Hoofdstuk 5 Geleiding, Stroming, Straling

• Nask / Techniek
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 1

Geleiding & Stroming & Straling

Leerdoelen

Na deze les kan je:

Uitleggen wat de overeenkomst tussen stroming, straling en geleiding is

Uitleggen wat het verschil tussen stroming, straling en geleiding is

Wat isolatie inhoud

5.4 Warmte verplaatsing door Geleiding

Vormen van warmtetransport 

De warmte die een warmtepomp of cv-ketel geeft, wordt vervoerd naar de verschillende kamers in huis. Daarbij kom je verschillende vormen van warmtetransport tegen:

• Het staal van een radiator geleidt de warmte ‘van binnen de radiator naar buiten de radiator’ (figuur 1). Dit is warmtegeleiding.
  
• De lucht rond de radiator gaat stromen, doordat die lucht wordt verwarmd. De warme lucht verspreidt zich door de hele kamer. Dit is warmtestroming.
  
• De hete radiator straalt infrarode straling uit, de kamer in. Dit is warmtestraling

Een radiator

Het warmtetransport in een radiator

Als de cv-ketel aanstaat, wordt er voortdurend heet water naar de radiatoren gepompt. Wanneer je een koude radiator opendraait, wordt hij snel gevuld met heet water. De buitenkant van de radiator wordt dan bijna meteen heet. Dat komt doordat het staal van de radiator een goede warmtegeleider is: de warmte verplaatst zich gemakkelijk van de binnenkant van de radiator naar de buitenkant.

 

In de radiator vindt het volgende warmtetransport plaats:

1 Het hete water geeft warmte af aan de binnenkant van de radiator.

2 De warmte wordt door warmtegeleiding naar de buitenkant van de radiator vervoerd.

3 De buitenkant geeft warmte af aan de lucht en de voorwerpen in de kamer

Warmtetransport door geleiding

Bij warmtegeleiding verplaatst de warmte zich door een stof, zoals het metaal van een radiator (figuur 2). Warmte verplaatst zich altijd van de plaats met de hoogste temperatuur naar een plaats met de laagste temperatuur. Je noemt dit warmtetransport door warmtegeleiding. Zonder temperatuurverschil is er geen warmtetransport

Figuur 2: Vorm van warmtetransport die plaatsvindt in vaste stoffen zoals metalen.

Goede en slechte warmtegeleiders

Alle metalen zijn goede warmtegeleiders. Andere vaste stoffen zoals kunststoffen zijn slechte warmtegeleiders. Ze geven de warmte maar heel langzaam door. Ook bijna alle vloeistoffen en gassen geleiden de warmte slecht.

De knop van een radiator is gemaakt van een kunststof die de warmte slecht geleidt. Dat voorkomt dat er daar te veel warmte naar de buitenkant wordt vervoerd. Anders zou je je hand branden als je aan de knop draait.

In huis vind je verschillende toepassingen van goede en slechte warmtegeleiders. Je ziet er een aantal in figuur 3

Wat is warmtegeleiding?

1. Warmte verplaatst zich MET de stof
2. Warmte verplaatst zich ZONDER hulp van stof
3. Warmte verplaatst zich DOOR de stof

Figuur 3: Goede en slechte warmtegeleiders in de keuken. Pannen geleiden warmte goed. Ovenhandschoenen en houten lepels geleiden warmte niet goed.

Isolatie

De bakstenen waar veel huizen van zijn gemaakt, geleiden de warmte vrij goed. Dat betekent dat er door de muren van je huis veel warmte naar buiten kan verdwijnen. Hierdoor wordt het in huis koeler nadat de verwarming is uitgegaan. Na een tijdje gaat de verwarming dan ook opnieuw aan. Om warmteverlies door de muren te voorkomen, kun je de muren isoleren.

Metalen zijn goede warmte geleiders?

1. Waar
2. Niet waar

In de winter voelt het metaal van een fiets kouder aan dan de kunststof handvatten. Hoe komt dat?

1. Metaal is een betere warmte geleider dan kunststof
2. Metaal is een slechtere warmte geleider dan kunststof

Een muur bestaat vaak niet uit één laag bakstenen, maar uit twee. 

Tussen de twee lagen bakstenen is ruimte die je kunt vullen met isolatiemateriaal. Omdat isolatiemateriaal warmte slecht geleidt, wordt het warmteverlies naar buiten beperkt. 

In een geïsoleerd huis koelt het minder snel af, waardoor de verwarming er korter en minder vaak brandt dan in een huis zonder isolatie. 

Door het aanbrengen van isolatie verbruik je minder energie en wordt de gasrekening minder hoog (figuur 4). 

Maar ook kleinere aanpassingen kunnen ervoor zorgen dat je minder energie verbruikt. 

Zo kun je bijvoorbeeld je huis beter isoleren door naden en kieren te dichten, cv-leidingen in onverwarmde ruimtes te isoleren en folie achter radiatoren te plakken.

Figuur 4: Het aanbrengen van isolatiemateriaal bij de bouw van een huis.

Hoe zorgt isolatiemateriaal ervoor dat je huis warm blijft?

1. Isolatiemateriaal geeft goed warmte door, hierdoor komt er warmte je huis binnen
2. Isolatiemateriaal laat slecht warmte door, hierdoor blijft de warmte in je huis
3. Isolatiemateriaal laat slecht warmte door, hierdoor warmt je huis op

Lucht: een slechte warmtegeleider

Ook door ruiten kan veel warmte naar buiten verdwijnen. Zeker als de ruit bestaat uit slechts één laagje dun glas. Het warmteverlies door ruiten kun je tegengaan door dubbelglas aan te brengen. Zoals de naam al zegt zitten in ruiten van dubbelglas twee lagen glas. Tussen deze twee lagen glas bevindt zich lucht. Stilstaande lucht geleidt de warmte slecht, waardoor het warmteverlies naar buiten wordt beperkt.

4.5 Warmte verplaatsing door Stroming

5.5 Warmte verplaatsing door Stroming

Stroming in de lucht

Een hete radiator geeft voortdurend warmte af aan de lucht eromheen. Daardoor krijgt deze lucht een hogere temperatuur. Warme lucht zet uit. De warme lucht wordt daardoor ‘lichter’ dan de lucht in de rest van de kamer. Het gevolg is dat de ‘lichte’, warme lucht omhooggaat.

Tegen het plafond koelt de warme lucht langzaam af. Ten slotte zakt de afgekoelde lucht aan de andere kant van de kamer weer naar beneden. Ondertussen beweegt er koude lucht van onder en opzij naar de radiator toe. Deze lucht zal weer verwarmd worden en opstijgen.

Het warmtetransport dat zo in de kamer ontstaat, noem je ook wel warmteoverdracht door convectie (figuur 1).

Figuur 1: Convectie in een kamer.

Welke bewering is waar?

1. Als lucht warmer wordt, krimpt de lucht en stroomt omhoog
2. Als lucht warmer wordt, krimpt de lucht en stroomt omlaag
3. Als lucht warmer wordt, zet de lucht uit en stroomt omhoog
4. Als lucht warmer wordt, zet de lucht uit en stroomt omlaag

Warmtetransport door stroming

De opstijgende warme lucht neemt de warmte mee die de lucht bij de radiator heeft opgenomen. De warmtestroming zorgt zo voor het warmtetransport door de kamer. De hele kamer wordt op die manier verwarmd.

  

Bij warmtestroming verplaatst de warmte zich samen met de stof, lucht, en niet dóór de stof, zoals bij warmtegeleiding. Warmte verplaatst zich altijd van de plaats met de hoogste temperatuur naar de plaats met de laagste temperatuur. In dit geval is dat van de radiator naar de rest van de kamer.

Zoals alle gassen is lucht een zeer slechte warmtegeleider. Maar als er in lucht een stroming ontstaat, kan de lucht wel veel warmte vervoeren.

Warmtestroming in water

Als water op één plaats wordt verwarmd, kan er in het water een stroming ontstaan. Deze stroming kun je gebruiken om het water door een cv-installatie te laten stromen. Je hebt dan geen pomp nodig.

  

In figuur 2 zie je zo’n cv-installatie. Het water wordt verwarmd bij A, zet uit en wordt lichter. Daardoor stijgt het water in de buis. Het water geeft warmte af bij B. Het water koelt af en stroomt verder. Bij A wordt het water opnieuw verwarmd.

Figuur 2: Een cv-installatie zonder pomp.

Bekijk de afbeelding.
Welke vorm van warmtetransport worden weergegeven door de pijlen?

1. geleiding
2. isolatie
3. convectie
4. warmteverleis

De cv-pomp

Een cv-installatie zonder pomp is niet erg handig. Het water stroomt maar langzaam rond. Daardoor duurt het lang voor de radiatoren goed warm zijn. Bovendien moet je de cv-ketel in de kelder plaatsen. Moderne cv-ketels hebben daarom altijd een pomp. Zo’n pomp kan het hete water net zo snel laten rondstromen als nodig is. Een bijkomend voordeel is dat je de cv-ketel overal in huis kunt plaatsen.

5.6 Warmte verplaatsing door Straling

Warmtetransport door straling

Figuur 1 is een foto van een zonnehuis. De zon levert een groot deel van de warmte die voor het verwarmen van zo’n huis nodig is. Alleen op echt heel koude dagen moet je de cv-ketel inschakelen.

Figuur 1: Zonnehuizen hebben veel ramen aan de zuidzijde.

Welke soorten warmte zijn voorbeelden van warmtestraling?

1. warmte van de zon
2. warme wind
3. warmte van een oven
4. warmte van een lamp

Is de uitspraak juist of onjuist?
Warmtestraling is alleen mogelijk door stoffen die warmte goed geleiden.

1. juist
2. onjuist

Infrarode straling

De gloeidraad van een gloeilamp heeft een temperatuur van ongeveer 2200 °C. Als een voorwerp zo heet is, straalt het licht uit. Dat kun je zien.

  

De temperatuur van een hete radiator is 70 tot 80 °C. Bij deze temperatuur zendt een voorwerp geen zichtbaar licht uit. Het voorwerp zendt wel infrarode straling uit die je ogen niet kunnen zien. Je kunt die straling wel voelen, bijvoorbeeld als je een hand voor een hete radiator houdt. Ook kun je deze straling met speciale camera’s fotograferen (figuur 2).

Figuur 2: Deze foto is gemaakt met een infraroodcamera. Je ziet de warme gebieden als het ware oplichten.

Is de uitspraak juist of onjuist?
Infraroodstraling kun je zonder hulpmiddelen niet zien.

1. juist
2. onjuist

Verwarmen door stroming en straling

Radiatoren verwarmen een kamer zowel door stroming (50 tot 70%) als door straling (30 tot 50%).

 Zie figuur 3.

Warmtestroming en warmtestraling bij een radiator. 

Je kunt een baksteen zo warm maken dat hij rood licht gaat afgeven.
Zendt de baksteen dan ook infrarode straling uit?

1. ja
2. nee

Straling uitzenden en absorberen

Een voorwerp kan warmte afstaan door straling uit te zenden. 

De zon verwarmt de aarde door het licht dat ze uitstraalt. 

Een radiator straalt warmte uit naar voorwerpen in een kamer.

Een voorwerp kan ook straling opnemen. 

Je noemt dat absorberen. 

Het voorwerp wordt dan warm.

De aarde wordt warm als ze het licht van de zon absorbeert.

Je hand wordt warm als die de straling van een hete radiator absorbeert.

Straling kan dus warmte vervoeren, van het ene voorwerp dat de straling uitzendt naar het andere voorwerp dat de straling absorbeert. De warmte gaat daarbij altijd van het voorwerp met de hoogste temperatuur naar het voorwerp met de laagste temperatuur.

Zonnestraling wordt het beste geabsorbeerd door donkere, doffe voorwerpen. Daardoor krijg je het algauw te warm als je met een zwart T-shirt in de hete zon loopt. In een wit T-shirt heb je minder last van de warmte, omdat de kleur wit de zonnestraling grotendeels weerkaatst (figuur 4).

Figuur 4: Wit weerkaatst de zonnestraling, zwart absorbeert de zonnestraling.

Straling terugkaatsen

Lichte, glanzende voorwerpen absorberen maar weinig straling. Het grootste deel van de straling wordt teruggekaatst. De hittebestendige pakken van de brandweer hebben een glanzende buitenkant, zodat de warmte van een brand zo veel mogelijk door de pakken wordt teruggekaatst en niet geabsorbeerd.

 

Lichte, glanzende voorwerpen zijn ook slechte warmtestralers. Als ze heet zijn, stralen ze hun warmte maar langzaam uit. Daarom heeft een thermosfles een glanzende binnenkant. Die binnenkant zit weer verpakt in een plastic omhulsel. Plastic is een slechte warmtegeleider.

Maak de zinnen kloppend.

Voor de brandweer zijn pakken ontwikkeld die de drager beschermen tegen grote hitte. De buitenkant van zo'n pak is                             en

Daardoor                                    het pak een groot deel van de straling die erop valt. 

donker

licht

absorbeert

weerkaatst

dof

glanzend

Opdrachten maken

Huiswerk: 

opdrachten behorende bij paragraaf 4,5,6 van Hoofdstuk 5

Minimaal 7 van elke paragraaf