Warmte

Leerdoelen

•Je kunt benoemen op welke drie manieren warmtetransport plaatsvindt.

•Je kunt rekenen aan de warmtestroommet behulp van de warmtegeleidingscoëfficiënt\left(\lambda\right)in de formuleP=\lambda\cdot A\cdot\frac{\Delta T}{d}P=\lambda\cdot A\cdot\frac{\Delta T}{d}dP=\lambda\cdot A\cdot\frac{\Delta T}{\placeholder{}}dP=\lambda\cdot A\cdot\Delta TdP=\lambda\cdot A\cdot\Delta T/dP=\lambda\cdot A\Delta T/dP=\lambda\cdot A*\Delta T/dP=\lambda A*\Delta T/d.

•Je kunt uitleggen wat soortelijke warmteis en hoe je rekent met de formuleQ=c\cdot m\cdot\Delta TQ=c\cdot m\Delta TQ=c\cdot m*\Delta TQ=cm*\Delta T.

•Je kunt uitleggen wat warmtecapaciteitis en wat de relatie is met de soortelijke warmte.

•Je kunt rekenen aan stoffen die uitzetten door warmte.

Hoe vindt warmtetransport plaats?

Warmtetransport is het proces waarbij warmte stroomt van een warme plek naar een koude plek totdat er evenwicht is. Dit gebeurt op drie manieren: geleiding, stroming en straling.

Wat is warmtegeleiding?

Geleiding vindt plaats in vaste stoffen. Moleculen in de stof geven daarbij trillingen aan elkaar door. Bij een hogere temperatuur gaan de moleculen bewegen met een grotere snelheid. Warmte wordt zo doorgegeven.

Voorbeelden van geleiding zijn:

•Een stalen pan wordt aan de onderkant verwarmd en de warmte verspreidt zich naar de steel.

•Een lepel in hete soep wordt ook warm aan het uiteinde.

•Warmte gaat door het glas van een raam heen.

•De buitenkant van een mok met hete thee wordt warm.

Wat is warmtestroming?

Stroming, ook wel convectie genoemd, gebeurt in vloeistoffen en gassen. Warme stoffen hebben een kleinere dichtheid en stijgen daardoor op, waardoor warmte zich verplaatst.

Voorbeelden van stroming zijn:

•Een radiator verwarmt de omringende lucht; deze warme lucht stijgt op en verspreidt zich.

•Het water in een verwarmingssysteem beweegt zich door buizen heen.

•Zeewater in de oceanen en wind zijn voorbeelden van warmtetransport door stroming.

Wat is warmtestraling?

Straling is een vorm van warmtetransport die door vacuüm heen gaat en geen tussenstof nodig heeft. Dit gebeurt via elektromagnetische straling die energie bevat.

Voorbeelden van straling zijn:

•De zon straalt warmte uit die de aarde bereikt. Dit is onder andere infrarode straling.

•Straling in hoogvermogenlasers.

Wat is thermische geleidbaarheid en warmtestroom?

De thermische geleidbaarheid, ook wel warmtegeleidingscoëfficiënt\left(\lambda\right), is een stofeigenschap die aangeeft hoe goed een materiaal warmte geleidt. Deze waarde is op te zoeken in Binas (tabel 8 t/m 12).

•Geleiders verplaatsen warmte goed en hebben een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt. Voorbeelden zijn metalen en koolstof. Metalen geleiden zowel warmte als elektriciteit goed dankzij vrije elektronen.

•Isolatoren verplaatsen warmte niet goed en hebben een lage warmtegeleidingscoëfficiënt. Voorbeelden zijn rubber, glas en stilstaande gassen.

De warmtestroomis de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid (per seconde) door een wand heen gaat, van de ene naar de andere plaats. De eenheid van warmtestroom is joule per seconde (J/s) of watt (W), wat overeenkomt met vermogen.

Wat is de formule voor warmtestroom P?

De warmtestroomwordt berekend met de formule:.

De symbolen in de formule hebben de volgende betekenissen en eenheden:

•: Warmtestroom (watt, W of joule per seconde, J/s)

•(lambda): Thermische geleidbaarheid (watt per meter per kelvin, W/(m·K))

•: Oppervlakte van de wand (vierkante meter, m²)

•: Temperatuurverschil aan weerskanten van de wand (kelvin, K of graden Celsius, °C). Een verschil in temperatuur is numeriek hetzelfde in kelvin en graden Celsius.

•: Dikte van de wand (meter, m)

Rekenvoorbeeld: warmtestroom door ramen

Op een winterdag is de buitentemperatuur-5\,\degree\text{C}-5\,\degree\text{C}C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,\degree C-5\,C-5\,C-5\,C-5\,C-5\,C-5\,C-5\,C-5\,C-5C-5C-5Cen binnen is het20\,\degree\text{C}2020\degree. In de kamer zitten twee ramen van gewoon glas met een dikte vancm. De oppervlakte van één raam ism². Bereken de warmtestroom door de ramen.

Gegevens:

•\Delta T=20-(-5)=25\,\degree\text{C}\Delta T=20-(-5)=25\Delta T=20-(-5)=25\degree

•van glas (opzoeken in Binas-tabel 10A)=0{,}93=0{,}9=0{,}=0{,}0={,}0W/(m·K)

•d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005\text{ m}d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005d=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0{,}005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}\text{ m}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}^=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}^{-}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}^{-}^=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}^{-}^{2}=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-2}^{-}^{2}m=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-}^{-}^{2}m=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5\cdot10^{-}^{2}m=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}510^{-}^{2}m=0,005md=0{,}5\text{ cm}=0{,}5*10^{-}^{2}m=0,005md=0{,}5\text{ cm}=05*10^{-}^{2}m=0,005m

•A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,\text{m}^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,\text{m}^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,\text{m}m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3\,m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}r=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}ra=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}raa=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/\text{raam}raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5\text{ m}^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5m^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5m^{}/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5m^2/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5m/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5m/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5m^/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1{,}5m^{2}/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot15m^{2}/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}\cdot1,5m^{2}/raam=3m^{2}A=2\text{ ramen}1,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=21,5m^{2}/raam=3m^{2}A=2r1,5m^{2}/raam=3m^{2}A=2ra1,5m^{2}/raam=3m^{2}

Formule en berekening:

•P=\lambda\cdot A\cdot\frac{\Delta T}{d}P=\lambda\cdot A\cdot\frac{\Delta T}{\placeholder{}}P=\lambda\cdot A\cdot\Delta TP=\lambda\cdot A\cdot\Delta T/P=\lambda\cdot A\cdot\Delta T/dP=\lambda\cdot A\Delta T/dP=\lambda\cdot A*\Delta T/dP=\lambda A*\Delta T/d

•P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}005}P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}005}0P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}005}0,P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}005}0,0P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}005}0,00P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}005}0,005P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}00}0,005P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}0}0,005P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0{,}}0,005P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{0}0,005P=0{,}93\cdot3\cdot\frac{25}{\placeholder{}}0,005P=0{,}93\cdot3\cdot250,005P=0{,}93\cdot3\cdot25/0,005P=0{,}93\cdot325/0,005P=0{,}93\cdot3*25/0,005P=0{,}933*25/0,005P=0{,}93*3*25/0,005P=0{,}93,*3*25/0,005P=0{,}93,0*3*25/0,005P=-0{,}93,0*3*25/0,005P=-0{,}9,0*3*25/0,005P=-0{,}94,0*3*25/0,005P=-094,0*3*25/0,005

•P\approx1{,}4\cdot10^4P\approx1{,}\cdot10^4P\approx1{,}5\cdot10^4P\approx1{,}5\cdot10^{}P\approx1{,}5\cdot10^2P\approx1{,}5\cdot10^2{4}P\approx1{,}5\cdot10^2{4}WP\approx1{,}5\cdot10{4}WP\approx1{,}5\cdot10^{4}WP\approx1{,}510^{4}WP\approx1{,}5*10^{4}WP\approx15*10^{4}WP\approx1,5*10^{4}WP1,5*10^{4}WP1,5*10^{4}WP1,5*10^{4}WP1,5*10^{4}WP1,5*10^{4}WW

De warmtestroom door de ramen is1{,}4\cdot10^41{,}\cdot10^41{,}5\cdot10^{4}1{,}510^{4}1{,}5*10^{4}15*10^{4}watt.

Wat is soortelijke warmte?

De soortelijke warmteis een stofeigenschap die aangeeft hoeveel energie er nodig is omkilogram van een stofkelvin (ofgraad Celsius) op te warmen. De eenheid is joule per kilogram per kelvin (J/(kg·K)). Voor water is de soortelijke warmte bijvoorbeeldJ/(kg·K), op te zoeken in Binas-tabel 11. Dit betekent dat jejoule aan energie nodig hebt omkilogram watergraad Celsius op te warmen, ongeacht de begintemperatuur.

Met een warmtemeter of joulemeter kun je de warmte berekenen die wordt toegevoegd aan een vloeistof. In zo'n meter gaat de toegevoegde warmte (door een verwarmingselement) niet verloren aan de omgeving.

De warmte(in joule) die nodig is om een stof op te warmen, wordt berekend met de formule: Q=c\cdot m\cdot\Delta TQ=c\cdot m\Delta TQ=c\cdot m*\Delta TQ=cm*\Delta T

De symbolen in de formule hebben de volgende betekenissen en eenheden:

•: Warmte (joule, J)

•: Soortelijke warmte (joule per kilogram per kelvin, J/(kg·K))

•: Massa van de stof (kilogram, kg)

•: Temperatuurverschil (kelvin, K of graden Celsius, °C)

Rekenvoorbeeld: warmte toevoegen aan water voor thee

Om thee te zetten wordtgram water met een temperatuur van20\,\degree\text{C}20\,\degree20\,\degree20\,\degree20\,\degree20\,\degree20\,\degree20\,\degree20\,\degree20\,\degree20\,20\,20\,20\,20\,20\,20202020\degree20 °Cverwarmd tot99\,\degree\text{C}9999\degree. Bereken de warmte in kilojoule die aan het water wordt toegevoegd.

Gegevens:

•kg

•van water (Binas-tabel 11)J/(kg·K) (afgerond vanJ/(kg·K) zoals in het voorbeeld gebruikt)

•\Delta T=99\,-20=79\,\degree\text{C}\Delta T=99\,-20=79\Delta T=99\,-20=7\Delta T=99\,-20=79\Delta T=99\,-20=79\degree\Delta T=99\,-20=79\degree C\Delta T=99\,-20\degree=79\degree C\Delta T=99\,-20\degree C=79\degree C\Delta T=99-2=79\degree C\Delta T=99-20=79\degree C\Delta T=99-20\degree=79\degree C\Delta T=99-20\degree C=79\degree C\Delta T=99\,-20\degree C=79\degree C\Delta T=99\,\degree-20\degree C=79\degree C\Delta T=99\,\degree\text{C}-20\degree C=79\degree C\Delta T=99-20\degree C=79\degree C\Delta T=99\degree-20\degree C=79\degree C

Formule en berekening:

•Q=c\cdot m\cdot\Delta TQ=c\cdot m\Delta TQ=c\cdot\Delta TQ=mc\cdot\Delta TQ=m\cdot c\cdot\Delta TQ=m\cdot c\Delta TQ=m\cdot c*\Delta TQ=mc*\Delta T

•Q=4,2\cdot0{,}5\cdot10^3\cdot79Q=4,2\cdot0{,}5\cdot\cdot10^3\cdot79Q=4,2\cdot\cdot10^3\cdot79Q=4,2\cdot10^3\cdot79Q=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3\cdot79Q=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3\cdot79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^379KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/(79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/(k79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/(kg79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/(kg\cdot79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/(kg\cdot K79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/(kg\cdot K)79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^3J/(kg\cdot K)*79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10J/(kg\cdot K)*79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^J/(kg\cdot K)*79KQ=0{,}5\cdot4,2\cdot10^{3}J/(kg\cdot K)*79KQ=05\cdot4,2\cdot10^{3}J/(kg\cdot K)*79KQ=0,5\cdot4,2\cdot10^{3}J/(kg\cdot K)*79KQ=0,5k\cdot4,2\cdot10^{3}J/(kg\cdot K)*79KQ=0,5kg\cdot4,2\cdot10^{3}J/(kg\cdot K)*79KQ=0,5kg4,2\cdot10^{3}J/(kg\cdot K)*79KQ=0,5kg*4,2\cdot10^{3}J/(kg\cdot K)*79KQ=0,5kg*4,210^{3}J/(kg\cdot K)*79K

•J

Afgerond is ditJ ofkilojoule (kJ).

Rekenvoorbeeld: warmte opgenomen door water en bakje uit temperatuur-tijddiagram

In een geïsoleerd bakje bevindt zichgram water met een verwarmingselement dat een vermogen vanW heeft. Het verloop van de temperatuur als functie van de tijd staat in de figuur.

Bepaal de kamertemperatuur.

De kamertemperatuur is de begintemperatuur van het water, die afgelezen kan worden uit het diagram bij t = 0 minuten. Dit geeft18\,\degree\text{C}18\degree\text{C}18\degree\text{C}18\degree\text{C}18\degree18\degree18\degree18\degree18\degree18\degree18\degree18\degree18\degree18\degree18\degree181818181818\degree.

Bereken de hoeveelheid warmte die het bakje heeft opgenomen.

Gegevens:

•kg

•W

•s

•T_{begin}=18\,\degree\text{C}T_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,\degreeT_{begin}=18\,T_{begin}=18\,T_{begin}=18\,T_{begin}=18\,T_{begin}=18\,T_{begin}=18T_{begin}=18T_{begin}=18T_{begin}=18\degree

•T_{eind}=60\,\degree\text{C}T_{eind}=60T_{eind}=60\degree

•J/(kg·K)

Stap 1: Bereken de warmte die het verwarmingselement heeft afgegeven\left(Q_{element}\right).

•

•J

Stap 2: Bereken de warmte die het water heeft opgenomen\left(Q_{water}\right).

•\Delta T_{water}=60-18=42\,\degree\text{C}\Delta T_{water}=60-18=42\Delta T_{water}=60-18=42\degree(ofK)

•

•

•J

Stap 3: Bereken de warmte die het bakje heeft opgenomen\left(Q_{bakje}\right).

De warmte die het element afstaat, wordt verdeeld over het water en het bakje (omdat het bakje ook opwarmt).

•

•J

De warmte die het bakje heeft opgenomen isJ, wat afgerondJ ofkJ is.

Wat is warmtecapaciteit en wat is het verschil met soortelijke warmte?

De warmtecapaciteitis de hoeveelheid energie die nodig is om een bepaald voorwerp op te warmen. Dit is geen stofeigenschap, maar hoort bij een specifiek voorwerp of een bepaalde hoeveelheid van een stof.

De formule voor de warmtedie nodig is om een voorwerp op te warmen, is:

De warmtecapaciteitis gelijk aan de soortelijke warmtevermenigvuldigd met de massavan het voorwerp:

De eenheid van warmtecapaciteit is joule per kelvin (J/K).

Voorbeeld:

Wat is de warmtecapaciteit vankg keukenzout?

•van keukenzout (opzoeken in Binas)J/(kg·K)

•kg

Berekening:

•

•

•J/K

De warmtecapaciteit vankg keukenzout isJ/K (afgerond).

Hoe zetten stoffen uit door warmte?

Materialen kunnen uitzetten door warmte. Wanneer stoffen warm worden, bewegen de moleculen sneller en nemen ze meer ruimte in. Dit is de reden dat constructies zoals bruggen nat worden gehouden op warme dagen, om uitzetting te beperken en vastklemmen te voorkomen.

Wat is lineaire uitzetting?

Lineaire uitzetting beschrijft hoe de lengte van een staaf of draad verandert door een temperatuurverschil.

De formule voor lineaire uitzetting is: \frac{\Delta l}{l_0}=\alpha\cdot\Delta T\frac{\Delta l}{l_0}=\alpha\Delta T\frac{\Delta l}{l_0}=\alpha *\Delta T\frac{\Delta}{l_0}=\alpha *\Delta T\frac{\Delta L}{l_0}=\alpha *\Delta T\frac{\Delta L}{l}=\alpha *\Delta T\frac{\Delta L}{\placeholder{}}=\alpha *\Delta T\Delta L=\alpha *\Delta T\Delta L/=\alpha *\Delta T\Delta L/L=\alpha *\Delta T\Delta L/L\_=\alpha *\Delta T

De symbolen in de formule hebben de volgende betekenissen en eenheden:

•: Verschil in lengte (meter, m)

•: Beginlengte (meter, m)

•(alfa): Lineaire uitzettingscoëfficiënt (per kelvin, K⁻¹) – een stofeigenschap

•: Verschil in temperatuur (kelvin, K of graden Celsius, °C)

Wat is kubieke uitzetting?

Kubieke uitzetting beschrijft hoe het volume van een stof (in 3D) verandert door een temperatuurverschil. Dit geldt voor gassen, vloeistoffen en vaste stoffen.

De formule voor kubieke uitzetting is: \frac{\Delta V}{V_0}=\gamma\cdot\Delta T\frac{\Delta V}{V_0}=\gamma\Delta T\frac{\Delta V}{V_0}=\gamma *\Delta T\frac{\Delta V}{V}=\gamma *\Delta T\frac{\Delta V}{\placeholder{}}=\gamma *\Delta T\Delta V=\gamma *\Delta T\Delta V/=\gamma *\Delta T\Delta V/V=\gamma *\Delta T\Delta V/V\_=\gamma *\Delta T

De symbolen in de formule hebben de volgende betekenissen en eenheden:

•: Verschil in volume (kubieke meter, m³)

•: Beginvolume (kubieke meter, m³)

•(gamma): Kubieke uitzettingscoëfficiënt (per kelvin, K⁻¹) – een stofeigenschap

•: Verschil in temperatuur (kelvin, K of graden Celsius, °C)

Wat is de relatie tussen lineaire en kubieke uitzettingscoëfficiënt voor vaste stoffen?

Voor vaste stoffen geldt dat de kubieke uitzettingscoëfficiënt\left(\gamma\right)ongeveer drie keer de lineaire uitzettingscoëfficiënt\left(\alpha\right)is: \gamma=3\cdot\alpha\gamma=3\alpha

Voor gassen is de kubieke uitzettingscoëfficiënt\gamma=\frac{1}{T}\gamma=\frac{1}{\placeholder{}}\gamma=1\gamma=1/, waarbijde absolute temperatuur in kelvin is.