De doelstelling van Bastiaans onderzoek is om het kooktraject van een water-ethanol mengsel te vinden. Dit kooktraject kan weergegeven worden als het verband tussen de temperatuur van het mengsel en de hoeveelheid toegevoerde warmte.
Een vloeistof kookt wanneer de dampdruk boven (en in) de vloeistof gelijk is aan de luchtdruk. Bij een zuivere vloeistof is de dampdruk alleen afhankelijk van de temperatuur. Bij een mengsel is de dampdruk echter ook afhankelijk van de molverhouding van de verschillende vloeistoffen. Volgens de wet van Raoult is de totale dampdruk ptot bij een mengsel van twee zuivere vloeistoffen:
ptot = x1 p1+ x2p2
Hierin zijn x1 en x2 de molfracties van resp. vloeistof 1 en 2 en p1 en p2 de dampdruk van resp. de zuivere vloeistof 1 en 2.
Bij het begin van het kooktraject verdampt (in een mengsel van twee vloeistoffen) voornamelijk de component met het laagste kookpunt. Hierdoor verandert de molverhouding van de twee vloeistoffen en dus ook de totale dampdruk. Aangezien de mengsel nu een grotere verhouding component bevat met hogere kookpunt, wordt het kooktemperatuur van de mengsel ook hoger. Door dit proces ontstaat er een kooktraject i.p.v. een kookpunt.
Bastiaan heeft metingen gedaan aan twee mengsels; mengsel 1 bevat 3.02 mol ethanol en 0.76 mol water, mengsel 2 bestaat uit 1.05 mol ethanol en 3.00 mol water. In dit onderzoek is aangenomen dat de toegevoerde warmte zich verdeeld op grond van volumeverhouding. Met de formule:
Q = n · c · ΔT
kan uitgerekend worden hoeveel warmte Q een vloeistof, met soortelijke warmte c, nodig heeft om de temperatuur met D T te laten stijgen.
Met de formule:
Q = n · rv
kan berekend worden hoeveel warmte Q nodig is om n mol vloeistof, met verdampingswarmte rv, te laten verdampen.
Door het verwarmingsproces in kleine stapjes onder te verdelen, kan een voorspelling van het kooktraject gemaakt worden. Per stapje wordt een bepaalde hoeveelheid warmte toegevoerd. Met formule (3) kan berekend worden hoeveel mol water en ethanol hierdoor verdampt en hoeveel er in het mengsel blijft. Hieruit volgt de nieuwe molverhouding. Vervolgens kan opgezocht worden welke kookpunt hoort bij het nieuwe mengsel (Bastiaan heeft hiervoor het tabellenboek procestechniek gebruikt). Tenslotte kan met formule 2 bepaald worden hoeveel warmte er nodig is om het mengsel tot dit kookpunt te brengen. Door dit proces steeds te herhalen kan het kooktraject in beeld gebracht worden. Bastiaan heeft op deze manier de verwachte kooktrajecten van beide mengsels bepaald.
De volgende experimenten zijn gedaan m.b.v. een computer met UIA-kaart en IP-Coach. Voordat met het hoofdexperiment begonnen is, is de temperatuursensor geijkt. Dit is gebeurd door de temperatuursensor met een thermometer in een bekerglas water te zetten. Af en toe is de temperatuur afgelezen en ingevoerd in de computer, die er een ingangsspanning aan koppelde. Vervolgens gaf IP-Coach de ijkgrafiek.
De mengsels zijn opgewarmd in een joulemeter door twee dompelaars die parallel geschakeld zijn aan een spanningsbron. Door ook twee stroommeters en een spanningsmeter in de schakeling op te nemen, is het vermogen van de dompelaars bepaald. Uit dit vermogen kan later de toegevoerde warmte bepaald worden. De temperatuursensor is aangesloten op de computer via de UIA-kaart. Toen de oplossing het kookpunt (het begin van het kooktraject) bereikte, is in IP-Coach de meting gestart. Naarmate het vloeistof verdampte, kwamen de dompelaars en sensor steeds meer boven de oplossing te liggen. Bastiaan heeft dit geprobeerd op te lossen door de joulemeter schuin te zetten.
De gemeten kooktrajecten kunnen nu vergeleken worden met de berekende trajecten. Het blijkt dat bij beide mengsels de gemeten trajecten ongeveer 5 K onder de verwachting liggen. Dit kan komen door een verkeerde ijking. Verder blijkt dat vanaf 100 kJ de temperatuur van het mengsel nauwelijks meer stijgt. Dit komt doordat de dompelaars dan te ver uit de oplossing steken. Verdere onnauwkeurigheden zijn te wijten aan factoren waar geen rekening mee is gehouden, zoals de warmtecapaciteit van de joulemeter. De aanname dat toegevoerde warmte zich verdeeld op basis van volumeverhouding lijkt te kloppen, aangezien de metingen (na correcties) redelijk overeenkomen met de berekeningen die gebaseerd zijn op deze aanname.
