Les 3 w3b, Warmte en energie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

Planning

- Opstarten

- Herhalingsvragen

- Uitleg nieuwe stof

- Oefenopgaven maken

- Enkele oefenopgaven bespreken

- Afsluiting

Een waterkoker met een vermogen van 2000 W staat voor 2 minuten aan. Hoeveel elektrische energie zal deze waterkoker gebruikt hebben?

1. 4000 J
2. 240 000 J
3. 240 kJ
4. 5400 J

P = 2000 W

t = 2 m = 120s

E = ?

E = E x t = 2000 W x 120 s = 240.000 J = 240 kJ 

200g water wordt verwarmd van 10°C naar 15°C. De soortelijke warmte van water is 4,2 J / g*°C. Hoeveel energie is er nodig om het water te verwarmen?

1. 8729 J
2. 4200 J
3. 753 J
4. 5000 J

m = 200g

c = 4,2 J/g*°C

Tbeg = 10°C

Teind = 15°C

E = ?

E = c x m x ∆T = 4,2 J/j*°C x 200g x (15°C - 10°C) = 4200 J

Warmte overdracht

In een waterkoker wordt elektrische energie omgezet in warmte.

Warmte is eigenlijk gewoon soort energie. Heeft ook dezelfde eenheid. 

Je kan dus als je de elektrische energie die de waterkoker gebruikt weet, ook berekenen hoeveel warmte er toegevoegd is aan het water.

Jammer genoeg gaat er bij die omzetting vaak warmte verloren.

Rekenen met warmte overdracht

100 gram water(c = 4,2 J / g* °C) wordt verwarmd met een dompelaar die een vermogen heeft van 300W (P = 300W). Het water wordt verwarmd voor 1 minuut (t = 60s). Je mag ervanuit gaan dat alle elektrische energie uiteinelijk in het water terecht komt. 

a) Hoeveel elektrische energie gaat van de dompelaar het water in?

b) Hoeveel zal de temeratuur van het water zijn gestegen door deze energie?

Verbrandingswarmte

Symbool: r

Eenheid: Joul per kg of Joule per m³   Of  Joule per liter

Symbool Eenheid:

J/kg 

J/m³ 

J/L

Bij verbranding komt warmte vrij. Dat voel je wanneer je je hand bij een vlam houd. Hoe veel warmte hangt af van de stof die je aan het verbranden bent. Elke stof heeft namelijk een verbrandingswarmte of stookwaarde. 

De verbrandingswarmte is de hoeveelheid warmte die er vrijkomt als je een hoeveelheid stof verbrand. 

De eenheid van die hoeveelheid hangt af van of een stof vloeibaar, vast of gas is.

Formule verbrandingswarmte

Wanneer de verbrandingswarmte in J/m³ of J/L gegeven is:

Wanneer de verbradingswarmte in J/kg gegeven is:

Q=r×V

Q=r×m

Hoeveel warmte levert het verbranden van 50 liter aardgas? (Vraag 10 van het stencil)

Gegeven:

V = 50 L

r = 32 MJ/m3 = 32 kJ/dm3 = 32 kJ/L

Gevraagd:

Q = ?

Formule:

Q = r x V

Invullen:

Q = 32 kJ/L * 50 L = 1600 kJ

Checken:

Antwoord staat in kJ

Rendement

Vroegâr werden lampen warm. Een deel van de elektrische energie wordt dus omgezet in warmte energie. Het percentage van de elektrische energie die Wel nuttig gebruikt wordt heet het rendement. 

Formules rendement

η=​E​tot​​​​E​nut​​​​×100%

η=​P​tot​​​​P​nut​​​​×100%

De afbeelding hierboven is een energie stroom diagram van een TL-buis. Bereken het rendement van de TL-buis.

η=​E​tot​​​​E​nut​​​​×100%

η=​P​tot​​​​P​nut​​​​×100%

Gegeven:

E tot = 40J

E nut = 8J

Gevraagd:

eta = ?

Formule:

....

invullen:

antwoord = 20%

Aantekening 3: H3.2

Verbrandingswarmte(r) is de hoeveelheid energie die vrijkomt bij verbranding. 

De formules om de hoeveelheid energie die vrijkomt bij verbranding uit te rekenen zijn:  

Het rendement is het percentage van de elektrische energie die nuttig gebruikt wordt.

De formules voor het berekenen van rendement zijn:

Q=r×V

Q=r×m

η=​E​tot​​​​E​nut​​​​×100%

η=​P​tot​​​​P​nut​​​​×100%

Oefen opgaven

Maak alle vragen op het stencil

Alles wat niet af is wordt huiswerk

Opgave 6

In een aluminium(c = 0,88 J / g* °C) ketel met een massa van 450 gram, wordt water van 10 °C aan de kook gebracht. Hoeveel warmte neemt de ketel op als de ketel steeds dezelfde temperatuur heeft als het water?   

Opgave 9

Peter heeft een waterkoker met een vermogen van 2,1 kW. In 3 minuten en 20 seconden brengt hij 900 gram water(c = 4.2 J/g*°C) aan de kook. De begintemperatuur bedroeg 15 °C.

a. Bereken hoeveel warmte nodig is voor deze temperatuurstijging van het water.

b. Bereken hoeveel elektrische energie in toegevoerd.

c. Hoeveel energie gaat er verloren?

d. Bereken het rendement van de waterkoker.

e. Hoelang duurt het om 2 keer zoveel water aan de kook te brengen. Ga weer uit van een begintemperatuur van 15 °C. Neem aan dat het rendement niet verandert.

Een telefoon oplader heeft een vermogen van 10W. Daarvan komt 8 W in de batterij van je telefoon terecht. Wat is het rendement van deze oplader?

1. 75%
2. 20%
3. 80%
4. 0,8

0,5 m² van een gas wordt verbrandt. Er komt bij deze verbranding 15 MJ vrij. Wat was de verbrandingswarmte van dit gas in MJ/m²?

1. 35 MJ/m2
2. 30 MJ/m2
3. 7,5 MJ/m2
4. 60 MJ/m2