VWO_3_Overal Natuurkunde_hoofdstuk_4.3: Warmtestroom
Lesduur is: 60 minOnderdelen in deze les
Hoe was het ook alweer !
Dichtheid
Temperatuur
Soortelijke warmte
Hoeveel graden is 25 Celsius in Kelvin?
25 Kelvin
298 Kelvin
100 Kelvin
273 Kelvin
Met een brander verwarm je 450 ml water van 18,3 graden Celsius tot het kookt.
Bereken de hoeveelheid energie die nodig is om het water te laten koken.
154 J
154 413 J
254 425 J
53 634 J
Bereken de massa van 15 cm3 glas
5,8 gram
0,17 gram
12,4 gram
39 gram
Bereken de massa van 15 cm3 glas
5,8 gram
0,17 gram
12,4 gram
39 gram
Sleepvraag
Zinken
Drijven
Zweven
Een heteluchtballon in de lucht
hout op/in water
een ministukje lood in olie
Warmteoverdracht en isolatie in huis
Wat weet je al over manieren om warmte vast te houden of te verliezen in gebouwen?
Aan het einde van de les kun je:
De manieren van warmtetransport uitleggen,
factoren die warmtestroom beïnvloeden benoemen,
verschillen tussen isolatiematerialen verklaren en praktische besparingstips toepassen.
Berekeningen uitvoeren aan warmtestroom
De drie vormen van warmtetransport
Warmte kan worden overgedragen via geleiding, stroming en straling. Elk proces werkt anders en is te herkennen in veel dagelijkse situaties.
Sleepvraag
Geleiding
Stroming
Straling
Heeft geen tussenstof nodig
Door vaste stof
Door vloeistof
Infrarood
Door gas
Metalen zijn er goed in
Waarom voelt metaal kouder aan?
Hoewel temperatuur gelijk is, geleidt metaal warmte sneller weg uit je hand dan kunststof, waardoor metaal kouder aanvoelt.
Geleiding: warmte door vaste stoffen
Bij geleiding geven moleculen hun trillingsenergie door aan buren. Metalen zijn goede geleiders vanwege hun vrije elektronen. Kunststoffen en lucht isoleren juist.
Geleiding tegengaan: isolatiematerialen
Materialen als glaswol, piepschuim en stilstaande lucht geleiden slecht, waardoor warmteverlies beperkt wordt.
Stroming: warmte door bewegen van lucht en vloeistof
Warme lucht stijgt op boven de radiator en transporteert zo warmte door een ruimte. Stroming voorkom je met tochtstrips of extra afdichting.
Praktisch: tocht tegengaan
Tochtstrips en kit vullen spleten, zodat er geen warme lucht ontsnapt en koude lucht binnenkomt.
Straling: warmte zonder tussenstof
Warmtestraling verspreidt zich zonder tussenstof, bijvoorbeeld het gevoel van zonnewarmte of een open haard. Reflecterende folies weerkaatsen straling terug.
Voorbeeld: warmtestraling van de zon
Tussen zon en aarde is een vacuüm, toch voelen we de warmte door straling. Deze bewegingsenergie wordt omgezet in warmte als ze op een oppervlak komt.
Water is een van de meest voorkomende stoffen op aarde. Waar is een wateratoom uit opgebouwd?
Waar is een water
2 zuurstofatomen en 1 waterstof atoom
twee zuurstof en twee waterstof atomen
twee waterstof en 1 zuurstof atoom
een waterstof en een zuurstof atoom
Wat is de formule voor soortelijke warmte?
Q = m + c + ΔT
Q = m / c + ΔT
Q = m * c - ΔT
Q = m * c * ΔT
Wat betekent 'c' in de formule?
temperatuurverandering
energie
soortelijke warmte
massa
Warmtestroom: warmte per seconde
Warmtestroom (P) geeft aan hoeveel warmte per seconde een materiaal passeert.
De eenheid is watt (W): 1 joule per seconde.
Factoren die de warmtestroom beïnvloeden
Groter temperatuurverschil tussen binnen en buiten zorgt voor snellere warmtestroom.
Hoe groter het oppervlak, hoe meer warmteverlies. Hoe dikker de wand, hoe minder warmte erdoor kan.
Oppervlakte en dikte
Temperatuurverschil
De rol van materiaal in warmtestroom
De warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) geeft aan hoe goed een materiaal warmte geleidt.
Hoe lager de waarde, hoe beter het isoleert.
Warmtegeleidingscoëfficiënt uitgelegd
Koper heeft λ = 390 W/(m·°C), piepschuim slechts 0,035.
Piepschuim isoleert dus veel beter.
Hiernaast de warmtegeleidings-coëfficiënten van verschillende materialen ten opzichte van elkaar
Praktijkvoorbeeld: warme thee
Thee blijft langer warm in een thermosfles dan in een plastic beker dankzij een lagere warmtestroom.
De formule voor warmtestroom
Waarin:
λ = warmtegeleidingscoëfficiënt in [ W/(m·°C]
A = oppervlakte [m2]
ΔT = temperatuurverschil [°C]
d = dikte [m]
Voorbeeld: warmtestroom door een muur
Bereken de warmtestroom door een bakstenen muur.
De warmtegeleidingscoëfficiënt van baksteen is 0,60 W/(m·°C (λ = 0,60).
De muur heeft een oppervlakte van 12 m² en is 0,20 m dik, Binnen is het 20 °C en buiten 5 °C
Voorbeeld: warmtestroom door een muur
Bereken de warmtestroom door een bakstenen muur.
λ = 0,60 W/(m·°C
A = 12 m²
d = 0,20 m
ΔT = 20 -5 = 15 °C
P = ?
= 0,60 x 12 x 15/0,20
P = 540 W
Voeg hier je vraag toe
3,5 cm
2 cm
2,5 cm
1,5 cm
Voeg hier je vraag toe
U-waarde: warmtedoorgang in de bouw
De U-waarde wordt gebruikt bij bouwmaterialen. Hoe lager de U-waarde, hoe beter het materiaal isoleert.
U-waarde = Warmtegeleidingscoefficient
Vergelijking: enkel, dubbel en HR++ glas
Enkelglas heeft een hoge U-waarde (5,7). HR++ glas isoleert veel beter met een U-waarde van 0,9.
Voeg hier je vraag toe
ongeveer 7 cm
ongeveer 14 cm
ongeveer 0,068 cm
ongeveer 10,068 cm
Energiebesparing in huis
Met isolatiematerialen en een lagere thermostaat wordt de warmtestroom kleiner en bespaar je energie.
Praktisch: thermostaat lager zetten
Elke graad lager kan aanzienlijk veel energie besparen.
De thermostaat een graad lager zetten verlaagt het energieverbruik. Kijkend naar de formule voor warmtestroom. Op welk element van de formule heeft dit invloed? Leg uit hoe !
Je kunt nu:
De manieren van warmtetransport uitleggen,
factoren die warmtestroom beïnvloeden benoemen,
verschillen tussen isolatiematerialen verklaren en praktische besparingstips toepassen.
Berekeningen uitvoeren aan warmtestroom
Opgave maken !!
31, 36, 37, 38, 40, 41, 42, 43 en 44
Extra uitdaging?
45 en 47 (laat twee andere vragen vallen)
Opgave maken !!
31, 36, 37, 38, 40, 41, 42, 43 en 44
Extra uitdaging?
45 en 47 (laat twee andere vragen vallen)
