Introducing
Your new presentation assistant.
Refine, enhance, and tailor your content, source relevant images, and edit visuals quicker than ever before.
Trending searches
De inwendige energie van een systeem is de energie binnen het systeem.
Een bewegend deeltje heeft een hoeveelheid kinetische energie. Wanneer je de kinetische energie van alle deetjes optelt, dan vind je de totale inwendige kinetische energie van het voorwerp.
Een deeltje heeft ook potentiële energie, dit is het gevolg van zijn positie ten opzichte van de andere deeltjes (bv. de energie neemt toe als de deeltjes dichter bij elkaar zijn en elkaar afstoten). De som van deze energieën is inwendige potentiële energie van het voorwerp.
De totale hoeveelheid inwendige energie U is de som van de inwendige kinetische energie en de inwendige potentiële energie van de grote hoeveelheid deeltjes binnen het voorwerp.
Warmte verwijst naar de energie die getransporteerd wordt van een warmer voorwerp naar een kouder voorwerp.
De energie die overgedragen wordt is natuurlijk inwendige kinetische energie.
Wanneer er geen warmte meer stroomt tussen de twee systemen (omdat ze dezelfde temperatuur hebben), dan is er een thermisch evenwicht bereikt.
symbool: Q
Omdat warmte verwijst naar transport van energie, is de eenheid de Joule.
Omdat warmte een hoeveelheid energie voorstelt die getransporteerd wordt tussen twee lichamen, heeft geen van beide lichamen 'warmte'. Een lichaam heeft wel eigenschappen zoals temperatuur en inwendige energie.
Warmte, overgedragen tussen twee lichamen, verandert de inwendige energie van elk lichaam met gelijke en tegengestelde hoeveelheden.
De inwendige energie van een systeem kan veranderd worden door warmteoverdracht, materieoverdracht of door arbeid te verrichten.
Wanneer materie niet kan worden overgedragen door bijvoorbeeld ondoorlatende wanden, spreken we van een gesloten systeem. De eerste wet van de thermodynamica stelt dan dat de hoeveelheid inwendige energie die wordt toegevoegd aan het systeem gelijk is aan de som van de toegevoegde warmte en de arbeid verricht op het systeem door zijn omgeving.
demonstratie:
Meng een hoeveelheid water gedurende 1 minuut. (Giet het water in een Calorimeter).
Wat valt je op?
Warmtetransport omvat thermische geleiding, convectie en straling. Meestal zal transport van warmte geschieden door een combinatie van deze processen.
We zullen dit onderdeel verwerken aan de hand van een groepswerk. Het doel is om het gegeven rooster in te vullen.
De eerste les zal jouw groep afgevaardigden sturen naar de 3 expertgroepen. Daar zullen de 3 soorten van wartetransport besproken worden.
De volgende les zullen de experten hun groep inlichten in verband met het bestudeerde onderdeel.
thermische geleiding
Plaats een ijsblokje op volgende voorwerpen: een spons, een stuk hout, een steen en een metalen pot.
Observeer de snelheid waarmee het ijsblokje smelt.
Convectie
Maak een klein molentje met een blad papier (een spiraal werkt ook). Hang het boven een theelichtje.
Probeer te verklaren wat er gebeurt.
Thermische straling
Gebruik een IR lamp om beide handen te verwarmen. De ene hand is bloot en de andere hand is gewikkeld in aluminiumfolie.
Probeer het resultaat te veklaren.
Convectie kan plaatsvinden doordat een verschil in temperatuur een verschil in dichtheid veroorzaakt. Een fluïdum met een hogere temperatuur heeft een kleinere dichtheid (meer ruimte tussen de deeltjes) en zal stijgen als gevolg van de Archimedeskracht.
vrije convectie: het fluïdum beweegt door verandering van de dichtheid, door verandering van de temperatuur; voorbeeld: stijgende warme lucht bij radiatoren van een centrale verwarming.
gedwongen convectie: het fluïdum beweegt door een andere oorzaak, bijvoorbeeld met behulp van ventilator of pomp; voorbeeld: warmtetransport in de lucht bij het blazen over hete soep.
Dit is warmteoverdracht waarbij warmte stroomt van deeltjes met de hogere kinetische energie (temperatuur) naar minder energierijke (koudere) deeltjes. De warmtestroom is afhankelijk van het temperatuursverschil en de thermische geleidbaarheid of warmtegeleidingscoëfficiënt.
De thermische geleidbaarheid is een materiaalconstante die aangeeft hoe goed het materiaal warmte geleidt. Thermische isolatoren hebben een lage waarde, geleiders een hoge. Metalen zijn goede geleiders omdat zij vrije elektronen bevatten. Stilstaande lucht is een erg goede isolator, vandaar dat het vaak als isolatie gebruikt wordt (in een spouwmuur, in gaatjes van een wollen trui of in glaswol). Kan lucht echter stromen, dan zal de warmte veel sneller doorgegeven worden door convectie. Schuimen zijn dan ook goede isolatoren, mits zij een gesloten celstructuur hebben. Zij bevatten dan een stationair gas.
Thermische straling is elektromagnetische straling die een object uitzendt als gevolg van de temperatuur van het object. Er is geen transport van deeltjes (geen tussenstof), wel van energie die doorgegeven wordt via elektromagnetische golven
Alle voorwerpen op aarde stralen warmte uit. Enkele voorbeelden zijn: de mens, een kaars, en een gloeilamp.
Een zwart voorwerp zal alle invallende straling goed absorberen. Dit is waarom het in de zomer beter is om witte kleding te dragen in plaats van zwart.
Bij een wit oppervlak zal invallende straling weerkaatsen. Wit reflecteert veel licht en zorgt ervoor dat je minder snel gaat zweten in de warme zomerdagen.
De infraroodlamp straalt infrarood licht uit dat op de grens ligt van het zichtbaar spectrum waardoor het er uitziet als rood licht maar het grootste effect komt van de straling in het niet-zichtbare deel.
De hand in folie warmt weinig tot niet op doordat de aluminium zeer reflectief is, het zal de warmtestraling dus reflecteren i.p.v. het te absorberen.
De hand zonder folie warmt snel op doordat het de warmte straling bijna volledig absorbeert. De warmtestraling geeft energie aan de deeltjes van een stof waardoor die sneller gaan bewegen en de temperatuur dus stijgt.
Onderzoeksvraag: Op welk materiaal smelt het ijsblokje het snelst?
Waarneming: Op het metaal en de steen smelten de ijsblokjes het snelst en zien we een plas water. Het ijsblokje op de spons smelt amper en die op het hout was lichtjes aan het smelten maar minder snel in vergelijking met de steen en het metaal.
Uitleg/besluit: Bij de steen en het metaal smelt het ijsblokje sneller. Dit komt doordat ze gemakkelijk warmte opnemen uit hun omgeving en deze doorgeven aan het ijsblokje. Zij hebben een lage warmtecapaciteit.
Bij de spons smelt het amper. Dit komt doordat de spons zeer weinig warmte opneemt uit de omgeving en daardoor geen warmte kan doorgeven aan het ijsblokje. De spons heeft een hoge warmtecapaciteit (door de lucht die de spons bevat).
De warmte in een woning gaat via buitenwanden naar buiten. Dit is warmteverlies, maar we kunnen de warmte binnen houden door de warmte-uitwisseling tussen binnen en buiten te verstoren. Dit kan door te isoleren, want in isolatiemateriaal zitten luchtbelletjes en die geleiden de warmte slecht. Hierdoor is er geen uitwisseling tussen binnen en buiten. Het isolatiemateriaal zorgt er voor dat er geen luchtstroming ontstaat.
De ovenwanten bestaan uit een gewatteerde katoenen stof en dat materiaal verstoord de warmte-uitwisseling. In dit materiaal zitten luchtbelletjes waardoor de warmte slecht wordt geleid. Met ovenwanten kan je voorwerpen van 250°C en warmer oppakken zonder je te verbranden
Wit geverfde huizen:
Ze worden wit geschilderd omdat witte muren de warmtestraling gaan reflecteren dus is het koeler in de huizen. Donkere muren absorberen de warmte.
Een reddingdeken:
Als de zilverkleurige zijde naar het lichaam is gekeerd, dan zal de warmtestaling die het lichaam uitstraalt worden gereflecteerd naar het lichaam.
Bv.: bij onderkoeling
Warmte straling bij reuma:
Door warmtestraling op het lichaam te richten gaat het bloed beter door de aderen van de spieren en gewrichten stromen. Het gaat de pijn doen verzachten bij reuma of artrose.
Radiator: De lucht tussen de radiator wordt verwarmd. Deze warme lucht heeft een kleinere massadichtheid dan koude lucht, dus deze lucht gaat omhoog (Archimedes). Wanneer de lucht afkoelt, zakt de lucht en dit proces herhaalt zich. Er is dus warmtestroming.
Lucifer: Je voelt amper iets van de warmte als je je handen eronder houdt en de lucifer vast hebt tot hij heel dicht bij je hand is doordat de warme lucht een kleinere massadichtheid heeft dan de lucht in de ruimte, dus deze lucht stijgt. Als je je hand er daarentegen boven houdt, zal deze bijzonder warm worden.
Wind: De lucht wordt opgewarmd door de zon en stijgt op omdat warmere lucht een kleinere massadichtheid heeft (vooral aan de evenaar omdat er daar de meeste zon schijnt). Wanneer de lucht afkoelt zakt hij en dit herhaalt zich. Hoge en lage drukgebieden: waar de lucht opstijgt is er een hogedrukgebied en waar hij zakt is er een lagedrukgebied.
1
2
Houd een metalen lepel en een glazen staaf in de bunsenbrander. Welke kan je het langste vasthouden?
Gesloten glazen buis met een beetje kaliumpermanganaat; de ene kant wordt opgewarmd met de bunsenbrander
De radiometer van Crookes
3
labo: op zoek naar een formule om Q te bepalen
De specifieke warmtecapaciteit is de hoeveelheid warmte nodig om de temperatuur van een stof van 1 kg te verhogen met 1 K.
Deze formule kan gebruikt worden om de toegevoegde warmte te berekenen, maar ook de warmte die naar de omgeving gaat met een temperatuursdaling als gevolg.
Kijk naar de tabel. Welke stof heeft de grootste
specifieke warmtecapaciteit?
Zand heeft een kleine specifieke warmtecapaciteit.
Wat gebeurt er als de zon op het zand schijnt? Wat
gebeurt er als het zand terug in de schaduw is?
Hoeveel Joule is er nodig om een strijkijzer van 2,0 kg op te warmen van 25 °C tot 120 °C? De specifieke warmtecapaciteit van ijzer is 449 J/kg.K
85.10³ J
De warmtebalans kan gebruikt worden om specifieke warmtecapaciteit te berekenen van een stof.
Dit kunnen we doen door twee stoffen te mengen (één van beide heeft een gekende warmtcapaciteit) en te wachten tot thermisch evenwicht is bereikt.
de warmtebalans testen:
Je giet 100 g water met een temperatuur van 10 °C in een beker met daarin 200 g water met een temperatuur van 20 °C. Wat zal de temperatuur van het mengsel zijn?
16,7 °C
Het voorgaande voorbeeld is niet realistisch. De beker waarin we beide vloeistoffen mengen zal ook warmte opnemen of afgeven.
Er zal ook warmte gaan van of naar de omgeving.
Om er voor te zorgen dat er geen warmte naar de omgeving gaat, gebruiken we speciale containers. Deze gebruiken isolerend materiaal, zoals een thermos. We noemen ze Joulemeters.
Een Joulemeter is een beker
die de warmte meet van
chemische reacties,
faseovergangen en uiteraard
de warmtecapaciteit.
De warmtebalans moet aangepast worden als we de Joulemeter gebruiken.
De meter speelt een rol in het bereiken van het thermisch evenwicht.
C is de warmtecapaciteit van de Joulemeter
[C] = 1 J/K
1027 K
In een emmer met een warmtecapaciteit van 100 J/K bevindt zich 5,0 l water. Als we een heet hoefijzer van 2,0 kg toevoegen, dan verhoogt de temperatuur van 20 tot 50 °C. Hoe heet was het hoefijzer?
7,0 kg water met een temperatuur van 30 °C is in een Joulemeter met een warmtecapaciteit van 50 J/K. Bereken de temperatuur als je 7,00 kg water toevoegt met een temperatuur van 60 °C en 11,0 kg water met een temperatuur van 35 °C.
Een Joulemeter (wamtecapaciteit 48 J/K) bevat water (10 °C). We voegen 100 g aluminium (880 J/kg.K) toe met een temperatuur van 60 °C. De evenwichtstemperatuur is 21 °C. Hoeveel water zat in de Joulemeter?
314 K (41 °C)
0,063 kg
De warmtecapaciteit van de trommel van een wasmachine is 950 J/K. Het duurt 5 min 8 s om 5,00 l water in de machine te verwarmen van 12,0 °C tot 50,0 °C. Bereken het vermogen van het verwarmingselement.
2,70 kW
Een thermos bevat 100 g water op 20,0 °C. Je giet er 200 g water van 30,0 °C bij en na menging meet je de eindtemperatuur van 26,0 °C. Bepaal de warmtecapaciteit van de thermos.
140 J/K
cw = koud water
ww = warm water
Een kop met een warmtecapaciteit van 180 J/K bevat 190 g koffie met een temperatuur van 72,0 °C. Je voegt 37 g melk toe met een temperatuur van 6,0 °C. Bepaal de eindtemperatuur van het geheel. De specifieke warmtecapaciteit van zowel koffie als melk is 4186 J/kg.K.
63 °C
c = koffie
m = melk
Een ijzeren bad met een massa van 56,9 kg bevat 103,5 l water op 31,7 °C. Als je 19,5 l water van 58,3 °C in het bad laat lopen, stijgt de temperatuur van het water tot 35,1 °C. Bereken de warmtehoeveelheid die aan de omgeving werd afgestaan.
De warmtecapaciteit van ijzer is 448 J/kg.K.
334 kJ