Natuurkundig experimentGlas Neem hem simpelweg in uw handpalm en de magie voltrekt zich. De handboiler CALORIS, ook wel bekend als handketel, Franklin-koker of liefdesthermometer genoemd, is een wetenschappelijk glazen object van 16,5 cm hoog dat de warmte van uw vingers omzet in een spektakel. Twee glazen reservoirs, een kleine boven en een grotere onder, zijn verbonden door een dubbele glazen buis waarin een blauwe vloeistof circuleert. Plaats uw hand op het onderste reservoir: de vloeistof stijgt in de lus, bereikt het bovenste reservoir en begint te borrelen alsof het kookt, terwijl het nauwelijks lauw blijft. Houd daarna het bovenste reservoir vast en de beweging keert om. Achter dit effect schuilt een echte les in natuurkunde over dampdruk, zichtbaar met het blote oog en zonder batterijen. Dit breekbare en delicate wetenschappelijke cadeau, aanbevolen vanaf 14 jaar, komt prachtig tot zijn recht op een bureau, een plank of in de vitrinekast van een liefhebber van curiosa.
Waarom hij zo intrigeert
✦
Werkt met uw handGeen batterijen, geen aansluitingen: de warmte van uw handpalm is genoeg om de vloeistof in beweging te krijgen.
◆
Een schijnbare kookDe vloeistof lijkt in het bovenste reservoir te koken, terwijl hij op de temperatuur van uw vingers blijft.
➤
Dubbele glazen lusDe buis vormt twee lussen tussen de reservoirs: het traject van de blauwe vloeistof is een klein spektakel om te volgen.
★
Naar believen omkeerbaarVerander van grip, houd het bovenste reservoir vast, en de vloeistof stroomt de andere kant op.
❄
Een les in natuurkundeDampdruk, warmteoverdracht, evenwicht: stof genoeg voor een les of een goed gesprek.
❖
Bureauformaat16,5 cm hoog en 5 cm breed: hij past perfect in de hand en staat gemakkelijk op een plank.
Glas, het materiaal van het experiment
Glas: natuurkunde zichtbaar maken door materiaal
Als glas het favoriete materiaal is voor demonstratie-instrumenten, dan is dat in de eerste plaats vanwege de transparantie: het laat elke fase van het verschijnsel zien, de stijging van de vloeistof in de buis, het passeren door de lussen en vervolgens de aankomst van de bubbels in het bovenste reservoir. Niets blijft verborgen, alles is zichtbaar.
Glas is ook een ondoordringbaar en inert materiaal: het houdt de vloeistof gevangen in een gesloten circuit en reageert er niet mee. Daartegenover staat dat het breekbaar blijft. De wanden van de reservoirs en de dubbele lus vereisen een voorzichtige hantering, bij voorkeur boven een zacht oppervlak, en moeten veilig worden opgeborgen uit de buurt van schokken of vallen.
Hoe de handketel werkt
De warmte die de vloeistof in beweging brengt
Binnenin het glas bevat CALORIS een vluchtige vloeistof die blauw is gekleurd. Vluchtig betekent dat deze zeer gemakkelijk verandert van vloeibare naar dampvorm, zelfs bij kamertemperatuur. Boven de vloeistof is de lege ruimte dus gevuld met zijn eigen damp, waarvan de druk direct afhangt van de temperatuur.
Wanneer u uw hand om het onderste reservoir sluit, warmt u dit lichtjes op. De dampdruk neemt aan die kant toe en duwt de vloeistof naar boven, door de dubbele lus, naar het bovenste reservoir. Wanneer de vloeistof het onderste reservoir heeft verlaten, stroomt de damp zelf de buis in en stijgt op in bubbels door de vloeistof: dit borrelen geeft de illusie van koken.
De vloeistof wordt niet verhit zoals in een pan. Hij kookt niet in de gebruikelijke zin: hij verplaatst zich simpelweg van de warmste naar de koelste zone. Houd het bovenste reservoir vast, en het temperatuurverschil keert om, net als de loop van de vloeistof.
CALORIS laten 'koken' in vier stappen
1
In de hand nemen: pak de handboiler voorzichtig op en sluit uw handpalm om het grote onderste reservoir, zonder in het glas te knijpen.
2
Even wachten: houd uw hand een paar seconden stil, zodat de warmte van uw vingers de tijd krijgt om het reservoir en de blauwe vloeistof op te warmen.
3
Observeren: de vloeistof stijgt in de dubbele lus, bereikt het kleine reservoir aan de bovenkant en begint te borrelen.
4
Omkeren: laat het onderste reservoir los en houd het bovenste vast: de vloeistof zakt langzaam weer terug naar het grote reservoir.
Wat er gebeurt op basis van uw handgreep
Situatie
Wat we waarnemen
Waarom
Hand op het onderste reservoir
De vloeistof stijgt in de lus en borrelt boven
De damp, opgewarmd aan de onderkant, duwt de vloeistof naar het koelere reservoir
Hand op het bovenste reservoir
De vloeistof zakt terug naar het grote reservoir
De warme zone bevindt zich nu boven: de druk verschuift van richting
Object in rust
De vloeistof verzamelt zich langzaam weer onderaan
Zonder temperatuurverschil neemt de zwaartekracht het over
Koude handen
Duidelijk tragere of subtielere reactie
Het temperatuurverschil tussen de hand en het glas is kleiner
Goed om te weten: de handboiler meet geen temperatuur en zegt niets over uw gevoelens, ondanks zijn bijnaam "liefdesthermometer". Hij reageert puur op het temperatuurverschil tussen uw hand en het glas: hoe warmer uw hand is ten opzichte van de kamer, hoe sneller en spectaculairder het fenomeen verloopt.
Tip voor een geslaagde demonstratie: wrijf uw handen een paar seconden tegen elkaar voordat u het onderste reservoir aanraakt, of blaas zachtjes in uw handpalmen. In een koele kamer is het effect vaak duidelijker. Laat het object bij een demonstratie voor een groep van hand tot hand gaan: iedereen krijgt een net iets ander resultaat, wat ongetwijfeld tot gesprekken leidt.
Breekbaar glazen object: hanteer CALORIS voorzichtig, zonder erin te knijpen of te schudden, en plaats hem op een plek waar hij beschermd is tegen stoten en vallen. Verhit hem nooit op een andere manier dan met uw hand (geen vlammen, radiator, heet water of direct zonlicht) en probeer hem niet te openen. In geval van breuk de scherven voorzichtig opruimen en elk contact van de vloeistof met huid, ogen en mond vermijden. Aanbevolen vanaf 14 jaar; buiten bereik van jonge kinderen houden.
Een wetenschappelijk cadeau dat reacties oproept
Voor nieuwsgierigen van alle leeftijden
Kerst, verjaardag, een klein cadeautje voor een collega met een passie voor wetenschap of een natuurkundedocent: CALORIS is een van die geschenken die iedereen direct wil uitproberen en vasthouden. Het valt in de smaak bij zowel nieuwsgierige jongeren vanaf 14 jaar als bij volwassenen die houden van bureauaccessoires met een verhaal.
Om de verkenning van warmte en beweging voort te zetten, kunt u hem combineren met de Stirling-motor CASTOR, die eveneens een temperatuurverschil omzet in beweging, of met de AURORE kristalbarometer. De bezorging is gratis.
De handboiler bevat een gekleurde vluchtige vloeistof, wat betekent dat deze heel gemakkelijk in damp verandert. Deze damp vult de ruimte boven de vloeistof en de druk ervan stijgt naarmate de temperatuur oploopt. Wanneer u het onderste reservoir vasthoudt, warmt u het op: de dampdruk wordt daar hoger dan in het bovenste reservoir en duwt de vloeistof door de dubbele buis. Zodra het onderste reservoir leeg is, stijgt de damp op haar beurt en gaat als bubbels door de vloeistof heen. Het is deze stroom damp die de indruk van koken wekt, zonder enige andere warmtebron dan uw hand.
Kookt de vloeistof echt?
Niet in de zin dat we water aan de kook brengen. De vloeistof in CALORIS wordt niet gloeiend heet: hij blijft op een temperatuur dicht bij die van uw hand. De bubbels die u bovenin ziet zijn damp die vanuit het onderste reservoir omhoog wordt gestuwd en door de vloeistof naar boven trekt. Het resultaat lijkt sprekend op koken, vandaar de naam handketel, maar in feite gaat het om een verplaatsing veroorzaakt door een drukverschil. Juist dat contrast tussen wat we zien en wat er werkelijk gebeurt, maakt het een uitstekend object voor een wetenschappelijke demonstratie.
Waarom wordt hij liefdesthermometer genoemd?
Deze bijnaam is gebaseerd op een leuk idee: hoe verliefder of "warmer" een persoon zou zijn, hoe sneller de vloeistof zou stijgen. In werkelijkheid meet de handboiler geen gevoelens en ook geen exacte temperatuur. Hij reageert uitsluitend op het temperatuurverschil tussen de hand en het glas. Warme handen in een koele kamer geven dus een snel effect, koude handen een trager effect. Het blijft een leuk spel onder vrienden of familie, mits men in gedachten houdt dat het de natuurkunde is, en niet het hart, die de blauwe vloeistof laat stijgen.
Wat te doen als de vloeistof niet stijgt?
Meestal is het temperatuurverschil tussen de hand en het glas te klein. Begin met uw handen te verwarmen door ze tegen elkaar te wrijven, sluit daarna uw handpalm volledig om het grote onderste reservoir en blijf een paar seconden stil zitten. Controleer ook of de vloeistof zich wel in het onderste reservoir bevindt voordat u begint: als hij al boven is, houd dan eerst het bovenste reservoir vast om hem terug te laten zakken. Tot slot is het effect in een koele kamer duidelijker dan in een erg verwarmde kamer. Vermijd echter elke andere warmtebron dan uw hand.
Wat zijn de afmetingen van CALORIS?
CALORIS is 16,5 cm hoog en 5 cm breed. Dit formaat ligt comfortabel in de hand, wat essentieel is omdat uw handpalm het fenomeen activeert. Hij bestaat uit twee glazen reservoirs, een kleine boven en een grotere onder, verbonden door een buis die twee lussen vormt. Door zijn formaat kunt u hem op een bureau, een plank of in een vitrine naast andere wetenschappelijke objecten plaatsen. Omdat hij van glas is, kiest u een stabiele plek, beschermd tegen stoten, drukke looproutes en direct zonlicht.
Vanaf welke leeftijd kun je hem cadeau doen?
CALORIS wordt aanbevolen vanaf 14 jaar. Het is geen speelgoed: het is een breekbaar glazen object dat een vloeistof bevat die niet zomaar aangeraakt moet worden. Hij is daarom geschikt voor nieuwsgierige jongeren en volwassenen die in staat zijn hem met zorg te hanteren. Voor een demonstratie aan jongere kinderen is het ideaal als een volwassene het object vasthoudt terwijl de kinderen toekijken. Dit formaat maakt het een uitstekend middel om de interesse in wetenschap te wekken: men kan dampdruk, warmte en toestandsveranderingen uitleggen aan de hand van een experiment dat iedereen met eigen ogen kan waarnemen.
Hoe onderhoud en berg ik de handboiler op?
Het onderhoud is minimaal. Veeg het glas af met een zachte, droge doek om vingerafdrukken te verwijderen. Gebruik geen schuurmiddelen of heet water, en dompel het object niet onder in water. Het circuit is gesloten: probeer hem nooit te openen of bij te vullen. Berg hem op een zacht en stabiel oppervlak op, ver weg van warmtebronnen en direct zonlicht, en buiten bereik van jonge kinderen. Wikkel hem bij transport in een dikke doek: de reservoirs en de dubbele lus zijn de onderdelen die het meest gevoelig zijn voor stoten.
