H3.4 thermische geleidbaarheid

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Thermische geleidbaarheid

Warmtestroom

Energie die per tijdseenheid door een oppervlakte wegstroomt:

 

P      de warmtestroom in W (of J/s)

Q     de hoeveelheid verplaatste warmte in J

t       de verstreken tijd in s 

P=​t​​Q​​

Rekenen met warmtestroom

Warmtestroom (Q)                                     Watt (W)

Warmtegeleidingscoefficient (λ)        Watt per meter per Kelvin ((W/m)/K)

Oppervlakte (m)                                           Vierkante meters (m2)

Temperatuurverschil* (ΔT)                     Kelvin (K) of graden Celsius (ºC)             *tussen beide zijden van het materiaal

Dikte van het materiaal (d)                      Meter (m)

P=λ⋅A⋅​d​​ΔT​​

Warmtestroom

Warmtestroom door een glazen ruit

 

Hoe groter de oppervlakte, hoe meer warmte er doorheen kan

Hoe groter de dikte, hoe moeilijker dat wordt

Hoe groter het temperatuurverschil, hoe meer stroming ontstaat

P=​t​​Q​​

P=​d​​A⋅ΔT​​⋅λ

[λ]=​m​2​​⋅K​​W⋅m​​=​m⋅K​​W​​

warmtegeleidingscoëfficiënt = thermische geleidbaarheid

Wanneer welke formule?

Als de temperatuur van een stof toe- of afneemt:

Als warmte door een oppervlak stroomt:

P=λ⋅A⋅​d​​ΔT​​

Q=c⋅m⋅ΔT

Q=c⋅ρ⋅V⋅ΔT

Rekenvoorbeeld 1

Een kamer heeft vier grote ramen van 4,0 bij 2,0 meter. De ramen hebben een dikte van 2,0 cm. De thermostaat in de kamer staat ingesteld op 21 ºC en buiten vriest het 10 ºC.

Bereken de hoeveelheid energie die de verwarming per uur moet leveren om de temperatuur in de kamer op peil te houden. (We moeten evenveel warmte aan de kamer toevoegen als er de kamer verlaat door de ramen)

λ=0,93​K​​(​m​​W​​)​​

A=4⋅4,0⋅2,0=32m​2​​

ΔT=21+10=31°C

P=λ⋅A⋅​d​​ΔT​​

P=0,93⋅32⋅​0,02​​31​​=4,6⋅10​4​​W

E=P⋅t=4,6⋅10​4​​⋅60⋅60=1,7⋅10​8​​J

Aan de slag:

Maken paragraaf 4: 1 tm 6

Klas als team

20 minuten werken aan 

opgaven met de hele klas

1. In totaal 7 opgeven uit het boek
2. Elke opgave 2 blaadjes beschikbaar, je kunt dus elkaars werk controleren
3. Schrijf uitwerken van sommen helemaal uit (GGFIRE!)
4. Antwoord samengevat en zonder berekening op het bord
5. Na 20 minuten gaan we de antwoorden controleren
6. Minder dan 3 fouten, de klas wint!