Samenvatting initiatie materiaalleer

MATERIAALLEER
I. INLEIDING (les 1)
KRACHT
Kracht= elke oorzaak van vervorming of verandering van de bewegingstoestand van
een voorwerp (F, Fortis, Force)
Soorten krachten:
- wrijvingskracht
- spierkracht
- veerkracht
- zwaartekracht
- magnetische kracht
- elektrische kracht
werkingen:
- statisch (vervorming), Uitrekken van een elastiek, doorbuigen van een plank,
indrukken van een spons
- dynamisch (beweging), Iets in beweging brengen, iets laten vallen, iets van
richting doen veranderen, iets afremmen
 = verandering van versnelling, a(acceleratie) [m/s2]
Grootheden -> meten met een meettoestel
Vectorgrootheden-> hebben een grootte + een richting (Vb. zwaartekracht naar
middelpunt aarde)
 Scalaire grootheden hebben enkel een grootte (Vb. temperatuur °C)
 Vectoroptelling:
(eerste wet van Newton)




SOORTELIJKE MASSA
Massa, m
= een grootheid evenredig met de hoeveelheid materie in dat voorwerp
= som van de massa van alle deeltjes (moleculen, atomen, ionen, subatomaire deeltjes)
= product van de hoeveelheid deeltjes n in mol met de molaire massa M
m=M.n m [g] = massa
M [g/mol] = de molaire massa, de massa van één mol
materie
n [mol] = SI* eenheid voor een hoeveelheid deeltjes *
Van massa naar volume


1

, Volumieke massa of dichtheid ρ [kg/m3]
ρ = m/V → m = V . ρ
praktische definitie kg
ρwater = 1000 kg/m³ bij 4 °C


NEWTON, ACTIE - REACTIE
De versnelling halveert als de massa verdubbelt (bij even hard duwen)
Het product van massa m en versnelling a is constant voor een gegeven kracht
 Het is een goed maatgetal voor de grootte van een kracht
 F = m* a (tweede wet van newton)
De eenheid van kracht = Newton, N = 1 kg.m/s² = de kracht die een voorwerp met een massa
van 1kg een versnelling van 1m/s² geeft.
Twee massa’s ma en mb met afstand r tussen hun zwaartepunten trekken elkaar aan:


ma= massa aarde
ra = straal aarde


Naar analogie: Fz = G = m . g
 = G x ma/ra 2 = 9,81 m/s² ≈ 10 m/s² = valversnelling/zwaarteveldsterkte
Krachten = vectorgrootheden, hebben een richting, bij gebouwen richten vectoren verticaal
naar het middelpunt van de aarde




2

,(DRUK/TREK) STERKTE, DRUK
Druksterkte fcompression of treksterkte ftension (in MPA)= spanning die materiaal aankan tot het
breekt
= materiaaleigenschap
= bepaald door proeven
= De karakteristieke waarde fck of ftk (= waarde die gehaald wordt voor 95% van de
geteste proefstukken)
Verschillende proeven
Drukproef: cilinderdruksterkte / kubusdruksterkte
Trekproef
Beton is veel sterker in druk dan in trek (x10)! -> gewapend beton
Niet enkel materiaal drukt op elkaar, ook lucht
 Luchtdruk
1013hPa = 1 bar = 1 atm
WARMTETRANSPORT
CONDUCTIE – GELEIDING – STRALING
Warmte Q (J of N*m)
= een energieuitwisseling tussen systemen die niet in thermisch evenwicht zijn
warmtestroom φ (W of J/s): warmteuitwisseling per tijdseenheid
warmtestroomdichtheid q (W/m² = J/s.m²): warmtestroom per oppervlakte-eenheid
warmtetransport
conductie / geleiding
 Transport door snel-trillende moleculen die hun energie afgeven aan traag-
trillende moleculen EN door beweging van vrije elektronen (bij metalen)
Convectie
 Warmtestroming in een fluidum (vloeistof/gas) door een verschil in
temperatuur  Δdensiteit (vrije convectie) of een opgelegd verschil in druk
(gedwongen convectie).
 Door warmtetoevoer/afvoer bijvoorbeeld door contact met een oppervlak
verandert de densiteit van het fluidum en ontstaat stroming (ook in
vloeistoffen)




3

, Straling
 Transport van energie door elektromagnetische straling. In tegenstelling tot
warmtetransport door geleiding en stroming heeft warmtetransport door
straling geen medium nodig. (bewegend in het vacuüm)
 Elk oppervlak straalt energie uit in functie van de temperatuur vb. Tzon =
5900 K  warmtestroomdichtheid q = 66.106 W/m²
 Slechts 1353 W/m² bereikt onze atmosfeer = zonneconstante
Temperatuur= maat voor bewegingsenergie van moleculen en atomen
= scalaire grootheid (geen richting)
= maateenheid: θ (thèta) = 1 °C ↔ T = 1 K (SI eenheid)
0 °C = smeltpunt van water,
100 °C = het kookpunt van water bij 1 bar (100000 Pa)
0 K = -273,15 °C = absolute nulpunt, deeltjes trillen niet
λ-waarde
= warmtegeleidingscoëfficiënt van een materiaal
Geeft aan hoeveel warmte er door een materiaalelement gaat van 1m² en 1m dik bij
een temperatuurverschil van 1K
λ rotswol = 0.035 W/mK
Grotere λ = betere geleiding = slechtere isolatie
R- waarde
= warmteweerstand van een materiaallaag of constructie-element
voor een homogene laag: R = d/λUI [m²K/W]
 d = dikte van de homogene laag in de richting van het warmtetransport
 λui = warmtegeleidingscoëfficiënt [W/(mK)] (Ui; U: rekenwaarde, i: voor
binnentoepassing)
R-waarde samengestelde wand = ∑Rn
R = warmteweerstand van een uit homogene lagen samengestelde wand [m²K/W]
= som van Rsi + R1+R2+R3+…+Rse
= som van R (Rse+ R1, R2…. + Rsi)




4