Bodemonderzoek

Datum: oktober 2004

Principe:

Door de weerstand van de grond te meten kunnen we bepalen of er water of olie in grond zit.

Materiaal:

  • Glazen potten
  • Water
  • Ijzerdraad
  • Multimeter
  • Olie
  • Zand

Uitvoering:

  • Neem twee identieke glazen potten.
  • Vul ze met droog zand.
  • Doordrenk het ene bekerglas met water, het andere met slaolie.
  • Knip twee stukken ijzerdraad op gelijke lengte.
  • Verbindt ze met en multimeter die op weerstandsmeting geschakeld staat.
  • Dompel de twee staafjes in een glas gevuld met water, zorg ervoor dat de elektrodes elkaar niet raken, en meet de weerstand.
  • Herhaal dit met een glas gevuld met olie.  
  • Herhaal dit ook met een glas gevuld met alleen maar zand.
  • Herhaal deze meting vervolgens met de pot gevuld met water en zand en de pot gevuld met water en zand.

Resultaten:

Meting van de weerstand van een wateroplossing. Meting van de weerstand van een olieoplossing.
Meten van zand doordrenkt met water. Meten van zand doordrenkt met olie.

De multimeter die ik gebruikt heb kan aangesloten worden op een computer. Waarna men dan de meetresultaten via een programma kan volgen en  opslaan.

Onderstaande plaatje is een screenshot van verschillenden metingen.
Let op als je alleen maar zand meet geeft de meter ook 0L aan (oneindig hoge weerstand).

De opgeslagen resultaten kunnen dan in Excel verwerkt worden hetgeen in onderstaande grafiek resulteert:

Discussie:

Wat we met dit experiment aangetoond hebben is dat het mogelijk is om de bodem te onderzoeken door de elektrische geleidbaarheid te meten. We hebben ook laten zien dat we dan in principe onderscheid kunnen maken tussen bodem die olie bevat en bodem die water bevat. Een soortgelijke methode kunnen we ook gebruiken bij het zoeken van olie. De eerste olievelden waren niet moeilijk te vinden. De olie borrelde vanzelf omhoog. Om tegenwoordig olie te kunnen vinden moet je bekijken hoe een gebied zich over een langere tijd (miljoenen jaren) heeft ontwikkeld. Je onderzoekt dan hoe de ondergrond is opgebouwd door gebruik te maken van een veelvoud van technieken. De gegevens die je verzameld hebt analyseer je en op basis daarvan probeer je te concluderen of er al dan niet olie en/of gas aanwezig is. Een van de methoden die je daarbij kunt gebruiken is degene die we hier toegepast hebben. Je moet er echtere rekening mee houd dat aangezien zand zelf ook de elektriciteit niet geleidt je ook een andere methode nodig hebt om te bepalen of er vloeistof in de grond zit.

We hebben ook aangetoond dat je deze methode ook gebruiken om te onderzoeken of vloeistoffen elektriciteit geleiden of niet.

Goed beschouwd is dat het echte experiment dat we hebben uitgevoerd. Wat we dus eigenlijk moeten verklaren is waarom een vloeistof wel of niet elektriciteit kan geleiden. Toen scheikundigen elektriciteit begonnen te gebruiken als een van hun hulpmiddelen, ontdekten ze dat verschillende oplossingen zich in dit opzicht verschillend gedroegen. Oplossingen in water van een groot aantal scheikundige verbindingen (bv suiker) geleiden geen elektriciteit terwijl andere stoffen opgelost in water juist wel goed elektriciteit geleiden. Dit soort stoffen noemt men elektrolyten. In 1874 ontwikkelde Svante Arrhenius een theorie, de zgn. "ionentheorie", om dit soort gedrag te verklaren. Zijn idee was dat van een in water opgeloste stof die elektriciteit geleidt de moleculen uit elkaar vallen (dissocieren) in elektrisch geladen atomen of groepen van atomen, ionen genaamd. 
Als bv keukenzout (NaCl) in water oplost ioniseert het in het positief geladen natrium ion (Na+) en het negatief geladen chloride ion (Cl-). Een batterij bevat een positieve en een negatieve pool. Aangezien positieve en negatieve ladingen elkaar aantrekken zullen de natrium ionen zich naar de negatieve pool bewegen en de chloride ionen naar de positieve pool bewegen. Het zijn dus de ionen die de elektrische stroom door de oplossing geleiden. 

Olie valt niet in ionen uiteen en er lossen ook geen (of zeer moeilijk) stoffen in op die in ionen kunnen uiteenvallen. Zuiver water geleidt de stroom heel slecht maar er lossen makkelijk stoffen in op die stroom kunnen geleiden. Kraanwater bevat al genoeg van deze elektrolyten om elektriciteit te kunnen geleiden.

In dit experiment meten we de weerstand van een oplossing of van de grond. Wat we eigenlijk meten is hoe makkelijk of moeilijk een stof elektriciteit kan geleiden. Bij olie is die weerstand dermate groot dat er geen elektriciteit geleidt kan worden waardoor de multimeter een oneindig hoge weerstand aangeeft.

Conclusie:  

Door de elektrische geleidbaarheid van grond te meten (weerstand) kunnen we in principe bepalen of er olie of water in zit.

Opmerkingen:

  • Op dit thema kun je variŽren: neem verschillende soorten zand en verschillende soorten water en olie.
  • Als detector hebben we nu een multimeter gebruikt. We kunnen ook eenvoudig een opstelling maken met een Light Emitting Diode (LED) en een batterij.
  • Als elektrodes kan men ook potloodstiften gebruiken ipv ijzerdraad.  
  • De in de literatuurlijst opgenomen referenties hebben vnl betrekking op experimenten waar we bepalen of een vloeistof elektriciteit kan geleiden.
  • Achteraf heb ik eigenlijk moeten concluderen dat ik het experiment niet helemaal netjes heb uitgevoerd. Ik had ook de weerstand van zand moeten meten waaraan niets was toegevoegd. Ook daar hadden we dan een oneindig hoge weerstandswaarde gemeten. Dit impliceert dat, op basis van de manier waarop we het experiment opgezet hebben, dat je geen onderscheid kunt maken tussen zand dat niets bevat en zand die olie bevat. In werkelijkheid zouden we dat wel moeten kunnen als we het experiment complexer opzetten. We gaan dan geen weestand meten maar impedantie. Waarschijnlijk konden we dan wel onderscheid maken.

Literatuur:

  • R. Brent; "Eenvoudige Scheikundeproeven"; Zuid-Ned.Uitg.; 1980; ISBN 902430010X; p. 40.
  • H.L.Heys; "Scheikunde Thuis"; Thieme; 4de druk; ISBN 9003915407; p. 246, 247.
  • Virginia L. Mullin; "Chemistry Experiments for Children"; Dover; (1961); ISBN 0486220311; p. 50,51.
  • Steven W. Moje; "Paper Clip Science"; Sterling; 1996; ISBN 0806943866; p. 64,65.

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Je kunt zelf een apparaatje maken waarmee je het geleidingsvermogen van vloeistoffen of grond kunt onderzoeken.

Bij het maken van dit apparaatje met je een paar lange draden verbinden bij punt 6 en 8. Als je nu de vrije uiteinden van de draden in een glas water plaatst zou je het geluid van de zoemer moeten horen. Beweeg anders de draden dichter bij elkaar.

Met deze opstelling bewijs je dat elektriciteit ook door water stroomt. Je kunt het natuurlijk ook gebruiken om het geleidingsvermogen van andere vloeistoffen te testen.  

  • Tussen 25 en 26 plaats je de piezo zoemer

  • Transistors 2SC945 (of 2SC1740) NPN silicium

  • Condensators 0.01 mF, keramisch


15-01-2017