Proef 1.6.1b: De ballon op de fles

1.Uitvoering

In deze demo laat u zien dat een (nauwelijks gevulde) ballon die u op de hals van een glazen fles zet, opgeblazen wordt als u de fles (en dus de lucht in de fles) verwarmt. U kunt ook laten zien dat de ballon naar binnen wordt ‘gezogen’ als u de fles in ijswater zet.

Het stukje les waarin deze demo past, kan het beste uit drie delen bestaan:

• een korte inleiding waarin u zegt waarom u deze demo gaat doen (bijvoorbeeld ik wil jullie laten zien wat er met lucht gebeurt als het warmer wordt)
• de demo zelf, waarbij de nadruk ligt op wat er gebeurt, op het verschijnsel ‘uitzetting van lucht’. Zie het filmpje [Ballon op fles.uitvoering]
• een bespreking van de demo, waarbij leerlingen leren over volume, uitzetten bij verwarming en inkrimpen bij afkoeling. De docent laat de leerlingen voorbeelden bedenken van uitzetting van lucht bij verwarming uit het dagelijks leven.

De demo is eenvoudig voor de klas uit te voeren. U hoeft de handelingen niet zelf uit te voeren: een leerling kan de fles onderdompelen. U kunt de leerling vragen te vertellen wat h/zij tijdens de proef voelt (het hete water, het ijswater) en wat er gebeurt (en niet gebeurt: kijk eens goed, wordt het flesje onder water ingedrukt?).

2.Praktische aanwijzingen

Zie het filmpje [Ballon op fles.aanwijzingen voor de docent] voor praktische aanwijzingen bij deze proef.

Voor de demo heeft u nodig:

• een stevige, kleine fles (glas of plastic)
• een ballon
• een bak met heet water (waterkoker)
• uitbreiding: een bak met water van kamertemperatuur; een bak met ijswater

In het filmpje met de uitvoering van deze proef wordt gebruik gemaakt van drie bakken water met verschillende temperatuur. Maar het kan eenvoudiger. In zijn meest simpele uitvoering heeft u, naast de fles met de ballon, één bak nodig, met heet water. Immers, als u de fles uit het hete water haalt, koelt de fles en de lucht in de fles langzaam af tot kamertemperatuur en wordt de ballon weer slap.

Een plastic fles is minder geschikt voor deze proef. Immers, niet alleen de uitzetting van de lucht bij verwarming, maar ook het indrukken van de plastic fles bij onderdompeling in het warme water zou het ‘opblazen’ van de ballon kunnen verklaren.

3.Didactische aanwijzingen

Zie het filmpje [Ballon op fles.didactische aanwijzingen voor de docent]  voor didactische aanwijzingen bij deze proef (leerdoel, voorkennis, vragen).

Aanvulling 1, leerdoel. Het is voldoende om na deze demo met de leerlingen tot een beschrijvende uitleg te komen. In zo’n uitleg zeg je wat er gebeurt (de lucht wordt warmer; uitzetting = toename van het volume van de lucht) en wat er niet gebeurt (er komt geen lucht bij). Een verklaring van de uitzetting van lucht in termen van ‘de afstand tussen de luchtdeeltjes/moleculen wordt groter’ of ‘luchtdeeltjes gaan sneller bewegen’ is nog niet nodig. en kan tot later uitgesteld worden.

Aanvulling 2, voorkennis. Deze demo bouwt voort op het begrip volume. In Proef 1.2.3: drie manieren om volume te meten wordt het begrip volume toegepast op ‘zichtbare’ stoffen zoals water en steen. In deze demo wordt het begrip volume gebruikt bij lucht. Omdat lucht niet zichtbaar en moeilijker te ‘vangen’ is, kan het begrip ‘volume van lucht’ voor leerlingen abstract en ongrijpbaar zijn. De proef met de ballon op de fles lost dit probleem (gedeeltelijk) op.

De proef is eenvoudig voor de klas uit te voeren. U hoeft de handelingen niet zelf uit te voeren: een leerling kan de fles onderdompelen. U kunt de leerling vragen te vertellen wat h/zij tijdens de proef voelt (het hete water, het ijswater) en wat er gebeurt.

Aanvulling 3, toepassingen. Enkele voorbeelden van eenvoudige en herkenbare situaties uit het dagelijks leven waarin het uitzetten en krimpen van lucht een rol spelen:

• de zon verwarmt de lucht boven een stuk land. De lucht zet uit en gaat opstijgen. Vogels (gieren, ooievaars) en zweefvliegtuigen kunnen op die opstijgende luchtstroom zonder moeite blijven rondcirkelen.
• zet een glas dat je net in hete sop hebt afgewassen snel op zijn kop op een nat stukje van een gladde aanrecht. De koude lucht in het hete glas wordt opgewarmd, zet uit en wordt naar buiten geperst. Het glas gaat ‘drijven’ op het natte aanrecht. Later, als het glas afkoelt, krimpt de lucht in het glas en wordt er lucht naar binnen gezogen (er kunnen dan zeepbellen binnen in het glas komen). Het glas ‘plakt’ nu op het aanrecht.

* met dank aan Peter Duifhuis, Ad Mooldijk en Fridolin van der Lecq voor het maken van de filmpjes in het Teaching and Learning Lab van het Freudenthal Instituut (Universiteit Utrecht).