Warmte en temperatuur: warmtetransport, warmtecapaciteit en isolatie
Warmte en temperatuur: transport, warmtecapaciteit en isolatie
Je moet warmtetransport verklaren, met warmte en temperatuur rekenen en beoordelen hoe isolatie warmteverlies beperkt. Warmte is energie die stroomt door een temperatuurverschil; temperatuur is een maat voor de gemiddelde beweging van deeltjes.
Warmtetransport
Geleiding gaat via deeltjes die trillen en botsen, vooral in vaste stoffen. Stroming gaat via een bewegende vloeistof of gas: warme lucht stijgt op. Straling heeft geen medium nodig; elk voorwerp zendt infrarode straling uit, meer naarmate het warmer is. Metaal geleidt goed, lucht en schuim slecht. Een spouwmuur, dubbelglas en een deken werken door lucht vast te houden en stroming te beperken.
Warmte en temperatuur
Bij opwarmen geldt Q = m · c · ΔT, met Q in joule, m in kilogram, c in J/(kg·°C) en ΔT in °C. Voor water is c ≈ 4,18 · 10³ J/(kg·°C). Bij een faseovergang blijft de temperatuur gelijk terwijl er toch warmte nodig is: smelten en verdampen kosten energie, stollen en condenseren leveren energie op.
Isolatie
Een thermoskan beperkt alle drie transportvormen: vacuüm tussen de wanden, zilverlaag tegen straling en een kurk of dop tegen stroming. Isoleren vertraagt warmteverlies, maar stopt het niet helemaal.
Voorbeeld
Je verwarmt 2,0 kg water van 20 °C naar 60 °C. Dan is ΔT = 40 °C en Q = 2,0 × 4180 × 40 = 334 400 J ≈ 334 kJ. Met een waterkoker van 2000 W duurt dat theoretisch E/P = 334 400 / 2000 ≈ 167 s, in de praktijk langer door warmteverlies.
Valkuilen
- Warmte en temperatuur als hetzelfde behandelen.
- Bij een faseovergang toch een temperatuurstijging invullen.
- De massa in gram invullen terwijl c per kilogram is.
- Denken dat een deken warmte maakt; hij beperkt alleen verlies.
- Bij een warmtebalans vergeten dat opgenomen en afgestane warmte gelijk zijn.