## 2c. Dichtheid en moleculen

Opstijgende warme lucht

Je weet waarschijnlijk wel dat warme lucht altijd opstijgt. Datzelfde geldt in een vloeistof zoals water. Dat kun je zien als je water gaat koken. Als het water warmer wordt, maar nog niet kookt, kun je soms zien dat het water een beetje stroomt, van beneden naar boven. Dat is het verwarmde water dat naar boven beweegt. Als het naar boven gaat, koelt het weer een beetje af en zakt op een andere plek dan weer naar beneden.

(Tegelijk zie je kleine belletjes ontstaan. Dat is lucht die opgelost zat in het water en er uitkomt als het water warmer wordt. En als het water kookt, zie je grote bellen. Dat is waterdamp. daar komen we later op terug.)

Maar hoe komt dat nou, dat warme lucht of warm water opstijgt? Wordt het dan lichter? Ja en nee. Het heeft met dichtheid te maken. En dat heeft weer te maken met de deeltjes - moleculen of atomen - die we hiervóór al tegenkwamen. Hoe zit dat?

Massa, volume en dichtheid

Wat is zwaarder, een kilo lood of een kilo veren? Die kende je al, toch? Ze zijn allebei even zwaar. Maar wat is het verschil? Een kilo lood is maar een klein bolletje, terwijl een kilo veren een enorme zak vol is. We zeggen dan in de natuurkunde dat dezelfde hoeveelheid kilogrammen van de ene stof (lood) een veel kleiner aantal liters is dan diezelfde hoeveelheid kilogrammen van een andere stof (veren in dit geval). Dat aantal kilogrammen noemen we de massa van die hoeveelheid stof, het aantal liters noemen we het volume. Een kilo lood heeft dus dezelfde massa als een kilo veren, maar een veel kleiner volume. En omgekeerd heeft een liter veren een veel kleinere massa dan een liter lood.

We kunnen dan ook zeggen: de dichtheid van veren is veel kleiner dan de dichtheid van lood.

Dichtheid staat dus voor het aantal kilogrammen van een stof per liter van die stof. We kunnen ook zeggen: dichtheid is de massa (in kg) van een volume van 1L van die stof. Of: dichtheid is de massa per eenheid van volume (want dat is de liter). Of ook:

dichtheid is massa gedeeld door volume: dichtheid = massa / volume.

En dichtheid geef je dus aan in kg/L (of kg/m3 of g/cm3).

Het verschil tussen massa en volume

Hoe zit dat nou? Want zowel massa als volume zegt iets over hoeveel we van een stof hebben. Maar er is een groot verschil.

We zagen al, elke stof bestaat uit deeltjes; molekulen of atomen (het verschil ontdekken we later wel). En elk deeltje (molekuul of atoom) van een stof heeft een vaste massa die kenmerkend is voor de deeltjes van die stof. De massa van een stof geeft dus eigenlijk aan hoeveel van die deeltjes er in die hoeveelheid stof zitten.

Wat geeft het volume dan aan? Het volume geeft eigenlijk aan hoe ver die deeltjes van elkaar zitten. En dus hoeveel ruimte een aantal van die deeltjes gezamenlijk innemen.

Nog een keer opstijgende warme lucht

Wat heeft dat nu met opstijgende warme lucht te maken?

Als een stof warmer wordt, zet deze een beetje uit (dat zien we ook in de volgende quest). Dat betekent dus dat het volume wat groter wordt, terwijl het dezelfde hoeveelheid kilogrammen stof massa) blijft. De dichtheid neemt dus af (denk even na of je dat snapt). Hoe komt dat?

We zagen al dat de temperatuur aangeeft hoe snel de deeltjes van een stof bewegen. Hoe warmer de stof wordt, hoe sneller ze bewegen. Maar daardoor botsen ze harder tegen elkaar. Daardoor drukken ze elkaar een beetje uit elkaar. En daardoor neemt het volume toe. Omdat de massa (de hoeveelheid kilogrammen en het aantal deeltjes) hetzelfde blijft, wordt de dichtheid dus kleiner (denk daar even over na).

We kunnen ook zeggen: hetzelfde volume van die stof heeft dan wat minder massa (snap je dat?). Ofwel: hetzelfde volume van die stof wordt wat lichter. En wat lichter is, wil naar boven. Of eigenlijk: wat zwaarder is wordt harder naar beneden getrokken door de zwaartekracht.

Het is dus eigenlijk niet zo dat warmere lucht (of warmer water) naar boven wil. Want warme lucht heeft nog steeds gewicht. En alles wat gewicht heeft, wordt door de zwaartekracht naar beneden getrokken (het 'valt', zeggen we dan). Maar koudere lucht (of kouder water) wordt harder naar beneden getrokken dan warmere lucht (of water) en duwt de warmere lucht (of water) aan de kant. Die kan dan nergens anders heen dan omhoog.

    Dit was veel tekst. Als je het nog niet snapt, dan geeft dat niet. Lees het gewoon nog eens.

Verwerking

➜ 1 liter water weegt 1 kg. Wat is dus de dichtheid van water?
➜ Hoeveel liter is 1 dm3? En hoeveel liter is dus 1m3?
➜ 1 liter lucht weegt (bij kamertemperatuur ongeveer 1,3g. Wat is dus de dichtheid van lucht?
➜ Als is 10 kg lucht heb, hoeveel lter heb ik dan? Hoe heb je dat uitgerekend?