Soortelijke warmte

Leerdoelen

•Je kunt de functie van een calorimeter en de bijbehorende onderdelen beschrijven.

•Je kunt rekenen met soortelijke warmte.

Warmte als energiestroom

Warmte is een vorm van energie, eigenlijk een energiestroom. Stel je voor dat je een warme kop thee vasthoudt. De warmte stroomt van de thee naar je hand, waardoor je hand warmer wordt. Deze warmte komt van een warmtebron, bijvoorbeeld het verwarmingselement in een waterkoker.

De warmtebron voegt energie toe aan het water. Maar waar komt die energie vandaan? De warmtebron zet andere vormen van energie om in warmte.

Energieschema

Neem bijvoorbeeld een waterkoker. De waterkoker bevat een dompelaar, een verwarmingselement dat in het water zit. De dompelaar werkt op elektrische energie. Deze elektrische energie wordt omgezet in warmte. De warmte die de dompelaar afgeeft, zorgt ervoor dat de temperatuur van het water stijgt.

Warmte

Warmte is een grootheid, net als bijvoorbeeld lengte of massa. De grootheid warmte wordt aangeduid met de letter. De eenheid van warmte is joule, afgekort met de letter. Dit is dezelfde eenheid als voor andere vormen van energie.

De caloriemeter

Om te bepalen hoeveel warmte er nodig is om een stof te verwarmen, gebruiken we een caloriemeter. Een caloriemeter bestaat uit:

•Een dompelaar: om de vloeistof te verwarmen.

•Een roerder: om de vloeistof gelijkmatig te verwarmen.

•Een thermometer: om de temperatuur te meten.

Door de dompelaar warmte toe te laten voegen en tegelijkertijd de temperatuur te meten, kunnen we bepalen hoeveel warmte er nodig is om de temperatuur van de vloeistof met een bepaalde hoeveelheid te laten stijgen.

Soortelijke warmte

Om precies te kunnen bepalen hoeveel warmte er nodig is, hebben we de soortelijke warmte nodig. De soortelijke warmte geeft aan hoeveel warmte er nodig is om 1 gram van een stof 1 graad Celsius in temperatuur te laten stijgen. Elke stof heeft zijn eigen soortelijke warmte. Water heeft bijvoorbeeld een andere soortelijke warmte dan olie.

De grootheid soortelijke warmte wordt aangeduid met de letter. De eenheid van soortelijke warmte is joule per gram per graad CelsiusJ/(g\cdot^{\circ}\text{C})J/(g\cdot^{\circ}\text{C}^{})J/(g\cdot^{\circ}\text{C}^{\circ})J/(g\cdot^{\circ}\text{C}^{\circ}\text{C}) J/(g \cdot ^{\circ}\text{C})J/(g\cdot^{^{\circ}\text{C}\circ}\text{C}) J/(g \cdot ^{\circ}\text{C})\left(J/g/\degree C\right).

Rekenen met soortelijke warmte

De formule om met soortelijke warmte te rekenen isQ=c\cdot m\cdot\Delta TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot TQ=c\cdot m\cdot\Delta TQ=c\cdot m\Delta TQ=c\cdot m\times\Delta TQ=cm\times\Delta T, waarbij:

•Warmte in joule\left(J\right)

•Soortelijke warmte in joule per gram per graad CelsiusJ/(g\cdot^{\circ}\text{C})J/(g\cdot)J/(g\cdot^{})J/(g\cdot^{\circ})J/(g\cdot^{\circ=})J/(g\cdot^{\circ}\text{C})\left(J/g/\degree C\right)

•Massa in gram\left(g\right)

•\Delta T=\Delta T=T=Temperatuurverschil in graden Celsius\left(^{\circ}\text{C}\right)\left(^{\circ}\text{C)}\right)\left(^{\circ}\text{C}\right)^{\circ}\text{C}\left(^{\circ}\text{C}\right)^{\circ}\text{C}\left(\right.\left(\degree\right.\left(\degree C\right.\left(\degree C\right)^{\circ}\text{C}\left(\right)\left(\degree C\right)

\Delta TT(delta T) is het verschil tussen de eindtemperatuuren de begintemperatuur\left(T_{begin}\right)\left(T_{begidn}\right)\left(T_{begid}\right)\left(T_{begi}\right)\left(T_{beg}\right)\left(T_{beg\in}\right)\left(T_{begi}\right)\left(T_{beg}\right)\left(T_{be}\right)\left(T_{b}\right)\left(T_{}\right)\left(T_{e}\right)\left(T\right)\left(T\right)T. Je berekent dit met de formule:\Delta T=T_{eind}-T_{begin}T=T_{eind}-T_{begin}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}\Delta T=T_{eind}-T_{begidn}\Delta T=T_{eind}-T_{begid}\Delta T=T_{eind}-T_{begi}\Delta T=T_{eind}-T_{beg}\Delta T=T_{eind}-T_{be}\Delta T=T_{eind}-T_{b}\Delta T=T_{eind}-T\Delta T=T_{eind}-Tb\Delta T=T_{eind}-Tbegin\Delta T=T_{eidnd}-Tbegin\Delta T=T_{eidn}-Tbegin\Delta T=T_{eid}-Tbegin\Delta T=T_{ei}-Tbegin\Delta T=T_{e}-Tbegin\Delta T=T-Tbegin\Delta T=Te-Tbegin\Delta T=Tei-Tbegin\Delta T=Tein-Tbegin.

Rekenvoorbeeld

Stel, je wilt 500 gram water verwarmen van20\,^{\circ}\text{C}20\,20\,^{}20\,^{\circ}20\,^{\circ}\text{C}100\,^{\circ}\text{C}naar100\,^{\circ}\text{C}100\,100\,^{}100\,^{\circ}100\,^{\circ}\text{C}. De soortelijke warmte van water is4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{\circ}\text{C})4,2\operatorname{}J/(g\cdot)4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{})4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{\circ})4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{\circ}\text{C})4,2\operatorname{}J/g/\degree C4,2\operatorname{\mathrm{m}}J/g/\degree C4,2\operatorname{\mathrm{cm}}J/g/\degree C4,2cJ/g/\degree C. Hoeveel warmte is hiervoor nodig?

Gegeven:

•c=4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{\circ}\text{C})c=4,2\operatorname{}J/(g\cdot)c=4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{})c=4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{\circ})c=4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{\circ}\text{C})c=4,2\Omega J/(g\cdot^{\circ}\text{C})c=4,2\omega J/(g\cdot^{\circ}\text{C})c=4,2J/(g\cdot^{\circ}\text{C})c=4,2\operatorname{}J/(g\cdot^{\circ}\text{C})c=4,2\operatorname{}J/g/\degree Cc=4,2 J/g/°C'c=4,2\operatorname{}J/g/\degree Cc=4,2\operatorname{\mathrm{m}}J/g/\degree Cc=4,2\operatorname{\mathrm{cm}}J/g/\degree Cc=4,2cJ/g/\degree C

•m=500\operatorname{\mathrm{g}}m=500\operatorname{\mathrm{c}\mathrm{g}}m=500\operatorname{\mathrm{c}\mathrm{g}\mathrm{m}}m=500\operatorname{\mathrm{cm}}m=500cm=500

•T_{begin}=20\,^{\circ}\text{C}T_{begin}=20\,T_{begin}=20\,^{}T_{begin}=20\,^{\circ}T_{begin}=20\,^{\circ}\text{C}T_{begin}=20\degree CT_{begidn}=20\degree CT_{begid}=20\degree CT_{begi}=20\degree CT_{beg}=20\degree CT_{be}=20\degree CT_{b}=20\degree CT=20\degree CTb=20\degree CTbe=20\degree CTbeg=20\degree CTbegi=20\degree C

•T_{eind}=100\,^{\circ}\text{C}T_{eind}=100\,T_{eind}=100\,^{}T_{eind}=100\,^{\circ}T_{eind}=100\,^{\circ}\text{C}T_{eidnd}=100\,^{\circ}\text{C}T_{eidn}=100\,^{\circ}\text{C}T_{eid}=100\,^{\circ}\text{C}T_{ei}=100\,^{\circ}\text{C}T_{e}=100\,^{\circ}\text{C}T=100\,^{\circ}\text{C}Te=100\,^{\circ}\text{C}Tei=100\,^{\circ}\text{C}Tein=100\,^{\circ}\text{C}Teind=100\,^{\circ}\text{C}

Gevraagd:

•

Oplossing:

•Bereken eerst\Delta TT\Delta TT:\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\,^{\circ}\text{C}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\,\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\,^{}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\,^{\circ}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\,^{\circ}\text{C}T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\,^{\circ}\text{C}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\,^{\circ}\text{C}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=810\,^{\circ}\text{C}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=8100\,^{\circ}\text{C}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=810=0\,^{\circ}\text{C}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=8100\,^{\circ}\text{C}\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20\degree=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100\,-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100\,^{}-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100\,^{\circ}-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100\,^{\circ}\text{C}-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begin}=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begien}=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begie}=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{begi}=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{beg}=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{be}=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T_{b}=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-T=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-Tb=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-Tbe=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-Tbeg=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-Tbegi=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}e-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}ei-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}ein-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eind}eind-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eidnd}eind-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eidn}eind-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{eid}eind-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{ei}eind-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C\Delta T=T_{e}eind-Tbegin=100\degree C-20\degree C=80\degree C

•Vul de formule in:Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\cdot80=168.000\operatorname{\mathrm{J}}Q=c\cdot m\cdot T=4,2\cdot500\cdot80=168.000\operatorname{\mathrm{J}}Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\cdot80=168.000\operatorname{\mathrm{J}}Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot50080=168.000\operatorname{\mathrm{J}}Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80=168.000\operatorname{\mathrm{J}}Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80=168.000\operatorname{\mathrm{c}\mathrm{J}}Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80=168.000\operatorname{\mathrm{c}\mathrm{J}\mathrm{m}}Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80=168.000\operatorname{\mathrm{cm}}Q=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80=168.000\operatorname{\mathrm{cm}}JQ=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80=168.000cJQ=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80=168.000JQ=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80\degree=168.000JQ=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500\times80\degree C=168.000JQ=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2\cdot500g\times80\degree C=168.000JQ=c\cdot m\cdot\Delta T=4,2J/g/\degree C\times500g\times80\degree C=168.000JQ=c\cdot m\Delta T=4,2J/g/\degree C\times500g\times80\degree C=168.000JQ=c\cdot m\times\Delta T=4,2J/g/\degree C\times500g\times80\degree C=168.000JQ=cm\times\Delta T=4,2J/g/\degree C\times500g\times80\degree C=168.000J

•Dus, er isjoule aan warmte nodig omgram water van20\,^{\circ}\text{C}20\,20\,^{}20\,^{\circ}20\,^{\circ}\text{C}100\,^{\circ}\text{C}naar100\,^{\circ}\text{C}100\,100\,^{}100\,^{\circ}100\,^{\circ}\text{C}te verwarmen.

De werking van een waterkoker

In de praktijk hebben waterkokers vaak een temperatuursensor die de temperatuur meet. Zodra de sensor100\,^{\circ}\text{C}100\,100\,^{}100\,^{\circ}100\,^{\circ}\text{C}100\,^{\circ}\text{C}.meet, schakelt de waterkoker automatisch uit.