Warmte en temperatuur: transport, isolatie en uitzetting
Domein Warmte en temperatuur: transport, isolatie en uitzetting
Het examen toetst of je temperatuur en warmte onderscheidt, of je de drie vormen van warmtetransport herkent, en of je warmteverlies en uitzetting kunt verklaren.
Temperatuur en warmte
Temperatuur geeft aan hoe warm iets is, in °C of in K. Bij kelvin tel je 273 op bij celsius: 20 °C = 293 K. Een temperatuurverschil is in beide schalen even groot. Warmte is energie die stroomt door een temperatuurverschil, in joule. Om water te verwarmen geldt Q = c × m × ΔT, met c = 4,18 J/(g·°C) voor water. Voor 2,0 kg water dat 60 °C stijgt: Q = 4,18 × 2000 × 60 = 501 600 J ≈ 5,0·10^5 J.
Warmtetransport
Geleiding gaat via een vaste stof, vooral metalen; stroming via een vloeistof of gas dat rondstroomt; straling via infrarood en heeft geen medium nodig (de zon bereikt de aarde door het vacuüm). Isolatie werkt door geleiding en stroming tegen te gaan: lucht opsluiten in glaswol, dubbel glas met een spouw, een deksel op de pan. Een zwart oppervlak absorbeert straling goed en straalt ook goed uit.
Uitzetting
Bij verwarming zetten stoffen uit: een vaste stof een klein beetje, een gas veel. Daarom zitten er dilatatievoegen in bruggen en rails, en werken thermometers met een vloeistof die stijgt in een nauwe buis.
Voorbeeld met redenering
Een pan met 1,0 kg water wordt van 15 °C naar 95 °C verwarmd. ΔT = 80 °C, dus Q = 4,18 × 1000 × 80 = 334 400 J. In de praktijk is meer energie nodig, omdat de pan zelf ook warm wordt en er warmte weglekt; het rendement van een gaspit is daarom laag.
Valkuilen
- °C en K bij een verschil verkeerd omrekenen; ΔT is in beide schalen gelijk.
- 'Warmte' en 'temperatuur' door elkaar gebruiken.
- Straling een medium laten nodig hebben.
- Bij uitzetting vergeten dat een gat in een plaat ook uitzet.