Brander door Tim van Waardenburg

Doelen

Warmte

Warmte is een vorm van energieoverdracht. Temperatuur is het trillen van moleculen. Warmte en temperatuur hebben veel met elkaar te maken. Als je warmte aan een voorwerp toevoegt wordt vaak de temperatuur hoger. Toch is warmte niet hetzelfde als temperatuur. Omdat warmte een vorm van energieoverdracht is heeft het net als energie de eenheid J (Joule)

https://www.youtube.com/embed/RM5yXMk-xH4 |https://www.youtube.com/embed/TzYJrTrbO-A

Verplaatsen van warmte

Warmte kan zich op 3 manieren verplaatsen. Stroming, straling en geleiding.

Stroming

Warmte kan zich verplaatsen door stroming. Je maakt een stof warm en je verplaatst die stof naar een andere plek. Je hebt nu de warmte verplaatst. Dit gebeurd bijvoorbeeld in huizen met een centrale verwarming. Het water wordt opgewarmd en door het huis gepompt.

Er vind ook veel stroming in de lucht plaats. Warme lucht stijgt op. Hierdoor is het boven in een ruimte vaak warmer dan beneden.

Straling

De zon heeft een hoge temperatuur. De zon is zelfs zo warm dat we het vanaf de aarde kunnen voelen. Alle stoffen geven warmtestraling af. Hoe hoger de temperatuur hoe meer warmtestraling. Bij stoffen met een lage temperatuur merken we niets van die straling. Maar als we hout verbranden op een kampvuur kunnen we op enkele meters afstand al de warmte voelen. Ook bij een BBQ kun je op kleine afstand de warmte al voelen.

Geleiding

Sommige stoffen geleiden goed warmte. Vooral de metalen doen dit goed. je maakt de stof aan de ene kant warm en na een tijdje wordt de andere kant ook warm. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij pannen. Je maakt de metalen pan aan de onderkant warm en de binnenkant wordt dan ook warm.

Candle |https://www.flickr.com/photos/waiferx/2721036539 |Waifer X |https://www.flickr.com/photos/waiferx/ |Creative Commons Attribution 2.0 Generic |https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

Verplaatsen van warmte tegen gaan

Soms wil je dat de warmte niet verplaatst. Als je producten in een koelkast op een lage temperatuur wilt bewaren wil je de warmte buiten de koelkast houden. Als je in de winter je huis warmt gestookt hebt wil je de warmte juist binnen houden.

Stroming

Het tegengaan van warmtestroming is de meest eenvoudige. Je zorgt ervoor dat een warme stof zich niet kan verplaatsen. Dit doe je bijvoorbeeld door in de winter de ramen en deuren zoveel mogelijk dicht te houden. Bij winkels hangt vaak boven de deur een apparaat dat warme lucht blaast. Hierdoor stroomt er geen warmte de winkel uit. Andere oplossingen zijn bijvoorbeeld een draaideur of een sluis. Een sluis zijn twee deuren achter elkaar.

Straling

Je kunt straling tegengaan door een reflecterend oppervlak te gebruiken. De meeste metalen zijn glimmend. Aluminium is ook nog eens goed te bewerken dus vaak kiest men voor aluminium. Doordat het glimmende oppervlak de straling terug kaatst wordt er door het materiaal geen warmte opgenomen. Naast aluminium wordt ook kunststof met een glimmend laagje gebruikt. Als je een kleur moet kiezen is wit de beste reflector. Zwart neemt juist warmte op.

Geleiding

Een isolator is een stof die slecht warmte geleid. Lucht is een goede isolator maar als je alleen lucht gebruikt ontstaat er ook stroming. Bij piepschuim is de lucht opgesloten in kleine balletjes waardoor er geen stroming mogelijk is. Andere oplossingen zijn bijvoorbeeld wol of glaswol.

De slechtste geleider is een vacuüm. Een vacuüm is een ruimte waar helemaal geen stof is. Ook geen lucht. Dit is moeilijk te realiseren omdat je de lucht eruit moet pompen en moet zorgen dat er geen lek is waardoor er lucht in kan stromen.

Rockwool |https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rockwool_4lbs_per_ft3_fibrex5.jpg |Achim Hering |https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Achim_Hering |Creative Commons Attribution 3.0 Unported |https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.en

Faseovergangen

Tijdens een faseovergang wordt wel warmte toegevoegd of afgegeven maar de temperatuur veranderd niet. Als je water gaat koken zul je tijdens het koken warmte moeten blijven toevoegen anders stopt het koken. Terwijl je tijdens het koken warmte toevoegt blijft de temperatuur 100 graden. Dit geldt ook voor de faseovergang smelten. Hier is het minder duidelijk omdat de omgeving meestal warmer is dan het vriespunt en het ijs warmte uit de lucht onttrekt.

Kamertemperatuur

De temperatuur van je omgeving kan erg verschillend zijn. Op het weerbericht krijg je dagelijks de buitentemperatuur te zien. Voor natuurkundige vraagstukken gaan we altijd uit van een temperatuur van 20 graden Celsius. Dit noemen we de kamertemperatuur.

Kamertemperatuur

Er zijn 2 eenheden voor temperatuur. Kelvin en graden Celsius. 0 Kelvin is de koudste temperatuur die bestaat. 0 graden celsius is het smeltpunt van water.

Je neemt een paar druppels water op je vingertop. Welke temperatuur hebben de druppels water als ze al een tijdje in een pipet in de kamer staan?

Welke temperatuur heeft je vingertop ongeveer?

De warmte gaat van [[de druppel][je vinger]] naar [[de druppel][je vinger]].

Welke vorm van warmtetransport vindt er plaats?

De druppels water lijken na een paar minuten verdwenen. Wat is er gebeurd?

De warmte is gebruikt [[om de temperatuur te verhogen][voor een fase overgang][beide]].

Water drop |https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_drop_on_a_leaf.jpg |tanakawho |https://www.flickr.com/photos/28481088@N00/ |Creative Commons Attribution 2.0 Generic |https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/deed.en

Voel eens aan een metalen poot van je stoel of tafel. Voel ook eens aan het houten of kunststof oppervlak van je tafel of stoel. Wat voor verschil voel je?

Wat is ongeveer de temperatuur van het hout en het metaal? (vraag aan de docent een thermometer)

De warmte gaat van [[de tafel][ja hand]] naar [[de tafel][ja hand]] door [[straling][stroming][geleiding]]

Leg uit waarom je verschil voelt tussen het metaal en het hout.

Waarop is de schaal van Celsius gebaseerd?

Waarop is de schaal van Kelvin gebaseerd?

Wat is de eenheid van warmte?

Binas

Gebruik de volgende tabellen uit de Binas om informatie op te zoeken bij de vragen.

Een ledlamp gebruikt 400 J aan elektrische energie. Hoeveel warmte produceert de led?

Om een pan soep te koken is 50.000 J aan warmte nodig. Hoeveel energie gebruikt een elektrische kookplaat hiervoor?

Je wilt op de camping dezelfde hoeveelheid soep maken. Hiervoor gebruik je butaan gas op een gasfornuis. Hoeveel energie gebruik je met het gasfornuis?

Hoeveel butaan heb je hiervoor nodig?

Om op het onderhoud te besparen stappen veel mensen over van hardhout op kunststof vensters. Leg uit of men hierdoor ook op de stookkosten bespaart?

Welke vorm van warmtetransport vindt plaats bij de vensters?

Leg uit of de overstap naar kunststof vensters een negatief of positief effect heeft op het milieu.