Stevin havo Antwoorden hoofdstuk 11 Stoffen en materialen ( ) Pagina 1 van 6

Transcriptie

1 Stevin havo Antwoorden hoofdstuk 11 Stoffen en materialen ( ) Pagina 1 van 6 Als je een ander antwoord vindt, zijn er minstens twee mogelijkheden: óf dit antwoord is fout, óf jouw antwoord is fout. Als je er (vrijwel) zeker van ent dat een antwoord fout is, stuur dan een riefje naar Alvast edankt. Opgaven 11.1 Warmtetransport 1 a dalen kinetische 2 a 0 K = 273 ºC 0 ºC = 273 K 350 ºC = = 623 K 350 K = = 77 ºC 273 C 273 K c ΔT = 50 ºC = 50 K 50 K 3 a De warmte wordt door de metalen munt goed opgenomen en weggeleid, want metalen geleiden de warmte goed. Daarom lijft de temperatuur onder de ontrandingstemperatuur van de stof waarvan de zakdoek is gemaakt. Nu zit er geen isolerend luchtlaagje tussen je hand en je handschoen en zal de warmte uit je hand door geleiding aan de koude omgeving worden afgegeven koude handen. 4 - Geleiding 623 K 77 C 5 a A = 0,20 0,40 = 0,080 m 2, ΔT = 10 ºC en λ glas = 0,9 Wm 1 K 1 (Binas tael 10B) P = λ A ΔT/d = 0,9 0,080 10/0,0030 = 240 W = 0,2 kw A = 12 0,080 = 11,92 m 2, ΔT = 15 ºC en λ vurenhout = 0,4 Wm 1 K 1 (Binas tael 10A) P = λ A ΔT/d = 0,4 11,92 15/0,050 = 1,43 kw = 1 kw 6 a De daken zijn goed geïsoleerd. De uitenkant van het dak heeft een lage temperatuur, dus daar lijft de sneeuw langer liggen. De terrastegels maken contact met de grond die nog niet evroren is, dus daar smelt de sneeuw. c kleinere λ etere isolatie kleinere d nodig. Dus 5x zo kleine c geeft 5x dunnere wand: 1,0/5 = 0,20 m. Een sneeuwlaag evat veel lucht en werkt als een isolerende deken. Dus als er geen sneeuw ligt kan de vorst dieper de grond in komen. 7 a E = P t E = = 30 kj 1,00 liter water m = 0,998 = 1,00 kg c w = 4, Jkg 1 K 1 Q (= E) = c w m ΔT = 4, ,00 ΔT ΔT = 7,17.. ºC T eind = ,17.. = 23 ºC ΔT = = 84 ºC Q = c w m ΔT = 4, ,00 84 = 351,1.. kj E (= Q) = P t 351, = 500 t t = 351, /500 = 702,2.. s = 12 min 8 - Ze vormen nu een ol. Een ol heeft verhoudingsgewijs een klein oppervlak ten opzichte van zijn volume A klein, dus P klein de warmte lijft nu eter ehouden 9 a 0,2 kw 1 kw 0,20 m 23 C 12 min c (10 3 Jkg 1 K 1 ) (10 3 kgm 3 ) lood 0,128 11,3 messing 0,38 8,5 nylon 1,7 1,14 melk 3,9 1,02-1,04

2 Stevin havo Antwoorden hoofdstuk 11 Stoffen en materialen ( ) Pagina 2 van 6 m = V en Q = c m ΔT lood: m = 11, *1 = 11, kg Q = 0, , = 1,4..*10 7 J = J messing: m = 8, kg Q = 0, , = 3, = J nylon: m = 1, kg Q = 1, , = 1, J = J J J J J melk: m = 1, kg Q = 3, , = 4, = J 10 a Q ijzer = Q water (c m ΔT) ijzer = (c m ΔT) water 0, ,040 ΔT ijzer = 4, ,100 (27 15) 18,4 ΔT ijzer = 5016 ΔT ijzer = 5016/18,4 = 272,6.. ºC ΔT ijzer = T vlam 27 T vlam = 299,6.. = 300 C Deze waarde is waarschijnlijk te laag. Het lokje ijzer is al iets afgekoeld, dus wat warmte kwijt, als het in het water gedompeld wordt. De eindtemperatuur van 27 C zou dus wat hoger moeten zijn. Een andere reden voor de te lage waarde is dat tijdens het opwarmen van het water warmte is weggelekt. Dan kom je ook op een te lage eindtemperatuur uit. 300 C

3 Stevin havo Antwoorden hoofdstuk 11 Stoffen en materialen ( ) Pagina 3 van 6 Opgaven 11.2 Molecuulmodellen 11 a Tussen de moleculen water zit lege ruimte. Daar was plaats voor de suikermoleculen. Moleculen trekken elkaar aan en die aantrekkende kracht is groter naarmate de moleculen dichter op elkaar zitten. Bij een vaste stof zitten de moleculen dichter op elkaar dan ij een vloeistof. c Moleculen ewegen en stoten elkaar aan. Zo verspreidt de inkt zich door het water. d Moleculen trekken elkaar aan. e Moleculen ewegen sneller als de temperatuur hoger wordt moleculen komen verder van elkaar en zo ontstaat gemiddeld meer ruimte tussen de moleculen het volume wordt groter. 12 a De lucht in de afgesloten spuit wordt verhit moleculen gaan sneller ewegen hardere en meer otsingen tegen de zuiger druk groter zuiger wordt weggeduwd. Er wordt areid op de inhoud van de uis verricht; er wordt dus energie toegevoerd. Het samenpersen van de lucht in de uis geeurt zo snel dat er geen tijd is om de toegevoerde energie af te staan aan de omgeving. De kinetische energie van de moleculen moet dus toenemen hogere temperatuur het papier ontrandt. Q W ij de injectiespuit W Q ij de uis 13 a vloeiaar gas: verdampen gas vloeiaar: condenseren Verdampen werkt verkoelend (denk aan after shave) omdat daar warmte voor nodig is. Die warmte wordt onttrokken aan je lichaam en daardoor koelt het af. 14 a 1 Op t = 0,5 uur: vloeiaar Op t = 4 uur: vast + vloeiaar Op t = 7 uur: vast a 2 stollen a 3 De kruik geeft warmte af, want ij stollen komt warmte vrij. De kruiken met natriumacetaat lijven, vanwege het stolpunt van 60 ºC, veel langer op hogere temperatuur. c Aflezen: T innen = 68 ºC ΔT = = 4 ºC λ roestvrijstaal = 50 Wm 1 K 1 (Binas tael 9) en A = 290 cm 2 = m 2 P = λ A ΔT/d = /0,0040 = 1450 W E = P t = = 87,0.. kj = J J

4 Stevin havo Antwoorden hoofdstuk 11 Stoffen en materialen ( ) Pagina 4 van 6 15 a Binas tael 8: metaal c (10 3 J kg 1 K 1 ) (10 3 kg m 3 ) Al 0,88 2,70 Cd 0,234 8,65 Au 0,129 19,3 Fe 0,46 7,87 Cu 0,387 8,96 Hg 0,14 13,5 P 0,128 11,3 Mg 1,026 1,74 Na 1,23 0,97 Ni 0,46 8,90 Pt 0,133 21,5 U 0,116 19,1 Ag 0,24 10,5 Zn 0,386 7,2 c Ja, want de (c)-grafiek daalt Ja, want voor sulimeren is warmte nodig. De extra warmte van je hand helpt mee om de allon op te lazen.

5 Stevin havo Antwoorden hoofdstuk 11 Stoffen en materialen ( ) Pagina 5 van 6 Opgaven hoofdstuk a ΔT = = 65 ºC en λ koper = 390 Wm 1 K 1 (Binas tael 8) P = λ A ΔT/d = 390 0,12 65/0,0015 = 2,0 MW c Dit verlies kan nooit zo groot zijn, want het vermogen van een geiser ligt in de orde van tientallen kw. Koper geleidt de warmte erg goed, dus ΔT 0,1ºC 65/0,1 = 560x zo klein P = /560 = 3,6 kw (Dit is nog aan de hoge kant, gezien het vermogen van de geiser dat ij wordt genoemd. Draai het eens om: ga uit van P = 100 W en ereken daarmee ΔT.) 18 a Uit P = λ A ΔT/d volgt dat λ ΔT/d constant moet zijn, want de warmte gaat achtereenvolgens door de vetlaag en de vacht. (λ ΔT/d) vet = (λ ΔT/d) vacht λ vet (37,0 35,6)/2,0 = λ vacht (35,6 5,0)/7,0 λ vet 0,70 = λ vacht 4,37.. λ vet/λ vacht = 4,37../0,70 = 6,2 De λ vet is 6,2 keer zo groot de extra vetlaag moet 6,2 keer zo dik zijn. 6,2*7 = 43 mm c Een tent (wigwam) om zich te isoleren. 19 a P 1/d als je d groter kiest, wordt P kleiner. Nee, λ is een stofeigenschap. 20 a De temperatuur is constant als P uit = P in, dus ook P uit = 5,0 kw 1 2 c is groot, want ook ij een klein temperatuurverschil stroomt er veel warmte door de wand als het oppervlak groot is. c is klein, want ook ij groot temperatuurverschil stroomt er weinig warmte door de wand als die geïsoleerd is. 2,0 MW 43 mm c 1 3 Puit,glas cglas T 320 (25 15) ,2 10 W 3,2 kw c 2 Bij constante innentemperatuur geldt Pin Puit,glas Puit,vloer o cvloer (25 10) 15 cvloer 1800 cvloer 120 W/ C d 1 Puit,glas Puit,vloer d 2 P in 320 (20 10) 120 (20 10) , 4 kw 2,0 kw P 4, 4 kw temperatuur daalt. uit Bij constante innentemperatuur geldt P P P in uit,glas uit,vloer ( T 10) 120 ( T 10) 440 T T 6400 T 14, C o 15 C 21 a 1 ΔT = = 80 ºC en 1,5 liter water m = 1,5 kg Q = c w m ΔT = 4, ,5 80 = 5, J 5, /14, = 0,034 kg a 2 c t = 3,0 60 = 180 s P = E/t = 5, /180 = 2,8 kw P = λ A ΔT/d Vanwege de grotere A ij de Volcano kettle is P ook groter water kookt eerder Een dompelaar lever in 3,0 min (= 180 s) aan warmte: Q = = 54 kj Je het 5, /( ) = 9,2.. = 10 dompelaars nodig 22 a Je het alleen last van de lucht direct om je hand heen. Stilstaande lucht isoleert goed. Het metaal van de ovenwand geleidt goed. Je krijgt alle warmte van de oven te verduren. c Saus (water) heeft een grote soortelijke warmte. 34 g 2,8 kw 10

6 Stevin havo Antwoorden hoofdstuk 11 Stoffen en materialen ( ) Pagina 6 van 6 d De korst is afgekoeld maar isoleert de waterige inhoud. 23 a 1 kwh = 1000 W 1 h = 1000 J s s = 3,6 MJ 800 J warmte is verliespost E tot = P t = = 4000 J E nuttig = = 3200 J = (E nuttig/e tot) 100% = (3200/4000) 100% = 80% c = (0,9 0,4 0,1) 100% = 3,6% 3,6% d E nuttig = 0,93 6, = 5, J E nuttig = P t t = E nutttig/p = 5, /( ) = 1, s t = 1, /3600 = 3, uur Pel Pstr 0,10 110(W/m ) (m ) W 7 t 1 jaar 3,15 10 s (Zie Binas tael 4) Eel Pel t , , ,5 10 J Eel ( 3,6 10 )9, ,6 10 kwh 9,6 TWh (T = Tera = : zie Binas tael 2) 80% 3, h 3, J of 9,6 TWh 25 - P t = c m T = 4, m 10 m = 4, kg V = 4, L 4, L 26 a P t = c m T 750 t = 4, ,250 (65 15) t = 70 s 70 s P A t = c m T, hierin is A is het wateroppervlak t = 4, ( ) (20 18) t = 1, s = 31 h (!) 31 h