James Webb Warmteschild: Thermische Straling, Multilayer-Isolatie & Reflectie
Ontwerp een meerlaags warmteschild van folie en isolatiemateriaal geïnspireerd op het zonnescherm van de James Webb Space Telescope, en meet met een thermometer hoeveel het de temperatuur verlaagt.
- Groep:
- groep 6, groep 7, groep 8
- Tijdsduur:
- 60 minuten
- Niveau:
- gemiddeld
- Groepsvorm:
- groepjes
Wat heb je nodig?
- Aluminiumfolie en mylar reddingsdekens
- Bakpapier, tissuepapier en noppenfolie
- Kleine kartonnen doosjes (sensorkamer)
- Rietjes of houten ringen (afstandhouders tussen lagen)
- Digitale thermometers of temperatuursensoren
- Bureaulampen met warme lampen (of föhns) als stralingsbron
- Schilderstape en stopwatches
- Schaar
- Digitale thermometer / warmtesensor
- Warmtelamp / bureaulamp
Wat leer je?
- De drie vormen van warmteoverdracht (straling, geleiding en stroming) begrijpen
- Leren hoe reflecterende oppervlakken en spouw-isolatie thermische straling tegenhouden
- Kwantitatief data loggen en een temperatuur-tijdgrafiek tekenen
- De technologische uitdagingen van diepe ruimtemissies en infrarood-astronomie doorgronden
⚠️ Let op — Veiligheid
De warmtelampen worden heet; leerlingen mogen de lampfittingen tijdens en vlak na de test niet aanraken.
Stappenplan
De James Webb Space Telescope (JWST) kijkt met infraroodogen naar de eerste sterrenstelsels van het heelal. Om die zwakke warmtesignalen te kunnen opvangen, moet de telescoop zelf ijskoud blijven, terwijl de kant die naar de zon wijst juist opwarmt. NASA loste dit op met een zonnescherm van vijf dunne, spiegelende lagen kapton-folie, ongeveer zo groot als een tennisveld, met ruimte ertussen. Dat scherm zorgt voor een temperatuurverschil van zo'n 570 graden Fahrenheit (ongeveer 300 graden Celsius) tussen de warme en de koude kant. In dit project ontwerpen leerlingen een eigen meerlaags zonnescherm en testen ze met een warmtelamp en thermometer hoeveel graden hun schild tegenhoudt.
- 1
Stap 1
HET PRINCIPE ONDERZOEKEN
- •Bespreek: waarom werkt één dikke laag minder goed dan meerdere dunne lagen met lucht- of vacuümruimte ertussen? Elke laag reflecteert warmte terug, en de tussenruimtes voeren restwarmte zijwaarts af.
- 2
Stap 2
HET MEERLAAGS SCHILD ONTWERPEN
- •Kies materialen: aluminiumfolie voor reflectie, noppenfolie of bakpapier voor isolatie, met afstandhouders (zoals rietjes of kartonnen ringen) tussen de lagen.
- 3
Stap 3
HET TESTCOMPARTIMENT BOUWEN
- •Bouw een doosje met een meetkamer waarin een thermometer wordt geplaatst.
- •Monteer het meerlaags schild als beschermend dak boven het compartiment.
- 4
Stap 4
DE THERMISCHE TEST
- •Plaats een warmtelamp op vaste afstand van het schild en start de tijd.
- •Meet de temperatuur in het compartiment op vaste tijdsintervallen en vergelijk met een onbeschermd doosje.
- 5
Stap 5
RESULTATEN VERGELIJKEN
- •Welk team bereikt het grootste temperatuurverschil — de beste thermische barrière, net als het echte Webb-zonnescherm?
Voorbeelden
