In NRC Handelsblad van 23 maart 2013 staat redacteur Karel Knip stil bij de vraag hoe het kan dat olijfbomen die op het Waterlooplein in Amsterdam in potten staan, door hoezen kunnen worden beschermd tegen bevriezing. Vanaf acht graden vorst kunnen ze schade oplopen. De eigen warmteproductie van bomen stelt niets voor. Onder de hoes wordt de lucht dus praktisch even koud als daarbuiten. Dat is dus niet de reden dat zo'n hoes helpt. Waar kan de winst wel vandaan komen?
Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Knip legt uit dat die komt van uitstraling. Binnenshuis is er ongeveer evenwicht tussen wat voorwerpen uitstralen en wat ze van de omgeving terugkrijgen. Maar onder de zwarte nachthemel is dat niet het geval. Voorwerpen stralen dan veel meer uit dan ze terugkrijgen. Als het niet waait worden ze kouder dan de lucht erom heen. Een verschijnsel dat ook optreedt als je âs winters merkt dat je autoruiten moet krabben. Knip beschrijft dat het omgekeerde ook gebeurt, bijvoorbeeld onder bruggen. Daarom bevriezen sloten en grachten onder bruggen niet of niet zo gauw.
Opgaven:
a) Welke drie vormen van warmtetransport zijn er?
b) Welk type straling zenden de olijfbomen uit?
c) Leg uit waarom er geen evenwicht is tussen de ontvangen en uitgezonden straling bij een olijfboom onder een onbewolkte nachtelijke hemel.
d) Bij een bewolkte hemel is de kans op vorstschade bij de olijfbomen kleiner. Leg dat uit.
e) Welke vorm van warmtetransport wordt door de wind bevorderd?
f) Leg nu uit dat de hoes een dubbele functie heeft bij de bescherming tegen vorstschade.
Grote bomen zijn niet goed met hoezen in te pakken. Fruittelers hebben een ander middel om, als in het voorjaar nachtvorst dreigt, hun vruchtbomen `in te pakken': zij besproeien de bloesem met water. Het ijslaagje dat zich dan vormt zorgt ervoor dat de bloesem beschermd wordt.
g) Wat verstaan we onder smeltwarmte?
h) En wat is dan stollingswarmte?
i) Noem twee redenen waarom het vormen van een ijslaagje om de bloesem bescherming tegen de vorst biedt en gebruik daarbij het begrip stollingswarmte.
Uitwerking vraag (a)
Geleiding, stroming, straling.
Uitwerking vraag (b)
`Warmtestraling': elektromagnetische straling in het infraroodgebied.
Uitwerking vraag (c)
De boom straalt in alle richtingen infraroodstraling uit; slechts uit een deel van omgeving (bebouwde en begroeide ruimte en de grond) komt straling terug. Daardoor is er meer uitstraling dan instraling.
Uitwerking vraag (d)
De door het aardoppervlak en alles wat zich daarop bevindt naar boven uitgezonden warmtestraling reflecteert tegen de onderkant van de wolken. Daardoor ontvangen de olijfbomen ook van boven warmtestraling. Het verschil tussen uitstraling en instraling is daardoor kleiner.
Uitwerking vraag (e)
Als het waait raakt de boom niet alleen door straling, maar ook door stroming warmte kwijt. Ook als het niet waait, koelt de boom door uitstraling af, maar de stilstaande isolerende luchtlaag om de boom voorkomt verder warmteverlies door stroming aan de omgeving.
Uitwerking vraag (f)
De hoes zorgt ervoor dat het windstil is onder de hoes. Hij reflecteert bovendien de uitgezonden warmtestraling.
Uitwerking vraag (g)
Smeltwarmte is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 kg van een vaste stof bij het smeltpunt te smelten. (De smeltwarmte van water (ijs) is 334 * 103 J/kg.)
Uitwerking vraag (h)
Het omgekeerde van smelten is stollen. Stollingswarmte is de hoeveelheid energie die vrijkomt als 1 kg van een vloeistof bij het stollingspunt (= smeltpunt) stolt.
Uitwerking vraag (i)
Bij het stollen (bevriezen) van water komt dus juist energie vrij. Als het buiten vriest dan daalt de temperatuur van de bloesem dus minder hard dan wanneer er geen waterlaagje omheen zat. Dat is de eerste reden. De tweede reden is dat ijs een isolator is. Het ijslaagje krijgt aan de buitenkant de temperatuur van de buitenlucht. Maar aan de binnenkant daalt de temperatuur veel langzamer.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
