1. 3 Materialen. Uitwerkingen basisboek. Eigenschappen en deeltjesmodellen Havo 3.1 INTRODUCTIE. ThiemeMeulenhoff bv Pagina 1 van 21

Transcriptie

1 Eignshppn n ltjsmolln Hvo 1 3 Mtriln Uitwrkingn sisok 31 INTRODUCTIE 1 [W] Mtriln om j hn 2 [W] Voorknnistst 1 Wr 2 Nit wr: En zuivr stof stt (mstl) nit uit moluln, mr wl uit tomn 3 Nit wr: En moluul in n vst stof trilt om n vst positi 4 Nit wr: Er stn miljonn vrshilln moluln 5 Wr 6 Wr 7 Nit wr: Vrmpn gurt ook onr ht kookpunt vn n vloistof 8 Nit wr: D lln i ontstn in kokn wtr zijn gvul mt wtrmp 9 Wr 10 Wr 11 Nit wr: Ht kookpunt vn wtr is ongvr 100 C, it hngt f vn luhtruk 12 Wr 13 Wr 14 Wr 15 Nit wr: En kilo loo wgt vnvl ls n kilo vrn 16 Wr 17 Wr 18 Wr 19 Wr 20 Wr 21 Wr 22 Nit wr: Ht grootst moluul in or vn nkl nnomtrs n nit mt ht lot oog t zin 23 Wr 3 Wr of nit wr? f g h Nit wr: Als tmprtuur stijgt gn moluln snllr wgn Wr Nit wr: Bij smltn gn moluln oor lkr hn wgn Nit wr: Bij stijgn tmprtuur gn moluln snllr wgn Nit wr: D ihthi vn n stof is mss (in kg) vn 1 kuik mtr vn i stof Nit wr: In n opgpompt n otsn r mr moluln tgn innnknt vn n, n r moluln tgn uitnknt n otsn Nit wr: Tussn moluln vn n gs zit hlml nits Wr n nit wr: Moluln in n vst stof wgn nit oor lkr, mr trilln wl om n vst positi ThimMulnhoff v Pgin 1 vn 21

2 = 20 C = 203 K Ht tmprtuurvrshil is = 8 C n ook 8 K Bij 373 K n 100 C: kookpunt vn wtr ij 310 K n 37 C: norml lihmstmprtuur vn mns ij 293 K n 20 C: kmrtmprtuur ij 273 K n 0 C: smltpunt vn ijs ij 195 K n -78 C: koolstofioxi gt ovr vn gs nr vst stof (rijpn) ij 77 K n -196 C: kookpunt vn vloir stikstof ij 0 K n -273 C: solut nulpunt 5 En moluul is opgouw uit tomn En toom stt uit n krn mt romhn lktronn Er zijn mt ruim 100 vrshilln tomn hl vl omintis t mkn, n us hl vl vrshilln moluln t ouwn 6 Vst, vloir n gs In n wolk zi j vloir (wtrruppls) n vst fs (snuw), gsfs is nit zihtr IJs, snuw n rijp 7 D nhi vn ihthi gft n hovl kg ( mss) ir kuik mtr vn i stof zl zijn 1 litr = 1 m 3 = 0,001 m 3 J lt nu gwogn mss in kg oor 0,001 m 3 Als tmprtuur vn ht mtl stijgt, zt ht mtl uit Dt tknt t ht volum vn ht mtl stijgt, trwijl mss glijk lijft Hiroor nmt ihthi f Dt glt lln ls tomn htzlf zijn: ls zwr tomn vrr vn lkr zittn n liht tomn, zou ihthi ook htzlf kunnn zijn Bijvoorl: lngt lokl 10 mtr, rt lokl 10 mtr, hoogt lokl 2,5 mtr Ht volum is n ,5 = 250 m 3 D mss is m = ρ V = 1,2 250 = 3, kg 32 LICHTE EN STERKE MATERIALEN 8 [W] Moluln zijn klin 9 [W] Mtriln vrshilln ThimMulnhoff v Pgin 2 vn 21

3 10 Wr of nit wr? Wr Wr Wr Nit wr: D ntrkkn krht tussn ltjs wort nit pl oor ht gwiht vn ltjs Nit wr: Bij lstish stoffn zorgt ntrkkn krht tussn ltjs rvoor t ht mtril oorspronklijk vorm trugkrijgt 11 D ltjs zijn zr klin, mss kn vrshilln, z trkkn lkr n n wgn ltij En stof mt liht tomn is ijvoorl hlium, n stof mt zwr tomn is ijvoorl kwik En stof wrij ntrkkn krht tussn ltjs groot is, is n vst stof zols koolstof, n stof wrij ntrkkn krht tussn ltjs klin is, is n gs zols zuurstof Als tmprtuur stijgt gn ltjs snllr wgn, us snlhi vn ltjs stijgt 12 Wtr stt uit liht tomn En wtrmoluul stt uit tw wtrstoftomn n één zuurstoftoom En moluul CO 2 is zwrr n n wtrmoluul, wnt tomn zijn zwrr: koolstof n zuurstof zijn lli zwrr n wtrstof Bij kmrtmprtuur is ntrkkn krht tussn wtrmoluln grotr n tussn CO 2-moluln, wnt wtr is vloir n CO 2 is n gs ij kmrtmprtuur 13 Zi Bins, tl 99: Zwvl (S) is ht zwrst Wtrstof: 70% vn mns is wtr n r zijn tw wtrstoftomn pr wtrmoluul Zuurstof is 16 kr zo zwr ls wtrstof n ls j lln nr wtr kijkt zittn r mr tw kr zovl wtrstoftomn in n zuurstoftomn D mss wtrstof in koolwtrstoffn zl nit hl vl tovogn D mss vn ht lihm stt us voor ht grootst l uit zuurstoftomn 14 Zi tl 99 in Bins: kwik (Hg): 200,6, gou (Au): 197,0 n pltin (Pt): 195,1 D ihthi vn n stof wort voorl pl oor mss vn tomn D mss vn z tomn is groot vrglkn mt i ijvoorl vn zink, ijzr of kopr D ihthi vn z stoffn is n ook groot Zi tl 8 in Bins: kwik (13, kg/m 3 ), gou (19, kg/m 3 ) n pltin (21, kg/m 3 ) Zi tl 8 in Bins: kwik (234 K), gou (1337 K) n pltin (2042 K) ThimMulnhoff v Pgin 3 vn 21

4 f D mss vn ri tomn is ijn glijk D snlhi vn ltjs ij zlf tmprtuur is us ook ongvr glijk D rn t kwik rr smlt n gou n pltin mot us komn oort ntrkkn krht tussn tomn klinr is n tomn rr oor hun snlhi vn hun plk kunnn fkomn D ntrkkn krht tussn tomn is us ij pltin ht grootst n ij kwik ht klinst Blijkr zittn tomn vn pltin ihtrij lkr n ij gou n kwik D pltin tomn zijn wl lihtr mr j ht wl mr ltjs in n kuik mtr n is hiroor ihthi toh grotr 15 Door ntrkkn krht tussn ltjs D trkstrkt is mximl spnning wrij ht mtril nog lstish uitrkt D spnning is trkkrht pr opprvlkt-nhi Als ngrht spnning klinr is n trkstrkt, zl ht mtril lstish vrvormn Dt tknt t ht mtril zl trugvrn nr oorspronklijk positi ls krht wort opgvn Als ngrht spnning grotr is n trkstrkt, zl ht mtril plstish gn vrvormn N ht wgnmn vn krht is vrvorming lijvn 16 Elstish vrvorming Plstish vrvorming 17 D ihthi vn n stof wort voorl pl oor mss s vn tomn n ntrkkn krht tussn tomn D groott vn ntrkkn krhtn tussn tomn plt strkt vn ht mtril 18 Wr of nit wr? f g Wr Wr Wr Wr Wr Nit wr: D trkstrkt is mximl spnning wrij ht mtril nog lstish lijft Wr n nit wr: Als rltiv rk nit vnrig is mt spnning kun j voor vrshilln ln vn ht trk-rk igrm n vrshilln lstiititsmoulus wrgvn 19 [W] Exprimnt 20 D opprvlkt vn wrsoorsn (A) D trkstrkt σ is gmtn trkkrht F gl oor opprvlkt A: ThimMulnhoff v Pgin 4 vn 21

5 21 D rltiv rk is Als ht lstik ijv 2 kr zo lng is, zl ht ook tw kr zovl uitrkkn Zowl ls worn n tw kr zo lng D rltiv rk lijft htzlf D prsonn zijn vn zwr, us (zwrt-)krht op i koorn is vn groot D opprvlkt vn wrsoorsn is ook vn groot, us spnning is in i koorn vn groot D spnning n rltiv rk zijn vn groot, us is ook lstiititsmoulus vn i koorn glijk 22 D rltiv rk loopt ij rur op tot wl 400%, trwijl rltiv rk ij nylon nog gn 10% is Bij nylon nmt spnning vrijwl vnrig to mt rk, tott mximl spnning is rikt Hirn vrvormt ht nylon plstish, wrij spnning fnmt trwijl ht nylon plstish vrvormt Bij rur lijft spnning lsmr tonmn ls rltiv rk tonmt D tonm vn spnning is nit vnrig mt rk D vrvorming lijft lstish tott ht rur rkt Volgns figuur 12 rkt ht lstikj ij n rk ovn 400% Ht lstikj is n 5 kr zo lng gworn, n hft us n lngt vn 50 m 23 [W] Exprimnt 24 Bij luw lijn mot stn: lstish vrvorming Bij ro lijn mot stn: plstish vrvorming Wr lstish vrvorming stt is lstiititsmoulus glig; hir nmt spnning vnrig to mt rltiv rk 25 Dit hft mt lstiititsmoulus vn ht mtril t mkn: voor n klin tj xtr rk is vl spnning noig, us lstiititsmoulus is hoog Dit hft t mkn mt trkstrkt vn ht mtril: op n ggvn momnt komt spnning ovn trkstrkt n gt snr plstish vrvormn of rkt mtn, zols ij snr ThimMulnhoff v Pgin 5 vn 21

6 26 Eén kuik mtr pipshuim wgt vl minr n n kuik mtr wtr D mss vn ht gwpn ton mt rin ht pipshuim zl ook nog minr zijn n mss vn nzlf volum wtr Hiroor zl ht mt pipshuim gvul ton op ht wtr lijvn rijvn 27 Ht totl volum is 928 m 3 n rvn is 333 m 3 hips Dn zit r = 595 m 3 luht, t is Ht volum vn hips is: Dn zit r = 4500 m 3 luht in zk, t is In us Pringls zittn hn hips llml zlf vorm n zittn z ntjs op lkr gstpl D hips zittn roor vl omptr n in hips zk 28 D trkstrkt vn stl is 0,4 GP (zi tl in figuur 10) Dus trkstrkt vn koolstof nnouisjs is vl grotr n i vn stl, z zijn us moilijkr kpot t trkkn n stl D lstiititsmoulus vn stl is 200 GP (zi tl in figuur 13) D koolstof nnouisjs hn voor zlf uitrkking vl mr krht noig, z rkkn us moilijkr uit n stl us D trkstrkt vn koolstof nnouisjs is 63 GP us ht uisj zl nit rkn Brkn rvoor rk i optrt ij mximl trkstrkt vn 63 GP: 29 us us 30 us ThimMulnhoff v Pgin 6 vn 21

7 Door ht opnknippn wort ht lstikj tw kr zo lng n wort opprvlkt vn wrsoorsn tw kr zo klin Omt opprvlkt tw kr zo klin is gworn, is krht wrij ht lstikj rkt ook tw kr zo klin gworn: Omt ginlngt tw kr zo groot is gworn n rk ij ruk glijk lijft, wort tonm vn lngt ook tw kr zo groot: Ht lstikj is n D lstiititsmoulus is n stofignshp Dz wort pl oor ntrkkn krhtn tussn ltjs Dz ignshppn vrnrn nit ls j ht lstikj in twën knipt 31 Oriëntti: D opprvlkt vn oorsn is t rknn mt D spnning op r is t rknn mt Controlr of rkn spnning trkstrkt vn nylon nit ovrtrft ( ) Dt is minr n trkstrkt us lijn zl nit knppn Als lijn knpt, is trkstrkt rikt D trkkrht is nu t rknn mt 32 Door ron vorm worn stnn tgn lkr ngrukt D stnn worn us lln op ruk lst D trpziumvorm zorgt voor n go nsluiting tussn stnn 33 Spnning n ruk gt lli ovr krht pr opprvlkt vn wrsoorn Bij spnning gt ht ovr trkkrht, ij ruk ovr uwkrht D nhi is us htzlf, rihting vn krht is pris tgngstl 34 D wpning vngt trkkrhtn n onrknt op D trkkrhtn worn grotr ls rug vlkkr is mr rug zl mpr uign vnwg wpning Hiroor kn j n rug mt wpning us vl vlkkr mkn omt trkkrhtn oor wpning zulln worn opgvngn ThimMulnhoff v Pgin 7 vn 21

8 35 Ht rugk zl in ht min willn ooruign, hiroor worn pilrn krom gtrokkn Bij ht kromtrkkn ontstn r ook trkspnningn in pilrn 36 Oriëntti: Brkn rst mss vn rug n zwrtkrht op rug Pr pilr mot hlft vn ht gwiht vn rug opgvngn worn D ihthi vn ton zit tussn 1500 n 2400 kg/m 3 (intrnt) An hn vn ht gwiht vn rug n ggvn rukstrkt vn ton is n opprvlkt vn oorsn t rknn Voor ρ = 1500 kg/m 3 : Dus t is pr pilr: Voor ρ = 2400 kg/m 3 : Dus t is pr pilr: D miniml opprvlkt vn oorsn is pr pilr 4, m 2 tot 6, m 2 Oriëntti: Brkn op zlf mnir ls ij vrg opprvlkt vn oorsn vn tw stln pilrn D ihthi vn stl is 7, kg/m 3 Voor ρ = 1500 kg/m 3 : voor 2 pilrn vn 4 m hoog Ht volum vn pilrn is n: D mss is Dt is 14 kg pr pilr Voor ρ = 2400 kg/m 3 : voor 2 pilrn vn 4 m hoog Ht volum vn pilrn is n: D mss is Dt is 22 kg pr pilr Ht gwiht is 14 tot 22 kg pr pilr ThimMulnhoff v Pgin 8 vn 21

9 33 TEMPERATUUR EN WARMTETRANSPORT 37 [W] Dnsn ruppls 38 [W] Chllngr 39 [W] Wrmtgliing 40 Wr of nit wr? Nit wr: Bij ll fsn gn ltjs snllr wgn ls tmprtuur stijgt Nit wr: D nhi vn soortlijk wrmt is joul pr kg pr klvin (of C) Wr Wr Nit wr: Bij vorming vn ijzl is sprk vn stolling (of vrizing) f Nit wr: En voorwrp wort kour oort j wrmt fvort 41 D tmprtuur vn n mtril is n mt voor gmil wgingsnrgi vn ltjs in ht mtril Als tmprtuur lt, lt wgingsnrgi vn ltjs Op n ggvn momnt zulln ltjs hlml stil stn, n is ht solut nulpunt rikt Er is us wl n lgst tmprtuur mr gn hoogst, omt ltjs ltij nog hrr kunnn wgn Als tmprtuur (in klvin) tw kr zo groot wort, n wort gmil wgingsnrgi vn ltjs ook tw kr zo groot D moluulmss vn H 2O is 18 n i vn CO 2 is 44, us koolstofioxi is ht zwrst Als luht go is gmng, is tmprtuur ovrl glijk, us is ook gmil wgingsnrgi vn ltjs glijk Bwgingsnrgi hngt f vn mss n snlhi vn ltjs Dt tknt t klinst mss grootst gmil snlhi hft D wtrmoluln hn grootst snlhi 42 D soortlijk wrmt is nrgi i j mot tovorn n 1 kg vn stof om z stof n tmprtuurstijging vn 1 K t gvn J ot thrmomtr in ht krgls n mt tmprtuur Vrvolgns plts j ht vrwrmingslmnt in ht krgls n lt it r 1 minuut inzittn Mt nu opniuw tmprtuur vn ht wtr Brkn tmprtuurstijging n ook togvor wrmt (mt E=P t) D soortlijk wrmt is togvor wrmt gl oor tmprtuurstijging 43 En slht wrmtglir En slht wrmtglir In luht zittn ltjs vr vn lkr, wroor z wrmt moilijk oorgvn Luht is us n go isoltor i voorkomt t wrmt wort oorggvn Mt vht vn n ijsr, r zit ook vl luht in ThimMulnhoff v Pgin 9 vn 21

10 44 Ht wtsuit vult zih n mt ht kou wtr Ht noprn glit wrmt slht, us kn ht wtr wrmt nit (of slht) oorgvn n ht noprn 45 Stroming Strling Gliing Gliing 46 Ht kopr glit wrmt vn prossor go; prossor kn go zijn wrmt fstn n htsink Gliing vn wrmt tussn prossor n htsink Stroming vn luht tussn rils vn htsink, wrij htsink zijn wrmt fgft n luht J, ls htsink wrm wort zl z ook wrmtstrling fgvn 47 Snuw smlt snllr in zon D tmprtuur vn n pn kokn wtr lijft 100 C trwijl j wrmt lijft tovorn Wtrmp onnsrt op n kou gls limon Drij gft ht wtrmp zijn wrmt f n ht gls Als gsmoltn krsvt op j hn komt stolt ht krsvt, wrmt i rij vrijkomt kn pijn on, 48 Ho grotr wgingsnrgi vn ltjs vn n stof is, s t snllr wgn i ltjs n s t hogr is tmprtuur vn i stof Bij gliing vn wrmt in n vst stof wort trilling vn ht n ltj oorggvn n ht nr ltj Bij go wrmtglirs zols mtln hlpn vrij lktronn ook m om wrmt t trnsportrn Stroming vn wrmt trt op ls n vloistof of gs wort vrwrm: ltjs gn n snllr wgn wroor z vkr n hrr tgn lkr otsn n stof zl uitzttn Hiroor wort ihthi vn stof klinr n wort stof opgtil oor kolr omgving D wrm stof zl nr ovn wgn Bij strling vn wrmt wort nrgi mt lihtsnlhi vrzonn zonr tussnkomst vn mtri Bij ht smltn vn n vst stof trilln ltjs hr gnog om vriningn tussn ltjs t vrrkn Dit kost nrgi D ltjs gn oor lkr hn wgn Bij fkoling vn vloistof stolt z tot n vst stof Als n vloistof nog vrr wort vrwrm, krijgn ltjs zovl wgingsnrgi t z kunnn ontsnppn uit vloistof n vrij in ruimt gn wgn D vloistof vrmpt Als ht gs wr fkolt wgn ltjs sts lngzmr, tott z ij otsing mt n mirosopish klin ruppltj nit mr kunnn ontsnppn n ntrkkn krhtn vn ltjs in t ruppltj Dt ht onnsti Bij sulimrn gt vst fs rhtstrks ovr in gsfs Ht omgkr ht rijpn ThimMulnhoff v Pgin 10 vn 21

11 49 Wr of nit wr? f Wr Nit wr: D soortlijk wrmt gft n hovl nrgi j noig ht om 1 kg vn n stof 1 C t vrhogn Nit wr: En stof mt n grot ihthi hft mstl n klin soortlijk wrmt Nit wr: Ht gt hir nit om soortlijk wrmt mr om wrmtgliingsoëffiiënt En go thrmosfls is gmkt vn mtriln mt n slht wrmtgliingsoëffiiënt Nit wr: D wrmtgliingsoëffiiënt gft n hovl nrgi r pr son oor n virknt mtr vn i stof wort gtrnsportr ls i stof 1 m ik is n ht tmprtuurvrshil n i kntn vn i stof 1 K is Wr 50 D lg luht ij n spouwmuur hft n hl lg wrmtgliingsoëffiiënt Hiroor wort wrmt moilijk oorggvn Mr omt luht nog wl kn stromn ontstt r wrmtvrlis oor stroming Door ht nrngn vn isoltimtril stt luht stil n wort ht wrmtvrlis nog vrr tgn ggn Drnst is wrmtgliingsoëffiiënt vn isoltimtriln zlf rg klin zot r ook oor gliing winig wrmt vrlorn gt 51 Dt komt oor grot wrmtgliingsoëffiiënt vn ijzr Hiroor wort wrmt vn j tong zo snl fgvor t ht wtr in n op j tong hl snl vrist D lovtn in j tong kunnn wrmt nit snl gnog nvorn om j tong t ontooin D wrmtgliingsoëffiiënt vn stn is lgr Bovnin is stn vl poruzr n zl vnwg vl luhtlltjs wrmt nit zo snl kunnn fvorn 52 D opprvlkt A, ht tmprtuurvrshil T n, ikt vn vtlg/vht zijn ij ijsr grotr Gn D vht vn n ijsr is ikkr, wtrfstotn n ronr zit n spklg En witt vht strlt minr wrmt uit n n onkr vht Ook zl n grotr r rltif mr inhou hn tn opziht vn opprvlkt vn zijn vht (opprvlkt groit kwrtish n inhou tot mht 3) Hij vrlist us oor zijn groott rltif minr vn oor hm gprour wrmt vi zijn vht 53 D wrmtpitit vn wtr is ngn kr zo groot ls i vn ijzr, trwijl ihthi mr 8 kr zo groot is J kunt us mr wrmt opsln in wtr Ook is ij mtln wrmtgliingsoëffiiënt vl hogr wroor wrmt (t) snl wort fggvn n j j rn kunt vrrnn D nstn n nstoof zulln n vl hogr tmprtuur hn n wrm wtr, t hoogstns 100 C zl zijn Droor zit r ook hl vl wrmt in opgslgn n zl stn/stoof lng wrm lijvn Om t voorkomn t j j vrrnt mot j us stn/stoof uit hln zor j zlf in gt liggn J kunt ht us wl voorvrwrmn, mr ls j rin ligt wort ht nit mr vrwrm ThimMulnhoff v Pgin 11 vn 21

12 54 D luht hft n lg wrmtgliingsoëffiiënt, wroor wrmtgliing lg zl zijn Doort luht zit opgslotn zl hij nit gn stromn, us r is ook gn kns op wrmtvrlis oor stroming 55 Door ht luminiumfoli wort wrmtstrling vn gwon irt wr grfltr nr gwon to, zo vrlist gwon gn wrmt oor strling In muln mot vk l mish hulp vrln worn n is r gn plts voor ikk kns 56 In gssn zittn ltjs vl vrr uit lkr n in vloistoffn Z nmn roor vl mr volum in wroor ihthi vl lgr is In n vst stof zittn ltjs n lkr vst D trillingsnrgi kn roor go worn oorggvn vn ht n ltj nr ht nr ltj 57 In tropn n sutropn is r mr instrling oor zon us is ht zwtr r wrmr Dit wrm opprvlktwtr stroomt voorl nr ht nooroostn Er vrmpt voorturn zwtr uit Atlntish On In Wst Europ is luhtstroming ovrwgn uit ht wstn D wolkn ovn Wst-Europ ontstn us oor onnsti vn wtrmp i ovn Atlntish On is ontstn Bij i onnsti komt wrmt vrij Zo ontstt ht mil klimt vn Wst-Europ D instrling vn zonnwrmt in tropn n stroming vn ht wrm wtr nr ht noorwstn D vrmping vn ht wrm zwtr uit Atlntish On n onnsti vn z wtrmp ovn Wst-Europ 58 ( ) D soortlijk wrmt vn wtr is 4180 J/(kg K) n ihthi vn wtr is 1,0 kg/litr us 1,8 litr wtr wgt 1,8 kg ( ) Totl glvr wrmt is Ht prntg wrmt t in ht stl is gn zittn is: Bij ht vrwrmn vn pn, wort ook luht romhn vrwrm Bovnin strlt wrm pn wtr ook wrmt uit nr omgving n vrmpt r l wtr trwijl ht wtr nog nit kookt Als j n ksl op pn ot, kn ht vrmpt wtr nit ontsnppn uit pn Ht onnsrt tgn ht ksl zot wrmt in pn lijft 59 [W] Exprimnt ThimMulnhoff v Pgin 12 vn 21

13 60 D ihthi vn ijzr is 7,87 kg/m 3 n us Oriëntti: D soortlijk wrmt vn ijzr is 460 J/(kg K) n Q = 113 J Gruik Q = m T Invulln gft: us D tmprtuur vn ht pltj lt 3,1 C 61 D wrmtgliingsoëffiiënt vn gls is 0,93 W/(K m), opprvlkt vn ht rm is 2,5 1,0 = 2,5 m 2, ht tmprtuurvrshil is = 3 C n ikt is 0,0040 m N, ht khltj lvrt mr 1,0 kw trwijl r ijn 2 kw n wrmt vrwijnt D wrmtgliingsoëffiiënt vn luht is 0,024 W/(K m), opprvlkt vn ht rm is 2,5 m 2, ht tmprtuurvrshil is 6 C n ikt is 0,010 m D luhtlg hout vrrwg mst wrmt tgn, r zulln tw glspltn nit vl mr n tovogn J, r wort nu vl mr wrmt oor ht khltj glvr n r vrwijnt oor ht rm 62 Aluminium n hout gvn stvighi n ht rm n houn ij ul gls tw glspltn op juist fstn Aluminium is n vl tr wrmtglir n hout Er zl mr wrmt oor n luminium kozijn nr uitn gli worn Ronom gmtn is ht profil 2,5+1,0+2,5+1,0 = 7,0 m lng n 0,010 m r D opprvlkt is n 7,0 0,010 = 0,070 m 2 D wrmtgliingsoëffiiënt vn luminium is 237 W/(K m), opprvlkt vn ht kozijn is 0,070 m 2, ht tmprtuurvrshil is 22-3,0 = 19 C n ikt is 0,030 m En kourug is n vrining in uitnshil (gvl, k of vlor) vn n gouw wr, oor slht thrmish isolti n ovnmtig wrmtstroom plts kn vinn J zou ht luminium kozijn kunnn vrvngn oor hout of kunststof 63 [W] Exprimnt ThimMulnhoff v Pgin 13 vn 21

14 64 D wrmtgliingsoëffiiënt vn grnit is grotr n vn kstn Voor zlf isolti h j us n ikkr muur noig Bij zlf opprvlkt n htzlf tmprtuurvrshil hngt wrmtstroom lln f vn wrmtgliing n ikt Stl t opprvlkt n virknt mtr is n ht tmprtuurvrshil 1 gr Clsius Dn is wrmtstroom ij 0,50 mtr ikk grnitn muur: Voor n kstnn muur mt n ikt vn 1 m glt: n i vn 0,1 mtr ikk houtn muur: D houtn muur isolrt us tr Dus i murn glin ijn zlf hovlhi wrmt Mr i murn motn ook zlf opwrmn D grnitn muur, i vl ikkr is n n grot soortlijk wrmt hft zl vl mr wrmt zlf opnmn n kstnn muur Hiroor lijft ht huis ovrg kol n zor ht fkolt wrm 65 Door ht zwtn is j hui nt gworn Dit wtr vrmpt n rvoor is nrgi noig, wroor j ht kou krijgt 66 D ikk lg stilstn luht zorgt voor n hl lg wrmtgliing 67 D wrmtgliingsoëffiiënt vn wtr is vl grotr n i vn luht D wrmt vn j hui wort oor ht wtr us vl snllr fgvor n oor luht 68 Als wrmtprouti grotr zou zijn n wrmtstroom, zou j sts wrmr worn n ovrvrhit rkn Is wrmtstroom grotr n wrmtprouti, n zou j juist onrkol kunnn rkn 69 Door win wort ht lgj wrm luht ronom j huis fgvor n voorturn vrvngn oor kou luht D luht volt roor kour n n ij winstilt 70 Oriëntti: Zok in Bins vrmpingswrmt vn wtr op: 2, J/kg Pr son mot r 700 J wrmt worn fgvor Ht vrmpn vn 1 kg wtr kost 2, J, us voor 700 J is wtr noig Dt is 3, litr = 0,31 millilitr wtr pr son 0, = 1, ml = 1,1 litr wtr pr uur 71 [W] 34 FUNCTIONELE MATERIALEN 72 [W] Exprimnt: Griht liht 73 [W] Exprimnt: Eignshppn ominrn ThimMulnhoff v Pgin 14 vn 21

15 74 Wr of nit wr? f Nit wr: Glsvzls zijn strk n uigzm, mt n zr hog trkstrkt Wr Nit wr: En omposit is n mtril t is opgouw uit vrshilln soortn mtriln, t hovn nit pr s vzls t zijn Wr, r is ook nog n tw tknis vn iomtriln: proutn of voorwrpn i vollig gmkt zijn vn iologish proutn Wr Wr 75 En lgring An stl is koolstof togvog n koolstof is gn mtl J ominrt n ignshppn vn mtln mt ignshppn vn nr soort mtriln Di nr ignshppn horn vk nit ij mtl Titnium, it wort in kunstlmtn gruikt n mot zo min moglijk mt ht omliggn wfsl rgrn 76 Gou: ρ = 19, kg/m 3, kopr: ρ = 8, kg/m 3 Gou: Kopr: 77 Ht nit zuivr gou zl hrr zijn ihthi zl mtr lgr zijn (omt ihthn vn kopr n nikkl ongvr hlft vn ihthi vn gou zijn) Bovnin zl klur nrs zijn Ht is lstig t vrkrijgn roor uur, n ht is riotif (z riotivitit is t mtn) Ht hft hoogst smlttmprtuur, us zl n hr mtlsoort zijn Wolfrm hft n nr klur n gou Brng n uitnknt vn vrvlst goustf n lgj ht gou n 78 f g In rihting vn nrf (in vzlrihting) In rihting vn nrf (in vzlrihting) Loorht op nrf Prlll n zijknt vn hn En triplx plnk kn op i mnir trk- n uwkrhtn in i rihtingn opvngn En krtk hft livr n houtn plnkj, wnt ij n triplx plnkj is r ltij n glt wrij hn loorht op nrf slt Hout wort mstl gvrf om t zorgn t ht gn wtr mr op kn nmn n us nit gt rottn ThimMulnhoff v Pgin 15 vn 21

16 79 D trkstrkt is mximl trkkrht gl oor opprvlkt vn wrsoorsn Nrmt vzl unnr is, wort i opprvlkt klinr trwijl mximl trkkrht vn vzl ijn glijk lijft us wort trkstrkt hogr 80 En omposit is n mtril t is opgouw uit vrshilln soortn mtriln MDF is opgouw uit vrpulvr hout n lijm, us is n omposit D houtstof wort onr n hog ruk smngprst, hiroor zl ihthi grotr worn n ihthi vn ht oorspronklijk hout En voorl is t ht gn lst hft vn n nrf, ht is in ll rihtingn vn strk En nl is t ht minr go op trk is t lstn Bovnin zit MDF n nit uit ls hout n is ht gn ntuurprout mr ivm ht tovogn vn hmish lijm 81 Glsvzls, koolstofvzls n rmivzls D vzls zorgn voor n grot trkkrht Composit nrhtl Glsvzl hft n grot trkstrkt n n lg ihthi 82 En kunsthup n n kunsthrtklp Ht mot nit mt omgving rgrn, nrs wort ht implntt ngtst n vrzwkt n kun j ook fstotingsvrshijnsln vn ht lihm krijgn Om fstotingsvrshijnsln t voorkomn n t zorgn t ht mtril zijn ignshppn hout 83 En piëzo-lktrish kristl n ghugnmtl En piëzo-lktrish kristl vrvormt onr invlo vn lktrish spnning Ghugnmtl vrvormt onr invlo vn tmprtuur Glui rngt luht in trilling, wroor n piëzo-lktrish kristl gt wgn Dz wging zorgt voor n lktrish spnning, spnningsvrnringn kun j vstlggn op n omputr Om ht glui n wr f t spln rng j mt spnningsvrshilln n piëzo-lktrish kristl in wging Op i mnir kun j luht wr in wging rngn zot r glui ontstt 84 Zi figuur 12 Als n rur l n hl in is uitgrkt, is voor n klin tj xtr uitrkking hl vl xtr spnning noig Zo is t ij hui ook In ht gin shuivn polymrn lngs lkr, t gt rltif gmkklijk Bij tonmn rk gn ook wrsvriningn oprkkn, rvoor is vl mr krht noig Lr n rur hn zlf lstish ignshppn ThimMulnhoff v Pgin 16 vn 21

17 85 D siliiumtomn zijn vi zuurstoftomn mt lkr vronn In zuivr siliium gvn siliiumtomn lktronn n lkr oor Dt gt nit ls r zuurstoftomn tussn zittn (i trkkn t hr n lktronn) D vrij wgn lktronn in zuivr siliium hlpn m om wrmt t trnsportrn 86 Eign ntwoor vn lrling 87 D ihthi vn n stof wort voorl pl oor mss s vn tomn n ntrkkn krht tussn tomn D groott vn ntrkkn krhtn tussn tomn plt strkt vn ht mtril Ho grotr wgingsnrgi vn ltjs vn n stof is, s t snllr wgn i ltjs n s t hogr is tmprtuur vn i stof Bij gliing vn wrmt in n vst stof wort trilling vn ht n ltj oorggvn n ht nr ltj Bij go wrmtglirs zols mtln hlpn vrij lktronn ook m om wrmt t trnsportrn Stroming vn wrmt trt op ls n vloistof of gs wort vrwrm: ltjs gn n snllr wgn wroor z vkr n hrr tgn lkr otsn n stof zl uitzttn Hiroor wort ihthi vn stof klinr n wort stof opgtil oor kolr omgving D wrm stof zl nr ovn wgn Bij strling vn wrmt wort nrgi mt lihtsnlhi vrzonn zonr tussnkomst vn mtri Bij ht smltn vn n vst stof trilln ltjs hr gnog om vriningn tussn ltjs t vrrkn Dit kost nrgi D ltjs gn oor lkr hn wgn Bij fkoling vn vloistof stolt z tot n vst stof Als n vloistof nog vrr wort vrwrm, krijgn ltjs zovl wgingsnrgi t z kunnn ontsnppn uit vloistof n vrij in ruimt gn wgn D vloistof vrmpt Als ht gs wr fkolt wgn ltjs sts lngzmr, tott z ij otsing mt n mirosopish klin ruppltj nit mr kunnn ontsnppn n ntrkkn krhtn vn ltjs in t ruppltj Dt ht onnsti Bij sulimrn gt vst fs rhtstrks ovr in gsfs Ht omgkr ht rijpn D strkt vn vzls n ompositmtriln Wrom sommig mtriln mr intrti mt hun omgving ngn n nr mtriln D wrking vn smrt mtrils n vloir kristlln D nnothnologi 88 Stoffn zijn opgouw uit moluln n tomn D mss vn n toom wort pl oor mss vn krn Bij lstish vrvorming krijgt ht mtril oorspronklijk vorm trug, ls r gn krht mr wrkt Bij plstish vrvorming is vrvorming lijvn D strkt vn n mtril wort pl oor ntrkkn krhtn tussn ltjs Als spnning in n mtril grotr is n trkstrkt vn n mtril, rkt ht mtril ThimMulnhoff v Pgin 17 vn 21

18 f D ltjs vn n mtril lijvn ij lkr oor ntrkkn krhtn tussn ltjs D groott vn i krhtn plt us strkt vn ht mtril, mr ook hoogt vn ht smlt- n kookpunt Dt tknt t strk mtriln ook n hoog smlt- n kookpunt hn g D ihthi is mss gl oor ht volum vn stof Dihthi is n stofignshp, mss nit h Als n mtril tw kr zo lng is gworn, is rltiv rk 100% i Als n kl tw kr zo ik wort (of ignlijk: ls opprvlkt vn wrsoorsn vir kr zo groot wort), n krht op kl lijft glijk, wort spnning vir kr zo klin j D formul voor lstiititsmoulus is Hirin is E lstiititsmoulus k l m (in P = N/m 2 ), σ spnning (in P = N/m 2 ) n ε rltiv rk (zonr nhi) Dltjs stn stil ij nul grn klvin, t is -273 grn Clsius Om n tmprtuur in grn Clsius om t rknn nr grn klvin, mot j r 273 ij optlln Als tmprtuur stijgt vrnrt wgingsnrgi vn ltjs in n stof n D formul voor soortlijk wrmt is o p q D ri vormn vn wrmttrnsport zijn gliing, stroming n strling Als j n vloistof op één plk vrwrmt gn ltjs snllr wgn wroor z vkr n hrr tgn lkr otsn n stof zl op i plk uitzttn Hiroor wort ihthi vn stof op i plk klinr n wort stof opgtil oor kolr omgving D wrm stof zl nr ovn wgn D zs fsovrgngn zijn: stolln n smltn, vrmpn n onnsrn, rijpn n sulimrn r D formul voor wrmtstroom is Hirin is P wrmtstroom (in W = s t u J/s), λ wrmt gliingsoëffiiënt (in W/(K m)), A opprvlkt vn wn (in m 2 ), T ht tmprtuurvrshil (in K of C) tussn innn n uitn n ikt vn wn (in m) Voor vl vst stoffn n vloistoffn glt: ho grotr ihthi s t klinr is soortlijk wrmt In n ompositmtril worn voorln vn één of mrr mtriln gominr Ht rsultt is n mtril t mrr gunstig ignshppn hft Ht lktron 89 Oriëntti: Ht vrn tussn spnning n rltiv rk is: vn stl is P (zi figuur 13) D lstiititsmoulus E Oriëntti: Voor spnning glt: n opprvlkt vn r rkn j mt ThimMulnhoff v Pgin 18 vn 21

19 90 D kl is plstish vrvorm, us is kl ovn zijn trkstrkt lst Bij ht trkkn vn n grotr ruisship zou kl grokn zijn Oriëntti: Voor ihthi vn kl glt: mt D ihthi ρ vn stl is 7, kg/m 3 (Bins) n ht volum vn r rkn j D ynm kls vttn vzls i zorgn voor n grot trkstrkt Oriëntti: Voor ihthi vn kl glt: n ht volum vn r rkn j mt, wrij D ihthi ρ vn stl is 7, kg/m 3 (Bins) Op n kl vn 1,0 m wrkt n zwrtkrht vn Elk mtr kl zorgt voor n xtr trkspnning vn D trkstrkt vn stl is 0, P Dus kl rkt ls hij lng is D kl rkt ls spnning in kl t groot wort Bij ht ikkr mkn vn kl vrnrt spnning in kl nit Oriëntti: D trkstrkt vn Dynm is 3, P (zi figuur 10) Stl t z kl ook n imtr hft vn 10 m (w hn ij vrg gzg t lngt wrij kl rkt nit fhngt vn imtr, us kunnn w n willkurig wr nmn) Brkn n mximl krht op kl D mximl krht op kl is n t rknn mt D mss is t rknn mt Ht volum vn kl is D ihthi vn Dynm is n: 91 D formul voor wrmtstroom is En grot ijsr zl rltif mr inhou hn tn opziht vn opprvlkt vn zijn vht (opprvlkt groit kwrtish n inhou tot mht 3) Hij vrlist us oor zijn groott rltif minr vn oor hm gprour wrmt vi zijn vht D wrmtgliingsoëffiiënt vn wtr is grotr n i vn luht Wtr zl wrmt us tr fvorn En ijsr i ht wrmt hft mot us gn zwmmn Als j ht wtr uitkomt vrmpt ht wtr op j hui n onttrkt rij wrmt vn j hui wroor j ht kou krijgt Afrogn hlpt rtgn ThimMulnhoff v Pgin 19 vn 21

20 92 Oriëntti: Ht togvor vrmogn oor ht vrwrmingslmnt mot glijk zijn n ht wrmtstroom oor wnn n ovnknt vn ht qurium D wrmtstroom is t rknn mt wrij λ wrmtgliingsoëffiiënt vn gls is: 0,93 W/(K m) D opprvlkt A is t rknn ls som vn opprvlkt vn lng zijkntn, opprvlkt vn kort zijkntn n opprvlkt vn ovnknt:, T = = 15 C Dit is minr n ht vrmogn vn ht vrwrmingslmnt us ht vrmogn vn ht vrwrmingslmnt is volon om ht qurium op tmprtuur t houn Oriëntti: D noig wrmt is uit t rknn mt wrij soortlijk wrmt vn wtr is: 4180 J/(kg K) D mss vn ht wtr is mt ht volum ihthi t rknn: mt ρ = 1, kg/m 3 T = 35 5,0 = 30 C Ht vrwrmingslmnt lvrt 800 J pr son us t uurt Tijns ht vrwrmn zl r ook n wrmtstroom oor wnn gn, zot vrwrmingstij mr n 8,7 uur zl zijn Oriëntti: Gruik ggvns vn vrg : stl wrmtstroom glijk n ht vrmogn vn ht vrwrmingslmnt: 800 W Brkn n ht noig tmprtuurvrshil D tmprtuur in kmr mot miniml = 15 C zijn n 93 Oriëntti: Ht totl gwiht is miniml kg n trkstrkt vn stl is 0, P (zi figuur 10) Brkn n hn vn zwrtkrht op kls n trkstrkt miniml noig opprvlkt vn 54 kls smn Brkn ruit opprvlkt pr kl n vrvolgns imtr pr kl Dt is pr kl: ThimMulnhoff v Pgin 20 vn 21

21 94 D wrmtgliingsoëffiiëntn vn gou, luminium n kopr zijn: luminium: λ = 237 W/(K m) gou: λ = 318 W/(K m) kopr: λ = 390 W/(K m) D opprvlkts zijn glijk n voor wrmtstroom glt: Ht oosj mt hoogst tmprtuur zl lgst wrmtstroom hn, us lgst gliingsoëffiiënt (luminium) mt grootst wnikt (5 mm) Dt is oosj F Dn gt ht vrr om vrhouing, i is voor oosjs: A:, B:, C:, D:, E:, F: D juist volgor is i vn oplopn ftor, us: F B E C A D 95 Oriëntti: mt,, n Voor gwoon gls is ( ) n voor HR++-gls is ( ) Ht vrshil in wrmtstroom P wort us pl oor ht vrshil in λ: mt ( ) pr virknt mtr D nrgispring pr jr is us D kostnspring pr jr is Dt is pr jr l vl mr n 82,- i r pr virknt mtr xtr tl mot worn In wrklijkhi ïnvlon luhtlgjs tussn kmr n ht gls n tussn ht gls n uitn wrmtstroom hl rg Dit wort in z opgv wggltn n hiroor komn w op onrlistish hog wrn 96 D nrgi i noig is om lokjs in tmprtuur t ltn stijgn wort pl oor: Q = m T, wrij T voor ll lokjs glijk is D mss is t rknn mt m = ρ V wrij ht volum ook voor ll lokjs glijk is D nrgi is us t rknn mt Q = ρ V T mt V n T voor ll lokjs glijk Ht gt hir us om ρ, t is voor 3 mtriln: luminium: ρ = 2,70 kg/m 3 n = 880 J/(kg K) ρ = 2, J/(m 3 K) gou: ρ = 19,3 kg/m 3 n = 129 J/(kg K) ρ = 2, J/(m 3 K) kopr: ρ = 8,96 kg/m 3 n = 387 J/(kg K) ρ = 3, J/(m 3 K) D juist volgor is: luminium gou kopr ThimMulnhoff v Pgin 21 vn 21