Oefentoets Hoofdstuk Warmte/Materialen
Oefentoets Warmte/Materialen
Hoofdstuk Warmte/Materialen
Pak je schrift, pen en BINAS. Probeer deze oefentoets, zo goed als het kan zonder je Lessonup's op je iPad te raadplegen, te maken.
Denk altijd aan significante cijfers en eenheden. Er wordt geen formuleblad gegeven,
in BINAS T35 staan vele formules die je nodig hebt. Denk ook aan T36 voor eventuele wiskundige formules. Ook T28B voor stookwaardes. En als laatste, staan in T8, 9, 10, 11... De eigenschappen van verschillende stoffen.
1 / 26
volgende
Slide 1: Tekstslide
NatuurkundeMiddelbare schoolhavo, vwoLeerjaar 4
In deze les zitten 26 slides, met interactieve quizzen en tekstslides.
Lesduur is: 45 minOnderdelen in deze les
Oefentoets Warmte/Materialen
Hoofdstuk Warmte/Materialen
Pak je schrift, pen en BINAS. Probeer deze oefentoets, zo goed als het kan zonder je Lessonup's op je iPad te raadplegen, te maken.
Denk altijd aan significante cijfers en eenheden. Er wordt geen formuleblad gegeven,
in BINAS T35 staan vele formules die je nodig hebt. Denk ook aan T36 voor eventuele wiskundige formules. Ook T28B voor stookwaardes. En als laatste, staan in T8, 9, 10, 11... De eigenschappen van verschillende stoffen.
Slide 1 - Tekstslide
Opgave 1 - Titan (1/2)
Om de planeet Saturnus draaien vele manen, waarvan de maan Titan zeer uniek is. ondanks dat het kleiner is dan de Aarde, bevat de atmosfeer van de maan o.a. methaan een ethaan. Daar waar wij op Aarde een cyclys van water hebben, bestaat op Titan een cyclus van methaan en zijn er zelfs meren en zeeën op de maan.
a. In een klimaatcyclus heb je de overheersende stof op een hemellichaam in zowel vaste, vloeibare als gasvorm. Bij welke temperaturen geldt dat voor methaan en ethaan?
b. Stel dat er op de evenaar van Titan een gemiddelde temperatuur van -179 ºC heerst. In welke toestand vinden we methaan en ethaan daar?
a. In een klimaatcyclus heb je de overheersende stof op een hemellichaam in zowel vaste, vloeibare als gasvorm. Bij welke temperaturen geldt dat voor methaan en ethaan?
b. Stel dat er op de evenaar van Titan een gemiddelde temperatuur van -179 ºC heerst. In welke toestand vinden we methaan en ethaan daar?
Slide 2 - Tekstslide
Opgave 1 - Titan (2/2)
c. Richting de polen is het natuurlijk een stuk kouder en wordt een temperatuur van -200 ºC gemeten. In welke toestand bevinden ethaan en methaan zich daar?
Slide 3 - Tekstslide
Opgave 1A - Antwoord
a. In een klimaatcyclus heb je de overheersende stof op een hemellichaam in zowel vaste, vloeibare als gasvorm. Bij welke temperaturen geldt dat voor methaan en ethaan?
Methaan; smeltpunt = 91 K, kookpunt = 112 K
Vast: <91 K, vloeibaar: > 91 K & < 112 K, gas: > 112 K.
Ethaan; smeltpunt = 90 K, kookpunt = 185 K
Vast: <90 K, vloeibaar: > 90 K & < 185 K, gas: > 185 K.
Methaan; smeltpunt = 91 K, kookpunt = 112 K
Vast: <91 K, vloeibaar: > 91 K & < 112 K, gas: > 112 K.
Ethaan; smeltpunt = 90 K, kookpunt = 185 K
Vast: <90 K, vloeibaar: > 90 K & < 185 K, gas: > 185 K.
Slide 4 - Tekstslide
Opgave 1BC - Antwoord
b. Stel dat er op de evenaar van Titan een gemiddelde temperatuur van -179 ºC heerst. In welke toestand vinden we methaan en ethaan daar?
-179 ºC => 94 K. Methaan: vloeibaar: > 91 K & < 112 K, ethaan: vloeibaar: > 90 K & < 185 K
c. Richting de polen is het natuurlijk een stuk kouder en wordt een temperatuur van -200 ºC gemeten. In welke toestand bevinden ethaan en methaan zich daar?
-200 ºC => 73 K. Methaan: vast: < 91 K, ethaan: vast: < 90 K
-179 ºC => 94 K. Methaan: vloeibaar: > 91 K & < 112 K, ethaan: vloeibaar: > 90 K & < 185 K
c. Richting de polen is het natuurlijk een stuk kouder en wordt een temperatuur van -200 ºC gemeten. In welke toestand bevinden ethaan en methaan zich daar?
-200 ºC => 73 K. Methaan: vast: < 91 K, ethaan: vast: < 90 K
Slide 5 - Tekstslide
Opgave 2 - Vacuümglas (1/3)
In plaats van ruiten van gewoon dubbelglas worden tegenwoordig in woningen ook ruiten van zogenaamd vacuümglas toegepast, zie
onderstaande rechterfiguur. Bij gewoon dubbelglas
bevindt zich droge lucht tussen de twee glasplaten.
De totale ruit is 12 mm dik. Bij vacuümglas is de
ruimte tussen de twee glasplaten vacuüm. Tussen
de twee glasplaten bevinden zich minuscule
pilaartjes. De totale ruit is nauwelijks dikker dan
6 mm en isoleert beter dan een ruit van gewoon
dubbelglas. De warmtegeleiding via de pilaartjes
is verwaarloosbaar.
onderstaande rechterfiguur. Bij gewoon dubbelglas
bevindt zich droge lucht tussen de twee glasplaten.
De totale ruit is 12 mm dik. Bij vacuümglas is de
ruimte tussen de twee glasplaten vacuüm. Tussen
de twee glasplaten bevinden zich minuscule
pilaartjes. De totale ruit is nauwelijks dikker dan
6 mm en isoleert beter dan een ruit van gewoon
dubbelglas. De warmtegeleiding via de pilaartjes
is verwaarloosbaar.
Slide 6 - Tekstslide
Opgave 2 - Vacuümglas (2/3)
a. Leg uit waarom vacuümglas beter isoleert dan gewoon dubbelglas.
Een ruit van vacuümglas heeft een oppervlakte van 1,20 m2. Tussen de glasplaten bevinden zich 60 pilaartjes. In de figuur hiernaast is een gedeeltelijke doorsnede van het
vacuümglas met drie pilaartjes getekend. De waarde van λ voor een ruit van
vacuümglas is 8,4·10-3 W m-1 K-1. De waarde van λ voor een ruit van
dubbelglas is 42·10-3 W m-1 K-1.
Een ruit van vacuümglas heeft een oppervlakte van 1,20 m2. Tussen de glasplaten bevinden zich 60 pilaartjes. In de figuur hiernaast is een gedeeltelijke doorsnede van het
vacuümglas met drie pilaartjes getekend. De waarde van λ voor een ruit van
vacuümglas is 8,4·10-3 W m-1 K-1. De waarde van λ voor een ruit van
dubbelglas is 42·10-3 W m-1 K-1.
Slide 7 - Tekstslide
Opgave 2 - Vacuümglas (3/3)
Op een bepaalde middag is gedurende 4,0 uur de buitentemperatuur 3,0 °C en de binnentemperatuur 19 °C. Het vertrek dat verwarmd wordt, heeft ruiten met een totale oppervlakte van 6,0 m2. De verwarmingsinstallatie verbrandt Gronings aardgas en heeft een rendement van 90%.
b. Bereken de warmtestroom tussen de binnen- en buitenkant.
c. Bereken de hoeveelheid energie men in die 4,0 uur bespaart bij gebruik van vacuümglas in plaats van gewoon dubbelglas.
d. Hoeveel kubieke meter Gronings aardgas bespaar je met de hoeveelheid energie die je bij vraag 7 hebt berekend?
b. Bereken de warmtestroom tussen de binnen- en buitenkant.
c. Bereken de hoeveelheid energie men in die 4,0 uur bespaart bij gebruik van vacuümglas in plaats van gewoon dubbelglas.
d. Hoeveel kubieke meter Gronings aardgas bespaar je met de hoeveelheid energie die je bij vraag 7 hebt berekend?
Slide 8 - Tekstslide
Opgave 2A - Antwoord
a. Leg uit waarom vacuümglas beter isoleert dan gewoon dubbelglas.
Bij dubbelglas is er lucht aanwezig tussen de twee oppervlakken glas. De lucht kan alsnog warmte transporteren tussen beide glasplaten middels warmtestroming. Omdat er geen lucht tussen de glasplaten van vacuümglas aanwezig is, kan er ook gene warmtetransport plaats vinden tussen beide platen middels warmtestroming, en dus isoleert het beter.
Er is nog wel een transport van straling mogelijk, dus van 100% isolatie is geen sprake.
Bij dubbelglas is er lucht aanwezig tussen de twee oppervlakken glas. De lucht kan alsnog warmte transporteren tussen beide glasplaten middels warmtestroming. Omdat er geen lucht tussen de glasplaten van vacuümglas aanwezig is, kan er ook gene warmtetransport plaats vinden tussen beide platen middels warmtestroming, en dus isoleert het beter.
Er is nog wel een transport van straling mogelijk, dus van 100% isolatie is geen sprake.
Slide 9 - Tekstslide
Opgave 2B - Antwoord
b. Bereken de warmtestroom tussen de binnen- en buitenkant.
Tbuiten = 3,0 °C Tbinnen = 19,0 °C A = 1,20 m2 d = 6,0·10-3 m η = 90%
λ = 8,4·10-3 W m-1 K-1 rV,Gronings gas = J/m3
Tbuiten = 3,0 °C Tbinnen = 19,0 °C A = 1,20 m2 d = 6,0·10-3 m η = 90%
λ = 8,4·10-3 W m-1 K-1 rV,Gronings gas = J/m3
P=λAdΔT=8,4⋅10−3⋅6,0⋅6,0⋅10−3(19−3,0)=1,3⋅102 W
Slide 10 - Tekstslide
Opgave 2C - Antwoord
c. Bereken de hoeveelheid energie men in die 4,0 uur bespaart bij gebruik van vacuümglas in plaats van gewoon dubbelglas.
Pvacuumglas=1,3⋅102 W→Evacuumglas=Pvacuumglas⋅t=26,88⋅4⋅3600=1,9⋅106 J
Pdubbel glas=λAdΔT=42⋅10−3⋅6,0⋅12,0⋅10−3(19−3,0)=3,4⋅102 W
Pdubbel glas=3,4⋅102 W→Edubbel glas=Pdubbel glas⋅t=3,4⋅102⋅4⋅3600=4,8⋅106 J
Edubbelglas−Edubbelglas=4,8⋅106−1,9⋅106=2,9⋅106 J bespaard
Slide 11 - Tekstslide
Opgave 2D - Antwoord
d. Hoeveel kubieke meter Gronings aardgas bespaar je met de hoeveelheid energie die je bij vraag 7 hebt berekend?
η=EtotaalEnuttig⋅100%→Ech=ηEbespaard⋅100=902,9⋅106⋅100=3,2⋅106 J
Ech=rVV→V=rVEch=32⋅1063,2⋅106=0,10 m3
Slide 12 - Tekstslide
Opgave 3 - Gasmeter (1/3)
Lees het onderstaande artikel uit 2007 over de (oude) gasmeters, ondertussen veelal vervangen door de "slimme" meters.
Nederlandse huishoudens worden al jarenlang bedrogen door hun gasleveranciers. Ieder jaar betalen
we honderden miljoenen euro’s te veel voor onze energie. Onnauwkeurige gasmeters geven een verbruik
dat hoger ligt dan er daadwerkelijk wordt geleverd.
Uit onderzoek blijkt dat de aloude ‘balgenmeter’ in veel gevallen een afwijking van tenminste 5% heeft.
De apparaten meten het geleverde volume gas, terwijl dat volume door de warmte in huis toeneemt.
Deze meter telt alleen de kubieke meters en niet het aantal moleculen dat in een kuub zit.
Aangezien gasmoleculen de eigenschap hebben uit te zetten bij hogere temperaturen, krijgt een consument bij hoge
temperatuur minder moleculen binnen voor hetzelfde geld. Een gasmeter is volgens de wet afgesteld op een temperatuur van 7 °C. Als het bij de gasmeter warmer is dan 7 °C dan betaalt de consument teveel.
Slide 13 - Tekstslide
Opgave 3 - Gasmeter (2/3)
Om de informatie in het artikel te controleren, veronderstellen we dat:
− een gemiddeld huishouden in Nederland 2000 m3
aardgas gebruikt;
aardgas gebruikt;
− Nederland 7 miljoen huishoudens telt;
− de afwijking van de gasmeter inderdaad 5% is;
− aardgas € 0,60 per m3 kost
a. Ga met een berekening na of “honderden miljoenen euro’s teveel voor onze
energie” zoals in het artikel staat, een redelijke schatting is.
energie” zoals in het artikel staat, een redelijke schatting is.
Slide 14 - Tekstslide
Opgave 3 - Gasmeter (3/3)
Het cursieve deel van het artikel is natuurkundig onjuist.
b. Leg uit wat er in dit deel van de zin natuurkundig onjuist is en formuleer een goed alternatief.
Slide 15 - Tekstslide
Opgave 3A - Antwoord
a. Ga met een berekening na of “honderden miljoenen euro’s teveel voor onze energie” zoals in het artikel staat, een redelijke schatting is.
Het totale volume gas dat per jaar wordt afgenomen is 7·106·2000 = 1,4·1010 m3
5% hiervan is teveel: 0,05·1,4·1010 = 7,0·108 m3
We betalen dus 7,0·108·0,60 = 4,20·108 = 420 miljoen euro teveel.
(Honderden miljoenen euro’s is inderdaad een redelijke schatting.)
Slide 16 - Tekstslide
Opgave 3B - Antwoord
b. Leg uit wat er in dit deel van de zin natuurkundig onjuist is en formuleer een goed alternatief.
Gasmoleculen hebben niet de eigenschap om uit te dijen bij hogere
temperatuur.
temperatuur.
Alternatief: het volume van het gas neemt toe bij hogere temperatuur.
Slide 17 - Tekstslide
Opgave 4 - Pinguin (1/3)
Pinquins zijn vogels die zich hebben aangepast aan het leven
op Antarctica. Gedurende de langste nachten op dat continent
kunnen wel temperaturen van -40 ºC behaald worden,
temperaturen waarbij een individuele pinguin het niet kan
overleven. De pinguins overleven door als een (letterlijk)
knuffelende groep van soms 2500 stuks in een gevulde cirkel
tegen elkaar te staan en zo warmte met elkaar te delen. Daar-
door hebben de pinguins aan de rand van de cirkel het koudst.
op Antarctica. Gedurende de langste nachten op dat continent
kunnen wel temperaturen van -40 ºC behaald worden,
temperaturen waarbij een individuele pinguin het niet kan
overleven. De pinguins overleven door als een (letterlijk)
knuffelende groep van soms 2500 stuks in een gevulde cirkel
tegen elkaar te staan en zo warmte met elkaar te delen. Daar-
door hebben de pinguins aan de rand van de cirkel het koudst.
Slide 18 - Tekstslide
Opgave 4 - Pinguin (2/3)
De hoeveelheid warmte die de pinguins per tijdseenheid afgeven kunnen we weergeven met de formule:
waarin:
ΔQ / Δt = warmte per tijdseenheid die wordt afgestaan aan de omgeving (J/s of W)
p = constante afhangend van isolerende eigenschappen van de groep pinguins (W/K)
ΔT = temperatuurverschil tussen de groep pinguins en de lucht buiten hen (K)
a. Noem een groepeigenschap die van invloed kan zijn van de hoogte van constante p.
waarin:
ΔQ / Δt = warmte per tijdseenheid die wordt afgestaan aan de omgeving (J/s of W)
p = constante afhangend van isolerende eigenschappen van de groep pinguins (W/K)
ΔT = temperatuurverschil tussen de groep pinguins en de lucht buiten hen (K)
a. Noem een groepeigenschap die van invloed kan zijn van de hoogte van constante p.
ΔtΔQ=p⋅ΔT
Slide 19 - Tekstslide
Opgave 4 - Pinguin (3/3)
Beschouw de buitenste rand van pinguins als de overgang tussen de warme binnenste gevulde cirkel pinguins en de buitentemperatuur. Negeer het warmtetransport boven de koppen van de pinguins. De constante p heeft een waarde van 0,05 W/K.
b. Bereken de hoeveelheid warmte die de buitenste penguins per tijdseenheid verliezen gedurende die lange koude winters van -40 ºC.
c. Zal de waarde van de constante p voor een individuele pinguin groter of kleiner zijn dan de waarde van 0,05 W/K? Licht je antwoord toe.
b. Bereken de hoeveelheid warmte die de buitenste penguins per tijdseenheid verliezen gedurende die lange koude winters van -40 ºC.
c. Zal de waarde van de constante p voor een individuele pinguin groter of kleiner zijn dan de waarde van 0,05 W/K? Licht je antwoord toe.
Slide 20 - Tekstslide
Opgave 4AB - Antwoord
a. Noem een groepeigenschap die van invloed kan zijn van de hoogte van constante p.
Als er pinguins niet dicht op elkaar staan, kan er warmte worden afgegeven aan de lucht tussen de pinguins.
b. Bereken de hoeveelheid warmte die de buitenste penguins per tijdseenheid verliezen gedurende die lange koude winters van -40 ºC.
Als er pinguins niet dicht op elkaar staan, kan er warmte worden afgegeven aan de lucht tussen de pinguins.
b. Bereken de hoeveelheid warmte die de buitenste penguins per tijdseenheid verliezen gedurende die lange koude winters van -40 ºC.
ΔtΔQ=p⋅ΔT=0,05⋅(37−−40)=3,85 W
Slide 21 - Tekstslide
Opgave 4C - Antwoord
c. Zal de waarde van de constante p voor een individuele pinguin groter of kleiner zijn dan de waarde van 0,05 W/K? Licht je antwoord toe.
Een individuele pinguin verliest van alle kanten van zijn/haar lichaam energie, terwijl de pinguins op de rand van de cirkel alleen het oppervlak van hun rug blootgesteld hebben. De waarde van p zou zomaar zeker 2x zo groot kunnen zijn, en dus veel sneller energie afgeven aan de omgeving dan in een groep.
Een individuele pinguin verliest van alle kanten van zijn/haar lichaam energie, terwijl de pinguins op de rand van de cirkel alleen het oppervlak van hun rug blootgesteld hebben. De waarde van p zou zomaar zeker 2x zo groot kunnen zijn, en dus veel sneller energie afgeven aan de omgeving dan in een groep.
Slide 22 - Tekstslide
Opgave 5A
Het verwarmen van de aarde door de zon is een voorbeeld van warmtetransport door ...
A
geleiding
B
stroming
C
straling
Slide 23 - Quizvraag
Opgave 5A - Antwoord
Het verwarmen van de aarde door de zon is een voorbeeld van warmtetransport door ...
... straling.
Omdat er een vacuüm heerst tussen de zon en de aarde, is straling de enige manier van warmtetransport.
Omdat er een vacuüm heerst tussen de zon en de aarde, is straling de enige manier van warmtetransport.
Slide 24 - Tekstslide
Opgave 5B
Als de dikte van de stof (waardoor warmtetransport plaats vindt) kleiner wordt, wat gebeurt er dan met de waarde van het warmtestroom?
Als de dikte van de stof (waardoor warmtetransport plaats vindt) kleiner wordt, wat gebeurt er dan met de waarde van het warmtestroom?
A
Die wordt kleiner
B
Die wordt groter
C
Die wordt negatiever
D
Die blijft gelijk
Slide 25 - Quizvraag
Opgave 5B - Antwoord
Als de dikte van de stof (waardoor warmtetransport plaats vindt) kleiner wordt, wat gebeurt er dan met de waarde van het warmtestroom?
Die wordt groter
Reken het zelf maar uit. P = λ A ΔT / d = = λ A ΔT (1/ d), als d kleiner wordt, dan wordt de term 1/d groter. vermenigvuldig je een grote term met allemaal getallen die hetzelfde blijven, dan wordt P, warmtestroom, ook groter.
Reken het zelf maar uit. P = λ A ΔT / d = = λ A ΔT (1/ d), als d kleiner wordt, dan wordt de term 1/d groter. vermenigvuldig je een grote term met allemaal getallen die hetzelfde blijven, dan wordt P, warmtestroom, ook groter.
