BASIS
TEMPERATUUR
EXPERIMENTEREN
LICHT
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden
BEWEGING
MENGEN EN SCHEIDEN
ELEKTRICITEIT
GELUID
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden
KRACHT
...
...
...
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden

Hoofdstuk 2
Temperatuur

§1 Temperatuur
§2 Faseovergangen
§3 Warmtetransport



§1     Temperatuur

In dit hoofdstuk gaan we fenomenen in de wereld om ons heen verklaren aan de hand van de beweging van de kleine deeltjes waaruit de wereld bestaat. We noemen deze kijk op de wereld het deeltjesmodel. In deze eerste paragraaf gaan we de temperatuur op deze manier bestuderen.

De wereld bestaat uit kleine deeltjes die we atomen noemen. Hoewel atomen een miljoen keer kleiner zijn dan een millimeter, kunnen we ze tegenwoordig met goede microscopen wel waarnemen (zie de onderstaande afbeelding). Veel fenomenen in de wereld om ons heen zijn te verklaren aan de hand van de beweging van deze atomen. We noemen deze methode om de wereld te begrijpen het deeltjesmodel.

Een toegankelijk voorbeeld hiervan is de luchtdruk. De luchtdruk wordt veroorzaakt door het botsen van de miljarden deeltjes waaruit de lucht bestaat. We kunnen het effect van deze botsingen goed zien bij een opgeblazen ballon. Als je een ballon opblaast, dan pers je een hele hoop deeltjes de ballon in. Als een ballon opgeblazen is, dan is de kracht die de deeltjes op de binnenwand uitoefenen groter dan de kracht die de deeltjes op de buitenwand uitoefenen.

Ook de temperatuur kunnen we met het deeltjesmodel begrijpen. Zoals je weet meten we de temperatuur met een thermometer. Een veelgebruikte thermometer bestaat uit een dun buisje met daarin gekleurde alcohol (zie de onderstaande afbeelding). Als de alcohol warmer wordt, dan zet het uit, waardoor het alcoholniveau stijgt. Als de alcohol afkoelt, dan krimpt het, waardoor het alcoholniveau weer daalt.

De bekendste eenheid voor de temperatuur is de graden Celsius (°C). Het maken van een correcte schaal op een thermometer wordt het ijken van een thermometer genoemd. Dit doen we als volgt. Het alcoholniveau als we de thermometer in ijs steken noemen we 0 °C. Het alcoholniveau als we de thermometer in kokend water steken noemen we 100 °C. De afstand tussen deze twee niveaus kan dan in honderd gelijke stapjes van 1 °C verdeeld worden.

         Voorbeeld

 

Vraag:

In de onderstaande linker afbeelding zien we een ongeijkte thermometer. De onderste stippellijn werd gezet toen de thermometer in ijswater gelegd werd. De bovenste stippellijn werd gezet toen de thermometer in kokend water gelegd werd. Noteer de schaalverdeling op de thermometer in stapjes van 10 oC en bepaal daarna de temperatuur die de thermometer aangeeft.

Antwoord:

De onderste stippellijn geeft de temperatuur in ijswater. Dit heeft een temperatuur van 0 oC. De bovenste stippellijn geeft de temperatuur in kokend water. Dit heeft een temperatuur van 100 oC. In de tweede onderstaande afbeelding is dit toegevoegd.

Meet nu de afstand tussen de stippellijnen. In dit geval vinden we 6,5 cm. Als we deze afstand door tien delen, dan vinden we de afstand behorende bij een stapje van 10 oC. In dit geval vinden we:

AANPASSEN!!!

6,5 / 10 = 0,65 cm

In de derde afbeelding zijn deze stapjes toegevoegd. We kunnen hiermee ook de thermometer aflezen. We vinden in dit geval 69 oC.

 

Ook de temperatuur wordt veroorzaakt door de beweging van de deeltjes waaruit het materiaal bestaat. Hoe sneller de atomen bewegen, hoe hoger de temperatuur van het voorwerp.

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje demonsteren we dit principe door de beweging van inkt in warm en koud water te vergelijken.

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
Temperatuur en beweging van deeltjes

Andersom geldt ook dat hoe langzamer de atomen bewegen, hoe lager de temperatuur wordt. Als we een voorwerp blijven afkoelen, dan komt er een moment dat alle atomen stil staan. Dit gebeurt bij -273 °C. Op dat moment is de allerlaagste temperatuur bereikt. We noemen deze temperatuur het absolute nulpunt. Het is niet mogelijk dat een materiaal nog kouder wordt, want de atomen staan bij deze temperatuur immers al helemaal stil.

Sinds de ontdekking van het absolute nulpunt wordt ook vaak een andere eenheid voor de temperatuur gebruikt: de kelvin (K). Bij deze schaal is ervoor gekozen om de temperatuur van het absolute nulpunt 0 kelvin te noemen. Er geldt dus:

$$ 0 \text{ K} = -273\,^{\circ}\text{C} $$

Het handige van deze schaal is dat de temperatuur in kelvin altijd positief is. Het kan immers niet kouder worden dan 0 K. Een ander voordeel is dat formules vaak simpeler worden als we gebruik maken van kelvin. Om deze redenen is de kelvin de SI-eenheid voor de temperatuur. We rekenen kelvin en graden Celsius als volgt in elkaar om:

$$ \text{temperatuur in K} = \text{temperatuur in }^{\circ}\text{C} + 273 $$ $$ \text{temperatuur in }^{\circ}\text{C} = \text{temperatuur in K} - 273 $$

Als voorbeeld zien we hieronder het smeltpunt van water weergegeven. Water smelt bij 0 oC. Volgens de bovenstaande formules komt dit overeen met 0 oC + 273 = 273 K. Het kookpunt van water is 100 oC. Dit komt overeen met 100 oC + 273 = 373 K.

Met het deeltjesmodel kunnen we ook meteen begrijpen waarom stoffen uitzetten als we de temperatuur verhogen en krimpen als we de temperatuur verlagen. Als we de temperatuur van bijvoorbeeld een stuk metaal verhogen, dan gaan de deeltjes in dit metaal sneller trillen. Door dit trillen duwt elke atoom de omliggende atomen een beetje weg. Het materiaal neemt op deze manier meer ruimte in (zie de onderstaande animatie). Als gevolg wordt de dichtheid van het materiaal juist kleiner.

         Demonstratievideo

In het onderstaande filmpjes zien we dit effect in de praktijk:

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
Uitzetting
DEMO-VIDEO:
Krimpen met vloeibare stikstof

In veel praktische situaties moeten we rekening houden met deze uitzetting. Bij veel bruggen zien we bijvoorbeeld een "ritssluiting" (zie de linker onderstaande afbeelding). Dit zorgt ervoor dat de brug ruimte heeft om een beetje uit te zetten op een warme dag. In de rechter afbeelding zien we wat er gebeurt als er niet goed wordt nagedacht over de uitzetting van materialen. De rails in de afbeelding zijn helemaal kromgetrokken door het uitzetten.


(Afbeelding: Matt H. Wade; CC BY-SA 3.0 / PD)

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je kelvin en graden Celsius in elkaar kan omrekenen en dat je weer dat 0 K overeenkomt met -273 oC
  • Zorg dat je een thermometer kan ijken
  • Zorg dat je temperatuur kan verklaren met het deeltjesmodel. Weet dat hoe sneller deeltjes bewegen, hoe hoger de temperatuur. De deeltjes staan stil bij 0 K
  • Zorg dat je het uitzetten en krimpen van materialen kan verklaren met het deeltjesmodel. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer ruimte de deeltjes innemen. De dichtheid wordt hierdoor lager
  • Zorg dat je de smelt- en kookpunten van stoffen kan opzoeken in BINAS.

         Opdrachten
  1. (2p) Leg uit dat de temperatuur niet onder de -273°C kan komen.
  2. (4p) Schrijf de volgende temperaturen om:
    1. 0 K = ... °C
    2. 473 K = ... °C
    3. 0 °C = ... K
    4. 100 °C = ... K
  3. (4p) Schrijf de volgende temperaturen om:
    1. 125 K = ... °C
    2. 730 K = ... °C
    3. 200 °C = ... K
    4. -100 °C = ... K
  4. (2p) Water kookt bij 100 °C en alcohol bij 351 K. Leg uit wat een hogere temperatuur heeft: kokend water of kokend alcohol?
  5. Hieronder zien we een afbeelding van een ongeijkte thermometer. De onderste stippellijn werd gezet toen de thermometer in ijswater gelegd werd. De bovenste stippellijn werd gezet toen de thermometer in kokend water gelegd werd.

    1. (2p) Noteer de schaalverdeling op de thermometer in stapjes van 10 °C.
    2. (1p) Welke temperatuur geeft deze thermometer aan?
    3. (1p) Noteer de schaalverdeling ook in kelvin.
  6. (2p) Paraffine smelt bij een temperatuur van ________ K. Dit is een temperatuur van ________ oC.
  7. (2p) Volgens de fabrikant smelt een weerstandsdraad bij een temperatuur van 1907 oC. Van welk materiaal is de draad gemaakt?
  8. (1p) Leg met behulp van het deeltjesmodel uit waarom een vaste stof krimpt als de temperatuur afneemt.
  9. (3p) Als kaarsvet stolt, dan neemt de massa af / neemt de massa toe / blijft de massa gelijk. Als kaarsvet stolt, dan neemt het volume af / neemt het volume toe / blijft het volume gelijk. Als kaarsvet stolt, dan neemt de dichtheid af / neemt de dichtheid toe / blijft de dichtheid gelijk.
  10. Asfalt wordt bij hoge temperatuur vloeibaar aangebracht op een weg. Tijdens het afkoelen neemt het volume toe / af. Bij het afkoelen van het asfalt neemt de dichtheid toe / af.
  11. Tussen de stukken van een betonnen wegdek zitten rubberen voegen.
    1. (1p) Waarom is dit gedaan?
    2. (1p) Leg uit of de voeg het breedst is in de zomer of in de winter.
  12. (1p) Als je de verwarming aanzet, hoor je vaak krakende geluiden in het huis. Geef hiervoor een verklaring.
  13. (1p) Op een spuitbus staat: "LET OP! Niet blootstellen aan temperaturen boven de 50 graden Celsius". Waarom mag dat niet?
  14. Over een bekerglas wordt met een elastiekje een boterhamzakje strak gespannen.
    1. (1p) Wat gebeurt er met het zakje als we de beker verhitten?
    2. (1p) Wat gebeurt er met het zakje als we de beker in de koelkast zetten?
  15. (1p) Een metalen dop is moeilijk van een glazen pot te draaien. Hoe los je dit probleem op met de theorie uit deze paragraaf?

 

§2     Faseovergangen

In deze paragraaf gaan we de drie fasen en de faseovergangen begrijpen met het deeltjesmodel.

Stoffen bevinden zich meestal in één van de volgende drie fasen:

We kennen allemaal de drie fasen van water. Vast water noemen we ijs, vloeibaar water noemen we gewoon "water" en water in gasvorm noemen we waterdamp.

Een stof is vast als de temperatuur onder het smeltpunt ligt. Een stof is vloeibaar als de temperatuur tussen het smeltpunt en het kookpunt ligt en een stof is gasvormig als de temperatuur boven het kookpunt ligt (zie de onderstaande afbeelding).

Ook de drie fasen kunnen we met het deeltjesmodel begrijpen. Hieronder zien we de drie fasen op atomair niveau afgebeeld. In de onderstaande linker afbeelding is een vaste stof op atomair niveau afgebeeld. De atomen in een vaste stof zitten op een vaste plaats en kunnen op deze plaats alleen een beetje heen en weer trillen. Alleen bij 0 K staan de deeltjes helemaal stil.

Bij een vloeistof zitten de atomen nog steeds tegen elkaar aan, maar hebben ze geen vaste plek meer. Ze kunnen nu vrij langs elkaar heen bewegen (zie de middelste afbeelding). Dit verklaart de beweeglijkheid van vloeistoffen. In een gas zijn de atomen helemaal los van elkaar en vliegen kriskras door elkaar heen (zie de rechter afbeelding). Als een gas kleurloos is (wat bijvoorbeeld bij lucht het geval is), dan kan je het niet zien. De individuele deeltjes zijn immers te klein om met het oog waar te nemen.

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje worden de drie fasen gemodelleerd met kleine balletjes die in trilling worden gebracht. Ook wordt hier gedemonstreert dat je een gas gemakkelijk kan indrukken.

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
Fasen en het deeltjesmodel

Als een stof van één fase overgaat naar een andere, dan spreken we van een faseovergang. Hieronder zien we links het smelten van ijs. Dit is een faseovergang van vast naar vloeibaar. Zelfs een voorwerp zo hard als staal wordt bij hogere temperaturen een vloeistof (zie de middelste afbeelding). In de rechter afbeelding "zien" we water verdampen. Dit is een overgang van vloeibaar naar gas. Merk op dat de nevel die boven het kokende water ontstaat, bestaat uit kleine druppels in vloeibare fase. Pas als deze druppels lijken te verdwijnen "in het niets", veranderen ze in een gas. Waterdamp kunnen we immers niet zien.


(Afbeelding: Pixabay; PD / P sakthy; CC BY-SA 3.0 / Pixabay; PD-mod)

Er bestaan zes verschillende faseovergangen. De namen van deze overgangen kan je vinden in de onderstaande afbeelding:

Als een vloeistof in een vaste stof verandert, dan noemen we dit stollen (het stollen van water noemen we ook wel bevriezen). Als een vaste stof in een vloeistof verandert, dan noemen we dit smelten. Water stolt als we het afkoelen onder de 0 °C en smelt als we het verwarmen boven de 0 °C. We noemen 0 °C daarom het smeltpunt of het stolpunt van water.

Als een vloeistof in een gas verandert, dan noemen we dit verdampen. Als een gas in een vloeistof verandert, dan noemen we dit condenseren (of condensatie). Water verdampt als we het verwarmen boven de 100 °C en condenseert als we het afkoelen onder de 100 °C. We noemen 100 °C daarom het kookpunt van water. Condensatie treedt bijvoorbeeld op in de linker onderstaande afbeelding. Waterdamp in de lucht komt in aanraking met de koude fles en op deze manier ontstaan waterdruppeltjes aan de buitenkant van de fles. Ook dauw en mist ontstaan door condensatie (zie de twee rechter afbeeldingen).


(Afbeelding: Acdx; CC BY-SA 3.0 / Taro Taylor; CC BY 2.0 / Hillebrand Steve; PD)

Als een gas in een vaste stof verandert, dan noemen we dit rijpen. Als een vaste stof in een gas verandert, dan noemen we dit sublimeren. Als het in de winter vriest, dan kan de waterdamp uit de lucht direct bevriezen. Bij het rijpen van water ontstaan kleine ijskristalletjes (zie de onderstaande afbeeldingen). De ijskristallen in de vrieskist zijn ook door rijpen ontstaan. Sublimeren komt minder vaak voor. Tijdens droge winterdagen zien we soms sneeuw verdwijnen, terwijl het de hele dag heeft gevroren. Sneeuw is in dat geval gesublimeerd tot waterdamp.


(Afbeelding: Robert Reisman; CC BY 3.0 / Rubelson; CC BY-SA 4.0)

Ook faseovergangen kunnen we met het deeltjesmodel beschrijven. Als we een vaste stof verwarmen, dan gaan de deeltjes steeds harder trillen. Als het smeltpunt bereikt is, dan trillen de deeltjes zo hard dat ze niet meer op hun vaste plek kunnen blijven zitten (zie de linker afbeelding). Hoewel de deeltjes nog steeds dicht tegen elkaar aan liggen, beginnen ze nu langs elkaar te bewegen. Als dit gebeurt, is het materiaal aan het smelten en ontstaat er een vloeistof. Als we de stof nog verder verwarmen, dan bereiken we op een gegeven moment het kookpunt. Bij het kookpunt bewegen de deeltjes zo snel dat ze ontsnappen uit de vloeistof. Als dit gebeurt, is het materiaal aan het verdampen en ontstaat er een gas (zie de middelste afbeelding). In de rechter afbeelding wordt rijpen afgebeeld. Hier hechten atomen in gasvorm zich aan een vaste stof.

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je met de smelt- en kookpunten in BINAS kan achterhalen in welke fase een stof zich bevindt
  • Zorg dat je de zes faseovergangen kent en dat je hier voorbeelden van kan noemen
  • Zorg dat je de drie fasen en de faseovergangen kan verklaren met het deeltjesmodel
  • Zorg dat je weet dat deeltjes in gasvorm niet zichtbaar zijn (behalve als het gas een kleur heeft) en dat de zichtbare nevel boven kokend water bestaat uit kleine vloeibare druppeltjes. Als deze druppels lijken te "verdwijnen" verdampen de druppels tot een gas

         Opdrachten
  1. (1p) Hoe noem je de faseovergang van een gas naar een vloeistof?
  2. (1p) Hoe noem je de faseovergang van een vaste stof naar een gas?
  3. (8p) Geef in de volgende situaties aan welke faseovergang er plaatsvindt:
    1. Bij koud weer komen nevelwolkjes uit je mond.
    2. Een koud glas limonade beslaat aan de buitenkant.
    3. Er vormen zich ijskristallen op de producten in de vriezer.
    4. Kleren drogen snel op in de wind.
    5. Je maakt ijsklontjes in de vriezer.
    6. De badkamerspiegel beslaat als je de douche uit stapt.
    7. Mist klaart op in de loop van de ochtend.
    8. Er vormen zich dauwdruppels op grassprieten.
  4. Lege knoopcellen (een batterij in de vorm van een knoop) bevatten kwik en worden in een fabriek verwerkt. De knoopcellen worden eerst vermalen. Daarna worden ze verhit tot boven het kookpunt van kwik. Het vloeibare kwik gaat daarbij over in de gasvorm.
    1. (1p) Hoe noem je deze faseovergang.
    2. (2p) Noteer bij welke temperatuur het kwik gasvormig wordt in K en oC.
    3. (1p) Het gasvormige kwik wordt daarna opgevangen en koelt af naar kamertemperatuur. Van welke faseovergang is er sprake bij het afkoelen?

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
  5. (1p) Droogijs is bevroren koolstofdioxide. Bij kamertemperatuur verandert dit direct in gas. Hoe noemen we deze faseovergang?
  6. (2p) Leg met het deeltjesmodel uit dat gas wel gemakkelijk samengeperst kan worden en een vloeistof niet.
  7. (1p) Als je een ei bakt, dan verandert het ei van een vloeibare fase naar een vaste fase. Leg uit of dit een faseovergang is of niet?
  8. (1p) Stel je krijgt een glas cola met een aantal ijsklontjes. Geef aan in welke fase de frisdrank, de koolstofdioxide (de "prik") en het ijs zich bevinden.
  9. (2p) Een leerling komt een kamer binnen en zijn bril beslaat. Leg uit wat er gebeurd is en onder welke omstandigheden dit gebeurt.
  10. (3p) Leg uit of de stoffen aceton, glucose en methaan vast zijn bij kamertemperatuur (20 °C).
  11. (1p) Leg met behulp van het deeltjesmodel uit wat er gebeurt als een vloeistof verdampt.
  12. (2p) In de volgende afbeelding zien we bij A stoom ontsnappen uit een ketel. Bij B wordt de stoom een nevel. Noteer voor A en B de fase waarin het water zich bevindt. Leg je antwoord uit.


    (Afbeelding: Lesley Van Damme; CC BY 2.0)

  13. (1p) Als we een opgeblazen ballon onderdompelen in vloeibare stikstof, dan krimpt de ballon. Verklaar dit met het deeltjesmodel.
  14. (1p) Ether is een vloeistof die erg snel verdampt. De snelste deeltjes in ether zijn bij kamertemperatuur al snel genoeg om uit de vloeistof te ontsnappen. Verklaar met het deeltjesmodel wat er met de temperatuur van ether gebeurt als de snelste deeltjes ontsnappen.

 

§3     Warmtetransport

In deze paragraaf gaan we drie manieren bestuderen waarop warmte kan stromen van de ene plek naar de andere. 

Als we een warm voorwerp tegen een koud voorwerp aanlegt, dan wordt het warme voorwerp kouder en het koude voorwerp warmer. We zeggen in dat geval wat er warmte is verplaatst van het warme naar het koude voorwerp. Warmte is een vorm van energie.

In het dagelijks leven wordt in dit voorbeeld ook wel eens gezegd dat "kou" van het koude naar het warme voorwerp stroomt. In de natuurkunde wordt deze manier van denken echter zo veel mogelijk vermeden. De energie genaamd warmte stroomt immers van het warme naar het koude voorwerp en niet andersom. Een zin als "doe het raam dicht, want er komt kou binnen" is natuurkundig gezien dus onhandig. Wat er in werkelijkheid gebeurt is dat er juist warmte naar buiten stroomt.

Het stromen van warmte noemen we ook wel warmtetransport. Er bestaan drie soorten warmtetransport:

Warmtegeleiding (ook wel gewoon geleiding genoemd) ontstaat doordat atomen hun warmte doorgeven doordat ze tegen elkaar botsen. Stel dat een stuk metaal op één plek wordt verwarmd. Als gevolg gaan op deze plek de deeltjes sneller trillen. Deze deeltjes botsen dan tegen omringende deeltjes en deze worden als gevolg ook in trilling gebracht. Op deze manier trekt de warmte door het materiaal. We zien dit effect bijvoorbeeld als we een metalen lepel in een pan kokend water plaatsen. De warmte trekt dan door het metaal omhoog (zie de onderstaande afbeelding).

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje wordt de geleidbaarheid van ijzer, aluminium en koper vergeleken:

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
Warmtegeleiding

Niet alle stoffen geleiden warmte even goed. Een metalen lepel in een pan met kokend water wordt bijvoorbeeld veel sneller warm dan een houten of een plastic lepel. Metaal wordt daarom een goede geleider genoemd en hout en plastic zijn slechte geleiders. Slechte geleiders worden ook wel isolatoren genoemd.

Ook gassen en vloeistoffen zijn isolatoren. Een thermosfles maakt bijvoorbeeld gebruik van de isolerende eigenschap van lucht. De wand van een thermosfles bestaat uit twee laagjes met daartussen lucht en als gevolg stroomt warmte lastig de fles in en lastig de fles uit. Warme dranken blijven hierdoor langer warm en koude dranken langer koud. Hetzelfde principe wordt toegepast bij dubbelglas. Dubbelglas bestaat uit twee glazen met daartussen lucht. Dit zorgt ervoor dat we weinig warmte verliezen via de ramen en als gevolg besteden we minder geld aan het opwarmen van ons huis. Ook via de muren ontsnapt warmte. Om dit te verminderen bestaan muren vaak uit twee delen met daartussen lucht. Dit worden ook wel spouwmuren genoemd.

Hoewel gassen en vloeistoffen geen goede geleiders zijn, kan warmte hierin wel goed worden getransporteerd met behulp van warmtestroming. We kunnen dit effect goed zien in de onderstaande linker afbeelding. Door geleiding zal het water in de buurt van de vlam opwarmen. Dit warme water zet uit en als gevolg wordt de dichtheid van het water kleiner en zal het opstijgen. Hierdoor begint het water rond te stromen.

Ook het verwarmen van een kamer met behulp van een verwarming gebeurt via warmtestroming. In veel huizen wordt water opgewarmd in een cv-ketel met behulp van aardgas. Dit warme water wordt dan rondgepompt naar de verwarmingen in huis. De warme verwarmingen zorgen er weer voor dat de lucht in de kamers warm wordt (zie de onderstaande rechter afbeelding). De verwarming zelf kan met behulp van geleiding alleen de lucht verwarmen die direct in contact staat met de verwarming. Deze lucht wordt hierdoor warmer, krijgt een lagere dichtheid en stijgt op. Als gevolg ontstaat er een warmtestroom in de kamer en wordt de kamer steeds warmer.

    

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje demonsteren we dit principe. De stroming is zichtbaar gemaakt met behulp van kleine aluminiumdeeltjes:

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
Warmtestroming

In sommige gevallen willen de warmtestroming juist beperken. Bij een spouwmuur is de binnenwand in de winter warmer als het huis verwarmd wordt. Er ontstaat dan tussen de binnen- en de buitenwand warmtestroming van lucht. Op deze manier komt de warmte van de binnenmuur redelijk gemakkelijk bij de buitenmuur aan. Dit kan worden voorkomen door isolatiemateriaal tussen de wanden te plaatsen. Een voorbeeld hiervan is glaswol of purschuim. In beide stoffen zitten kleine belletjes lucht. De aanwezigheid van lucht beperkt geleiding en het isolatiemateriaal beperkt stroming.

De derde soort warmtetransport wordt straling genoemd. Een ander woord voor straling is licht. Dat straling warmte kan overdragen weten we als we onze handen in de zon houden. Als zonlicht door onze huid wordt geabsorbeerd, wordt onze huid warmer. Hetzelfde effect treedt ook op als je je handen warmt aan een kampvuur of openhaard. Er is ook straling die we niet met onze ogen kunnen zien. Alle warme objecten, inclusief ons eigen lichaam, zenden bijvoorbeeld infraroodstraling uit. In de onderstaande afbeelding is een foto gemaakt met een infraroodcamera. Zoals je ziet geeft warm water infraroodstraling af. Als je je hand naast een hete verwarming plaatst, dan kan je de infraroodstraling ook voelen (boven de verwarming is het nog warmer, maar dat komt voornamelijk door warmtestroming).


(Afbeelding: NASA; PD)

Om verlies via straling tegen te gaan bij het verwarmen van je huis, wordt soms glanzende folie tegen de muur achter een verwarming geplakt. De infraroodstraling die van de verwarming afkomt wordt dan terug de kamer in gereflecteerd.

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

INSTRUCTIE:
Warmtetransport

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je begrijpt dat warmte een energiesoort is (gemeten in joule) die verplaatst van warme naar koude voorwerpen
  • Zorg dat je de drie soorten warmtetransport kent en voorbeelden kan noemen
  • Zorg dat je weet dat gassen zoals lucht slecht geleiden. Kunststof en hout geleiden ook slecht. Metalen geleiden juist goed
  • Zorg dat je weet dat warmere gassen en vloeistoffen een lagere dichtheid hebben en opstijgen in een omgeving van koudere gassen en vloeistoffen
  • Zorg dat je weet dat warme voorwerpen infraroodstraling uitzenden. Net als zichtbaar licht zorgt de absorptie van straling voor een stijging van de temperatuur

         Opdrachten
  1. (1p) Als we onze handen in de sneeuw leggen, dan voelt het alsof de "kou" in onze handen trekt. Leg uit waarom deze uitspraak niet correct is.
  2. (2p) Een koekenpan is meestal gemaakt van metaal, maar de handvaten zijn meestal gemaakt van kunststof. Leg uit waarom deze materialen gebruikt worden.
  3. (1p) Wat is het nadeel van metalen eetborden?
  4. (1p) Dubbele beglazing bestaat uit twee ruiten met daartussen een laagje lucht. Wat is het voordeel hiervan?
  5. (1p) Waarom staat de vloer van een kinderbox altijd een stukje van de grond af?
  6. Bestudeer de onderstaande afbeelding.

    1. (1p) Hoe gaat de vloeistof stromen als je de buis verwarmt bij punt A?
    2. (1p) Hoe gaat de vloeistof stromen als je de buis verwarmt bij punt B?
  7. (1p) Teken de warmtestroming in deze bak met water:

  8. (2p) Hieronder is een verwarming getekend. Leg uit of de verwarming van P naar Q of van Q naar P moet stromen om de verwarming optimaal te laten werken.

  9. In een thermosfles kunnen vloeistoffen lang koud en lang warm worden gehouden. Dit gebeurt doordat het warmtetransport van binnen naar buiten geminimaliseerd wordt. De thermosfles bestaat uit een dubbele wand met daartussen een laagje lucht. Aan de binnenkant van de fles is ook een glanzend oppervlak aangebracht.
    1. (2p) Leg uit waarom de thermosfles zo goed werkt.
    2. (1p) Bij een duurdere variant wordt de lucht tussen de twee wanden ook nog weggepompt. We spreken dan van een vacuümthermosfles. Wat is het voordeel van deze fles?
  10. (3p) Een verwarming verwarmt een kamer. Welke soorten warmtetransport zorgen hier voor het verwarmen van de kamer en welke (bijna) niet? Leg je antwoord uit.
  11. (2p) Als je je hand 5 centimeter naast een brandende kaars houdt, dan voel je amper de warmte. Als je je hand 5 cm boven een brandende kaars houdt, dan voel je de warmte heel sterk. Wat zorgt voor dit verschil?
  12. Als een elektrische kachel aangezet wordt, dan worden de verwarmingsdraden in de kachel warm. Deze draden verwarmen de lucht.
    1. (1p) Dankzij welk soort warmtetransport wordt de lucht om de verwarmingsdraden warm.
    2. (2p) De verwarmde lucht stijgt op, omdat de massa / het volume van de lucht afneemt / toeneemt. Daardoor neemt de dichtheid van deze lucht af / toe.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)
  13. Vloerverwarming wordt onder laminaat gelegd.
    1. Dankzij welk soort warmtetransport verplaatst de warmte van de verwarmingsbuizen door het laminaat naar de lucht.
    2. Dankzij welk soort warmtetransport wordt daarna de gehele kamer verwarmd

    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)