Overal NaSk 5e ed - Hoofdstuk 5 - Warmte oefentoetsen & antwoorden

Met energie kun je dingen doen. Je kunt iets verwarmen, laten bewegen of van vorm of plek veranderen. Het symbool van het fenomeen energie is E en energie wordt gemeten in de eenheid joule (J).   Warmte is de energie die nodig is om de temperatuur van een stof te verhogen of om de stof in een hogere aggregatietoestand (smelten of verdampen) te krijgen. Warmte heeft het symbool Q en wordt gemeten in de eenheid joule (J). Moleculen gaan sneller bewegen door de toename van warmte; de hoeveelheid energie is toegenomen. Je moet energie toevoeren aan een stof om de temperatuur te verhogen.   Een fossiele brandstof is een brandstof die ontstaan is uit resten van dode planten en dode dieren. Fossiele brandstoffen zijn niet duurzaam omdat de hoeveelheid fossiele brandstof eindig is. Fossiele brandstoffen kunnen dus opraken. Energiebronnen die niet op kunnen raken, zoals wind- en zonne-energie noemen we duurzaam.   Bij een chemische reactie veranderen beginstoffen in reactieproducten. De moleculen van de beginstoffen veranderen; de atomen vinden een andere plek want de atomen gaan tijdens een chemische reactie nieuwe verbindingen aan. Op deze manier ontstaan dus nieuwe moleculen. Dit mag je een beetje vergelijken met een doos Lego: de bouwsteentjes zijn de atomen en het bouwwerk is het molecuul. De plek en de hoeveelheid bouwsteentjes bepaalt hoe je bouwwerk eruit komt te zien. Je hebt steentjes nodig om iets te kunnen maken.    Een atoom is het kleinste deeltje. Atomen kom je tegen in moleculen; atomen zijn de bouwstenen van moleculen. Onze hele wereld bestaat uit atomen en moleculen. Bij een volledige verbranding wordt een brandstof in de juiste verhouding met zuurstof verbrand. Er ontstaan bij bijvoorbeeld het verbranden van aardgas alleen onschadelijke verbrandingsproducten zoals koolstofdioxide en water. Warmtetransport is het fenomeen dat energie in de vorm overgedragen wordt van de ene plaats naar de andere.  Stroming is warmtetransport door het bewegen van vloeistof of gas. Moleculen verplaatsen zich en nemen zo de bewegingsenerige mee van de ene naar de andere plek. LET OP: warme vloeistof en gassen hebben een kleinere dichtheid dan koude vloeistof of gassen. Door het verschil in dichtheid krijg je stroming en daarmee warmtetransport! Straling is warmtetranport van onzichtbare warmtestraling. Deze straling noemen we ook wel infrarood (IR). Warmtestraling zit in het spectrum van het licht naast rood, maar kunnen we dus niet zien. Deze straling kunnen we wel voelen. Kenmerkend voor straling is dat er geen tussenstof nodig is om het te kunnen verplaatsen. Straling kan dus door het vacuüm heen. De bekendste warmtebron die we kennen is de zon. De straling van de zon gaat door de ruimte heen en bereikt ons op aarde.   Een isolator is een stof die slecht warmte geleidt. Voorbeelden van isolatoren zijn lucht, piepschuim, glas en plastic. Deze stoffen worden moeilijk warm en als ze warm zijn, blijven ze ook lang warm.   Het broeikaseffect is het verschijnsel dat de dampkring van de aarde warmte vast houdt. Gassen die hiervoor verantwoordelijk zijn, zijn koolstofdioxide, methaan en waterdamp.   De koolstofkringloop is de voortdurende omzetting en het weer ontstaan van koolstofdioxide op aarde. Planten maken met behulp van zonnestraling, dus energie, uit water en koolstofdioxide het element zuurstof en het molecuul glucose. Glucose is een koolwaterstof. Bij het verbranden van koolwaterstoffen ontstaat weer koolstofdioxide en water. Verbranding is een reactie met zuurstof. Deze kringloop zorgt ervoor dat de hoeveelheid koolstofdioxide in de lucht ongeveer gelijk blijft. Hiermee bedoelen we dat energie niet verloren kan gaan; energie kan niet zomaar ontstaan en ook niet verdwijnen. Energie kan alleen vanuit de ene vorm in een andere vorm van energie worden omgezet. Dit noemen we ook wel een energieomzetting.   Warmte is de energie die nodig is om de temperatuur van een stof te verhogen. Ook kan je met behulp van warmte een stof laten smelten of verdampen; een stof kan door middel van warmte in een faseovergang komen. Warmte heeft het symbool Q en wordt gemeten in de eenheid Joule (J).   Met een energieomzetting bedoelen we dat energie vanuit de ene vorm van energie om wordt gezet in een andere vorm van energie. Dit is het gevolg van de wet van behoud van energie. Deze energieomzetting kun je met behulp van een energiestroomschema weergeven.    Niet-nuttige energie is energie die je niet wilt hebben of niet kunt gebruiken. Deze energie gaat dus kwijt aan de omgeving zonder dat je er iets mee kunt. Vaak is dit warmte.   beginstof(fen) → reactieproduct(en) LET OP: de pijl ( → ) is cruciaal! hiermee geef je aan dat er een verandering plaatsvindt. Bij een chemische reactie veranderen de moleculen namelijk. Gebruik dus nooit =, want daarmee geef je aan dat de stoffen gelijk zijn aan elkaar.   Bij een onvolledige verbranding kunnen gifstoffen ontstaan die zeer gevaarlijk zijn. Bij onvolledige verbranding van aardgas kan bijvoorbeeld koolstofmono-oxide ontstaan. Dit gas is reukloos en verstikkend. Voldoende brandstof, temperatuur hoger dan de ontbrandingstemperatuur en voldoende zuurstof.   Bij een chemische reactie veranderen beginstoffen in eindstoffen. De plaats waar de atomen in een molecuul zitten veranderen. De moleculen van de beginstoffen gaan kapot en er komen nieuwe moleculen, gemaakt van dezelfde atomen uit de beginstoffen, voor terug.   Straling, stroming en geleiding   Naam warmtetransport Vorm warmtetransport Stroming beweging van moleculen vloeistof en gas Geleiding trilling van moleculen in een vaste stof Straling beweging van stralingsenergie door vacuüm     De algemene circulatie is de stroming in de lucht van warmte volgens een vaste manier: warme, vochtige lucht stijgt op bij de evenaar van de aarde en koelt af bij de polen. Door het verplaatsen van de warme lucht wordt koude lucht weer richting de evenaar gedrukt. Warme lucht uit de evenaar bevat water, koude lucht vanuit de polen is droog. Bij de eerste hoofdwet van de warmteleer wordt gezegd dat energie nooit verloren gaat. Je kunt ook geen extra energie maken. Wat aan energie vrij komt, kan nooit meer zijn dan de hoeveelheid energie die gebruikt wordt voor de energieomzetting. Dit betekent dus dat de hoeveelheid energie nooit kan toenemen, maar ook nooit minder kan worden. Alleen de vorm waarin je energie kunt vinden, kan veranderen!   Bij de tweede hoofdwet van de warmteleer wordt gezegd dat het onmogelijk is om alle energie nuttig te kunnen gebruiken. Er zal bij een energieomzetting altijd niet-nuttige energie worden gevormd. Dit betekent dus dat er altijd warmte ontstaat bij elke vorm van een energieomzetting.    TIP: gebruik afbeelding 5.1 als voorbeeld!   LET OP: zet altijd de juiste grootheid én eenheid op de x- en de y-as. De gebruikte eenheid noteer je in afkorting tussen haakjes. Let er ook op dat de waarden op de assen met een regelmaat verspringen. Teken altijd met potlood, en gebruik een geodriehoek. De waarden, grootheden en de bijgaande eenheden noteer je met pen. Geef ook per as de richting aan! Op het horzontale gedeelte van de grafiek vindt de faseovergang plaats; je moet dus twee faseovergangen bij de juiste temperatuur in de grafiek weergeven!   a) aardgas + zuurstof → koolstofdioxide + water b) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O c) De atomen uit de moleculen veranderen van plek. De moleculen van de beginstoffen gaan kapot en er worden als reactieproduct nieuwe moleculen van de atomen gemaakt. Dit type reactie, waarbij een brandstof reageert met zuurstof, noemen we dus een verbranding. Bij een verbranding komt er energie in de vorm van  warmte vrij.   Brandstof: brandstof wegnemen (brandende tak weghalen) Zuurstof: zuurstoftoevoer onderbreken (schuimblusser op oliebrand) Temperatuur: laten dalen (brandend huis blussen met water)   Door geleiding wordt warm water uit de CV verplaatst naar de radiator. Het materiaal van de radiator wordt warm en verwarmd de lucht. Warme lucht stijgt op. Hierdoor wordt de koude lucht naar beneden gedrukt. Hierdoor krijg je luchtstroming door de kamers in huis waardoor het huis verwarmd wordt. TIP: schrijf het plaatje wat je ziet in afbeelding 5.12 op in je eigen woorden. Beschrijf hier goed wat je ziet.    a) Q = U x A x ∆T x t b) Gegeven: t = 1 minuut = 60 s U = 3,5 J/(m2 K s) ∆T = 5 K , want 22 - 17 = 5 graden Celcius (LET OP: Celcius en Kelvin gebruiken dezelfde schaal! A = 10 m2 Gevraagd: Q Formule: Q = U x A x ∆T x t Berekening: Q = 3,5 J/(m2 K s) x 10 m2  x 5 K x 60 s Q = 10500 J Conclusie: Het warmteverlies over 1 minuut is bij deze muur 10500 J.   Dit kun je waarnemen met behulp van een thermogram. Met een infaroodcamera kun je precies waarnemen waar warmteverlies ontstaat. Dit kun je als rode velden in een inraroodfoto. In afbeelding 5.18 is duidelijk waar te nemen dat warmteverlies bij een woning zichtbaar is bij ramen en onder het dak.    De golfstroom verdeelt de warmte op aarde. Het warme water van de golfstromen in de oceanen stromen vanaf de evenaar langs de continenten naar de polen. De warmte uit de oceaan wordt afgestaan aan de atmosfeer door straling en verdamping.  Hiermee hebben we in Nederland een mild en een vrij nat klimaat. Door het verplaatsen van de golfstroom verandert ook de dichtheid van het water: een koud voorwerp heeft namelijk een grotere dichtheid dan een warm voorwerp. Dit geldt ook voor het water in de oceanen. Koud water zakt dieper de zee in waardoor in dezelfde oceaan meerdere golfstromen zijn. Ook de lucht op aarde stroomt vanaf de evenaar richting de polen. Hierdoor ontstaan hogedruk- en lagedrukgebieden en daarmee windgebieden. Ook deze stroming gaat volgens een vast patroon en deze staat ook bekend als de algemene circulatie.