T4 natuurkunde H6 en H11

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

Warmte (H6) en Energie (H11)

Let op: 

H6 staat in je 3e klas boek!

H6 Warmte (herhaling 3e klas)

Een elektrische kachel is aangesloten op het lichtnet (230 V). Als de kachel aanstaat, gaat er een stroom van 9,0 A doorheen.

Bereken het vermogen van de kachel in kW.

H6 Warmte (herhaling 3e klas)

Een elektrische kachel met een vermogen van 2,07 kW staat 2,5 uur aan.

Bereken hoeveel elektrische energie de kachel in die tijd verbruikt in kWh.

H6 Warmte (herhaling 3e klas)

Reken om:

0 °C = ...K

100 °C = ...K

900 °C = ...K

0 K = ...°C

200 K = ...°C

300 K = ...°C

H6.1 Warmte en Temperatuur

• Elektrische warmtebronnen zetten elektrische energie om in warmte. 

• Voorbeelden van elektrische warmtebronnen zijn: een dompelaar, een elektrische kookplaat en een föhn.

Je kunt die energieomzetting

 weergeven in een energie-stroomdiagram.

 Zo’n diagram laat zien dat er evenveel

 warmte ontstaat als er elektrische

 energie verdwijnt.

H6.1 Warmte en Temperatuur

Oefenen (opgave 4)

Een elektrische frituurpan van 2200 W doet er 7,5 minuten over om de frituurolie te verhitt en tot 180 °C, de temperatuur waarbij je met frituren kunt beginnen.

Bereken hoeveel warmte de frituurpan in die ti jd heeft geleverd (in kJ).

H6.1 Warmte en Temperatuur

De hoeveelheid warmte Q die een elektrische warmtebron levert, kun je berekenen met de formule Q = E = P · t. 

Als je het vermogen invult in watt (W) en de tijd in seconden (s), vind je de hoeveelheid warmte in joule (J).

De waterkoker met een vermogen van 2400 W doet er 25 s over om 175 mL water aan de kook te brengen. Bereken hoeveel warmte de waterkoker in die 25 s heeft geleverd.

gegevens P = 2400 W t = 25 s

gevraagd Q = ?

uitwerking Q = E = P · t

Q = 2400 × 25 = 60 000 J = 60 kJ

H6.1 Warmte en Temperatuur

Als je een hoeveelheid water verwarmt met een dompelaar, dan zal de temperatuur van het water stijgen. 

Het verband tussen tijd en temperatuur kun je weergeven

 in een temperatuur-tijddiagram.

H6.1 Warmte en Temperatuur

Nauwkeurige proeven met warmte doe je met een

 warmtemeter (=PO!). 

Hiermee kun je het verband bepalen tussen

temperatuur en toegevoerde hoeveelheid warmte.

Q = E = P x t

Q = warmte (= vorm van E , energie) in Joule (J)

P= vermogen in Watt (W), waarbij P = U x I

t = tijd in seconde (s)

H6.1 Warmte en Temperatuur

Ivar verwarmt 100 mL water in een warmtemeter met een dompelaar van 20 W. In de tabel  zie je zijn meetgegevens.

1. Neem de tabel over en zet de gegevens in een temperatuur-tijd diagram

2. Bereken de hoeveelheid toegevoerde warmte op

 punt 0 en na 1, 2, 3 minuten, enzovoort. (zet dit in een

nieuwe kolom maast de T)

3. Zet de uitkomsten in een temperatuur-warmtediagram. 

4. Wat is het verband tussen de tijd en de temperatuur en 

toegevoerde warmte en de temperatuur?

H6.1 Warmte en Temperatuur

Oefenen (opgave 5)

Sia’s waterkoker doet er 1,5 minuten over om 0,5 L kraanwater aan de kook te brengen.

Hoelang duurt het voordat het water kookt als Sia de waterkoker vult:

a met 250 mL kraanwater?

b met 1 L kraanwater?

H6.1 Extra oefening 1

Een elektrische kachel kun je instellen op twee standen. Op stand 1 is het vermogen van het verwarmingselement in de kachel 1250 W en op stand 2 is dat 2000 W.

Op een dag staat de kachel 4,2 uur aan op stand 2.

Bereken hoeveel warmte de elektrische kachel die dag levert. Geef je antwoord in megajoule (MJ).

gegevens P = 2000 W,  t = 4,2 h = 15 120 s (vermenigvuldigen met 3600)

gevraagd Q = ? MJ

uitwerking Q = E = P ∙ t = 2000 × 15 120 = 30,24∙106 J = 30,24 MJ

H6.1 Warmte en Temperatuur

(opgave 6) Tjitske wil onderzoeken hoe de temperatuur van olijfolie 

stijgt als je de olie verwarmt. Ze doet 200 g olijfolie in een warmtemeter. 

Daarna verwarmt ze de olie 10 minuten lang met een

verwarmingselement van 15 W. In de tabel  zie je haar meetresultaten.

a Teken het temperatuur-tijddiagram van haar proef.

b Welk verband bestaat er tussen de temperatuur en de tijd?

c Welk verband bestaat er tussen de temperatuur en de hoeveelheid

 toegevoerde warmte?

d Hoelang moet Tjitske de olie verwarmen om de temperatuur te laten stijgen tot 50 °C?

e Tjitske voert dezelfde proef nog eens uit, maar nu met een verwarmingselement van

45 W. Teken met rood in in je grafiek hoe de temperatuur dan zal stijgen.

H6.1 Extra oefening 1

Een elektrische kachel kun je instellen op twee standen. Op stand 1 is het vermogen van het verwarmingselement in de kachel 1250 W en op stand 2 is dat 2000 W.

Op een dag staat de kachel 4,2 uur aan op stand 2.

Hoeveel uur moet de kachel aanstaan op stand 1 om dezelfde hoeveelheid warmte te leveren?

gegevens P = 1250 W,  E = 30,24∙106 J (uit het vorige antwoord

gevraagd t = ? h

uitwerking Q = E = P ∙ t = 30,24∙106 J = 1250 × t

 t = (30,24·106)/1250 = 24 192 s = 6,72 h

 Je kunt ook de volgende berekening maken: 4,2 h × 2000/1250 = 6,72 h

H6.1 Proef 2

1. Proef 2 wordt uitgedeeld, zet je naam bovenaan het blad 
2. Voer het practicum uit
3. Werk het practicum uit
4. Lever in bij je docent --> Nog niet klaar aan het einde van het 1e uur, dan thuis afmaken en dinsdag inleveren

Klaar:

• Lees in je boek H6.2 (Brandstoffen verbranden)
• Maak opdracht 1 t/m 3

H6.2 Brandstoffen verbranden (theorie)

Een brandstof bevat chemische energie, die  door verbranding omgezet wordt in warmte

Aardgas is een mengsel met als belangrijkste bestanddelen methaan (80%) en stikstof (14%). 

Het reactieschema voor de volledige verbranding van methaan moet je uit je hoofd leren:

methaan + zuurstof → koolstofdioxide + water

Het is belangrijk dat cv-ketels en gasfornuizen genoeg lucht krijgen aangevoerd. Er kan dan koolstofmonoxide ontstaan: een reukloos, kleurloos en zeer giftig gas.

Het reactieschema voor de onvolledige verbranding van methaan moet je uit je hoofd leren:

methaan + zuurstof → koolstofmonoxide + water

H6.2 Brandstoffen verbranden (rekenen)

Elke brandstof heeft zijn eigen verbrandingswarmte

 (de hoeveelheid warmte die een bepaalde

 hoeveelheid brandstof kan leveren).

H6.2 Brandstoffen verbranden 

(zelf aan de slag)

Werken in je boek of laptop

Opgaven theorie:                                                 7-9-10

Opgaven rekenen verbrandingswarmte:  4-5-6

Opgaven omrekenen Celsius/Kelvin:          8

Maak Test Jezelf

Huiswerk volgende les:

• Proef 2 uitwerking afmaken
• Lees H6.3 Warmtetransport
• Maak extra oefening 2 (wordt uitgedeeld)

Muziek (oortjes) mag, telefoon blijft in telefoontas

H6.2 Brandstoffen verbranden (rekenen)

Let op: Kelvin kan nooit een negatief getal zijn!

H6.2 Extra oefening 2

In verband met de hoge energieprijzen wil Joep de mogelijkheid hebben gemakkelijk over te stappen naar een andere manier van verwarmen. Zijn woonkamer kan hij verwarmen met een houtkachel en met een gaskachel. Op een avond verbrandt hij 8 blokken hout met een totale massa van 9,6 kg. De temperatuur in de kamer is 19 °C.

a Reken de temperatuur om naar kelvin.

gegevens T = 19 °C  

gevraagd T = ? K 

uitwerking T(K) = T(°C) + 273 = 19 + 273 = 292 K

H6.2 Extra oefening 2

In verband met de hoge energieprijzen wil Joep de mogelijkheid hebben gemakkelijk over te stappen naar een andere manier van verwarmen. Zijn woonkamer kan hij verwarmen met een houtkachel en met een gaskachel. Op een avond verbrandt hij 8 blokken hout met een totale massa van 9,6 kg. De temperatuur in de kamer is 19 °C.

b Bereken hoeveel warmte het hout levert.

gegevens m = 9,6 kg,  verbrandingswarmte hout = 16 000 J/g (Binas tabel 19) = 16 000 000 J/kg = 16 MJ/kg

gevraagd Q = ?

uitwerking Q = m ∙ verbrandingswarmte hout = 9,6 × 16 = 153,6 MJ

H6.2 Extra oefening 2

 Omdat zijn hout op is, zet Joep de avond erna de gaskachel aan. Met het verbranden van het gas komt 76,8 MJ aan warmte vrij.

c Bereken hoeveel kubieke centimeter aardgas die avond verbrand is.

gegevens Q = 76,8 MJ = 76,8∙106 J,  verbrandingswarmte aardgas = 32 J/cm3 (Binas tabel 19)

gevraagd V = ?

uitwerking Q = V ∙ verbrandingswarmte aardgas = 76,8∙106 = V × 32

  V = (76,8·106)/32 = 2 400 000 cm3

H6.2 Extra oefening 2

Joep denkt er ook nog over na een elektrische kachel te kopen. Joep wil dat de elektrische kachel in 3,56 uur dezelfde hoeveelheid energie levert als de gaskachel.

d Hoe groot moet het elektrisch vermogen van de elektrische kachel zijn?

gegevens Q = 76,8 MJ = 76∙106 J,  t = 3,56 h = 12 816 s (vermenigvuldigen met 3600)

gevraagd P = ? W

uitwerking Q = E = P ∙ t = 76,8∙106 = P × 12 816

P = (76,8·106)/(12 816) = 5992 W 

H6.3 Warmtetransport

(zelf aan de slag)

Werken in je boek of laptop

Lever Proef 2 in!

Opgaven theorie:  5 t/m 10

Maak Test Jezelf

Huiswerk volgende les:

• Lees H6.4 Isoleren
  
• Maak opgave 1-2

Muziek (oortjes) mag, telefoon blijft in telefoontas

H6.3 Warmtetransport

Warmte verplaatst zich van de plaats met de hoogste temperatuur naar de plaats met de laagste temperatuur. 

Hoe groter het temperatuurverschil is, des te meer warmte er wordt getransporteerd.

Drie vormen van warmtetransport:

geleiding: De warmte verplaatst zich door een stof die zelf niet in beweging is.
stroming: De warmte wordt door de bewegende stof meegenomen.

straling: Infrarode straling en licht kunnen warmte vervoeren. Het warme voorwerp zendt straling uit naar het koudere voorwerp dat de straling absorbeert. 

H6.4 Isoleren

Warmteverlies (bv. in huis) wordt veroorzaakt door:

• geleiding: de warmte beweegt door muren en ruiten naar buiten;

• straling: ‘warme’ muren en ruiten stralen warmte uit (ook naar buiten).

• stroming: stromende lucht neemt warmte mee naar buiten; denk aan ventilatie

Door isolatie lekt er minder warmte naar buiten en kun je het energieverbruik verlagen.

Isolatiematerialen zitten vol met kleine ruimtes waar lucht (slechte warmte geleider) in opgesloten zit. Er kan er geen warmtelek door stroming ontstaan.

--> Je kunt manieren beschrijven om een woonhuis te isoleren tegen warmteverlies.

--> Je kunt van elke manier van isoleren uitleggen hoe die het warmteverlies tegengaat.

H6.4 Isoleren

ENERGIE EN GELD BESPAREN

Gegevens:

Besparing = 10 m3 aardgas per meter leiding per jaar. 

18 m cv-leiding

Verbrandingswarmte aardgas =  32·10⁶ J/m³

Gasprijs (2020) = € 0,75/m³ 

Gevraagd: 

Hoeveel warmte bespaart Ina daarmee per jaar? (J)

En hoeveel geld bespaart ze door deze isolatie? (€)

 

Uitwerking:

Besparing = 18 × 10 = 180 m³ 

Q = 180 × 32∙10⁶ = 5,8·10⁹ J

€ = 180 × € 0,75 = € 135,-

H6 in een notendop

Q = E = P x t

Q = warmte (= vorm van E , energie) in Joule (J)

P= vermogen in Watt (W), waarbij P = U x I

t = tijd in seconde (s)

methaan + zuurstof → koolstofdioxide + water

methaan + zuurstof → koolstofmonoxide + water

0 °C = 273 K

Warmtetransport / Isolatie: Geleiding, stroming, straling

H6 jouw kennis?

• Multiple choice toets 
• BINAS toegestaan
• Rekenmachine toegestaan

--> 0,5 pt extra op de volgende PO!
(voorwaarde; resultaat moet voldoende zijn!)