Samenvatting Natuurkunde Warmte

Transcriptie

1 Samenvatting Natuurkunde Warmte Samenvatting door een scholier 2231 woorden 16 oktober keer beoordeeld Vak Natuurkunde Samenvatting warmte 1 Effecten van verwarmen: - temperatuurverhoging - volumevergroting Schatten van temperatuur: Is heel onnauwkeurig. Meten van temperatuur: Mbv een thermometer. Eenheid van temperatuur is: graad Celsius (oc). Thermometer: Instrument om de temperatuur te meten. Meet in graden Celsius. Dichtheid: Geeft aan hoe dicht materiaal op elkaar zit. Ofwel: De hoeveelheid massa per volume-eenheid. bv. g/l of kg/m3 of g/ml. Dichtheidverandering: Door verwarmen wordt de dichtheid altijd kleiner. Pagina 1 van 16

2 (Het materiaal zit minder dicht op elkaar) Want: Door verwarmen wordt het volume groter. Maar de massa blijft gelijk. Berekenen van de dichtheid: dichtheid = massa : volume. bv. g/ml = g : ml kg/m3 = kg : m3 (massa = dichtheid x volume.) (volume = massa : dichtheid.) Massa: De hoeveelheid materiaal/stof waaruit een voorwerp of portie bestaat. Geef je aan in gram of kilogram. Massa kan alleen veranderen door er iets bij te doen of af te halen. Volume: De hoeveelheid ruimte dat een voorwerp of portie inneemt. Geef je aan in ml, L, m3, dm3. Druk: In een afgesloten ruimte met flexibele wanden blijft de druk gelijk (1 bar). Voorbeelden van flexibele wand: plastic zak, omgekeerde maatcilinder. Samenvatting warmte 2 Effekten van verwarmen (van vaste stoffen en vloeistoffen): - temperatuurverhoging - volumevergroting Dichtheidverandering: Bij vaste stoffen en vloeistoffen wordt de dichtheid kleiner door verwarmen. Slimmigheidjes bij volumemeting: Pagina 2 van 16

3 - bol en ring (bol zet uit, past niet meer door ring) - erlenmeyer met buis (vloeistof stijgt in dunne buis) Brander: (Schrijf het stukje "werken met een gasbrander" op blz 7 / 8 over) Samenvatting Warmte 3 Uitzetting: volumevergroting.(langer worden, als het een staaf is) Twee verschillende materialen zetten op een verschillende manier uit. Inkrimpen: volumeverkleining.(korter worden) Vloeistofthermometer: Geeft de temperatuur aan doordat een vloeistof uitzet bij verwarmen. ('erlenmeyer met buis' methode ) Gasthermometer: Geeft de temperatuur aan doordat een gas uitzet bij verwarmen. ('omgekeerde maatcilinder met lucht' methode) IJken: Het streepjes zetten met de juiste getallen erbij (bv de temperatuur). Je maakt dan van een apparaat of opstelling een meetinstrument. Bimetaal: Twee verschillende metalen die op elkaar vast zitten. Door het verschil in uitzetten van de twee soorten materialen zal een bimetaal altijd krom worden. Het materiaal dat het meest uitzet, zit altijd in de 'buitenbocht'. Toepassingen van bimetalen: Om de gastoevoer in een kachel af te sluiten (beveiliging van de waakvlam). Of als onderdeel in een elektrische schakelaar. Thermokoppel: Twee in elkaar gedraaide draden die een klein electrisch stroompje afgeven. Dit stroompje kun je gebruiken om een apparaat aan of uit te schakelen. Of om temperaturen mee te meten. Pagina 3 van 16

4 Gas dat (door een kleine opening) stroomt maakt een sissend geluid. Samenvatting Warmte 4 Effekten van verwarmen: - Temperatuurverhoging - Volumevergroting (bij flexibele ruimtes) - Drukverhoging (bij vaste ruimtes) (-dichtheidverkleining als het volume groter wordt) Meer, minder of evenveel: Bij verwarmen geldt: Als het volume meer wordt, dan blijft de massa evenveel maar wordt de dichtheid minder. Samenvatting Warmte 5 Manieren van verwarmen, warmte Manieren van verwarmen: -Mbv een blokje messing, warmte uit heet water naar koud water overbrengen. -Mbv een brander -Mbv een fohn -Via de handen Temperatuurverandering: Door mbv een blokje messing, warmte uit heet water te halen wordt dit hete water kouder (temperatuur wordt lager). Wordt daarna het verwarmde blokje in koud water gehangen, dan stijgt de temperatuur van het koude water (wordt warmer). Warmte als bedenksel: Als heet water koud wordt, dan verdwijnt er "iets" uit dit hete water. Dit "iets" hebben natuur-/scheikundigen warmte genoemd. Warmte is dus "iets" dat van heet water naar koud water gaat. Extrapoleren: Het doortrekken van een grafiek. Pagina 4 van 16

5 Je kunt 'warmte' niet vervangen door de termen warm of koud. Warm of koud geven alleen een toestand aan. Het is warm of het is koud Samenvatting Warmte 6 Geleiding van warmte Warmte: "Iets" dat ervoor zorgt dat de temperatuur stijgt als je dit "iets" toevoert. Of dat de temperatuur daalt als je dit "iets" weghaalt. Geleiding van warmte: -Bij warmtegeleiding verplaatst de warmte zich door het materiaal heen. Bv van de binnenkant van een pan naar de buitenkant. Of van de ene kant van een staaf naar de andere kant van die staaf. -Alleen maar als er een temperatuurverschil is. -Altijd van een plek met hoge temperatuur naar een plek met lage temperatuur. Geleider: Is de stof/materiaal waarmee de warmte zich kan verplaatsen. Zonder geleider blijft de warmte op dezelfde plek. Een goede geleider zorgt ervoor dat warmte snel van de ene plek naar een andere plek kan. Isolator: Is een slechte geleider. Wordt gemaakt van materiaal dat de warmte slecht geleidt. Voorbeelden van isolators: -Koelbox, isolatiemateriaal is piepschuim. -thermoskan/thermosfles, isolatie is meestal vacuum. -Houten huis, hout is een slechte geleider. -Stilstaande lucht, want gassen zijn ook slechte geleiders. Vacuum = gasloos, dus geen geleidend materiaal en dus geen geleiding. Samenvatting Warmte 7 Stroming van warmte, behoud van warmte. Pagina 5 van 16

6 Geleiding van warmte: Warmte verplaatst zich door het materiaal heen. (bv van door de wand van een braadpan) Stroming van warmte: Warmte gaat met het materiaal mee naar een andere plek. (Bv hete lucht. De warmte stijgt samen met de lucht op.) Joule (J): Is de eenheid van warmte. (J) Er is 4,2 J warmte nodig om 1 gram water 1oC te verwarmen. (4,2 J/goC) Behoud van warmte: Alle warmte dat uit warm water verdwijnt gaat naar het koude water. De warmte blijft binnen het 'systeem'. We gaan ervan uit dat er geen warmte naar de 'omgeving' gaat. Dus: Als 100 Joule warmte uit warm water verdwijnt, dan gaan die 100 Joule naar het koude water. Het systeem: (Zorg voor een tekening van een bekerglas dat in een ander bekerglas staat, beide gevuld met water. Dit is dan een systeem.) De plaats waarbinnen de warmte zich verplaatst. Bv: De warme en koude bekerglazen. De omgeving: Is meestal de lucht om het systeem heen. Samenvatting Warmte 8 Soortelijke warmte (schrijf de volgende symbolen voorin je samenvattingen schrift) Pagina 6 van 16

7 Symbolen die gebruikt worden bij warmte Q = hoeveelheid warmte, aantal Joule (eenheid Joule) m = massa (g, kg) T = temperatuur (eenheid oc) Tv = temperatuurverschil Tb = begintemperatuur Te = eindtemperatuur sw = soortelijke warmte (eenheid J/goC) C = warmtecapaciteit (eenheid J/oC) Q = m. Tv. sw Warmtecapaciteit (J/oC): Het aantal Joule dat een voorwerp per oc opneemt (temperatuurstijging) of afstaat (temperatuurdaling). Berekening warmtecapaciteit: Aantal joule (opgenomen of afgestaan) : temperatuurverschil = aantal joule per graad. Q : Tv = J/oC. Soortelijke warmte (J/goC): Het aantal Joule dat een stof/materiaal per oc en per gram opneemt(temperatuurstijging) of afstaat (temperatuurdaling). Berekening soortelijke warmte: Aantal joule (opgenomen of afgestaan) : (massa stof x temperatuurverschil) = aantal joule per gram en per oc. Q : (Tv x m) = J/goC Joulemeter: (Maak een tekening) Geisoleerde bak om warmteproefjes mee uit te voeren. Heel belangrijk Pagina 7 van 16

8 De methode om de warmtecapaciteit en de soortelijke warmte uit te rekenen. 1 Berekenen hoeveel warmte er in het water is gaan zitten (Q) (mbv 4,2 J/goC) 2 Waar komt die warmte vandaan? (warmtebehoud binnen het systeem) 3 Hoeveel graden is het voorwerp afgekoeld en hoe groot is de massa van het voorwerp? (Tv en m) 4 Q delen door Tv en m = soortelijke warmte Q:(Tv.m)= J/goC Q delen door Tv = warmtecapaciteit Q:Tv = J/oC Samenvatting praktikum 9 Effecten van verwarmen 4 Koken en smelten zijn effecten van verwarmen. Koken: Bij koken ontstaat dampvorming (belletjes) in de hele vloeistof. De vloeistof gaat dan over in de gas/damp vorm. Bij water is dit 100 oc Bij alcohol is dit 78 oc. Kooktemperatuur / condensatietemperatuur: Is een stofkenmerk. Kooktemperatuur en condensatietemperatuur zijn hetzelfde. Koken is de overgang van vloeistof naar gas/damp vorm. Condenseren is de overgang van gas/damp vorm naar vloeistof. Smelten: Overgang van vast naar vloeistof vorm. Reflux-opstelling: (maak een tekening) Vloeistof (condens) stroomt weer terug in de kolf. Destillatie-opstelling: Pagina 8 van 16

9 (maak een tekening) Vloeistof (condens) stroomt uit de opstelling. Residu: Dat wat achterblijft nadat alle vloeistof uit de kolf is verdampt(gedestilleerd). (Bv de witte aanslag op de kolf). Destillaat: De vloeistof welke is opgevangen tijdens het destilleren. Een voorbeeld is: gedestilleerd water. In gedestilleerd water zit geen kalk meer. Kc-papier / dc-korrels: Zijn indicatoren. Kc papier voor water. Dc korrels voor alcohol. Spuitfles: Fles waarin op school gedestilleerd water wordt bewaard. Samenvatting W10 Koken,verdampen, smelten Koken: Tijdens het koken ontstaat damp. De damp stijgt op, maar condenseert weer doordat de damp afkoelt.(condens vorming). Condens en damp lossen uiteindelijk op in de lucht. Condenseren: Overgang van damp naar vloeistof. Je krijgt dan condensvorming. Gebeurt op dezelfde temperatuur als het koken. Condens: Pagina 9 van 16

10 De druppels vloeistof die je krijgt tijdens het condenseren. Condens vindt je boven een kokende vloeistof maar ook tegen koude oppervlaktes. Verdampen: Vloeistoffen kunnen damp worden zonder dat de stof kookt. Verdampen kun je versnellen door de vloeistof in beweging te zetten. (blazen, wind). Smelttemperatuur: De temperatuur die een stof heeft tijdens smelten. Bij ijs 0 oc. Samenvatting W11 Stollen, stoltemperatuur, stolpunt Stollen: Overgaan van vloeistof naar vast. Om een stof te laten stollen moet de omgeving van die stof een temperatuur hebben die lager ligt dan het stolpunt van die stof. (Het koudmakend mengsel bv.) Stoltemperatuur, stolpunt: Temperatuur waarbij de stof overgaat van vloeistof naar vast. Stolpunt en stoltemperatuur zijn hetzelfde. Je kunt het smelt/stolpunt van ijs verlagen door het toevoegen van zout. Smelttemperatuur, smeltpunt: Temperatuur waarbij de stof overgaat van vast naar vloeibaar. Tijdens stollen en smelten verandert de massa niet. Tijdens stollen en smelten verandert de temperatuur niet. Stofkenmerk: Pagina 10 van 16

11 Smeltpunt / stolpunt is een stofkenmerk. (Tabel 3) Je kunt een stof herkennen aan het smelt-/stolpunt. Samenvatting W12 Verdwijnen en ontstaan van warmte Q = m x Tv x sw Verdwijnen van warmte tijdens het smelten: De warmte die nodig is om ijswater (van 0 oc) op te warmen tot de eindtemperatuur, is kleiner dan de warmte die vrij komt als "warm" water afkoelt tot die eindtemperatuur. Het verschil van die warmte is gebruikt om het ijsblokje te laten smelten. Je kunt dit niet meer uitrekenen omdat tijdens het smelten de temperatuur niet veranderd. (Tv = 0 oc.) De warmte die verdwijnt tijdens het smelten noemt men de smeltwarmte. Smeltwarmte is aantal joule per gram verdwenen warmte. (J/g) Smeltwarmte is een stofkenmerk. Tabel 4. Ontstaan van warmte tijdens het stollen: De warmte die vrij komt bij het stollen van bv. kaarsvet kun je niet uitrekenen m.b.v. de formule Q = m x Tv x sw. Ook tijdens het stollen veranderd de temperatuur niet. Tv = 0 oc. De koelvloeistof wordt dus steeds warmer terwijl er volgens de berekening geen warmte uit het kaarsvet komt. Er lijkt dus warmte te ontstaan tijdens het stollen van een stof. De warmte die per gram stof vrijkomt tijdens het stollen is gelijk (=) aan de warmte die nodig is om diezelfde gram stof te laten smelten. Samenvatting W13 Stoffen in verschillende vormen Vormen van een stof: Pagina 11 van 16

12 - vaste vorm - vloeibare vorm - gasvorm (- opgeloste vorm) Oplossen: Het mengen van een vloeistof met een of meer andere stoffen. Oplossing, oplosmiddel, opgeloste stoffen: Een oplossing is een doorzichtig mengsel. Een oplossing bestaat uit: -het oplosmiddel (een stof in vloeibare vorm) en -de opgeloste stof ( een andere stof). Suspensie: Een vloeistof waarin korreltjes zweven. Residu: Dat wat achterblijft na het indampen of destilleren Scheidingstechnieken: - indampen - destilleren Tijdens indampen en destilleren laat je het oplosmiddel verdampen. Bij indampen gaat het om het residu. (Dat wat achterblijft.) Bij destilleren gaat het om het destillaat. (Dat wat je opvangt uit de koeler. Samenvatting W14 Verdampen, condenseren, warmtebehoud Verdwijnen van warmte bij verdamping, Ontstaan van warmte bij condenseren: (tabel 6) Zie samenvatting W12 over ontstaan en verdwijnen van warmte bij stollen en smelten. Pagina 12 van 16

13 Dit ontstaan en verdwijnen gebeurt niet alleen bij stollen en smelten, maar ook tijdens het verdampen en condenseren. De hoeveelheid warmte die nodig is om 1 gram stof te laten verdampen, is dezelfde hoeveelheid warmte die vrij komt als 1 gram van die stof condenseert. -Bij verdampen is warmte nodig. Ook als de stof niet kookt. -Tijdens verdampen is er geen warmtebehoud. Warmte verdwijnt uit het systeem samen met de damp. -Hoe hoger de druk in een ruimte wordt, des te hoger het kookpunt van een stof wordt. -Door een vloeistof in beweging te brengen gaat het verdampen sneller. In een koelkast wordt de warmte uit het voedsel eerst door het laten verdampen van de koelvloeistof, "weggezogen". Daarna wordt de druk verhoogt door een compressor. Hierdoor stijgt het kookpunt van de (koelvloeistof)damp tot boven kamertemperatuur. De (koelvloeistof)damp gaat dan condenseren. De warmte die eerst in het voedsel zat wordt nu afgegeven aan de omgeving. (Aan de lucht die aan de achterzijde van de koelkast zit.) Samenvatting W15 Verwarmen en afkoelen, kwaliteit van warmte Scheidingstechnieken: -Scheitrechter (maak een tekening met de werking erbij) -Indampen -Destilleren -Refluxen Emulsie: Twee of meer vloeistoffen die door elkaar zitten, maar niet in elkaar oplossen. Kwaliteit van warmte: Pagina 13 van 16

14 De kwaliteit wordt aangegeven in oc. Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de kwaliteit. Voorbeeld van kwaliteit: Om 1 gram ether tijdens koken te laten verdampen is 377 Joule aan warmte nodig. Met een kwaliteit van 35 oc. Als een emmer water (10 liter) afkoelt van 34 oc naar 33 oc, komt er (Q=mxTvxsw=10000 x 1 x 4,2) Joule warmte vrij. De ether verdampt niet, omdat de kwaliteit van de warmte uit het water (33 oc) te laag is om de ether te laten koken. Samenvatting W16 Absolute temperatuur Kwaliteitsafname van warmte: Als twee stoffen van verschillende temperatuur bij elkaar worden gedaan, zal de 'warme' stof in temperatuur dalen en de 'koude' stof in temperatuur stijgen. Totdat de twee stoffen dezelfde temperatuur hebben. Hierna worden allebei de stoffen 'kouder'. Ofwel, de kwaliteit van de aanwezige warmte wordt minder. De temperatuur zakt. Extrapoleren: Het doortrekken van een grafieklijn. Zoals de grafieken waarin volume en temperatuur tegen elkaar uitgezet zijn. Absolute temperatuur: Absolute nulpunt: De temperatuur die rekening houdt met het feit dat als de kwaliteit van warmte 0 (nul) geworden is, dan ook de temperatuur 0 graden moet zijn. De eenheid van absolute temperatuur is Kelvin (K). Kelvin begint te rekenen vanaf 0 K. 0 K is het absolute nulpunt. Pagina 14 van 16

15 Als de kwaliteit van de warmte hoger wordt, dan stijgt ook de absolute temperatuur. (in K). Omrekenen: Kelvin Celcius Een rechtevenredig verband tussen volume en absolute temp.: Hoe hoger de temperatuur hoe groter het volume van een portie gas wordt. Formule voor uitrekenen volume of temperatuur: Tbegin = Teind Vbegin Veind Altijd in absolute temperatuur rekenen. Kelvin dus. De gegevens die je hebt invullen. Daarna kruislings vermenigvuldigen. Sublimeren: Overgaan van vaste toestand in gasvorm (tijdens verwarmen). De vaste stof verdampt. Samenvatting W17 Meer over gassen Sublimatie en rijping: Sublimatie: van vast naar gasvorm Rijping: van gasvorm naar vaste vorm Gas en damp: Overeenkomst: Beiden zijn de gasvorm van een stof. (bv waterdamp, stikstofgas) Verschil: Gas indien het kookpunt lager dan 0 oc ligt (stikstof gas -196 oc) Damp als het kookpunt hoger is dan 0 oc. (waterdamp 100 oc) Volumepercentage: Pagina 15 van 16

16 Hoeveel % dat een gas deel is van een mengsel. Bv.: Mengsel dat bestaat uit 2 liter zuurstof en 3 liter helium en 5 liter stikstof. 100% = 10 liter ( ) 2 liter = 2 : 10 = 0,2 x 100% = 20 % (volumepercentage). 3 liter = 3 : 10 = 0,3 x 100% = 30 % (volumepercentage). 5 liter = 5 : 10 = 0,5 x 100% = 50 % (volumepercentage). Indikatoren: Koolzuurgas> helder kalkwater (wordt troebel) Ammoniak> rood lakmoespapier (wordt blauw) zoutzuurgas> blauw lakmoespapier (wordt rood) Zoutzuur"stof": Is een gas. De stof zoutzuurgas wordt opgelost in water. Het vormt dan zoutzuur. Ammoniak: Is een gas. Lost op in water. (Is hydrofiel) Vormt dan ammonia. Hydrofiel: Lost goed op in water. Hydrofoob: Lost slecht op in water. Paraffine: Soort vloeibaar kaarsvet. Wordt gebruikt om hydrofiele gassen op te kunnen slaan in prikflessen. (Hydrofiele gassen lossen niet op in paraffine) Pagina 16 van 16