebeuren, doorlopen we stap voor stap het experiment. Het experiment begint met het verwarmen van een laagje water dat in de kolf zit. Na enige tijd gaat dit water koken. Het vloeibare water verdampt, de waterdamp drukt de lucht die aanvankelijk in de kolf zat weg. Na wat langer doorkoken is de kolf volledig gevuld met water: onderin vloeibaar water en bovenin waterdamp.

De temperatuur van het water (zowel het vloeibare als de waterdamp) is rond de 100 °C. De druk is rond de 1 atmosfeer (1000 hPa) want het experiment vindt in de zuurkast van een klaslokaal plaats en er zit geen dop op de fles. In onderstaande video zie je het water koken.

De dop er op

Terwijl het water nog doorkookt, wordt er een dop op de kolf gedaan en daarna pas wordt de brander waarmee het water verwarmd werd uit gezet. Het water kookt nog heel even door maar door de toename van de druk stopt dit koken vrij snel. In de kolf ontstaat een evenwicht van waterdamp en vloeibaar water, met een temperatuur van 100 °C en een druk van 1 atmosfeer.

IJsklontje er bij

Wanneer er nu een ijsklontje aan de buitenkant van de kolf gehouden wordt, zal de kolf warmte afstaan aan het ijsklontje. De temperatuur van dit deel van de kolf daalt en het ijsklontje smelt. Door de temperatuurafname ter plekke, gaat de waterdamp binnenin de kolf condenseren. Hierdoor neemt de druk in de hele kolf af. Door de afname van de druk kan het vloeibare water weer gaan koken, dat is wat we op de video gezien hebben. Als geheel ontstaat er een nieuw evenwicht, de temperatuur van de kolf is wat afgenomen door het koelen met het ijs. De druk is ook wat afgenomen. De waterdamp is nog steeds verzadigd. Op onderstaande video nogmaals het komen met ijs, nu vanuit een ander perspectief.

 

De dop er af

Wanneer we dit een aantal keren doen, zal de temperatuur door de ijsklontjes steeds verder dalen. Ook zonder ijsklontje koelt de kolf en het water daarin verder af, omdat de omgeving op kamertemperatuur is. Hierbij condenseert er steeds meer waterdamp.

Enige tijd na het uitvoeren van het experiment met het ijsklontje wordt de dop verwijderd. Het zal duidelijk zijn wat de druk in de kolf is dus het geluid dat je hierbij hoort zal je niet verbazen. Kijk ook goed wat je aan de binnenkant van de kolf ziet gebeuren. Heb je hier een verklaring voor?

Beeldmateriaal gebruikt met toestemming van de U-talent Academie