P7.3 Warmtetransport

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 5

P7.3 Warmtetransport

Natuurkunde overal - havo 5

Na deze paragraaf kun je:

1. de drie vormen van warmtetransport toelichten met deeltjesmodellen
2. de drie vormen van warmtetransport herkennen in voorbeelden
3. uitleggen hoe je energieverlies kunt tegengaan door isolatie
4. redeneren en rekenen aan de warmtestroom door warmtegeleiding

Warmtetransport

1. Straling stralingsenergie vanaf bijvoorbeeld de zon wordt geabsorbeerd door voorwerpen waardoor ze opwarmen. Elk voorwerp warmer dan 0 K zendt stralingsenergie uit.

2. Stroming snelle moleculen in gassen/vloeistoffen verplaatsen zich. Hierdoor 'mixen' langzame en snelle moleculen en zal het koude gedeelte opwarmen.

3. Geleiding kinetische energie wordt overgedragen van snelle naar langzame moleculen.

Warmtestroom

Een warmtestroom is altijd 'iets' dat zich verplaatst per seconde. In dit geval verplaatsen de joules zich. 

Warmtestroom (P) heeft als eenheid joule per seconde (J/s), oftewel Watt (W). 

Warmtestroom

Warmtestroom kan plaats vinden door de muur van je huis naar buiten. Dit hangt onder andere af van het materiaal waarvan je muur gemaakt is. Hiervoor moet je de warmtegeleidings-coëfficiënt (λ) weten (BINAS!)

Verder hangt het af van de oppervlakte van de muur (A), de dikte van de muur (d) en het temperatuurverschil met buiten (delta T). 

P=​d​​λ⋅A⋅ΔT​​

Een bakstenen muur van 4,0 x 3,0 m en 30 cm dik. Buiten is het 15 oC, en binnen is het 23 oC. Wat is de warmtestroom?

Warmtestroom

Als je met 30 leerlingen in een lokaal zit, dan warmt het lokaal op, want de leerlingen hebben allemaal een 'vermogen' om warmte te produceren. Dit proces is niet oneindig. De toevoer van de warmte van de leerlingen zal uiteindelijk gelijk zijn aan de warmtestroom door de muren naar buiten. 

Er zitten 4 mensen (P=100 W) in een glazen kooi van 4,0 x 2,0 x 2,0 m. Het glas heeft een dikte van 5,0 cm. De buitentemperatuur is 15 oC. Hoe warm wordt het binnen?

Evenwicht

Stel je gooit 10 liter water van 20 ℃ en 10 liter van 40 ℃ bij elkaar. Wat zal dan de eindtemperatuur zijn?  Ons brein vertelt ons dat dit logisch is: 30 ℃. 

Er geldt dat de opgenomen energie van het koude water gelijk moet zijn aan de afgestane energie van het warme water. Maar bovenstaand geldt alleen omdat de massa's en de soortelijke warmte (paragraaf 7.2) aan elkaar gelijk zijn. Vul maar in in onderstaande formule!

Q​op​​=Q​af​​

c​1​​⋅m​1​​⋅ΔT​1​​=c​2​​⋅m​2​​⋅ΔT​2​​

Oefening

Je giet 200 g lauwe cola (22℃) in een glas van 0 ℃. Het glas heeft een massa van 150 g. Wat is de eindtemperatuur van de cola en het glas?

c​cola​​=4,2​g⋅K​​J​​

c​glas​​=0,92​g⋅K​​J​​

let op;

Delta T mag geen negatief getal zijn. Je doet dus altijd hoogste temperatuur min laagste temperatuur

c​1​​⋅m​1​​⋅ΔT​1​​=c​2​​⋅m​2​​⋅ΔT​2​​

Oefening

Je giet  200 g lauwe cola (22℃) in een glas van 0 ℃. Het glas heeft een massa van 150 g. Wat is de eindtemperatuur van de cola en het glas?

c​1​​⋅m​1​​⋅ΔT​1​​=c​2​​⋅m​2​​⋅ΔT​2​​

4,2⋅200⋅ΔT​1​​=0,92⋅150⋅ΔT​2​​

18480−840⋅T​eind​​=138⋅T​eind​​

840⋅(22−T​eind​​)=138⋅(T​eind​​−0)

18480=978⋅T​eind​​

T​eind​​=18,896=19​o​​​​​C

We doen een blokje messing van 1 cm3 en 100 oC in 200 mL water van 15 oC. Wat is de eindtemperatuur?

We nemen 200 kg badwater van 15 oC. Het boilerwater is
85 oC. De gewenste temperatuur is 35 oC. Hoeveel kg boilerwater hebben we nodig?

Zelfstudie

Lezen P7.3 

Maken vraag 28, 31, 33, 34, 35

Kun je nu.......?

1. de drie vormen van warmtetransport toelichten met deeltjesmodellen
   
2. de drie vormen van warmtetransport herkennen in voorbeelden
   
3. uitleggen hoe je energieverlies kunt tegengaan door isolatie
   
4. redeneren en rekenen aan de warmtestroom door warmtegeleiding

Vragen? Over huiswerk, leerdoelen, iets anders?