Logo DBNL
De natuurkunde van 't vrije veld. Deel II (1939)

De natuurkunde van 't vrije veld. Deel II

(1939)–Marcel Minnaert–rechtenstatus Auteursrecht onbekend

Geluid, warmte, elektriciteit


Vorige Volgende

Zomerwarmte en winterkoude.1)

Bij de hevigste zomerhitte vindt de meteoroloog het nooit warm genoeg, want al stond de thermometer bij 100o, dan zou hij hem voor de merkwaardigheid nog liever bij 101o willen zien. Bij de koudste temperaturen is het hem nooit koud genoeg, want al stond de thermometer bij -30o, dan zou hij nog verkiezen het kwik bevroren te zien. Zo is hij dus altijd gelukkig.
C. Flammarion, l'Atmosphère, blz. 437 (1888).

60. Uitzetting van de rails door de hitte.

Het is algemeen bekend dat de spoorrails niet nauwkeurig mogen aansluiten, omdat ze anders door hun uitzetting in de zomer de spoorweg hobbelig zouden maken. In de Verenigde Staten laat men tussenruimten van bijna 1 cm, omdat daar met zulke enorme temperatuursverschillen moet worden gerekend!

We begeven ons naar een overweg en meten de lengte van de spoorrails en van enkele tussenruimten. Uitkomst nabij Bilthoven: 18 m en 7 mm (gemiddeld). Welk is het grootste temperatuurverschil dat de ingenieurs hebben voorzien? - Wel, de uitzettingscoëfficiënt van ijzer bedraagt 0,000011. Voor elke graad temperatuursverhoging zet een onzer rails dus 18000 × 0,000011 = 0,2 mm uit. Voorzien is dus een grootste temperatuurverschil van 7/0,2 = 35o.

Bij de tramlijnen in de stad zien we integendeel hoe de einden

der rails aaneengelast zijn: hier zijn er zoveel bochten, dat een kleine speling in de lengte gemakkelijk tot vereffening kan komen.

61. Thermometer.

Bijna al onze waarnemingen over warmteverschijnselen kunnen met een heel eenvoudige, goedkope thermometer geschieden. Bij voorkeur een kwikthermometer, omdat thermometers met andere vloeistoffen nogal sterk afwijkende waarden kunnen aanwijzen, ook al zijn de uiteinden van de schaal juist. Hij mag niet op een plankje zitten, maar moet bestaan uit een buisje of staafje dat vrij bewegelijk is; aan het bovenste uiteinde een oog, waar we een touwtje stevig aan kunnen bevestigen. De thermometerbol moet niet te groot zijn, wil hij snel en nauwkeurig in evenwicht komen met de omgeving. Kies vooral ook een duidelijke schaal!

Bij het aflezen houden we de thermometer nooit te dicht bij ons, ademen er vooral niet op, en schatten eerst de tiende delen van een graad, daarna pas het volle aantal graden (anders zou de nabijheid van ons lichaam hem al doen stijgen eer de fijnste aflezing geschied is)! 's Nachts belichten we met een elektrische zaklantaren.

We gebruiken uitsluitend de honderddelige schaal van Celsius. Als het gesneeuwd heeft, maken we van de gelegenheid gebruik om het nulpunt te controleren: doe wat sneeuw in een trechter, breng er de thermometerbol in, en wacht tot de sneeuw bij de warmte van onze huiskamer begint te smelten.

We kunnen ook onze thermometer vergelijken met een koortsthermometer, die meestal heel nauwkeurig aanwijst, door beide met gummibandjes aan elkaar te bevestigen, en ze samen in lauw water van 37o-40o te dompelen.

Wie zijn thermometer vast wil opstellen, hangt hem buiten, aan de Noordkant van het huis, voor het raam van een kamer (gang, bordes) waar niet gestookt wordt, tenminste 2 tot 3 m boven de grond.

Praktisch voor allerlei waarnemingen is een eenvoudige maximum-minimum-thermometer, die slechts weinig behoeft te kosten. Men stelt hem iedere ochtend in, en leest de hoogste en de laagste temperatuur af, die in het afgelopen etmaal zijn voorgekomen. De gemiddelde dezer twee getallen geeft met zeer voldoende nauwkeurigheid het temperatuurgemiddelde van de dag.

Voor verscheidene, verder te beschrijven onderzoekingen zouden we liever niet van een gewone thermometer gebruik maken, maar van een thermo-element of van een weerstandsthermometer. We

zullen ons echter houden aan de eenvoudige, goedkope kwikthermometer, die wel iets minder nauwkeurige, maar toch zeer bruikbare uitkomsten geeft.

62. De temperatuur aan het oppervlak van de grond.

Zet een thermometer zo in de grond, dat zijn kwikreservoir zich slechts enkele millimeters onder het oppervlak bevindt, maar nog net met een laagje aarde bedekt is. De proef moet geschieden op een heldere zomerdag, op mooi, open terrein, dat bijna gedurende de gehele dag door de zon beschenen wordt. Doe ook zoveel waarnemingen mogelijk gedurende de nacht. De temperatuurskromme (fig. 26) leert ons dat de aarde bij dag warmer was dan 's nachts, maar dat de hoogste temperaturen na de middag vallen, de laagste na middernacht. De aarde heeft dus tijd nodig om door de zon verwarmd te worden. Vergelijk de dagelijkse schommeling der oppervlaktetemperatuur bij onbewolkte, zonnige lucht, en bij zware bewolking: in het eerste geval is de temperatuurschommeling vele malen groter dan in het tweede. Het is dus wel de straling van de zon die de oorsprong is van de temperatuursveranderingen der aarde.

In Mesopotamië heeft men wel eens temperaturen van 80o aan de oppervlakte van zandgrond gemeten. Het zand onzer duinen kan op een windstille, heldere zomerdag temperaturen tot 45o en meer bereiken, terwijl het diezelfde dag, een paar uren na zonsondergang, soms tot 0o en zelfs lager daalt. De totale temperatuursschommeling kan dus 50o bedragen!

Verrassend hoog wordt ook de temperatuur van asfaltwegen. Sedert jaren is het te Rotterdam een volksgebruik, op zeer hete dagen eieren te bakken op het asfalt van de Aert van Nesstraat! De hoge temperaturen van zand- en asfaltwegen blijkt het mooist uit de luchtspiegelingen die men aan hun oppervlak kan waarnemen (I, § 32).

De straling die de zon en de heldere hemel ons toezenden, wordt dus voor een groot gedeelte door de grond opgeslorpt en in warmte omgezet. De verdere lotgevallen dezer warmte zullen we verder nog uitvoerig onderzoeken:

a. een gedeelte wordt door aanraking medegedeeld aan de lucht, die over de aarde strijkt (§ 69), opstijgende fonteintjes warme lucht en windwerveltjes veroorzaken uitwisseling tussen de onderste lagen en die welke zich daarboven bevinden;

b. een gedeelte wordt 's nachts weer uitgestraald (§ 71 tot 75);

c. een laatste gedeelte wordt gebruikt voor de verdamping, wanneer de grond vochtig is (§ 95).

Al naar gelang van het jaargetijde en het weer, krijgen die verschillende faktoren een wisselend belang.

63. Het verzamelen en weer afstaan van de warmte door de grond.

Om gaten in de grond te boren kunnen we een gewone schop gebruiken. Het gaat nog iets fraaier, als we door een smid voor

illustratie
Fig. 25. Eenvoudige grondboor.


een paar gulden een stuk gasbuis schuin laten afzagen en hem vragen de schuine snede scherp te vijlen (fig. 25). Aan de andere kant wordt hij doorboord, zodat we hem met behulp van het staafje BB in de grond kunnen drukken, daarbij voortdurend draaiend. De uitgeboorde aarde vult de gasbuis, en wordt er af en toe met behulp van het ijzertje C uit losgemaakt. In enkele minuten kunnen we aldus gemakkelijk een gat van 50 cm diepte maken. Daarin laten we een thermometer aan een touwtje neer, en stoppen de opening met gras dicht. Na een paar minuten heeft de thermometer de temperatuur van de grond aangenomen; hij wordt snel omhooggehaald en afgelezen.

We kunnen nu onderzoeken hoe de temperatuur in de grond in de loop van een dag varieert. Het mooiste is, als we ons verscheiden thermometers kunnen verschaffen; ook goedkope soorten zijn voldoende, mits we ze eerst onderling hebben vergeleken. Elk der thermometers komt blijvend op een bepaalde diepte met zijn reservoir, terwijl het gat verder met aarde wordt gevuld: 0, 5, 10 cm; de thermometers met de grootste bollen worden in gaten van 20 en 40 cm diepte naar beneden gelaten, en bij de aflezing telkens naar boven gehaald. De plaats waar we de proef nemen moet liefst de hele dag zon hebben, en we kiezen een heldere, windstille, zonnige dag. Ook 's nachts en 's ochtends vroeg moeten we trachten aflezingen te verkrijgen.

De temperaturen worden grafisch voorgesteld (fig. 26): voor elke diepte krijgen we een kromme, die min of meer sinusvormig is. We kunnen nu prachtig bestuderen hoe de warmte door de grond wordt voortgeleid. Naarmate we dieper komen wordt de amplitude der temperatuurschommeling verrassend snel geringer

en verschuift de phase. In zandgrond is op 7 cm diepte de amplitude al tot de helft gedaald! Daar ligt de zgn. ‘halveringslaag’. Op 40 cm diepte komen de maxima en minima al bijna een half etmaal te laat! Blijkbaar is er beneden 50 cm niet veel meer te

illustratie
Fig. 26. De temperatuur op verschillende diepten in de grond gedurende een etmaal; helder, zonnig weer. (Naar van Gulik en Van Everdingen, Leerboek der Meteorologie).


merken van ‘de dagelijkse golf’. We zien dus dat deze golf ongeveer 40 cm in 12 uur heeft afgelegd, haar voortplantingssnelheid is ongeveer 4 cm/uur. Inderdaad is de warmtegeleiding van zand en aarde slechts zeer gering.

Door statistisch werk over lange termijn kan men aantonen dat de jaarlijkse golf van zomerwarmte en winterkoude zich wel wat dieper voortplant dan de dagelijkse golf (tot 10 m), maar nog veel langzamer loopt (5 cm per dag).

Uit onze krommen kunnen we voor verschillende ogenblikken van dag en nacht de totale warmte-inhoud van de grond berekenen. De waterwaarde per cm3 van de grond wordt voorgesteld door c = soortelijke warmte × dichtheid, de temperatuur op diepte x zij t1, de onveranderlijke temperatuur op het diepste punt waar wij gemeten hebben zij t2. Dan is de totale warmteinhoud van een zuiltje met een doorsnee van 1 cm2: c∝∞0 (t2 - t1)dx gram-calorieen. Stel c gelijk aan 0,40 en bereken de integraal voor verschillende tijden. We vinden dat de warmte-inhoud 's ochtends vroeg gering is, dan toeneemt in de loop
van de dag; de toeneming is het snelst om middagtijd. 's Nachts wordt weer verloren wat in de dag was opgenomen. De temperatuur boven dewelke wij het warmte-overschot hebben berekend is betrekkelijk willekeurig; wat er op aankomt is niet de absolute waarde van de warmte-inhoud, maar zijn veranderingen.
Het verschil tussen de kleinste en de grootste warmte-inhoud is de dagelijkse warmtegolf. Zij bedraagt op een zomerdag in zandgrond zoiets als 20 tot 80 cal. per cm2.
Vergelijk onderling de temperaturen die u in de bovenste lagen heeft gemeten: bij dag is het temperatuurverval en dus ook de warmtestroom van buiten naar binnen gericht, bij nacht omgekeerd.
Bepaal aan de duinen en aan het strand de temperaturen, de warmte-inhoud en de dagelijkse warmtegolf voor droog en voor vochtig zand. Doe hetzelfde voor moerasgrond. Herhaal deze waarnemingen bij verschillende weertoestanden. Onderzoek dicht begroeide heidegrond en vergelijk met kale heidegrond.
Maak in de winter een hoop sneeuw van 25 cm hoogte, en bepaal daarin op verschillende diepten temperatuur en dichtheid (§ 151). De dagelijkse warmteuitwisseling bij zonnig weer blijkt ongeveer 20 cal. per cm2 te bedragen.1)
Boor in de herfst gaten van verschillende diepte in uw tuin, en onderzoek 's winters hoe diep de vorst in de grond doordringt. In grond die begroeid is, of met sneeuw bedekt, dringt hij veel minder diep door dan in onbedekte grond.
Meet de temperatuur van het grondoppervlak op een windstille, heldere voorjaarsnacht, en vergelijk de afkoeling van onbewerkte grond met die van grond, welke kort geleden flink omgespit is. U vindt, dat de bewerkte grond soms tot 6o lager afkoelt dan de onbewerktel Door de slechte samenhang tussen de korrels is de warmtegeleiding slechter, en krijgt de afkoelende oppervlakte bijna geen nieuwe warmtetoevoer uit de diepte2).

64. Het doordringen der warmte in vijvers en plassen.

Met onze eenvoudige thermometer kunnen we alleen de temperaturen van de bovenste lagen bepalen. Op een zomernamiddag meten we de temperaturen op verschillende diepten onder het oppervlak, telkens de thermometer 2 cm dieper in het water stekend en het water zo weinig mogelijk dooreenroerend. Nu stellen we onze metingen grafisch voor. We vinden dat het warme water bovendrijft, en dat de temperatuur dikwijls bij een zekere spronglaag vrij plotseling lager wordt. Bij volstrekte windstilte ligt die spronglaag dikwijls maar 5 cm diep, zodra de wind toeneemt komt ze dieper te liggen. Waar zoetwaterwieren drijven en de stromingen in het water belemmeren, is het verval nog steiler. Uit deze waarnemingen is het dus duidelijk dat het water het eerst nabij het oppervlak warmer wordt, dat water een slechte geleider van de warmte is, en dat de voortplanting der warmte

in diepere lagen vooral berust op de talloze wervelingen en onregelmatige stromingen die de wind veroorzaakt, als hij over het oppervlak strijkt. We zeggen, dat er uitwisseling plaats grijpt tussen de warme en de koude waterlagen, en dat die uitwisseling het gevolg is van turbulentie. De spronglaag geeft aan, hoe diep de werking van de wind zich doet gevoelen.

Het is belangwekkend de temperatuur van het oppervlak gedurende een geheel etmaal zo goed mogelijk te volgen (nauwkeurig aflezen!), terwijl terzelfdertijd die van het onbeschaduwde aardoppervlak gemeten wordt (fig. 27). Neem die proef liefst op

illustratie
Fig. 27. De temperatuur van aardoppervlak, lucht en water, gedurende een etmaal; zonnige voorjaarsdag, Bilthoven.


een heldere late zomerdag met sterke temperatuurschommeling. De schommeling is veel groter voor de aarde dan voor het water; het temperatuurmaximum voor de aarde valt duidelijk na de zonnemiddag, maar dat van het water is nog veel meer vertraagd. Deze verschillen zijn vooral te wijten aan de grote bewegelijkheid van het water, waardoor de opgeslorpte warmte over een laag van aanzienlijke dikte verdeeld wordt, terwijl bij de aarde bijna alleen het oppervlakte-laagje de temperatuurwisselingen ondergaat.

65. De temperatuur in de diepte van kanalen, rivieren, meren.

Met een zeer eenvoudige kunstgreep kunnen we onze thermometer zó wijzigen, dat hij de temperatuur van het water op willekeurige diepte aangeeft! - Wikkel om de bol van de thermometer een flinke prop vetvrije watten, en bind die stevig vast

met garen; de prop moet ongeveer 4 cm hoog zijn en 2½ cm dik. Als u nu de thermometer op een gegeven diepte laat hangen, wordt de watten weldra met water van die laag gedrenkt, en neemt zijn temperatuur aan; trek nu snel de thermometer op, dan kunt u hem aflezen vóór zijn aanwijzing merkbaar veranderd is.

Vóórproef: neem een waskom met warm water en een waskom met koud water; dompel de thermometer met zijn watteprop eerst in de ene, dan in de andere, dan weer in de ene, en teken telkens op hoe de temperatuur zich instelt. Gaat het te snel, dan moet er watten bij; gaat het te langzaam, watten af; men bereikt b.v. gemakkelijk, dat de thermometer in de eerste ½ minuut niet merkbaar verloopt, en dat hij na 5 min. al praktisch de nieuwe temperatuur aanwijst.

Met het aldus voorbereide toestel kunnen we nu in 't vrije veld gaan meten. Aan het oog van de thermometer komt een dun touw, en een of ander metalen voorwerp om hem te bezwaren. Zo bleek b.v., dat in het Merwede-kanaal de temperatuur op een zonnige herfstmiddag slechts 0,2o warmer was aan het oppervlak dan nabij de 3 m diepe bodem. De menging door de drukke scheepvaart was dus wel zeer volkomen.

66. Temperatuur van de zee.

Aan boord van een schip bepaalt men dagelijks de temperatuur van het zeewater, door met een emmer aan een touw water te scheppen, en een thermometer daarin te dompelen. In de loop van een dag schommelt ze meestal niet meer dan 0,5o! Deze opvallende tegenstelling met het temperatuurverloop in de vaste grond is vrijwel geheel een gevolg van de grote roering, die het verwarmde water met het onverwarmde vermengt en tot uitwisseling brengt. Het zeewater dicht langs ons strand ondervindt natuurlijk iets meer invloed van de temperatuurwisselingen der aarde. Doe waarnemingen gedurende een zomerverblijf aan zee; neem een thermometer mee als u gaat baden, liefst op een rustige, zonnige dag. Meet de temperatuur op verschillende diepten vooral vlak onder het oppervlak, en herhaal dit op enkele verschillende ogenblikken van dag en nacht.

67. Het opzamelen van warmte in zoutmeren.1)

In de zoutmeren van Hongarije komt een zeer merkwaardige temperatuurverdeling voor: het water is verscheiden graden

warmer op een kleine diepte dan aan het oppervlak. Dit schijnt te wijten aan de aanwezigheid van een laag zoet water, die het zouthoudende water bedekt.

Het moet mogelijk zijn, dit verschijnsel op kleine schaal na te bootsen als we over een waschtobbe beschikken of over een teil van een dertigtal liter inhoud. Die plaatsen we in onze tuin op een plekje waar de zon onbelemmerd schijnen kan, en vullen ze eerst met gewoon water. Thermometerwaarnemingen 's middags omstreeks 13 u. leren ons dat de temperatuur op verschillende diepten weinig verschilt.

Nu gieten we in onze tobbe 30 kg soda per 100 liter water, en roeren en wachten en roeren weer, net zo lang tot alles opgelost is. Over deze geconcentreerde oplossing gieten we 's ochtends vroeg zeer voorzichtig gewoon water in een laagje van ongeveer 10 cm dikte, daarbij vermijdend in de vloeistof te roeren. Is alles op de juiste wijze uitgevoerd, dan zullen we bij onze middagaflezing bevinden dat het zoute water op 15 cm diepte van 2o tot 6o warmer is dan het zoete water bij het oppervlak; en dit verschil kan zich nog wel enkele dagen lang handhaven.

Vullen we de tobbe met gewoon water, en gieten er een laagje olie op, dan bemerken we de volgende dagen hoe het water vlak onder de olie veel warmer wordt dan de olielaag; het verschil kan 8o tot 19o bedragen!

Dat de temperatuurverdeling in deze verschillende gevallen zo abnormaal is, moet worden toegeschreven aan het ontbreken van convectiestromen. Terwijl gewoonlijk het verwarmde water naar het oppervlak stijgt, is dit nu onmogelijk wegens het grote soortelijke gewicht der diepere lagen. De bovenste lagen worden meer afgekoeld, de diepere lagen verliezen weinig warmte en vertonen een hogere temperatuur.

68. Hoe bepaalt men de temperatuur der lucht?1)

Als 't een hete dag geweest is, vindt men in de kranten dat ‘de temperatuur in de schaduw’ zó- en zoveel was, ‘de temperatuur in de zon’ nog veel hoger. - Dat is eigenlijk onzin! De lucht waait zo snel van de schaduw naar de zon, dat ze overal praktisch dezelfde temperatuur heeft. Wat is dan de ware temperatuur van de lucht?

Hang op een warme zonnige middag de thermometer in de

schaduw op; hij blijft staan bij 25o,41). Hang hem in de zon: 26o,9. De reden waarom de thermometer in de zon hoger aanwijst, is, dat hij niet alleen warmte uitwisselt met de omringende lucht, maar ook straling opneemt van de zon en de omgevende hete voorwerpen.

Bewijs! We bevestigen een touwtje aan het oog van de thermometer, en ‘slingeren’ hem een minuut lang in de zonneschijn rond. Te hard slingeren dient tot niets, en tegen een ander ding aan slingeren maakt uw thermometer kapot! - Lees nauwkeurig af: 26o,1. De temperatuur is dus merkbaar lager dan we eerst vonden; we hebben door het slingeren de thermometer in aanraking gebracht met grote hoeveelheden lucht, die voortdurend ververst werd, zodat de rol der straling daartegenover van minder belang werd. Herhaal de proef 5 maal, snel achter elkaar, en zie of de temperatuur tot een min of meer constante eindwaarde nadert: 25o,9.

In de schaduw zijn de omringende voorwerpen niet veel warmer dan de lucht zelf; de temperatuur die we daar meten (25o,4) is ongeveer de juiste. Door slingeren krijgen we nu maar een klein verschil meer: 25o,1. De temperatuur van een thermometer die in de schaduw geslingerd wordt is de beste benadering van de ware luchttemperatuur.

We zullen nu laten zien, dat de onzichtbare, infrarode straling der omringende voorwerpen inderdaad een rol speelt, even goed als de zichtbare zonnestraling. U kunt bijvoorbeeld een afzonderlijke proef nemen in ‘jonge’ schaduw, die pas ontstaan is: 25o,7 (zonder slingeren). Blijkbaar zijn de omgevende voorwerpen hier nog niet zo mooi tot luchttemperatuur afgekoeld als in de ‘oude schaduw’ waar we 25o,4 vonden; de invloed van hun straling is nog merkbaar.

Tracht de invloed der straling te verminderen door de thermometer op een zonbeschenen plaats te hangen, maar hem door een blad papier tegen rechtstreekse straling te beschermen. Tot onze verbazing stijgt de temperatuur nog hoger dan zonder blad papier: 27o,9!

Verklaring: het papier wordt zelf ook warm en straalt op zijn beurt naar de thermometer.

We kunnen de thermometer nog onder een open paraplu hangen, die zich in de volle zon bevindt. Ook dit helpt heel

weinig, integendeel: als de thermometer wat hoog in de paraplu hangt, wijst hij een iets hogere temperatuur aan dan vrij in de zon. De verklaring is weer dezelfde als voor het papieren scherm. Een witte paraplu is niet beter dan een zwarte: blijkbaar is hij even zwart voor de infrarode stralen, waar het hier op aankomt.

Daarentegen helpt het wèl, als men voor een paar dubbeltjes de thermometerbol in een glashandel laat verzilveren. Nu wijst de thermometer in de zon maar zeer weinig meer te hoog: 25o,6.

 

Door de straling kan een thermometer even goed te koud aanwijzen als te warm. Hang op een stille, heldere nacht een thermometer een meter hoog boven een grasveld; hij wijst wel een graad lager dan wannneer u hem slingert. Hier straalt de thermometer zelf naar de wereldruimte, het ontstane tekort wordt niet intijds aangevuld, en zijn temperatuuraanwijzing valt te laag uit.

Het schijnt dat men een thermometer voldoende tegen nachtelijke uitstraling beschermen kan, door een dun aluminiumschijfje van 9 cm middellijn op ongeveer 2 cm boven de thermometerbol aan te brengen.1

69. De warmte-overdracht van de aarde aan de lucht.

Bepaal zo mogelijk elk uur de temperatuur in de schaduw, telkens de thermometer behoorlijk slingerend; in de nacht moeten we ook enkele waarnemingen uitvoeren. De kromme die door de waarnemingspunten gelegd wordt (fig. 27) vertoont in 't algemeen de hoogste temperaturen in de dag, de laagste 's nachts. De schommeling is bij heldere lucht wel drie of vier maal groter dan bij zwaar bewolkte lucht; het is dus erg de moeite waard, de proef op enkele dagen met verschillende bewolking te herhalen.

Bij heldere, rustige lucht valt het maximum zeer duidelijk na de middag, en wel omstreeks 14 uur. Dit is begrijpelijk, doordat de lucht haar warmte niet rechtstreeks van de zon ontvangt, maar van de Aarde die door de Zon verwarmd wordt; en die heeft tijd nodig eer haar temperatuur gaat stijgen, daarenboven heeft ze dan nog weer tijd nodig om haar warmte aan de lucht mee te delen.

Meet bij zonnig weer gedurende een etmaal zowel de temperatuur van de bovenste aardlaag als die van de lucht, en merk

op hoe de temperatuurgolf van de lucht zeer merkbaar na die van de aarde komt (fig. 27).

's Zomers is de temperatuurschommeling van de lucht wel drie maal zo groot als 's winters; de proeven zijn dus in het warme jaargetijde mooier en overtuigender.

Over uitgebreide zee-oppervlakken wordt de dagelijkse temperatuurvariatie van de lucht zeer gering. Is dit gedurende een zeereisje waar te nemen? Dit verschijnsel bewijst ons eens te meer dat de luchttemperatuur door die van de bodem bepaald wordt, want we weten dat de zee in de dag maar heel weinig warmer is dan in de nacht (§ 66).

Daarentegen zijn vijvers en rivieren van weinig invloed op de omgevende lucht, die in hoofdzaak de temperatuurschommeling van de aarde volgt. Tussen de temperatuurgang in de lucht en in het water bestaat daar dan ook opvallend verschil.

Om het overbrengen der warmte van het bovenste aardlaagje naar de lucht te onderzoeken, bepalen we de temperatuur op verschillende hoogten boven een zandlaag op een hete, windstille zomermiddag. Bij een dergelijke waarneming werd gevonden:

op het zandoppervlak 50o
3 cm boven de grond 26o,4
30 cm boven de grond 20o,0
60 cm boven de grond 17o,2
150 cm boven de grond 17o,0

De sterk verhitte lucht der onderste lagen is lichter geworden en stijgt op, overal waar het terrein een oneffenheid vertoont of waar de wind wervelingen veroorzaakt. Men ziet in de verte de slieren hete en koude lucht door elkaar dwarrelen, alle heldere voorwerpen in de verte fonkelen (I, § 39). Zo reikt langzamerhand in de loop van de dag de invloed der verwarming steeds hoger, en doet zich tenslotte nog wel tot 1 km hoogte gevoelen, zij het in zeer verzwakte mate. Vergelijk deze uitwisseling met die welke zich in vijvers en meren afspeelt (§ 64).

70. De temperatuur gedurende zonsverduisteringen.

Gedurende zonsverduisteringen neemt de temperatuur van de lucht af; men kan om de 4 minuten de thermometer slingeren, aflezen, en de temperatuurkromme tekenen. Bepaal ook tevens de grondtemperatuur in de allerbovenste laag. Zowel bij de kromme die op de lucht betrekking heeft als bij die van de grond is het temperatuurminimum duidelijk vertraagd ten opzichte

van het stralingsminimum: een bewijs dat de aarde tijd nodig heeft om af te koelen en ook tijd om weer warm te worden, en dat de warmteveranderingen van de lucht onder de invloed van de aarde geschieden.

71. De nachtelijke uitstraling.

In een windstille, heldere nacht, op een grote open weide met hoog gras, bepalen we met een gewone thermometer de temperatuur der luchtlagen op verschillende hoogte boven de grond (aflezen met behulp van een zaklantaren). We vinden bijvoorbeeld het volgende tabelletje (fig. 28):

5 cm in de grond 5o
oppervlakte van de grond 4o
op de hoogte der grassprietjes 2o
1 m hoger 4o,5
2 m hoger 5o,5.

Door de nachtelijke uitstraling zijn de grashalmen en ook de grond afgekoeld, en nu kouder geworden dan de lucht daarboven. Planten met horizontaal afstaande

illustratie
Fig. 28. De temperatuur op verschillende hoogte boven een grasveld; heldere nacht.


bladeren beschermen de grond enigszins tegen afkoeling. De grassen met hun vertikale sprietjes doen dit niet, ze vergroten integendeel het uitstralend oppervlak; men heeft kunnen aantonen dat ze vrijwel even goed stralen als roetzwart. Vandaar dat de weiden zich al zo snel na zonsondergang met dauw en nevel bedekken.

 

Beproef voor allerlei stoffen hoeveel ze door uitstraling afkoelen als u ze op een open terrein uitspreidt.1) Maak een vakje ruwe schapewol, andere met watten, flanel, zand, zaagsel, enz.; ieder vakje kan b.v. 20 × 20 cm groot zijn en 1 cm dik. De thermo-

meter wordt eenvoudig neergelegd op de te onderzoeken stof, maar zonder dat hij erdoor bedekt wordt, en met zijn bol in het midden van het vakje; na enige minuten wordt hij afgelezen. In sommige gevallen zult u verrassend grote temperatuurverschillen met de lucht vinden: in zeer gunstige omstandigheden daalde de temperatuur van ruwe wol eens tot 16o onder de luchttemperatuur. Op een sneeuwlaag heeft men 11o verschil gevonden.2) De grootste verschillen ontstaan bij stoffen die veel uitstralen maar de warmte slecht geleiden, zodat ze weinig warmtetoevoer van de grond krijgen.

Stro, verfrommeld papier, wol, koelen meer af dan zand en kalk. Maar een weinig zand op het gras gebracht wordt bijna even koud als het gras zelf, omdat het nu geen warmte van de grond toegevoerd kan krijgen. Roetzwart koelt minder af dan wol, terwijl het toch meer uitstraalt, omdat het de warmte beter geleidt.

Van groot belang bij deze proeven is de toestand van de lucht. Hoe helderder de hemel, hoe sterker de nachtelijke uitstraling; hoge wolken doen de uitstraling al merkbaar geringer worden, lage wolken beïnvloeden haar nog veel sterker. Enkele voorbijtrekkende wolken zijn voldoende om de thermometer al een paar graad te doen stijgen; na hun verdwijnen daalt hij weer tot de eerste stand.

Bepaal gedurende de eerste uren na zonsondergang hoe de temperatuur van het aardoppervlak en die van de lucht afneemt (fig. 27). De temperatuurdaling geschiedt volgens dezelfde wet die de afkoeling van een warm voorwerp in een koelere omgeving bepaalt. Een uur of drie na zonsondergang wordt de daling langzamerhand geringer, wellicht doordat zich op zekere hoogte de reeds afgekoelde en de normale lucht beginnen te mengen. 's Ochtends vroeg na 4 uur schijnt er zelfs een geringe temperatuurtoeneming te merken te zijn, alsof er een ‘warmteschemering’ bestond.

Zoals uit deze temperatuurkromme blijkt, begint de nachtelijke afkoeling aan het aardoppervlak, en deelt zich geleidelijk aan de onderste luchtlagen mede. Maar terwijl we ons bij de verwarming overdag gemakkelijk konden voorstellen hoe de hete lucht in fonteintjes opwaarts steeg en de warmte overbracht, is het hier moeilijker te begrijpen dat de afgekoelde, onderste lagen hun invloed hogerop doen gevoelen. Het is gebleken dat dit voor een gedeelte door wervelingen gebeurt, maar op wind-

stille nachten hoofdzakelijk door uitstraling van de lucht naar de afgekoelde bodem; deze uitstraling zou voor zuivere lucht veel te gering zijn, maar de vele stofjes, die in de dag met de hete lucht mee opgestegen zijn, kunnen heel wat warmte uitzenden, en koelen de lucht om hen heen af, terwijl ze langzaam naar beneden zweven.

Het verschijnsel, dat de temperatuur der lucht van beneden naar boven toeneemt, is het omgekeerde van wat we gewoonlijk bij dag waarnemen, en wordt daarom met de naam van inversie of temperatuuromkering bestempeld. Deze toestand van de dampkring is het, die aanleiding geeft tot het verschijnen van de lage avondnevels, en - bij sterkere ontwikkeling - tot luchtspiegelingen (I, § 32) en uitzonderlijke hoorbaarheid (§ 13).

72. Nachtvorst.

Gewoonlijk ontstaat vorst door koude luchtstromingen die van andere streken komen. Maar op heldere, rustige nachten in de lente en de herfst speelt de nachtelijke uitstraling de voornaamste rol: de grond koelt af, de lucht die ermee in aanraking is geweest stroomt als een vloeistof over het plantenkleed der aarde en doet de jonge blaadjes en twijgen bevriezen. Temperatuurmetingen met twee goedkope minimum-thermometers, op verschillende hoogte, bewijzen, dat de koude lucht zich op de bodem der dalen verzamelt en daar ‘vorstmeren’ vormt; deze dalen zijn daarenboven goed tegen de wind beschut, zodat er bijna geen uitwisseling met de hogere luchtlagen plaats grijpt. Tijdens een avondwandeling voelt men dan duidelijk dat het

illustratie
Fig. 29. Plaatsen waar op heldere voorjaarsnachten komvorst ontstaat.


warmer is op de heuvel dan in de vallei. Dikwijls kan men door waarneming der bevroren planten uitmaken hoe de temperatuurgrenzen ongeveer verliepen; de vorst beschadigt eerst de lage planten en de basis der stammen, terwijl de plantendelen die zich hoger bevinden onverlet blijven. Een strook bos blijkt als een dam te hebben gewerkt die de koude lucht tegenhield en

belette weg te vloeien (fig. 29a); het uitroeien van een klein gedeelte is al voldoende om het ‘vorstmeer’ te laten leeglopen! Elk stuk grond met jonge aanplant te midden van gewoon bos is een verzamelplaats voor koude vorstlucht. Een spoorwegdijk op zwak hellend terrein verhoogt de kans op nachtvorst aan de zijde die het hoogste ligt (fig. 29b); zoudt u geloven dat een helling van ⅓% al voldoende is om tot dit effect aanleiding te geven? En dat een viadukt een belangrijke invloed kan hebben door het wegvoeren der koude lucht?

In vlak, gelijkmatig terrein worden de planten op schijnbaar grillige wijze aangetast. Soms vertonen zij het typische, verlepte uiterlijk van bevroren planten over onregelmatige gebieden van 1 tot 20 meter middellijn; daar omheen staan dezelfde planten in ogenschijnlijk dezelfde omstandigheden, maar geheel ongedeerd; het ene aardappelen- of bonenveld lijdt veel meer dan het andere. Men onderstelt dat een klein verschil in de hoogte van het grondwater dergelijke grilligheden zou kunnen verklaren. In andere gevallen gaat het om verschillen in uitstralend vermogen.

In lichtingen en kommen is er ook daarom al meer vorst, omdat de bomen of de hellingen de vrij sterke hemelstraling afschermen die onder kleine hoeken met de horizon invalt. Hagen daarentegen houden wel die hemelstraling tegen, maar stralen zelf sterker, zodat ze eer tegen vorst helpen.1) Het is bekend dat in een vlak terrein hoge bomen de planten aan hun voet tegen nachtvorst beschermen; dikwijls is de beschermende werking van één enkele boom al goed waar te nemen. Deze verschijnselen zijn dus soms vrij ingewikkeld en schijnbaar tegenstrijdig.

Zoek overal sporen van de nachtvorst en beproef te verklaren waarom ze hier wel, daar niet zijn opgetreden! Let in 't bijzonder op het eikenhakhout!

Het is voor de land- en tuinbouw van groot belang 's avonds te kunnen voorspellen of we nachtvorst zullen krijgen. Veel hangt er van af of de lucht droog of vochtig is. Want bij vochtige lucht verliest de aarde minder warmte door verdamping en door straling; en zodra de temperatuur tot het dauwpunt gedaald is en er dauw ontstaat, daalt de temperatuur niet verder meer en stijgt zelfs dikwijls, doordat er condensatiewarmte vrijkomt. De volgende regel schijnt vrij zeker: nachtvorst is onwaarschijnlijk als de natte thermometer 's avonds te 21 u. tenminste 6o aanwijst (vgl. § 91).

Daarnaast is wind de voornaamste faktor, die door het veroorzaken van roering het nachtvorstgevaar afwendt. Onze voorspelling zal ook in belangrijke mate van die faktor moeten afhangen. Voor de invloed der grondbewerking, vgl. § 63.

73. De vorst en de planten.1)

Vroeger meende men dat de planten die bevriezen sterven, omdat het zich vormende ijs de celwanden scheurt. Men heeft ook gedacht, dat de vakuolewanden der cellen hun halfdoorlatende eigenschappen verliezen, zodat de turgor in de plant verloren gaat en deze verslapt. Thans schijnt het wel zeker, dat de schadelijke werking bestaat in het beletten van de watertoevoer van uit de wortels, terwijl de plant voortgaat met verdampen: ze droogt dus uit. Bij een temperatuur beneden het vriespunt zijn helder zonnig weer en krachtige wind bijzonder gevaarlijk voor de planten, want zij bevorderen de verdamping. Dikwijls kan men opmerken dat de Noordzijde van een boomkroon minder beschadigd is dan de Zuidzijde. De soorten die in de winter groen blijven hebben 's winters alle een hoge osmotische druk, of zijn zo gebouwd dat ze buitengewoon weinig verdampen.

Voor elke plant is er een temperatuur aan te geven waarbij de bloemen, bladeren of twijgen bevriezen. Met een eenvoudige minimumthermometer kunt u aldus de inwerking van de nachtvorst onderzoeken op de verschillende plantensoorten, en nagaan bij welke temperatuur 20% of 50% der individuen bevroren zijn.

De werking van de vorst is des te gevaarlijker naarmate hij langer duurt. Met een minimum-thermometer vindt men dikwijls dat er een weinig nachtvorst in het gras geheerst heeft, zonder dat het gras zelf of de vrij tere plantjes die ertussen groeien ook maar in 't minst geleden hebben. Blijkbaar was de temperatuur slechts tegen de ochtend onder nul gedaald, en werd ze korte tijd nadien weer door het opgaan der zon verhoogd. Zulk een kortstondige inwerking schaadt de meeste planten niet; daarenboven bevat het celvocht verschillende stoffen in oplossing en heeft het dus zijn vriespunt iets beneden 0o. Zeer lang aanhoudende temperaturen van een paar graden onder het nulpunt zijn echter op den duur stellig noodlottig.

74. Het beschermen van planten tegen nachtvorst.

W.Ch. Wells vertelt het volgende in zijn beroemd ‘Essay on Dew’ (1814, blz. 252).

‘In de hoogmoed ener halve wetenschap had ik dikwijls geglimlacht over de middelen die tuiniers gewoonlijk gebruiken om tere planten tegen koude te beschermen, daar het mij onmogelijk scheen met een dunne mat, of een dergelijk los weefsel, te verhinderen dat zij de temperatuur van de dampkring zouden aannemen; hetgeen ik beschouwde als het enige waardoor ze schade konden lijden. Maar toen ik ervaren had dat lichamen, nabij het oppervlak der aarde geplaatst, in een stille en heldere nacht kouder kunnen worden dan de dampkring door hun warmte uit te stralen naar de hemel, begreep ik ineens de juiste reden voor de gewoonte die ik eerst nutteloos had geoordeeld.’

Wells plantte in een grasveldje 4 stokjes, die 15 cm boven het gras uitstaken, en wel aan de hoekpunten van een vierkant van 65 cm × 65 cm. Daarover spande hij een handdoek van zeer dun linnen. Hij vond nu dat de temperatuur van het gras altijd hoger was onder dit tentje dan ernaast, bijna zo hoog als de temperatuur van de lucht (slingeren!) De uitstraling was dus onder die bedekking wel zeer gering.

We weten thans, dat het beschermen der planten in de winter met stro, bast, of takken nog een ander doel heeft, dat tenminste even belangrijk is: het belemmert de diffusie van de waterdamp, en heeft dus voor gevolg dat de plant minder verdampt. Het voornaamste gevaar van de koude, de uitdroging, wordt aldus bezworen (§ 73).

75. De Bengaalse methode om ijs te maken.1)

Dit is een proef voor een heldere voorjaars- of najaarsnacht. Op een open stuk grond (in onze tuin, in de hei) bedekken we een vierkant van 90 cm × 90 cm met een 15 cm hoge laag droog stro. Hierop plaatsen we een horlogeglas en verschillende vlakke aarden pannen, zo poreus mogelijk, alle met water gevuld.

Reeds enige tijd na zonsondergang heeft u kans een dun ijslaagje op het water te ontdekken, terwijl de thermometer op één meter hoogte nog verscheiden graden boven het vriespunt wijst (in sommige gevallen tot 8o; slingeren!). De thermometer

wijst echter beneden het vriespunt, wanneer we hem op het stro leggen. Het is dus duidelijk dat de temperatuurdaling door uitstraling van de voorwerpen op het aardoppervlak ontstaat, terwijl het slecht geleidende stro belet dat ze nieuwe warmte van de grond toegevoerd krijgen. Zijn de schalen poreus, dan helpt de verdamping om de temperatuur nog iets lager te maken, maar het horlogeglas bewijst dat die factor geen belangrijke rol speelt. De thermometer die op het stro ligt straalt evenzo uit en koelt dus om dezelfde reden als het water af.

76. De temperatuur van de grote stad.1)

De forensen die te Bilthoven wonen, en op een heldere winteravond naar een concert te Utrecht zijn gaan luisteren, merken bij de terugkeer in hun dorp altijd op dat het daar kouder schijnt dan in de stad. Is dat waar? En in het algemeen: is het klimaat van de stad anders dan dat van haar omgeving?

Dit vraagstuk en veel dergelijke zijn prachtig op te lossen als men over een auto beschikt. We rijden dwars door de stad en haar naaste omgeving, eenmaal heen, eenmaal terug, en lezen telkens om de kilometer de thermometer af, die we op een geschikte plaats naar buiten steken. Nu is het waar dat in de loop van de waarnemingen de temperatuur merkbaar veranderen kan; maar daarom nemen we op elk punt ook 't gemiddelde der temperaturen bij de heen- en terugrit op: dit geeft een vrij juist beeld van de temperatuurverdeling op een bepaald tijdstip.

Door dergelijke metingen vindt men geregeld, dat de stad iets warmer is dan haar omgeving. In een bepaald geval was de temperatuur van een grote stad op een mooie zomerdag ongeveer 1o hoger dan die der omgeving, terwijl 's avonds de stad 7o warmer was! Blijkbaar was de nachtelijke uitstraling in de stad geringer, ook zijn de warmtecapaciteit van de baksteen en de warmte van de duizenden vuurhaarden in woonhuizen en fabrieken zeker niet te verwaarlozen. Daar het windstil was, werden de luchtmassa's bijna niet dooreengemengd; men kon opmerken dat de koudere lucht der landelijke omgeving geleidelijk langs de grote straatwegen naar de stad stroomde. Op 5 tot 10 m hoogte bevond zich een ‘inversielaag’, d.i. een laag beneden dewelke

het kouder is dan erboven; dit kon men daaraan merken, dat de rook van de treinen op die hoogte bleef hangen en zich horizontaal uitspreidde.

Zo is de auto een prachtig hulpmiddel om de meteorologische toestand en inzonderheid de luchttemperatuur te vergelijken binnen een beperkt gebied, waar men onmogelijk zeer veel stations zou kunnen oprichten. De invloed van dalen en heuvels, het verloop van een onweersfront, de vorming van nevels zijn op deze wijze dikwijls goed te bestuderen. Natuurlijk moet er op gelet worden dat de thermometer niet beïnvloed wordt door de nabijheid van de hete motor, maar dat schijnt nogal mee te vallen; door de snelle beweging neemt hij juist de temperatuur der lucht zeer goed aan.

Op de fiets zijn dergelijke waarnemingen iets minder goed uit te voeren, maar allicht is daar toch nog veel van te leren.

Zeer belangwekkend is een onderzoek naar de dagelijkse temperatuurgang op een plein, in een laan, in een nauwe straat. Als men 's zomers de temperatuur bepalen kan in een aantal punten en op verschillende hoogte in een straat met hoge huizen, kan men daaruit besluiten hoe de luchtstromen gericht zijn, welke de lucht in die straat verversen1).

77. De temperatuur in het bos.2)

De heerlijke friste die we in het bos voelen op een warme dag doet ons vermoeden, dat we een sterk temperatuurverschil met de lucht daarbuiten zullen vinden. Maar zie! De thermometer, in het beukebos en daarbuiten in de schaduw geslingerd, wijst zelfs op een warme zomernamiddag slechts een temperatuurverschil van een graad of een paar graden aan! Om helemaal zeker te zijn dat de thermometer geen invloed meer ondervindt van de wind die pas door 't bos gewaaid is, verwijderen we ons tenminste 100 m van de bosrand. Daarenboven herhalen we de proef verschillende malen en nemen gemiddelden.

In het dennebos is het verschil nog minder duidelijk.

De vochtigheid blijkt iets groter te zijn; het verschil is het duidelijkst omstreeks 5 u. van de namiddag en kan in het beukebos 6% bedragen. Maar dit is stellig geen verklaring voor ons gevoel van verfrissing, integendeel (zie § 86)!

We moeten dus aannemen dat deze indruk op het wegvallen der rechtstreekse zonnestraling berust; een paraplu geeft ons nooit

dezelfde indruk, omdat hij de warmte teveel opslorpt en op zijn beurt uitstraalt (§ 68). De bladeren van de bomen zijn daarentegen zo goed gekoeld door de wind en door de verdamping, dat ze praktisch geen straling meer uitzenden.

Metingen op allerlei hoogten in het bos leren ons, dat de luchttemperatuur onder de boomkruinen overal dezelfde is. De boomkruinen vormen een ‘effektief oppervlak’ dat enigszins dezelfde rol speelt als het aardoppervlak op een gewoon onbegroeid terrein. Het opvallende temperatuurverschil bijvoorbeeld dat we in heldere, rustige nachten gevonden hebben tussen de luchtlaag bij de grond en die op 1 meter hoogte, bestaat in het bos niet.

Het is een bijzonder buitenkansje als we gebruik kunnen maken van een waarnemingsladder of een uitzichttoren die te midden van het bos geplaatst zijn. We kunnen dan geregeld de temperatuur in het bos vergelijken met de temperatuur boven de boomkruinen, en opmerken hoe gering de verschillen zijn. Ze treden vooral 's ochtends op, na zonsopgang, wanneer de nachtelijke koelte nog wel een uur lang in het bos blijft hangen, terwijl daarboven de kruinen al verwarmd worden door de eerste zonnestralen. Als we dan het hoofd boven de laag der boomkruinen uitsteken, bemerken we hoe daar een dichte wolk van vliegen, muggen en ander gedierte aan 't zwermen is, alsof de gehele insektenbevolking van het bos samengedrongen was in dat éne dunne laagje waar licht en warmte te vinden zijn! Ook 's avonds na zonsondergang is er enig verschil: het blijft dan nog warm in 't bos, terwijl de kruinen daarboven reeds door straling afkoelen; maar het verschil is geringer dan 's ochtends, omdat de koude lucht gemakkelijk tussen de bladeren naar beneden vloeit.

De eigenaardigheden van temperatuur, vochtigheid, windsterkte in de stad of in het bos, duidelijk onderscheiden van die in de omgeving, worden het best tot uitdrukking gebracht door te spreken van ‘het lokale klimaat’ dat in deze verschillende gebieden heerst.

78. Temperatuur in een korenveld1) (fig. 30).

We doen onze metingen op twee kenmerkende tijden: een zomermiddag en een zomernacht.

A. 's Middags bij zonneschijn. - Meet de temperatuur op verschillende hoogten boven de grond in en boven het korenveld.

Als we van boven beginnen, vinden we eerst een snelle temperatuurtoeneming zodra we in het koren komen, daar waar een deel van de zonnestraling door de korenhalmen geabsorbeerd en in warmte omgezet wordt. De temperatuur stijgt enkele graden,

illustratie
Fig. 30. Temperatuur in een korenveld. A. bij dag; B. bij nacht.
De vertikale lijnen stellen de halmen voor; de kromme lijn geeft het tempeatuurverloop weer: hoe meer ze naar rechts afwijkt, des te hoger temperatuur.


tot een maximum, dat bijna geheel beneden, dicht bij het aardoppervlak ligt. Alleen als het koren hoger dan 1 m wordt, komt het temperatuurmaximum hoger te liggen, maar nooit hoger dan 50 cm boven de grond. Blijkbaar is de straling aan de voet van zulke hoge korenhalmen reeds zeer merkbaar verzwakt, en staan de halmen zo dicht op elkaar, dat de warme lucht van de middenste lagen niet met de koudere lucht van de onderste lagen vermengd wordt.

B. 's Nachts. - De uitstraling gebeurt vooral door de toppen der halmen. De daar afgekoelde lucht zinkt, en wordt door de dicht op elkaar groeiende stengels goed tegen de wind beschermd: de lucht in een korenveld is dan ook merkbaar kouder dan er boven. Maar zodra de halmen enige hoogte hebben bereikt, ligt het minimum toch niet vlak bij de grond maar iets hoger.

79. Temperatuur in verschillende plantengemeenschappen.

We hebben het temperatuurverloop onderzocht in het bos en in het korenveld. Maar het is ook de moeite waard, metingen te doen bij andere planten: hoge hei, een aardappelveld, aardbeiplanten, bloembollenvelden, bloembedden in de tuin. Het verloop van de temperatuur met de hoogte is telkens weer verschillend, omdat de opslorping van de straling, de konvektie van de lucht en de wederuitstraling op allerlei verschillende wijzen gebeuren kunnen. De gegevens die men uit zulke metingen verkrijgt zijn voor de land- en tuinbouw van groot belang, want ze leren ons hoe in éénzelfde streek het mikroklimaat van plaats tot plaats verschilt, hoe iedere plant feitelijk in haar eigen klimaat leeft en in zekere mate haar eigen klimaat schept.

80. Temperatuur in een boom.1)

De temperatuur in het hart van een boomstam verschilt dikwijls aanzienlijk van de temperatuur der lucht. Meestal is hij warmer in de winter, kouder in de zomer. Bij vorst daalt de temperatuur in de stam tot het vriespunt der sappen bijna bereikt is, en blijft dan onveranderlijk: blijkbaar is er een mechanisme in de plant dat een verdere daling belet, zolang de temperatuur buiten niet al te laag wordt.

Om deze waarnemingen te doen moeten we een gaatje in de stam boren. Dit betekent meestal voor later zijn ondergang! Kies dus een waardeloze boom of een boom die toch weldra zal geveld worden.

81. Temperatuur van hout in de zon.2)

Kleine houten blokjes, voorzien van een centrale boring, 3 cm × 3 cm × 3 cm groot, worden met olieverf in verschillende kleuren geschilderd, op een latje vastgeschroefd en aan de volle zonneschijn blootgesteld. In ieder blokje komt een thermometer, met een beetje olie in de opening kan de goede warmteoverdracht van het hout op de thermometer verzekerd worden.

Het is verrassend welke hoge temperatuur de houten blokjes bereiken kunnen, als het weer maar geheel windstil is. De thermometers wijzen soms 12o tot 17o boven de temperatuur van de buitenlucht! Een blokje dat met roetzwart bedekt was haalde 19o! Zodra er ook maar enige wind was daalden die getallen met 30% of zelfs 60%. Opvallend is het kleine verschil tussen de blokjes onderling: blijkbaar zijn al die verfsoorten min of meer ‘zwart’ voor de infrarode stralen.

Door een wit laken achter de blokjes te plaatsen werd hun temperatuuroverschot boven de omgevende lucht nog met 30% vermeerderd, dank zij de teruggekaatste straling die ze van het grote witte vlak ontvingen.

Na zonsondergang kan men nog nagaan, dat de blokjes volgens de afkoelingswet van Newton afkoelen: het temperatuurverschil met de lucht daalt exponentieel met de tijd.

82. Temperatuur in grotten.

We hebben gezien hoe weinig de temperatuur nog verandert op een diepte van 40 cm onder de grond (§ 63). Op één meter diepte vinden we al vrijwel de gemiddelde jaartemperatuur van een streek.

Men zou nu kunnen verwachten dat men in grotten overal deze zelfde gemiddelde temperatuur zal aantreffen. Doe metingen in de St. Pietersberg bij Maastricht, in de grotten der Ardennen en elders.

In het algemeen vindt men wel degelijk verschillen, en op éénzelfde plaats zijn de temperaturen volstrekt niet alle dagen dezelfde: er kan tocht zijn, daardoor weer verdamping; de koude lucht kan zich op de diepste punten verzamelen; enz.

83. De warmte in een broeikas.

Bepaal met een thermometer de temperatuur in en buiten een broeikas; vergelijk! In de glazen telefooncellen te Utrecht is de temperatuur op een zonnige lentedag 30o tegen 15o buiten.

Vroeger werd betoogd dat de zonnestraling de wanden en de grond verwarmt, en dat de straling die ze zelf uitzenden zeer ver in het infrarood ligt, dus door het glas niet meer doorgelaten wordt; aldus zou de warmte niet meer naar buiten kunnen en zich in de broeikas opeenhopen.

Wood heeft getracht aan te tonen dat een kas, afgedekt met steenzout (dat de verre infrarode straling wel degelijk doorlaat), tenminste even warm wordt als een glazen broeikas. Het glas houdt feitelijk de verre infrarode stralen niet tegen: het slorpt ze op, geleidt de verkregen warmte tot zijn buitenoppervlak, en straalt op zijn beurt weer infrarood uit. Het gehele ‘broeikas-effekt’ zou alleen daarop berusten, dat de verwarmde aarde niet door de luchtstromen afgekoeld wordt.

Toch is later weer gebleken, dat zowel de verminderde uitstraling als de verminderde convectie een rol spelen; inzonderheid de bescherming tegen de nachtelijke uitstraling is van belang.1)

84. De temperatuur van de grond onder een sneeuwlaag.

Iedereen beweert dat de sneeuw de planten tegen bevriezen beschermt. Maar wie van ons heeft het ooit gemeten? - Een onderzoeker2) heeft telkens de temperatuur van het aardopper-

vlak bepaald door een thermometer dwars door de sneeuwlaag te steken tot de bol de grond bereikte; daarnaast werd de temperatuur van de bovenste sneeuwlaag gemeten. Gemiddeld was de eerste 5o warmer dan de tweede; reeds 1 cm sneeuw gaf beschutting, 5 cm hielpen al veel, 20 cm gaven de maximale beschutting.

Men kan ook de temperatuur vergelijken van het aardoppervlak met sneeuwen zonder sneeuw, en vindt dan een dergelijk verschil.1)

Zo kan men begrijpen, dat in strenge winters de bomen langs de lanen onzer steden, waar de sneeuw geruimd wordt, soms bevriezen, terwijl diezelfde soorten buiten onbeschadigd blijven.

Deze opvallende beschermende werking van de sneeuw is ten dele toe te schrijven aan zijn slechte warmtegeleiding, ten dele aan het tegenhouden der uitstraling van de aarde. Men heeft gevonden dat het geleidingsvermogen van de sneeuw ongeveer evenredig is met het kwadraat van zijn dichtheid (§ 151): verse sneeuw beschermt dus beter dan oude.

85. De temperatuur van de regen.

Men hoort zo dikwijls spreken van ‘een warme voorjaarsregen’, ‘een ijskoude regen’, dat men zich gaat afvragen hoe de werkelijke temperatuur van de regen is. Met onze eenvoudige middelen kunnen we dit alleen onderzoeken bij grote regendruppels en overvloedige regenval; het is dan voldoende de thermometer in de regen te houden, en te wachten tot hij een constante eindwaarde heeft bereikt. Men kan hem ook in het regenwater houden dat uit de goot stroomt; na enig wachten vindt men dan dezelfde temperatuur als die der druppels. Of men naait een zak van dun zeildoek, met een opening onderaan, waardoor de regen in een reageerbuisje geleid wordt (niet met de hand vasthouden!)

Vergelijk de temperatuur van de regen met die van de lucht, ongeveer gelijktijdig bepaald onder een afdakje bijvoorbeeld: het blijkt dat de regen vrijwel nooit warmer is dan de lucht, soms 0o tot 3o kouder.

86. Subjektieve temperatuurschattingen.

Schat in allerlei weersomstandigheden onbevooroordeeld de temperatuur, en onderzoek daarna met een thermometer hoeveel u zich vergist heeft!

Eigenlijk is dat subjektieve temperatuurgevoel iets geheel

anders dan wat de thermometer aangeeft. Het wordt bepaald door de warmte-afvoer per sekunde van onze huid, en die hangt niet alleen af van de temperatuur t, maar ook van de windsnelheid v en de vochtigheidsgraad van de lucht f (in mm kwik; vgl. § 91). Uit een combinatie van berekening en waarneming berekent Hill deze warmte-afgifte H en vindt: H = (36,5 - t) (0,12 + 0,54 √v) + (0,085 + 0,102v0,3) (45 - f)4/3.

Men vindt hier tot uitdrukking gebracht, dat de warmte-afvoer des te groter is naarmate de luchttemperatuur lager onder die van de huid ligt, naarmate de windsterkte toeneemt en naarmate de huid meer verdampt.

We kunnen de temperatuur t gemakkelijk bepalen door een thermometer te slingeren (§ 68). De windsnelheid v meten we door een heel ijl wattepluisje met de wind te laten meevoeren; een helper roept op welk ogenblik het pluisje hem voorbijvliegt, terwijl wij sekunden tellen. De vochtigheid heeft minder invloed, maar kan ook eenvoudig gemeten worden zo men dit wenst (§ 91).

De berekening wordt bespoedigd door gebruik te maken van de twee hierbijgevoegde tabelletjes, die de eerste resp. de tweede term aangeven waaruit H bestaat. Haal uit elke tabel het getal dat bij de omstandigheden past, en tel de twee getallen op.

Als de som H < 13 noemen we het weder zwoel;
als 13 < H < 30 noemen we het weder warm;
als 30 < H < 50 noemen we het weder koel;
als 50 < H noemen we het weder koud.

Merk op dat volgens de tabellen bij zeer droge lucht en felle wind het weder koud kan lijken, ook al wijst de thermometer 20o! Bemerk ook hoe 's winters de zwakste wind al de indruk van ‘koel’ naar ‘koud’ doet omslaan. Dit alles klopt werkelijk met de ervaring!

t = -30o -20o -10o 0o 10o 20o 30o 40oC.
v = 0 8 7 6 4 3 2 1 - 0,4
2 59 50 41 33 24 15 6 - 3
3 70 60 49 39 28 17 7 - 4
4 80 68 56 44 32 20 8 - 4
8 110 93 77 60 44 27 11 - 6
16 152 129 106 83 61 38 15 - 6
20 169 143 118 93 67 42 16 - 9
25 m/sec. 188 159 131 103 75 47 18 - 10

v = 0 2 5 10 15 20 m/sec.
f = 1 13 33 39 45 49 52
25 13 31 37 43 46 49
5 12 29 34 39 43 45
75 11 26 31 36 40 42
10 10 24 29 33 35 38
125 9 22 25 30 33 35
15 8 20 23 27 29 31
20 6 15 18 21 23 24
25 mm 5 11 14 17 17 18

Toch zal soms uw beoordeling anders uitvallen dan volgens de tabellen verwacht wordt. Als u geleerd heeft, door veel waarnemingen, onbewust rekening te houden met de invloed van vochtigheid en windsnelheid, zult u veel dichter bij de thermometertemperatuur schatten dan bij de physiologische. Maar dit is niet meer de onbevooroordeelde indruk waar het hier op aankomt!

Om een soort maatstaf te hebben voor het gevoel van warmte of koude, kunnen we de temperatuur van de huid meten. Dat hoort eigenlijk te geschieden met een gevoelig thermo-elementje. Maar we krijgen toch al zeer bruikbare uitkomsten met een gewone thermometer, waarvan het kwikreservoir niet te groot moet zijn. Begin met het vóórwarmen van het thermometervat tot ongeveer 33o in de rechterhand, en houd hem daarna tegen de linkerhand tussen de wortels van duim en wijsvinger; met een druppel olie wordt de aanraking tussen thermometer en huid al vrij voldoende. Na 2 of 3 minuten stijgt de thermometer niet meer en kan de temperatuur van de huid afgelezen worden. Tussen de temperatuur van de huid en onze subjektieve indrukken vond men de volgende betrekking:1)



illustratie

Door een verwant psychologisch effekt werkt omgekeerd de temperatuur in op de schatting der windsterkte: een koude wind schijnt ons veel sterker dan een warme wind van gelijke snelheid1).

Het is een belangwekkende vraag of de temperatuur van ons lichaam ook in merkbare mate afhangt van de straling der omgevende voorwerpen en van de straling die het zelf uitzendt. Wanneer we op een heldere winternacht buiten komen, krijgen we een sterk gevoel van koude. Ontstaat dit alleen door aanraking met de koude lucht, of ook door uitstraling2) (zoals de aarde, het gras, de stenen door uitstraling afkoelen)? Ik verbeeld me werkelijk dat het voldoende is onder een afdak, onder een boom te gaan staan of een paraplu te openen, om de indruk te krijgen dat het gevoel van bittere koude minder wordt. Het is nog wel dezelfde lucht die langs ons strijkt, maar de uitstraling van ons lichaam wordt nu gecompenseerd door de straling van het dak boven ons hoofd.

Meet gedurende een etmaal de temperatuur t in 't vrije veld en schat terzelfdertijd de windsnelheid v (met wattenpluisje). Een grafische voorstelling van t als functie van v heet een klimogram; de vorm ervan leert ons onmiddellijk de subjectieve temperatuurindrukken kennen. Maak een dergelijk klimogram ook in het bos en vergelijk. - Vraag bij allerlei weersomstandigheden aan de leerlingen ener klasse hoe zwaar ze gekleed gaan, en onderzoek aldus hoe de verschillende afkoelingssnelheid in de kleding te voorschijn komt, en hoe groot de individuele verschillen zijn.3)

87. De katathermometer.4)

De subjektieve indruk van warmte of koude hing af van de snelheid waarmee de warmte van onze huid afgevoerd wordt. Die afkoelingssnelheid is een grootheid die allerlei klimaatelementen bevat, en bijvoorbeeld een maatstaf geeft voor de beoordeling van sanatoria enz. Nu kunnen wij dit afvoerproces in het klein nabootsen (hoewel onvolmaakt), door een thermometer tot even boven huidtemperatuur te verhitten en dan waar te nemen hoe snel hij tot even onder huidtemperatuur terugloopt (b.v van 38o tot 35o). Wil deze bepaling nauwkeurig genoeg zijn, dan is een bijzondere

vorm van instrument nodig, die een groot reservoir bezit en heel lang over de afkoeling doet: de katathermometer.

Wij zullen ons ermee vergenoegen, het beginsel van dit instrument te onderzoeken met behulp van een gewone alkoholthermometer, die trager is dan een kwikthermometer, en die we zo langzaam mogelijk kiezen (dus met groot reservoir). We zullen hem niet laten afkoelen van 38o tot 35o, maar we willen al bij 50o beginnen, en hem laten dalen tot het verschil met de luchttemperatuur op ⅔ van het aanvankelijke teruggebracht is; als het buiten dus 5o is, meten we dus de afkoelingssnelheid tussen 50o en 35o (want

illustratie

). - We kiezen een windstille dag, voorzien ons van een thermosfles met heet water, en fietsen tot aan een rustige, rechte laan, die in de schaduw ligt.

De hoofdzaak is het onderzoek naar de invloed der windsnelheid. Dit geschiedt aldus: verwarm de thermometer in de thermosfles tot 65o, droog hem snel af en spring op de fiets. Een kameraad fietst naast u, u beproeft zo regelmatig mogelijk te trappen. Op het ogenblik dat de thermometer precies 50o aanwijst geeft u een schreeuw, en u begint de omwentelingen van uw voorwiel te tellen, dat voor dit doel een papieren klepper aan het ventiel gekregen heeft; terzelfdertijd heeft uw helper de tijd opgenomen. Zodra de thermometer gedaald is tot 30o weerklinkt uw tweede sein: de proef is afgelopen, aantal omwentelingen en tijd worden opgetekend. - Zo moeten enkele metingen worden uitgevoerd, bij zoveel verschillende snelheden als mogelijk is. Het is een hele toer, met constante snelheid te rijden, voldoende scherp op de thermometerkolom te letten .... en niet tegen een boom aan te komen! De bepaling van de tijd wordt veel gemakkelijker als men over een stophorloge beschikt, zoals er thans zo goedkoop in de handel zijn.

Nu worden de metingen tot een tabelletje verenigd. Elke omwenteling van het voorwiel komt ongeveer overeen met een afgelegde weg van 2 m. Hieruit volgt dan de snelheid v in m/sec. De afkoelingssnelheid H is omgekeerd evenredig met de vereiste tijd T, kan dus gelijk gesteld worden aan 1000/T bijvoorbeeld. Maak een grafische voorstelling van H = 1000/T tegen √v; een door mij verkregen voorbeeld is in het volgende tabelletje en in fig. 31 weergegeven.

Aantal om-
wentelingen voorwiel		 Afgelegde weg Tijd T Snelheid v √v 1000/T
29 58 m 39 sec. 1,50 m/sec. 1,22 25,6
39 78 35 2,23 1,49 28,5
49 98 30 3,27 1,81 33,3
50 100 29 3,45 1,86 34,5
58 116 25 4,63 2,15 40,0
70 140 26 5,39 2,32 38,5

De betrekking is vrijwel een rechte lijn; in onze eenheden wordt 1000/T = 9,0 + 13,5√v.

Dit is dus een bevestiging van de vorm der formule in § 86, al zijn de constanten enigszins anders; de invloed der vochtigheid zou moeilijker na te gaan zijn. Windsnelheden beneden 1 m/sec. beschouwen we niet, omdat de formule in dat geval

illustratie
Fig. 31. De afkoelingssnelheid bij verschillende windsnelheden (bepaald met de fiets).


gewijzigd moet worden. Met ons aldus geijkt instrument kunnen we nu gemakkelijk windsnelheden meten. We kunnen de rol der straling onderzoeken, door de meting in de zon te herhalen; de afkoelingssnelheid is nu geringer en we kunnen de straling vergelijken met de convectie.

Vergelijk de afkoelingssnelheid in een bos en daarbuiten op verschillende tijden van dag en nacht. Kies vooral ook een mooie warme zomerdag, om het onderscheid duidelijk waar te nemen.

88. Brand.

Het doet vreemd aan, te bedenken, dat een aantal voorwerpen om ons heen voortdurend oxyderen, - dus eigenlijk verbranden - en dat het alleen door de lage temperatuur is dat de reactie langzaam en ongevaarlijk verloopt. Zodra echter de warmte-afvoer verhinderd wordt, kan de temperatuur oplopen, het proces wordt versneld, en het kan tot brand komen. Voorbeeld: de warmteontwikkeling in hopen steenkool, waarin het bijna altijd iets warmer is dan daarbuiten.

In een hoop vochtig hooi wordt de oxydatie versneld door een mikrobe, het Bacterium coli, dat warmte ontwikkelt en de temperatuur doet stijgen. Bereikt de temperatuur 40o, dan begint zich een ander organisme te ontwikkelen, het Bacterium calefactor, dat nog sneller warmte voortbrengt tot de temperatuur 70o en meer bereikt. - De boer vermijdt dit gevaarlijke ‘broeien’ door het hooi intijds uit te spreiden. Als er te lang gewacht is, en de temperatuur is al aanzienlijk opgelopen, kan het uitspreiden van het hooi en de toevoer van verse lucht al voldoende zijn om tot brand aanleiding te geven.

Zodra eenmaal de vlam verschijnt, is men verwonderd hoe allerlei voorwerpen branden, waarvan men dit niet mogelijk zou hebben geacht. Sommige soorten leisteen kan men aan een vlam aansteken, tengevolge van hun hoog koolstofgehalte. Bij het branden van een huis ziet men dikwijls de leien dakbedekking vuur vatten, en vindt men de stukken leisteen met gesmolten randen terug.

Bepaal gedurende een aantal dagen de temperatuur in hopen hooi en steenkool en vergelijk met de buitenlucht. De waargenomen verschillen zijn niet altijd gemakkelijk te verklaren; denk aan de langzame geleiding der warmte in vaste stoffen (§ 63), waardoor hoge of lage temperaturen der buitenlucht lang nawerken.

Vorige Volgende

Over het gehele werk

titels