Wikijunior:Natuurkunde/Lucht

Gezocht: Wikibookianen die een beroep hebben waar natuurkunde bij gebruikt wordt en die in het hoofdstuk "Einde" heel kort iets willen vertellen over hun beroep.

Wat is lucht?

Lucht is overal om ons heen, maar we kunnen het niet zien. Lucht bestaat namelijk alleen uit gassen die we niet kunnen zien. Al die gassen ademen we in. 78% bestaat uit stikstof, 20% uit zuurstof, 1% uit argon, 0,97% uit waterdamp en 0,03% uit koolstofdioxide.

De hoeveelheid water in de lucht is overal anders. Als er veel water in de lucht is (dat kan soms 4% zijn), zijn de andere gassen er minder aanwezig. Het water duwt de andere gassen namelijk een beetje weg zodat het genoeg ruimte heeft. Als er een kleine hoeveelheid water in de lucht zit (het laagste percentage is 0,5%) zijn alle andere gassen iets meer aanwezig. Er zijn ook wat andere stoffen in de lucht, maar zo weinig dat het niet nodig is om ze op dit moment te noemen. De samenstelling van de lucht is niet hetzelfde voor de totale atmosfeer. Hoger dan 90 kilometer boven het aardoppervlak is er steeds minder zuurstof in de lucht. Hoger dan 100 kilometer boven het aardoppervlak is er geen echte lucht meer. De lucht is daar bijzonder ijl, vrijwel vacuüm. Als er een kleine hoeveelheid water in de lucht zit wordt de lucht droog genoemd. Het gewicht van 22,4 dm³ droge lucht is 29,0 gram. Als er meer water in de lucht is, is de lucht vochtig. Vochtige lucht is zwaarder dan droge lucht. Verder zitten er ook stofdeeltjes in de lucht. Deze komen in de lucht doordat de wind ze opwaait (zout, zand) of door vulkaanuitbarstingen. Als stoffen verbrand worden komen er ook as- en roetdeeltjes in de lucht.

Atmosfeer

Waarom is de lucht blauw?

De atmosfeer is een laag lucht om de aarde. Dat woord is uit de Griekse woorden 'atmos' (damp) en 'sphaira' (sfeer) samengesteld.

Als je naar een satellietfoto kijkt, zul je zien dat de atmosfeer dun is, vergeleken met de aarde. De atmosfeer is 10 kilometer dik, het is maar waar je de grens legt. Hoe hoger je komt, hoe minder lucht.

Ook zul je zien, dat de atmosfeer blauw van kleur is. Dat komt door de verstrooiing van het zonlicht door de luchtdeeltjes. Wit licht bestaat uit allerlei kleuren, maar het blauwe licht in het zonlicht wordt het meest verstrooid door de lucht en komt ten slotte van alle kanten in onze ogen terecht. Daarom is de lucht blauw, terwijl de zon zelf geel is. In het hoofdstuk over licht leer je meer over lichtverstrooiing en ook over de blauwe lucht.

Wolken

Wolken

Iedereen heeft wel eens wolken gezien. Ze kunnen wit en grijs zijn. Maar waar bestaan deze wollige dingen uit?

Wolken bestaan uit waterdruppeltjes en ijskristalletjes. Ze ontstaan vooral door opstijgende lucht.

Je kunt wolken in vier typen verdelen:

1. Lage bewolking
2. Middelbare bewolking
3. Hoge bewolking
4. Cumuliforme bewolking

Lage bewolking

Je spreekt van lage bewolking als de wolken tussen de 0 en 2000 m boven de aarde zweven. Mist is ook laaghangende bewolking die tot de grond reikt.

Middelbare bewolking

Wolken halverwege de troposfeer, tussen 2000 en 5500 meter worden middelbare wolken genoemd.

Hoge bewolking

Wolken die boven een hoogte van 5500 meter voorkomen, bestaan meestal helemaal uit ijskristallen. Ze lijken heel langzaam te bewegen of zelfs stil te staan, maar door de grote hoogte geeft dat een vertekend beeld: in werkelijkheid gaan ze snel, soms meer dan 100 km/uur. Veel van deze wolken hebben een draderige, harige of veerachtige vorm.

Cumuliforme bewolking

Cumuliforme bewolking is bewolking die zich niets aantrekt van de andere drie typen wolken. Er zijn wolken die op 80 km hoogte voorkomen. Dat zijn cumuliforme wolken.

Eigen bewolking

Proef: Jouw eigen wolk
Benodigdheden: lucifers, smalle kaars, grote glazen fles, ouders Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd Steek de kaars aan, pak de fles en hou hem ondersteboven. Steek de kaars vijf seconden in de hals van de fles. KIJK UIT, want de fles kan heet worden. Haal na vijf seconden de fles weg, laat hem afkoelen en bedek de hals van de fles met je mond. Blaas hard en probeer die lucht in je fles te krijgen! En als je je mond dan uiteindelijk weghaalt, heb je je eigen wolk gemaakt. Hoe zag hij eruit?
Wat heb ik geleerd: {{{conclusie}}}

Dampkring

Troposfeer

De meeste lucht van de aarde zit in de troposfeer. De troposfeer is de onderste laag van de dampkring, die ongeveer 10 kilometer dik is. Ze wordt ook wel de weersfeer genoemd, omdat het weer ontstaat in de troposfeer.

De troposfeer is de enige luchtlaag waarin op natuurlijke wijze leven voorkomt. Dus alles wat leeft, moet het hebben van de onderste luchtlagen van de dampkring.

Stratosfeer

Boven de troposfeer is de stratosfeer. De stratosfeer is een stuk kouder dan de troposfeer. Het is daar al gauw zestig graden onder nul.

Op ongeveer 25 kilometer hoogte is de ozonlaag. Het ozon dat daarboven zit, zorgt ervoor dat de gevaarlijke stralingen van de zon ons niet kunnen bereiken.

Mesosfeer

De mesosfeer bevindt zich tussen 50 en 80 kilometer boven het aardoppervlak. Het is daar al gauw honderd graden onder nul. BRRRRR! Van de mesosfeer is weinig bekend. We kunnen er moeilijk onderzoek doen. Toch kan het met ballonnen en raketten.

Ionosfeer

Tussen 80 en 400 kilometer hoogte is de ionosfeer. Misschien heb je wel eens op televisie poollicht gezien. Dat wordt in de ionosfeer gevormd. Bovendien verbranden hier meteoren tot vallende sterren en worden er radiogolven naar de aarde gekaatst.

Exosfeer

Hier is bijna geen lucht meer. Het is ook de buitenste laag van de atmosfeer rond de aarde en de luchtdruk is hier nog maar een miljardste van die op de aarde.

Luchtdruk

De luchtdruk kan je zien als de kracht die de lucht op je lichaam uitoefent. De luchtdruk op aarde verandert voortdurend een beetje. Dat wordt altijd in het weerbericht verteld.

De luchtdruk komt door het gewicht van de lucht. De lucht die in de dampkring zit, rust op de aarde. Zelfs de lucht heeft een gewicht. Door de zwaartekracht wordt de lucht aangetrokken. De luchtdruk is die druk van het gewicht van de totale kolom lucht op een stukje aarde van 1 bij 1 meter uitoefent.

Proef: De kracht van lucht
Benodigdheden: plastic fles, water, kurk, rietje, fietsventiel, fietsspaak, fietspomp, handboor, vijl, pen, zaag, schaar, vader of moeder Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd Maak de kurk zo, dat hij op de fles past. Doe dit met de vijl. Neem nu het fietsventiel en houd deze opzij tegen de kurk aan. Kijk waar het dikke gedeelte van het ventiel naast de kurk begint Zet daar een streepje op de kurk. Zaag de kurk op het streepje in tweeën. Laat je vader of moeder nu een gat door de kurk boren. Steek het fietsventiel door het geboorde gat in de kurk. Vul nu de fles voor een derde met water. Doe de kurk erop en controleer of de fles niet lekt. Neem nu de fles, de fietspomp en de rechte fietsspaak mee naar een open plek, bijvoorbeeld een grasveld. Steek de fietsspaak stevig in de grond, houd de fles op zijn kop, schuif het rietje van de raket over de spaak, maak de pompslang vast aan de kurk met het ventiel en pompen maar! De lucht komt in de fles. De fles gaat een beetje bol staan. Three, two, one and liftoff of Space Shuttle Airbus on his mission to Earth. The vehicle will crash after a few seconds.
Wat heb ik geleerd: lucht is niet niks.

Als je een ballon opblaast, neemt de luchtdruk daarin toe. Als de luchtdruk buiten de ballon hoger wordt, zal het ballonnetje iets gaan krimpen. Eenvoudige luchtdrukmeters werken met een soort ballonnetje van metaal. Maar de luchtdruk verandert zo langzaam dat je het meestal niet ziet aan een ballon.

De luchtdruk wordt in hectopascal (hPa) uitgedrukt, maar vaker en ouderwets nog in atmosfeer. Vlak boven de grond is de luchtddruk het hoogst. Hoe hoger je komt, hoe lager de druk is. Er zijn dan ook minder luchtmoleculen, en daardoor is het hoog in de bergen moeilijker om goed te ademen.

Luchtsoorten

Zijn er dan soorten lucht?

Soms heeft een grote hoeveelheid lucht dezelfde vochtigheid en temperatuur. Dan noem je het een luchtsoort. De luchtsoort moet wel een horizontaal gebied van 1000 kilometer beslaan. De hoogte van zo'n gebied kan variëren van 100 meter tot de totale troposfeer. De lucht in zo'n gebied is 3 tot 9 dagen in een zogeheten brongebied geweest. In die dagen kreeg de lucht zijn eigenschappen. Het brongebied ligt altijd compleet boven land of boven zee. Bovendien is het altijd vlak. Woestijnen zijn goede brongebieden. Bovendien moet zo'n gebied bijna windstil zijn, omdat de lucht er een langere periode moet blijven. Als de lucht het brongebied verlaat, kunnen de eigenschappen van de lucht langzaam, maar zeker veranderen. Uiteindelijk kan deze helemaal verdwijnen.

Luchtsoorten die zijn eigenschappen boven zee hebben gekregen, zijn vochtiger dan luchtsoorten die boven land gevormd zijn. Er zijn vier verschillende basissoorten lucht:

1. Equatoriale lucht. Dit heeft een gemiddelde temperatuur tussen 25 en 30°C en is zeer vochtig.
2. Tropische lucht. Deze soort wordt ook weer in twee verschillende groepen verdeeld. Maritieme tropische lucht is heel vochtig en heeft een temperatuur van ongeveer 25°C. De tweede groep is continentale tropische lucht. Deze lucht is erg droog en heet: de temperatuur kan oplopen tot 50°C! Erg heet dus.
3. Polaire lucht. Ook deze soort lucht kun je weer in twee soorten verdelen: maritieme polaire lucht is altijd vochtig. Deze lucht is tamelijk warm in de winter en koel in de zomer. Continentale polaire lucht is droog en koud in de winter en de temperatuur kan dalen tot maar liefst 50 graden onder 0. In de zomer is de continentale polaire lucht warm. Ook nog steeds erg droog.
4. Arctische lucht. Dit is de laatste luchtsoort. Deze luchtsoort is koud. Toch is er een verschil tussen tussen maritieme en continentale lucht: namelijk dat maritieme lucht in de winter minder koud is dan continentale lucht.

Soms komen er twee verschillende soorten lucht tegen elkaar aan te liggen. Dan ontstaat er een front. Dat moet je niet voorstellen als een lijn, het is een gebied van minstens 10 kilometer breed. Daar zal de koude lucht altijd naar beneden zakken, omdat koude lucht zwaarder is dan warme. Als de koude lucht vanaf een meetpunt het verste weg is, wordt het front een koufront genoemd. Maar als de warme lucht het verste weg is, wordt het een warmtefront genoemd. In een front verandert het weer heel snel. De windrichting en de windsnelheid is verschillend in de verschillende luchtsoorten, maar ook de temperatuur en de vochtigheidsgraad. In een front regent het vaak, omdat de warme lucht opstijgt en dan afkoelt. Dan kan de lucht niet meer zoveel water houden en dan valt het als regen naar beneden.

Fronten

Als twee verschillende luchtsoorten tegen elkaar aan komen te liggen, ontstaat er een front. Een front is niet gewoon een dun lijntje. Nee, het is een gebied dat zeker 10 kilometer breed is! Hier zal de koude lucht altijd naar beneden zakken, omdat koude lucht zwaarder is dan warme. Als de koude lucht vanaf een meetpunt het verste weg ligt, wordt het front een koufront genoemd. Als de warme lucht het verste weg is, wordt het front een warmtefront genoemd. In een front verandert het weer heel vaak. De windrichting en de windsnelheid is verschillend in de verschillende luchtsoorten, maar ook de temperatuur en de vochtigheidsgraad verschillen. Het regent vaak in een front, omdat de warme lucht stijgt en afkoelt. De lucht kan dan niet meer zoveel water bevatten en het teveel valt naar beneden, in de vorm van regen.

Wind

Schaal van Beaufort

De windkracht wordt met een nummer weergegeven. Dat noem je een Beaufortnummer. Het nummer geeft aan hoe sterk de wind is. Bij elk nummer hoort ook een naam. Bijvoorbeeld 9 Beaufort is een storm.

kracht	benaming KNMI	benaming zeevaart	gemiddelde snelheid over 10 minuten (km/h)	uitwerking boven land en bij mens	uitwerking boven zee
0	stil	windstil	0-1	rook stijgt recht of bijna recht omhoog	spiegelglad
1	zwak	flauw en stil	1-5	windrichting goed af te leiden uit rookpluimen	kleine golfjes, geschubd oppervlak
2	zwak	flauwe koelte	6-11	wind voelbaar in gezicht, weerhanen tonen nu juiste richting, blad ritselt	kleine, korte golven
3	matig	lichte koelte	12-19	opwaaiend stof, vlaggen wapperen, spinnen lopen niet meer	kleine golven, breken, schuimkopjes
4	matig	matige koelte	20-28	papier waait op, haar raakt verward, geen last van muggen meer	golven iets langer, veel schuimkoppen
5	vrij krachtig	frisse bries	29-38	bladeren van bomen ruisen, gekuifde golven op meren en kanalen, vuilcontainers waaien om	matige golven, overal schuimkoppen, af en toe opwaaiend schuim
6	krachtig	stijve bries	39-49	problemen met paraplu's en hoeden waaien af	grotere golven, schuimplekken, vrij veel opwaaiend schuim
7	hard	harde wind	50-61	het is lastig tegen de wind in te lopen of te fietsen	golven worden hoger, beginnende schuimstrepen
8	stormachtig		62-74	twijgen breken van bomen, voortbewegen zeer moeilijk	matig hoge golven, schuimstrepen
9	storm		75-88	schoorsteenkappen en dakpannen waaien weg, kinderen waaien om, takken breken af, alleen zwaluwen en eenden vliegen nog	hoge golven, rollers, zicht wordt slechter door schuimvlagen
10	zware storm		89-102	grote schade aan gebouwen, volwassenen waaien om, bomen raken ontworteld, vogels blijven aan de grond	zeer hoge golven, zee wordt wit van het schuim, overslaande rollers, verminderd zicht
11	zeer zware storm		103-117	grote schade aan bossen	extreem hoge golven, zee geheel bedekt met schuim, sterk verminderd zicht
12	orkaan		>117	verwoestingen	lucht is vol met verwaaid water en schuim, zee volkomen wit, vrijwel geen zicht meer

Windmolens

Oude molens

"De Zwaan" in Ouddorp.

Molens werken op wind. In Nederland staan heel veel oude molens, en in Vlaanderen ook wel een aantal. Er zijn bijvoorbeeld molens waarmee water wordt weggepompt. Verder zijn er nog molens die gebruikt werden om graan te malen of hout te zagen.

Een windmolen werkt als volgt. De kop van de molen wordt zo gedraaid dat de wieken goed de wind kunnen opvangen. Op de wieken zijn zeilen gespannen en de wieken staan enigszins schuin ten opzichte van de wind. Daardoor gaan de wieken draaien. De wieken zitten vast aan het bovenste draaipunt van de molen. Dat wordt een as genoemd. Om deze as is het bovenwiel aangebracht. Dat draait met de as mee en brengt de beweging over op de koningspil. Dat is een lange, verticale balk die bij een kolenmolen de maalstenen aandrijft en bij een poldermolen het scheprad of de vijzel. Zo wordt het water opgepompt.

Er zijn ook watermolens, vooral in België, maar daar hebben we het nu niet over. Watermolens worden behandeld in het hoofdstuk over energie.

Moderne windmolens

Er zijn ook witte, hoge molens. Er komen er steeds meer van. Zo’n molen noem je een windturbine. Die worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. De wind laat de wieken draaien. Doordat de wieken draaien, gaat er ook een as draaien. Die staat dan weer in verbinding met een dynamo, net zoals op je fiets, die elektriciteit maakt. Voor meer informatie over dynamo's, die met een moeilijk woord generatoren worden genoemd, lees het hoofdstuk over elektriciteit.

Jouw eigen molen

Zelf kun je ook een molen maken.

Proef: Jouw eigen molen
Benodigdheden: papiertje van 10 bij 10 cm, schaar, naald, strootje Vouw een papier van 10 bij 10 centimeter tweemaal in tweeën, knip de vouwen tot op vijf centimeter van het midden. (NIET TOT HET EINDE!) Pak een hoek, hou hem naar het midden, bewegend in een met de klok meegaande richting. Hou het bij je vinger en doe het vier keer. Steek een naald door het midden van het molentje. Vervolgens steek je hem op een strootje. Klaar!
Wat heb ik geleerd:

Toepassingen van lucht

Je hebt misschien weleens geboord, gezaagd of wat dan ook. Waarschijnlijk dacht je dat dat alleen met elektriciteit kan. Maar... heel veel apparaten werken op (samengeperste lucht). Alles wat je daarvoor nodig hebt, is lucht.

Lucht samenpersen

Compressoren

Dat samenpersen van lucht, gebeurt in een compressor. Compressoren heb je in alle soorten en maten. Sommige kun je overal mee naar toe nemen, maar er zijn ook grote compressoren. Ze kunnen werken op elektriciteit en op dieselmotoren. Iedere compressor brengt lucht op druk en daar kun je veel dingen mee doen!

Andere manieren

Je kunt lucht ook op andere manieren samenpersen, bijvoorbeeld met een screw. Zo’n apparaat bestaat uit in elkaar gedraaide wokkels. Vrije lucht wordt aan de ene kant gevangen en kan door de wokkels niet ontsnappen. Dan wordt het er aan de andere kant weer uitgedrukt.

Lucht opsparen

Maar die lucht wil je later gebruiken. Hoe spaar je de lucht dan op? De lucht wordt langs een klep gestuurd, die maar aan één kant openkan. Dan wordt de lucht gevangen, want als de klep dicht zit kan de lucht niet meer terug. De lucht wordt dan in een soort vat gevangen. Dat heet een drukvat. Het is een voorraad luchtdruk, waarmee je vele dingen kunt doen.

De lucht gebruiken

In veel bedrijven wordt gebruik gemaakt van lucht om gereedschap mee aan te drijven. In de werkruimte loopt dan een leidingsysteem met perslucht. Je hebt dan alleen nog een stuk gereedschap nodig plus een leiding om hem op aan te sluiten. Dan kun je aan de slag!

Waarom lucht?

Maar waarom gebruik je dan lucht en geen elektriciteit? Apparaten die op lucht werken, zijn veel lichter. Bovendien kun je zulke apparaten op heel veel plaatsen gebruiken, ook op natte plekken en onder water. Bij elektrische apparaten kan er nog wel eens kortsluiting ontstaan...

Voorbeeld van apparaat die op lucht werkt

Laten we een voorbeeld van zo’n apparaat nemen. Een cirkelzaag die op lucht werkt. Hoe werkt het? Lucht uit een drukvat zet een aantal schoepjes in werking. En via een systeem van tandwielen wordt de zaag geactiveerd. Snel en makkelijk!