Nova NaSk1 4e ed - Hoofdstuk 2 - Warmte oefentoetsen & antwoorden

Verbrandingswarmte. Toelichting: de verbrandingswarmte van de stoffen hoef je niet uit je hoofd te leren. Deze kun je terug vinden in tabel 19 in je BINAS.   Methaan + zuurstof → koolstofdioxide + water Toelichting: Zorg dat je gebruikt maakt van een → tussen de producten, dat geeft aan dat het om een chemische reactie gaat. Een = mag je in dit geval niet gebruiken en zal fout gerekend worden.      Koolstofdioxide kun je aantonen met helder kalkwater. Wanneer er door helder kalkwater koolstofdioxide komt, wordt het troebel. Water kun je aantonen met wit kopersulfaat. Wanneer er wit kopersulfaat met water in aanraking komt, wordt het blauw van kleur. Een mooie, felle kleur blauw.    Het verschil is dat bij een volledige verbranding er voldoende zuurstof aanwezig is, waardoor al het brandstof kan verbranden. Bij een onvolledige verbranding is er te weinig zuurstof, waardoor niet alles volledig kan verbranden. Je kunt dit merken doordat er bij onvolledige verbranding een gele vlam ontstaat en bij volledige verbranding een blauwe vlam. Bovendien komt er bij onvolledige verbranding koolstofmono-oxide vrij. Een giftig, kleurloos en reukloos gas. Daarnaast komt er bij een onvolledige verbranding ook roet vrij. Een zwarte, vaste stof die je duidelijk ziet.   Koolstofmono-oxide is gevaarlijk omdat het een giftig gas is. Wanneer je dit inademt kom je binnen korte tijd te overlijden. Het gas is bovendien kleurloos en geurloos, dus je kunt het ook niet zien of ruiken. Daarom is een koolstofmono-oxide melder zo belangrijk.   a) Het symbool voor vermogen is de hoofdletter P en de eenheid die daarbij hoort is Watt (W) b) Het symbool voor tijd is de kleine letter t en de eenheid die daarbij hoort is seconde (s) c) Het symbool voor energie in de vorm van warmte is Q en de eenheid die daarbij hoort is Joule (J)   Stroming, straling en geleiding   Een voorbeeld van een goede warmtegeleider is metaal (gietijzer, staal, aluminium en koper) en een voorbeeld van een slechte warmtegeleider (isolator) is hout of plastic. Toelichting: er wordt gevraagd om een warmtegeleider, dus zorg dat je voor geleiders kiest en niet voor bijvoorbeeld lucht, die zorgt voor stroming en dus niet voor geleiding.   Q = P x t of E = P x t Q of E staat voor de hoeveelheid energie (warmte) in Joule P staat voor het vermogen in Watt t staat voor de tijd in seconden     Heeft een tussenstof nodig De warmte beweegt door de stof heen De warmte wordt meegenomen Stroming x x Geleiding x x Straling x     De verwarming is van metaal gemaakt en er is dus een vorm van geleiding. Dat voel je doordat de buitenkant warm is wanneer je er met je hand tegenaan komt.  Daarnaast zorgt de verwarming ook voor stroming. Zij verwarmt de omringende lucht. De lucht dichtbij de verwarming wordt warmer en zet uit en stijgt op. Daardoor komt er nieuwe, koude lucht bij de verwarming en ook deze wordt verwarmd. Dit is een continu proces, waardoor de lucht gaat stromen en de warmte zich verspreidt.  Als laatste is de verwarming ook een straler. Zij straalt infrarode straling, waardoor je de warmte van een afstandje ook voelt.    Bij dubbel glas zit er tussen het glas een stilstaande luchtlaag. Lucht is een goede isolator. Bij enkel glas zit er geen lucht tussen, dus kan de warmte gemakkelijker ontsnappen.    a) Gegeven: massa = 1,5 kilogram = 1500 gram Opgezocht: verbrandingswarmte van hout (BINAS tabel 19) = 16.000 Joule per kilogram.Gevraagd: Energie in de vorm van warmte (Q)Formule: Q = massa x verbrandingswarmteBerekening: Q = 1500 x 16.000 = 24.000.000 Joule = 24 megaJoule = 24 MJConclusie: Het levert 24 MJ aan energie.Let er bij dit soort vragen goed op dat je antwoord geeft in de juiste eenheden. Wanneer je iets in Joule moet uitrekenen, komen er vaak grote getallen uit. Dus schrik er niet van als je een groot getal als uitkomst hebt, waarschijnlijk klopt het gewoon.  b) Gegeven: Energie (Q) = 280 MJ = 280.000.000 Joule Opgezocht: verbrandingswarmte van hout (BINAS tabel 19) = 16.000 Joule per kilogram.Gevraagd: Massa (m) van het houtFormule: massa = energie / verbrandingswarmteBerekening: m = 280.000.000 / 16.000 = 17.500 gram.Let op: er wordt gevraagd naar kilogram. 1 kg = 1.000 gram dus 17.500 gram = 17,5 kilogram.Conclusie: Hiervoor moet je 17,5 kilogram hout verbranden.Let er bij dit soort vragen goed op dat je antwoord geeft in de juiste eenheden. Wanneer je iets in Joule moet uitrekenen, komen er vaak grote getallen uit. Dus schrik er niet van als je een groot getal als uitkomst hebt, waarschijnlijk klopt het gewoon.  c) Totaal heb je 17,5 kg nodig. 1 blok hout heeft een massa van 1,5 kg. Totaal heb je dus 17,5/1,5 = 11,7 dus 12 blokken hout nodig.    a) Gegeven: Vermogen (P) = 900 W en tijd (t) = 3 minuten = 180 seconden Gevraagd: Energie in de vorm van warmte (Q) in kiloJoule Formule: Q = P x t Berekening: Q = 900 * 180 = 162.000 Joule 1 kiloJoule = 1.000 Joule dus 162.000 Joule = 162 kJConclusie: De energie die de waterkoker heeft geleverd is 162 kJ. Let er bij dit soort vragen goed op dat je antwoord geeft in de juiste eenheden. Wanneer je iets in Joule moet uitrekenen, komen er vaak grote getallen uit. Dus schrik er niet van als je een groot getal als uitkomst hebt, waarschijnlijk klopt het gewoon.  b) Niet alle energie die de waterkoker afgeeft gaat ook naar het water toe. Er gaat altijd een gedeelte van de energie verloren. Bijvoorbeeld aan de opwarming van de buitenkant van de waterkoker, of het lampje wat gaat branden. Natuurkundig gezegd; het rendement is geen 100%   Metaal is een goede geleider, terwijl hout een goede isolator is. Omdat de temperatuur van het hout en metaal lager is dan je lichaamstemperatuur (ongeveer 36 / 37 graden) geleid het metaal de warmte uit je lichaam naar de metalen poot. Je voelt dit als kou aan je hand. Hout is geen goede geleider, maar een isolator en is dus niet zo goed in staat om de warmte te geleiden uit je hand. Toelichting: warmte wil altijd van een hoge naar een lage temperatuur gaan.   Gegeven: Inhoud zwembad = 50x15x1,60 = 1200 $\rm m^3$ (toelichting: je vermenigvuldigd met 1,60 want het water staat 20 cm onder de rand)Q = 4,18 kJ per liter per graad. 1 liter = 1 $\rm dm^3$1000 liter = 1 $\rm m^3$1200 $\rm m^3$ = 1.200.000 literGevraagd: Energie (Q) in megaJoule (MJ)Formule: Energie = inhoud x energie per liter per graad x aantal graden verwarmenBerekening:Energie = 1.200.000 x 4.18 (kJ) x 5 (graden) = 25.080.000 kJ Let op: er wordt gevraagd naar megaJoule. 1 MJ = 1.000 kJ dus 25.080.000 kJ = 25.080 MJConclusie: Er is 25.080 MJ nodig om het water te verwarmen.