Les 5 Thermodynamica H15.3-6

• natuurkunde
• HBO
• Studiejaar 2

Vooraf

Voorkennis activeren, aansluiten vorige les, interesse opwekken

Thermodynamica

H15; §3-6

Schooljaar 2022 / 2023

Leerdoelen les 5

Je kunt omschrijving in vaktaal geven van de volgende vakinhoudelijke concepten:

• Metabolisme (zelfstudie)
• Tweede hoofdwet: formuleringen (gedeelte zelfstudie)
• Warmtemachine en warmtepomp (koelmachine): Carnotcyclus, efficiëntie en COP (gedeelte zelfstudie)

En je kunt de concepten toepassen.

Taalsteun: Je kunt vaktaalwoorden koppelen aan proces/begrip

Mastering

Bereken de arbeid die op het systeem wordt verricht in elk van

de stukken.

Bekijk proces van 1 naar 2 (A)

Mastering Physics

2,0 mol van een 2-atomig ideaal gas worden verhit bij een

constante druk (van 1 naar 2). De toegevoerde warmte bedraagt 2,00.10³ Joule.

a. Hoe groot is de verandering in de temperatuur van het gas?

b. Hoe groot is de verandering in inwendige energie?

Wat zijn je verwachtingen van deze les?

Introductievraag
Elektriciteitscentrales met fossiele brandstoffen produceren "thermische vervuiling". Een deel van de warmte geproduceerd door de brandende brandstof wordt niet omgezet in elektrische energie. De reden voor deze verspilling is:

1. De efficiëntie is hoger als er enige warmte ontsnapt.
2. De technische technologie heeft nog niet het punt bereikt waarop 100% terugwinning van afvalwarmte mogelijk is.
3. Er moet wat afvalwarmte worden geproduceerd: dit is een fundamentele eigenschap van de natuur bij het omzetten van warmte in nuttig werk.
4. De planten vertrouwen op fossiele brandstoffen en niet op splijtstof.

Wat weet je van 2e hoofdwet van thermodynamica?

Instructie

Uitleggen, demonstreren, controle vragen stellen

1e hoofdwet thermodynamica

Behoud energie

Wel behoud energie, maar gebeurt niet

• Warmte van koud naar heet voorwerp stromen.
  
• Steen die op grond ligt en dan plotseling opstijgt doordat de thermische energie van de moleculen in kinetische energie van steen als geheel wordt omgezet.
• Bekerglas gemengd met zout- en peperkorrels schudden totdat mengsel zich vanzelf weer in twee lagen scheidt.
• Scherven van gebroken kopje voegen zich spontaan weer samen tot geheel (plaatje volgende dia).

2e hoofdwet

Verklaring van kennelijke onomkeerbaarheid van processen

Welke processen wel / niet in natuur voorkomen

Geformuleerd op verschillende manieren

2e hoofdwet

Warmte stroomt van nature van voorwerp met hoge temperatuur naar voorwerp met lage temperatuur.

Warmte stroomt niet spontaan van koud voorwerp naar heet voorwerp.

Warmtemachine

2e hoofdwet

Kelvin-Planck:

Geen machine die warmte volledig omzet in arbeid

Hoe zorg je ervoor dat je je concentratie op peil houdt?

Toepassing

Oefenen, groepsopdracht uitvoeren, debatteren

Groepsopdracht

• Beschrijf werking warmtemachine
• Gebruik begrippen: temperatuur, druk, arbeid op en arbeid door
• Stel TL = TH
  Leg uit wat er dan gebeurt

• Zorg dat je kunt presenteren aan klas (tijd afspreken)

Presentatie groepsopdracht

• 1 groep presenteert  werking warmtemachine
• Andere groepen geven feedback op inhoud, strategie, modus of kwaliteit
  (verdelen) van presentatie

Efficiëntie/rendement

e=​Q​H​​​​W​​

efficiëntie

e=​Q​H​​​​W​​

e=​Q​H​​​​Q​H​​−Q​L​​​​

e=1−​Q​H​​​​Q​L​​​​

Ideale efficiëntie: Carnot rendement

Maximaal haalbare rendement

(ook manier om 2e hoofdwet te formuleren

e=1−​Q​H​​​​Q​L​​​​

e​ideaal​​=1−​T​H​​​​T​L​​​​

Welk percentage van warmte die wordt geproduceerd door verbranden van benzine, wordt door een typische auto omgezet in nuttig werk?

1. 20%
2. 50%
3. 80%
4. 100%

motor 120 C ongeveer 400 K

uitlaat 20 C ongeveer 300 K

e = 25%

Motorfabrikant maakt volgende beweringen:
Warmte-invoer per seconde van motor is 9,0 kJ bij 435 K. De warmteafgifte per seconde is 4,0 kJ bij 285 K.

Leg uit of deze beweringen kloppen.

Groepsopdracht koelkast

Gezamenlijk werking volgende elementen beschrijven (zie hierna open vraag):

Verdamper, condenser, pomp, expansieventiel en COP

Beschrijf hier met je groep de werking van de koelkast.
Gebruik de volgende woorden:
Condensor, verdamper, expansieventiel en COP.

Evaluatie

Samenvatten, herhalen, feedback vragen, vooruit blikken

Huiswerk

• Maken opgaven Mastering les 5 
• Bestuderen Giancoli H15, §3-6

Kloppen je verwachtingen? Waarom?

Differentiatie

Extra uitleg, uitdagen, plusopdrachten

Ondersteunend materiaal

Op de elo vind je in de map "ondersteunend materiaal" video's met uitleg over 1e hoofdwet en thermodynamische processen.