3H 3.2 Verwarmen

Hoofdstuk 3: Energie
§ 3.2 Verwarmen
1 / 39
next
Slide 1: Slide
NatuurkundeMiddelbare schoolhavoLeerjaar 3

This lesson contains 39 slides, with interactive quizzes, text slides and 3 videos.

time-iconLesson duration is: 50 min

Items in this lesson

Hoofdstuk 3: Energie
§ 3.2 Verwarmen

Slide 1 - Slide

Doel van de les
De leerling kent  het verschil tussen warmte en temperatuur.
De leerling begrijpt wat een energiestroomdiagram is.
De leerling kent het verschil tussen kwalitatieve en kwantitatieve energie.
De leerling weet welke groot- en eenheden aan bod komen dit hoofdstuk.
De leerling  kan het begrip 'soortelijke warmte' uitleggen
De leerling kan de warmte-energie kunt berekenen.
De leerling kan de hoeveelheid elektrische energie kunt berekenen

Slide 2 - Slide

Warmte <=> temperatuur
Warmte is een vorm van Energie
Temperatuur is niet hetzelfde als warmte

Door warmte toe te voegen (=verhitten) of juist warmte weg te halen (=koelen) kun je de temperatuur van voorwerpen/stoffen veranderen

Slide 3 - Slide

Slide 4 - Video

Wet van behoud van energie
Alle energie die een apparaat ingaat 
komt er ook weer uit. Het wordt alleen
omgezet in een andere energievorm: 
de nuttige energie. Meestal is de 
"afval" energie een vorm van warmte.
Het rendement is nooit 100%.
In het echt stoppen de kogels na een bepaalde tijd met heen en weer bewegen. Er ontstaat niet alleen bewegingsenergie, maar ook warmte.

Slide 5 - Slide

Energiestroomdiagram
In een verwarmingsketel wordt aardgas verbrand. DUS:
Chemische energie wordt omgezet in warmte energie.
Dit kun je weergeven in
een energiestroomdiagram:

Slide 6 - Slide

Energiestroomdiagram

Slide 7 - Slide

Kwaliteit van de energie
De kwantitatieve energie blijft bij een energieomzetting altijd gelijk. Echter is het vaak zo dat een deel van de energie niet meer nuttig is. De kwalitatieve energie neemt daarbij af. 

Slide 8 - Slide

Verwarmen
We willen water gaan verwarmen.
Hoe komen we er nu achter
hoeveel energie dat kost.
Dit kan door te kijken naar 
E = P x t.
Hiermee bereken je 
hoeveel energie je verbruikt.

Slide 9 - Slide

Soortelijke warmte
De warmte die nodig is om 1 gram 
stof 1 graden Celsius warmer te 
maken.
Soortelijke warmte is een stof-
eigenschap. Deze grootheid wordt 
aangegeven met de het symbool c

Slide 10 - Slide

Soortelijke warmte
Het gaat dus om het aantal Joule (warmte-energie) die moet worden toegevoerd aan 1 gram van die stof.
  

Voor elke oC dat je de stof wil laten stijgen is deze hoeveelheid nodig.
Kijk naar de bijzondere eenheid van soortelijke warmte....

Slide 11 - Slide

Soortelijke warmte
Kijk naar de bijzondere eenheid van soortelijke warmte .....
Het is dus niet alleen

Joule / gram
maar ook
Joule / graad Celsius

Slide 12 - Slide

Soortelijke warmte
Dit noteren we als:

Joule / gram * graad Celsius
J
_______________
g * oC

Slide 13 - Slide

Soortelijke warmte

Slide 14 - Slide

Hoeveelheid elektrische energie berekenen


Formule:       E = P * t

E = energie in Joule
    P = vermogen in Watt
           t = tijdsduur in seconde

Slide 15 - Slide

Anouk brengt een hoeveelheid water met een begintemperatuur van 12 graden Celsius in 18,5 seconde aan de kook. Het vermogen van de waterkoker is 2000 W.
Bereken de hoeveelheid toegevoerde energie.

Slide 16 - Open question

Oplossing
vermogen:                              P = 2000 W.
tijdsduur:                                  t = 18,5 s.

                                  E =     P     *    t
                                  E = 2000 * 18,5
                                  E = 37000 J

Slide 17 - Slide

Formule soortelijke warmte
De warmte (= energie) is afhankelijk van 3 dingen:
de massa (m) in de eenheid gram (g)
de soortelijke warmte (c) in de eenheid J/g*oC
het temperatuursverschil  (    T) in de eenheid oC
Δ

Slide 18 - Slide

Grootheden en eenheden
Grootheid
symb
eenheid
symb
Energie
E
Joule
J
Warmte
Q
Joule
J
temperatuur
T
graden Celsius
*C
temperatuurverschil
    T
graden Celsius
*C
soortelijke warmte
c
Joule per kg graden Celsius
J/kg*C
Vermogen
P
Watt
W
tijd
t
seconde
s

Slide 19 - Slide

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




Slide 20 - Slide

Hoeveelheid warmte in een stof berekenen
                                        Formule:       Q = m * c * Δ T

    Q  =  warmte (energie) in Joule
    m  = massa in kilogram
    c    = soortelijke warmte in Joule / kilogram * oC
   Δ T = temperatuurverschil in oC

Slide 21 - Slide

Anouk brengt een hoeveelheid water met een begintemperatuur van 12 graden Celsius in 18,5 seconde aan de kook. Het vermogen van de waterkoker is 2000 W.
c water = 4200 J/kg*oC Bereken de massa van het water.

Slide 22 - Open question

Oplossing
Elektrische energie omgezet in warmte:     37000 Joule
massa:                                        m = ?
soortelijke warmte:               c = 4200 J/kg * oC
temperatuurverschil:        Δ T = 100 - 12 = 88 oC

        Q      =    m   *      c     * Δ T
   37000 =    m   * 4200 *  88
   37000 =    m   *  369600
         m     =   37000/369600
         m     =   0,1 kg   (= 100 gram)

Slide 23 - Slide

Slide 24 - Video

Voorbeeld

Slide 25 - Slide

Slide 26 - Slide

Slide 27 - Slide

Slide 28 - Video

Hoeveel energie heb je nodig om 20 g water te laten koken wat een begintemperatuur heeft van 23 graden Celsius en een soortelijke warmte van 4,2 J/(g.oC)

Slide 29 - Open question

Slide 30 - Slide

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
 

Slide 31 - Slide

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.

Slide 32 - Slide

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

Slide 33 - Slide

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 ?

Slide 34 - Slide

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.

Slide 35 - Slide

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 )

Slide 36 - Slide

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.

Slide 37 - Slide

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

Slide 38 - Slide

Zelfstandig werken
timer
25:00

Slide 39 - Slide