Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 4

Transcriptie

1 Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 4 Samenvatting door een scholier 1700 woorden 17 januari ,6 24 keer beoordeeld Vak Methode Natuurkunde Nova 1 Warmtebronnen en brandstoffen. Warmtebronnen thuis en op school. Om iets te verwarmen heb je een warmtebron nodig. Voorbeelden van warmtebronnen: - gasbrander - gaskachel - geiser - boiler - fornuis - oven - theelichtje - strijkijzer Energie omzetten. Sommige brandstoffen leveren warmte door een brandstof te verbranden. Je hebt twee soorten energie: - chemische energie =de energie in aardgas of een andere brandstof zoals aardolie/ steenkool. Gasfornuis. Theelichtje Gaskachel gasbrander - elektrische energie magnetron strijkijzer broodrooster elektrische kachel Het gemiddelde gasverbruik in NL ligt rond de 2000m₃ aardgas per jaar. Als je met een gasbrander een bekerglas met water verwarm, zal de temperatuur van het water gaan stijgen. Het water neemt dan warmte op. Hoe groot de temperatuurstijging is, kun je aflezen op een thermometer. Energie uit brandstoffen. Elke hoeveelheid energie wordt opgegeven met joule(j). deze energie-eenheid is genoemd naar de Engelse Pagina 1 van 5

2 natuurkundige James Prescott Joule( ). De hoeveelheid warmte die brandstoffen leveren, wordt opgegeven in: joule per kg joule per m₃ joule per liter Dit wordt verbrandingswarmte genoemd. 2. Aardgas verbranden De cv-installatie. Verwarmingsketel - Hier wordt aardgas verbrand. (ontstaan hete gassen) Warmtewisselaar - Hierlangs stromen de hete gassen. Zo wordt het water in de warmtewisselaar verhit. Pomp - pompt het water naar de radiatoren. Daar staat het water weer warmte al. Zo worden de vertrekken verwarmd. Verbranden. Je hebt drie dingen nodig voor verbranding: zuurstof, een brandstof, ontbrandingstemperatuur. De brandstof die in een cv-ketel wordt gebruikt, is aardgas. Het brandbare deel van aardgas is methaan. Het is belangrijk dat er in de cv-ketel voor voldoende luchttoevoer wordt gezorgd, omdat het zuurstof nodig heeft voor verbranding. Ontbrandingstemperatuur= De temperatuur de het mengsel van aardgas en lucht moet bereiken, om de verbranding op gang te brengen. Verbrandingsproducten. Bij verbranding ontstaan onder andere ook verbrandingproducten. Voorbeeld: Als je aardgas verbrandt, krijg je warmte, co²(koolzuurgas) en waterdamp. Het ontstaan van water(damp) kun je aantonen als je een koud bekerglas boven een brandende gasbrander houdt: het glas beslaat. Het koolzuurgas kun je aantonen door de verbrandingsgassen van een gasvlam door kalkwater te leiden. Het kalkwater wordt dan troebel. Reactieschema. reactie: het verbranden van aardgas. Bij een reactie verdwijnen de stoffen waarmee je begint. Daarvoor krijg je andere stoffen met nieuwe eigenschappen. Bij het verbranden van aardgas verdwijnen de stoffen methaan en zuurstof. Daarvoor in de plaats komen de stoffen water en koolstofdioxide. Je kunt zo n reactie weergeven in een reactieschema. Het reactieschema van de verbranding van aardgas ziet er als volgt uit: Methaan (g) + zuurstof (g) water (g) + CO² (g). (g) = gas (gas) (l) = vloeistof (liquid) (s) = vaste stof (solid) Volledige en onvolledige verbranding. De brander van een gaskachel is zo gemaakt dat het aardgas goed gemengd wordt met lucht. Omdat voor de verbranding veel lucht nodig is(ongeveer 10 liter lucht op 1 liter aardgas), moet er voldoende verse lucht kunnen worden aangevoerd. Als er niet genoeg verse lucht wordt toegevoegd, kan er naast koolstofdioxide en water ook koolstofmonooxide onstaan. koolstofmono-oxide: een reukloos en zeer giftig gas als het wordt ingeademd. Pagina 2 van 5

3 rendement. een moderne HR-ketel heeft een rendement van ruim 90%. Dat wil zeggen: van de warmte die bij de verbranding van het aardgas vrijkomt, wordt 90% opgenomen door het water en verdwijnt 10% naar buiten. HR staat voor: hoog rendement. Met het rendement geef je aan hoeveel procent van de energie nuttig gebruikt wordt. De cv-ketel met deze keurmerken voldoen aan de eisen van hoog rendement en lage uitstoot van schadelijke verbrandingsgassen. 3 Geleiding en stroming. Warmtetransport. Je hebt drie verschillende vormen van warmtetransport: - geleiding - stroming - straling Warmtetransport door geleiding. in een radiator vindt het volgende warmtetransport plaats: 1. Het hete water geeft warmte af aan de binnenkant van de radiator 2. De warmte wordt door geleiding vervoerd naar de buitenkant van de radiator. 3. Daar wordt de warmte afgestaan aan de lucht en de voorwerpen in de kamer. Bij geleiding verplaatst de warmte zich door een stof van de plaats met de hoogste temperatuur naar de plaats met de laagste temperatuur. Zonder dit temperatuurverschil zou er geen warmtetransport plaats kunnen vinden. Bij een radiotor is de plaats met de hoogste temperatuur de binnenkant van de radiator en die met de laagste temperatuur de buitenkant. Er zijn verschillende soorten radiatoren. De meest gebruikte types zijn: - De vlakke-plaatradiator - De paneelradiator - De ledenradiator Door radiatoren golft te maken maak je het oppervlakte groter. Daardoor staan ze beter hun warmte af aan de lucht. Het hete water komt aan de bovenkant van de radiator binnen. Daar is ook de knop om de aanvoerleiding dicht te draaien. De retourleiding zit aan de onderkant. Goede en slechte warmtegeleiders. Metalen zijn goede warmtegeleiders. Andere vaste stoffen niet. Goede geleiders: - ijzer - lood - zilver - goud Slechte geleiders: - plastic - textiel - rubber Pagina 3 van 5

4 - hout Bijna alle vloeistoffen en gassen geleiden de warmte slecht. Warmtetransport door stroming. Stroming: warme lucht stijgt op en neemt zo de warmte mee die bij de radiator opgenomen is. Aan de andere kant van de kamer daalt de (afgekoelde)lucht weer. Bij stroming verplaatst de warmte zich altijd samen met de vloeibare of gasvormige stof van de plaats met de hoogste temperatuur naar de plaats met de laagste temperatuur. Lucht is, zoals alle gassen, een zeer slechte warmtegeleider. Maar door stroming kan lucht wel veel warmte vervoeren. Stroming verklaard. als de lucht rond een radiator verwarmd wordt, zet hij uit. Het wordt daardoor lichter dan de lucht in de rest van de kamer. Oftewel warme lucht heeft een kleinere dichtheid dan koude lucht. Het gevolg is dat de lichte warme lucht in de zware koude lucht stijgt. Tegen het plafond koelt de warme lucht weer af, om tenslotte aan de andere kant weer naar beneden te zakken. Ondertussen stroomt koude lucht naar de radiator toe. Deze lucht zal verwarmd worden en gaan stijgen. Op die manier ontstaat in de kamer een natuurlijke luchtcirculatie. 4.Straling. Straling. Als de temperatuur van een voorwerp niet erg hoog is, zendt het infrarode straling uit. Infrarode straling: is niet zichtbaar maar je kan hem wel voelen. De zon is zo heet(ongeveer 6000 C) dat hij, behalve infrarode straling en zichtbaar licht, ook ultraviolette straling uitzendt. De straling van de zon gaat door de luchtledige ruimte en komt via de atmosfeer op de aarde terecht. De infraroodcamera. Met een infraroodcamera kun je een thermogram maken: een foto waarop je kunt zien hoeveel infrarode straling een voorwerp uitzendt. Als het voorwerp op een thermogram licht gekleurd is, straalt het veel infrarode straling ui. Als het er donker uitziet, straalt het weinig infrarode straling uit. Uitzenden en absorberen. Een voorwerp kan warmte afstaan door straling uit te zenden en het kan warmte opnemen door straling te absorberen. Een voorwerp zal altijd dezelfde temperatuur willen krijgen als zijn omgeving: is de omgeving kouder, zendt het voorwerp meer straling uit dan dat het warmte absorbeert. Absorptie en kleur. Witte en glanzende oppervlakken weerkaatsen het licht van de zon. Zwarte oppervlakken absorberen het licht, en zetten het om in warmte. de thermoskan. Een thermoskanheeft binnen- en een buitenwand van glas. De ruimte tussen deze twee wanden is vacuüm gemaakt. In deze ruimte kan de warmte niet vervoerd worden door stroming of geleiding. Bovendien is de fles op een stuk kurk gezet. Kurk is een slechte warmtegeleider. Warmteverlies kan ook optreden door straling van binnen naar buiten. Om dat tegen te gaan zijn de glazen binnen- en buitenwand van een thermosfles bekleed met een glanzend metalen laagje. Dit metalen laagje kaatst het grootste deel ven de warmtestraling weer terug de fles in. Pagina 4 van 5

5 5. Isolatie. Een kamer verwarmen. Als je in een huis een kachel aan doet, wordt het warmer in de kamer. Als de temperatuur niet wegging zou het steeds warmer worden. Dat is niet zo. De warme lucht lekt naar buiten. Zodra er evenveel warmte wordt geproduceerd als dat er weggaat, blijft de temperatuur constant. Isoleren. Als je brandstof wilt besparen kun je, je huis isoleren. Daardoor verdwijnt de warmte minder snel het huis uit. Het warmtetransport door een muur. Hoeveel warmte er in een bepaalde tijd naar buiten gaat hangt van 4 dingen af.: 1. Temperatuurverschil tussen binnen en buiten:hoe kleiner het temperatuurverschil is, des te minder warmte er verdwijnt naar buiten. 2. Materiaal van de muur: Hoe slechter de warmte van het materiaal geleid, des te minder warmte er naar buiten verdwijnt. 3. Dikte van de muur: hoe dikker de muur, des te minder warmte er naar buiten verdwijnt. 4. Oppervlakte van de muur: hoe kleiner de oppervlakte, des te minder warmte er naar buiten verdwijnt. Huizen isoleren. Je kunt warmteverlies door een muur tegengaan door een dikke laag isolatiemateriaal aan te brengen. Daken en vloeren worden ook op deze manier geïsoleerd. Isolatiemateriaal: zit vol met kleine ruimtes waarin zich lucht bevindt. Vooral door die lucht wordt het warmteverlies tegengegaan: (opgesloten) lucht geleidt de warmte nog veel slechter dan plastic, glas of een andere vaste stof. Veel huizen hebben dubbele muren, waartussen een laag lucht zit: de spouw. De spouw zorgt ervoor dat de binnenmuur niet vochtig wordt. Door zo n spouw gaat vrij veel warmte verloren. Je kunt het warmteverlies tegengaan door de spuw te vullen met isolatiemateriaal. Een spouwvulling is een slechte geleider. Dubbel glas. Warmteverlies bij ramen kun je tegengaan door dubbel glas aan te brengen. Dubbel glas isoleert vooral goed door de laag lucht tussen de twee glasplaten. Omdat lucht een slechte geleider is. K-waarde. Om aan te geven hoe goed een bepaald materiaal soleert, wordt de zogenaamde K-waarde gebruikt. K- waarde: geeft aan hoeveel energie er per seconde door een oppervlakte van 1 m₂ naar buiten gaat bij een temperatuurverschil van 1 C tussen binnen en buiten. als je de K-waarden van alle oppervlakte van een huis kent, kun je voorspellen hoeveel energie je in huis per dag verliest bij een bepaald temperatuurverschil tussen binnen en buiten. Pagina 5 van 5