6.2 Brandstoffen verbranden.

• Natuurkunde
• Middelbare school
• mavo
• Leerjaar 3

Brandstoffen verbranden

Planning

Planning en leerdoelen bespreken.

Herhalen vorige keer.

Brandstoffen verbranden.

Zelfstandig werken. 

Vorige lessen:

Geleerd dat een elektrische warmtebron de elektrische energie E volledig omzet in warmte Q.

Daarbij kennen we de formule:

Q = E = P x t

Vandaag kijken we naar brandstoffen die warmte leveren.

Een kachel heeft een vermogen van 1825W en staat voor 3 uur aan om te verwarmen. 

Bereken de omgezette warmte. 

De kachel zet 95% van de energie om in warmte, de andere 5% gaat verloren aan licht etc.

Teken het stroomdiagram. 

Doelen voor vandaag

6.2.1 Je kunt drie voorbeelden geven van warmtebronnen die chemische energie verbruiken.

6.2.2 Je kunt berekeningen uitvoeren met de verbrandingswarmte van een brandstof.

6.2.3 Je kunt het reactieschema van de volledige verbranding van aardgas noteren.

6.2.4 Je kunt uitleggen waarom je bij gastoestellen voor voldoende luchttoevoer moet zorgen.

6.2.5 Je kunt beschrijven hoe je op een veilige manier met een gasbrander kunt werken.

6.2.6 Je kunt de temperatuur omrekenen van graden Celsius (°C) naar kelvin (K), en omgekeerd.

Energie die in een stof is opgeslagen heet chemische energie. Door een stof te verbranden kan je die energie omzetten in warmte.

Niet elke brandstof heeft evenveel opgeslagen energie, dus niet alles geeft evenveel warmte af.

Chemische energie

Sommige warmtebronnen zijn niet elektrisch, maar chemisch. Dat betekend dat er door een chemische reactie warmte ontstaat. Chemische energie is energie die opgeslagen is in stoffen.

Voorbeelden zijn: aardgas, voedsel, hout, benzine 

De verbrandingswarmte van een stof geeft aan hoeveel warmte (in MJ) er vrijkomt per hoeveelheid stof (in kilogram, liter, of kubieke meter).

Voorbeeld:

Voor elke kilogram hout die je verbrandt, krijg je 16 Megajoule aan warmte.

Een huishouden verbruikt per maand 3.000 MJ aan warmte. Bereken:

a. Hoeveel kilogram hout je daarvoor moet verbranden

b. Hoeveel liter benzine

c. Hoeveel kubieke meter aardgas

Uitwerking

1 kilogram hout geeft 16 MJ warmte.

Je wil weten hoeveel keer 16 MJ nodig is om tot 3.000 MJ te komen.

3.000 MJ / 16 MJ = 188 (afgerond)

Je hebt 187,5 kg hout nodig.

Benzine: 3.000 / 33 = 91 liter

Aardgas: 3.000 / 32 = 94 m3

Uit proeven blijkt dat er voor vijf minuten douchen met een waterbesparende douchekop ongeveer 3 MJ warmte nodig is.

Hoeveel m3 aardgas moet daarvoor worden verbrand?

De verbrandingswarmte van aardgas is 32 MJ/m3.

Uitwerking

Je weet dat 1 kubieke meter 32 MJ levert. Je wil weten hoeveel je nodig hebt voor 3 MJ.

In een verhoudingstabel: reken eerst uit hoeveel kubieke meter 1 MJ levert, en reken dan uit hoeveel kubieke meter je nodig hebt voor 3 MJ.

Aardgas wordt in veel huishoudens gebruikt voor verwarming.

Aardgas is een mengsel van methaan en stikstof. Als je zuurstof toevoegt en het gas aansteekt, verbrandt de methaan.

Het reactieschema:

methaan + zuurstof → koolstofdioxide + water

Volledige verbranding

Aantonen CO2

Gevaar:

Het reactieschema

methaan + zuurstof → koolstofdioxide + water

klopt alleen bij een volledige verbranding.

Als er niet genoeg zuurstof is om alle methaan te verbranden, krijg je een onvolledige verbranding. Er ontstaat dan koolstofmono-oxide (CO), een reukloos en heel giftig gas.

Dit weten we nu:

Dat elke stof zijn eigen verbrandingswarmte heeft (hoeveel warmte het levert per kg/L/m3).

Hoe we daarmee kunnen rekenen.

Waarom onvolledige verbranding van aardgas gevaarlijk is.

Nog wat rekenoefening

1. Een dompelaar van 500 W verwarmt een glas water gedurende 1 minuut. Hoeveel warmte heeft de dompelaar afgegeven aan het water?

2. Een waterkoker van 2500 W voegt 225 kJ (kilojoule) warmte toe aan het water. Hoe lang heeft de waterkoker aan gestaan?

3. Steenkool heeft een verbrandingswarmte van 29 MJ/kg. Hoeveel steenkool heb je nodig om 5 MJ aan warmte te krijgen?

Uitwerkingen

1. Een dompelaar van 500 W verwarmt een glas water gedurende 1 minuut. Hoeveel warmte heeft de dompelaar afgegeven aan het water?

 Gegeven: Vermogen P = 500 W, Tijd t = 1 minuut = 60 seconden. Formule: Q = E = P x t.

Q = 500 W x 60 sec = 30.000 J (dus 30 kJ)

2. Een waterkoker van 2500 W voegt 225 kJ (kilojoule) warmte toe aan het water. Hoe lang heeft de waterkoker aan gestaan?

Gegeven: Vermogen P = 2500 W, warmte Q = 225 kJ = 225.000 J. Formule: t = Q / P

t = 225.000 J / 2500 W = 90 seconden (1,5 minuut)

3. Steenkool heeft een verbrandingswarmte van 29 MJ/kg. Hoeveel steenkool heb je nodig om 5 MJ aan warmte te krijgen? 1 MJ wordt geleverd door 0,034 kg, 5 MJ door 0,17 kg.

Verbrandingswarmte

Soortbrandstof	Verbrandingswarmte
Hout	16 MJ/kg
Steenkool	29 MJ/kg
Benzine	33 MJ/L
Stookolie	40 MJ/L
Butagas (campinggas)	110 MJ/m 3
Aardgas	32 MJ/m3
Methaan	36 MJ/m3

Verbrandingswarmte

De verbrandingswarmte geeft aan hoeveel warmte er vrij komt als je een bepaalde hoeveelheid van een brandstof verbrandt

Berekenen verbrandingswarmte

Volledige verbranding

Aantonen CO2

Kelvin en graden Celsius

Op het absolute nulpunt (0 K) is het -273 °C

Dus, 

K  -->  -273  --> °C

°C -->  +273  --> K

Als je het niet meer zeker weet bedenk dan: kouder dan

het absolute nulpunt kan het niet zijn, en dat is gelijk aan

-273 °C, niet aan 273 °C. Dan weet je of je plus of min 273 moet doen.

Temperatuur omrekenen

K --> °C 

   -273

°C --> K 

   +273

Reken om naar °C

273 K

1000 K

257 K

-100 K

0 K

10 K

Reken om naar K

0 °C

-272 °C

5000 °C

10 °C

21 °C

37 °C

Reken om naar °C

273 K   --> 0 °C

1000 K --> 727 °C

257 K   --> -16 °C

-100 K  -->  Kan niet

 0 K        --> -273 °C

10 K       --> -263 °C

Reken om naar K

0 °C          --> 273 K

-272 °C    --> 1 K

5000 °C  --> 5273 K

10 °C         --> 283 K

21 °C         --> 294 K

37 °C        --> 310 K

Zelfstandig werken

Wat?  Maak opgave 1 tot en met 11 van 6.2

Hoe?  Je mag na 5 minuten zachtjes overleggen in je groep

Hulp? Kijk in je boek, vraag binnen je groep, steek dan je vinger op. 

Tijd? 15 minuten. 

Klaar? Vraag om een nakijkblad.