3.2 Verwarmen

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

3.2  Verwarmen

Lesdoelen:

Verschillende soorten warmtebronnen noemen.

Uitleggen hoe je een proef met een warmtemeter kan doen.

Rekenen met de formules om de afgestane en opgenomen warmte te bepalen.

Voorkennis

Mensen hebben warmte nodig om hun huis te verwarmen, water heet te maken en voedsel te bereiden. Daarvoor gebruiken ze allerlei warmtebronnen, zoals cv-ketels, ovens, boilers en kokendwaterkranen. Veel van die warmtebronnen werken op elektrische energie. Andere maken gebruik van de chemische energie in aardgas. Maar als de energietransitie doorzet, zullen dat er steeds minder worden.

Warmtebronnen

Als je in huis rondkijkt, kom je daar verschillende warmtebronnen tegen. Een cv-ketel of warmtepomp levert de warmte waarmee het huis wordt verwarmd. Voorbeelden van andere warmtebronnen zijn een kookplaat, een oven, een waterkoker, een soldeerapparaat, een föhn en een wasdroger.

Warmtebronnen

Twee soorten warmtebronnen;

1. Chemische energie wordt omgezet in warmte
2. Elektrische energie wordt omgezet in warmte

Chemische warmtebronnen

Hier wordt een brandstof verbrand, zoals hout, aardgas, kolen.

V.b) . C.V. ketel, gasfornuis, houtkachel.

Elektrische warmtebronnen

Deze sluit je gewoonlijk aan op de netspanning.

V.b. Kookplaat ,oven, waterkoker, soldeerapparaat

Energiestroomdigaram tekenen

In de volgende instructie leer je hoe je deze diagrammen kan tekenen bij verschillende lampen en hoe je het rendement kan berekenen.

      Warmtemeter

Een vrijwel perfect geïsoleerd bakje waarmee je de hoeveelheid warmte kan meten die nodig is om een hoeveelheid vloeistof te verwarmen.

De warmte die wordt afgestaan door de spiraal hangt af van het vermogen en de tijd.

Je kunt de afgestane warmte uitrekenen met:

E = P x t

E = vrijgekomen warmte (J)

P = vermogen (W)

t = tijd (s)

Soortelijke warmte 

Dit is de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 g van een stof 

één graad Celsius in temperatuur te doen stijgen.

De soortelijke warmte van water is 4,18 J/g ^oC

Het symbool is de letter c.

Rekenen met soortelijke warmte

Je kan uitrekenen hoeveel warmte er nodig is om een bepaalde hoeveelheid stof een zekere temperatuur te verhitten.

Handig om te weten

- 1 L water heeft een massa van 1 kg, dus 1000 g.

- Het kookpunt van water is 100°C

- Cwater = 4,18 J/g°C. Andere soortelijke warmte kun je opzoeken in een tabel.

-Hoe kleiner de soortelijke warmte,

des te eerder het warm wordt.

- Indien er geen warmteverlies is geldt

c x m x Δ T = P x t 

Voorbeeld

Zo kan het ook...

Geg: Cwater = 4,2 J/g°C    m = 1500 g    Δ T  = 80°C   P = 1600 W

Gevr:  t 

Opl:  c x m x Δ T = P x t

4,2 x 1500 x 80 = 1600 x t

t = 315 s

 

Sinds 1978 is de Joule de wettelijke 

eenheid van energie. 

Alleen bij voeding zie je nog Cal of 

kCal en bij energie thuis kWh.

1 calorie = 4,18 J

Belang lesdoel

Je hebt deze info nodig voor de proef met het waxinelichtje.

Deze paragraaf is van groot belang voor de basiskennis voor de toets.

Energiewaarden opvoeding begrijpen zorgt dat je kan afvallen.

Controlevragen

1a Op welke twee soorten energie werken de warmtebronnen die je thuis gebruikt?

b Noem van elke soort energie twee voorbeelden van warmtebronnen.

a) Waar komt de geproduceerde

 warmte vandaan ?

b) Waarom lekt er haast geen

 warmte weg ?

c) Waarvoor is de roerder ?

d ) Hoe meet je de temperatuur ?

 warmte ?

Leontien heeft 150 g water verwarmd in een warmtemeter. In de figuur

 zie je de grafiek die ze van haar proef heeft gemaakt.

a Bereken hoeveel warmte het water in 15 min opneemt. 

b Bereken het vermogen van het verwarmingselement.

a)m= 150 g (de dichtheid van water:ρ= 1,0 g/cm3)

ΔT= 35 − 10 = 25 °C

Q=c∙m∙ ΔT= 4,2 × 150 × 25 ≈ 1,6∙104J (16 kJ)

b) t= 15 min = 900 s

P=
E/ t

P = 16.000/900

P ≈ 18 W

Er wordt 100 g vloeistof verhit. Eerst vloeistof A en dan B. Het vermogen is 12 W.

a) Welke vloeistof heeft de grootste soortlijke warmte ? Waarom ?

b) Bereken beide soortelijke warmtes. Welke is water ?

Bijvoorbeeld: Vloeistof B stijgt onder dezelfde omstandigheden minder in temperatuur dan vloeistof A. Dat betekent dat vloeistof B voor dezelfde temperatuurstijging méér warmte nodig heeft dan vloeistof A. Anders gezegd: vloeistof B heeft de grootste soortelijke warmte.

Geg: 

Vloeistof B) m = 100 g   ΔT=25 °C  P = 12 W  t =900 s

Gevr: c (welke vloeistof ?)

Opl:  c∙m∙ ΔT =  P∙t     c = P∙t/(m∙ ΔT) = 12x900/(100 x 25)

c = 4,3 J/g°C

Vloeistof A) c = P∙t/(m∙ ΔT)  c = 12 x 900(100 x 50) 

c = 2,2 J/g°C 

 (Dit zal water zijn, want c water is 2,18 J/g°C )

Joan vult de waterkoker in de figuur helemaal met water van 20 °C. Daarna zet ze het apparaat aan.

Bereken hoelang het op zijn minst duurt voordat het water kookt.

Geg: 

m = 1700 g  P = 2200 W  Δ T = 100-20 = 80°C   Cwater = 4,18 J/g°C

Gevr: t

Opl  c x m x Δ T = P x t    t = c x m x Δ T/P

t = 4,18 x 1700 x 80 / 2200 = 260 s

t = 4 min 20 s

Rekenen aan een warmtemeter

In de volgende instuctie leer je:
- Hoe je met een warmtemeter(dompleaar) de warmte kan    berekenen.
- Hoe je moet rekenen met Q = c x m x ΔT
- Hoe je moet rekenen met P = U x I
- Hoe je moet rekenen met c x m x Δ T = P x t
- Hoe je het rendement kan berekenen