Les 5: thermische geleidbaarheid

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

H5.4 Thermische geleidbaarheid

Huiswerk

5.4 Thermische geleidbaarheid
Opgave 23, 24, 25, 26, 27

Na deze les kun je:

1. Het begrip warmtestroom uitleggen
   
2. Het begrip thermische geleidbaarheid uitleggen
3. Berekeningen met warmtestroom uitvoeren
4. Berekeningen met thermische geleidbaarheid uitvoeren
5. Principes van isolatie uitleggen en toepassen

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​​

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

Rekenen met warmtestroom

Warmtestroom (Q)                                     Watt (W)

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

Oppervlakte (m)                                           Vierkante meters (m2)

Temperatuursverandering 

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​​

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

Warmtestroom door een raam

• Hoeveel energie verlies je door 2 ramen van 1,3m2 in een jaar met gemiddeld 15 graden temperatuurverschil? De ramen zijn van dubbel glas met 1,0 mm lucht 
• (verwaarloos isolatie door glas t.o.v. lucht: reken hier alleen met lucht).
• P = λ . A . ΔT / d        (met de waarden van lucht)
• P = 24e-3 . 2,6 . 15 / 1,0e-3 = 9,36e2 W
• Q = P . t
• Q = 9,36e2 . 365.24.3600 = 2,95e10 = 3,0e10 J

Isolatie

werking spouwmuur

De spouw is de ruimte tussen de binnen en buitenmuur. In de spouw bevindt zich een luchtlaag. Lucht is gasvormig, dus daardoor vindt er geen warmtetransport plaats door geleiding. Echter kan de lucht toch een beetje stromen. Om ook deze vorm van warmtetransport tegen te gaan wordt gebruik gemaakt van isolatiemateriaal. Hierin zit stikstaande lucht gevangen. Soms heeft de buitenkant van het isolatiemateriaal ook een glimmende laag om ook straling tegen te gaan.

Op welke manier is de formule voor de warmtestroom goed omgeschreven?

P=λA​d​​ΔT​​

1. A=λP​d​​ΔT​​
2. A=​ΔT​​Pdλ​​
3. A=​Pd​​λΔT​​
4. A=​λΔT​​Pd​​

een dikkere laag zal de warmtestroom

1. vergroten
2. verkleinen
3. niet beïnvloeden

Wat betekent soortelijke warmte?

Q=c⋅m⋅ΔT

1. De warmte die bij een soort stof vrijkomt
2. De warmte die nodig is om een stof op te warmen
3. De warmte die nodig is om 1kg 1°C te laten stijgen
4. De warmte de nodig is om een stof 1°C te laten stijgen

Wat heeft GEEN invloed op de warmtestroom?

1. Temperatuurverschil aan beide zijden van het materiaal.
2. Thermische geleidbaarheid (welk materiaal er gebruikt wordt).
3. Elasticiteit van het materiaal
4. Dikte van het materiaal.

Strikvraag: welke grootheid heeft GEEN invloed op de warmtestroom tussen twee voorwerpen?

1. temperatuurverschil
2. thermische geleidbaarheid
3. soortelijke warmte
4. ik weet het niet

Samenwerkend

leren

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!

Klas als team

Opgave	Wie maken?	Wie controleren?	Antwoorden
23
24
25
26
27
28
29

Huiswerk

5.3 Soortelijke warmte
Opgave 16 t/m 22

Hoe vond je de werkvorm
'de klas als team' gaan?

😒🙁😐🙂😃

Wat vond je goed gaan?

Wat vond je minder goed gaan?

Heb je nog een tip voor
de werkvorm 'de klas als team'?

Tot de volgende les!