2 Van 1 liter vloeistof wordt door koken 1000 liter damp gemaakt.

Transcriptie

1 Domein D: Warmteleer Subdomein: Gas en vloeistof 1 niet expliciet genoemd in eindtermen, moet er een groep vragen gemaakt worden waarin die algemene zaken zijn vervat? zie ook mededelingen voor eindexamendocenten. De dichtheid van een kubus P is 10 keer zo groot als de dichtheid van een kubus Q. De ribbe van kubus Q is 10 keer zo groot als de ribbe van kubus P. Hoe groot is de verhouding van de massa's van beide kubussen? A m P : m Q = 10 : 1 B m P : m Q = 1 : 1 C m P : m Q = 1 : 10 D m P : m Q = 1 : Van 1 liter vloeistof wordt door koken 1000 liter damp gemaakt. 1 De dichtheid van de damp is 1000 keer zo klein als die van de vloeistof. 2 De gemiddelde afstand tussen de moleculen bij de damp is 10 keer zo groot als die bij de vloeistof. 3 Van een koperen pijp, met een lengte van 1,0 m, bedraagt de binnendiameter 12 mm en de buitendiameter 16 mm. Hoe groot is de massa van deze pijp? A 0,11 kg B 0,45 kg C 0,79 kg D 3,2 kg

2 4 Als de temperatuur stijgt, neemt de druk in een afgesloten vat toe. 1 Dit komt doordat de moleculen vaker tegen de wand botsen. 2 Dit komt doordat de moleculen met een grotere snelheid tegen de wand botsen. 5 De temperatuur van een afgesloten hoeveelheid gas wordt verhoogd. Bekijk onderstaande beweringen over de moleculen van het gas. 1 Het aantal botsingen per seconde tegen de wanden neemt toe. 2 De moleculen botsen gemiddeld harder tegen de wanden. 6 1 Bij temperatuurverhoging neemt de meest voorkomende snelheid van de moleculen toe. 2 Bij temperatuurverhoging neemt de grootste snelheid die voorkomt bij de moleculen, toe. 7 1 Bij stilstaande lucht is de snelheid van de moleculen 0 m/s. 2 Ook op 1-atomige gassen is de moleculaire theorie van toepassing.

3 8 In een fles zit lucht met waterdamp. De fles heeft een constant volume. 1 Als de temperatuur stijgt, neemt de aantrekkende kracht tussen de waterdampmoleculen af. 2 De moleculen van de lucht en de moleculen van de waterdamp trekken elkaar niet aan. 9 Een hoeveelheid gas is afgesloten door een vrij beweegbare zuiger met een massa van 1,0 kg. Op de zuiger bevinden zich twee massa's M 1 en M 2. M 1 = 5,0 kg. Als M 2 van de zuiger wordt weggenomen, wordt de druk van het gas onder de zuiger 2 x zo klein. Met behulp van deze gegevens wil men de massa M 2 bepalen. Welke van de onderstaande grootheden behoeft daarvoor niet gegeven te zijn? A de valversnelling B de temperatuur van het gas C de oppervlakte van de zuiger D de druk van de buitenlucht 10 Een hoeveelheid gas is afgesloten door een vrij beweegbare zuiger (oppervlakte 20,0 cm²). Op de zuiger, waarvan de massa te verwaarlozen is, wordt een voorwerp geplaatst. De zwaartekracht op het voorwerp is 300 N. Het voorwerprust met een oppervlakte van 5,0 cm² op de zuiger. Zie figuur. Het geheel is in rust. De barometerstand bedraagt 1, Pa. Hoe groot is de druk van de afgesloten hoeveelheid gas? A 1, Pa B 2, Pa C 6, Pa D 7, Pa 11 1 De gasconstante R hangt af van het aantal mol gas. 2 De gasconstante R hangt af van de temperatuur van het gas.

4 12 Voor een gas geldt: pv=nrt Welke van de volgende eenheden is geen eenheid van R? A J mol -1 K -1 B N m mol -1 K -1 C kg m s -2 mol - 1 K - 1 D kg m 2 s - 2 mol - 1 K Een gas heeft bij 300 C een volume van 8,0 dm³. Het gas heeft een druk van 2, Pa. Uit hoeveel mol bestaat het gas? A 0,34 mol B 0,64 mol C 23 mol D 44 mol 14 De dichtheid van een hoeveelheid gas is bij 200 K en 1, Pa gelijk aan 6,0 kg / m³. Hoe groot is de dichtheid van dit gas bij 600 K en 2, Pa? A 4,0 kg / m³ B 6,0 kg / m³ C 9,0 kg / m³ D 12 kg / m³ 15 In een cilindervormig vat, afgesloten door een vrijbeweegbare zuiger, bevindt zich een hoeveelheid gas. De buitenluchtdruk bedraagt 1, Pa. In de toestanden van figuur 1 en 2 bedraagt het volume van het gas respectievelijk 1,00 dm³ en 0,750 dm³. De temperatuur is in de toestanden van figuur 1, 2 en 3 even groot. Hoe groot is het volume van het gas in toestand 3? A 1,25 dm³ B 1,33 dm³ C 1,50 dm³ D 1,75 dm³

5 16 In een glazen vat, afgesloten door een vrij beweegbare zuiger, bevindt zich een hoeveelheid gas. In de toestand van figuur 1 is de temperatuur van het gas gelijk aan de constante temperatuur van de omgeving en bedraagt 300 K. Het volume van het gas is dan 487 cm³. Onmiddellijk nadat het vat snel rechtop is gezet (de toestand van figuur 2) bedraagt het volume 476 cm³. De zuiger blijkt echter langzaam te zakken tot het volume 473 cm³ is geworden (de toestand van figuur 3). Hoe groot is de temperatuur van het gas onmiddellijk nadat het vat rechtop is gezet? A 300 K B 302 K C 307 K D 316 K 17 Twee vaten zijn door middel van een buis, met daarin een kraan, met elkaar verbonden. De kraan is gesloten. In beide vaten bevindt zich een gas waarvan het volume en de druk in de tekening is weergegeven. De temperatuur in beide vaten is even groot. De kraan wordt geopend. De temperatuur blijft ongewijzigd. Hoe groot wordt de druk in beide vaten? A 3, Pa B 4, Pa C 5, Pa D 9, Pa

6 18 In twee ruimten I en II bevindt zich een gas. De ruimten zijn verbonden via een nauwe buis, waarvan het volume is te verwaarlozen en waarin zich een kraan K bevindt. In de figuur staat voor beide ruimten aangegeven hoe groot de druk, het volume en de temperatuur zijn. Vervolgens wordt K geopend. De warmte-uitwisseling met de omgeving is te verwaarlozen. De temperatuur in de nieuwe eindtoestand bedraagt in beide ruimten 440 K. Hoe groot is in de nieuwe eindtoestand de druk in ruimte I? A 3, Pa B 1, Pa C 1, Pa D 2, Pa 19 Men onderzoekt hoe het volume van een gas verandert bij verwarming terwijl de druk constant blijft. Lijn c geeft het verband tussen volume en temperatuur van m kg gas bij p Pa. Welk van de getekende lijnen geeft de uitzetting van een massa 2m van datzelfde gas bij een druk 2p aan? A lijn a B lijn b C lijn c D lijn d

7 20 Een gas bevindt zich in een cilinder en wordt door een zuiger afgesloten. De zuiger drukt met behulp van een veer op dit gas. De veer is zo ingesteld dat zijn veerkracht 0 N is als de zuiger tegen de linkerwand van de cilinder zit. Aan de rechterkant van de zuiger is een vacuüm. Als de temperatuur T van het gas verlaagd wordt, wordt het volume V van het gas kleiner. Verwaarloos de wrijving. In welk diagram is V als functie van T het best weergegeven?

8 Subdomein : Thermische processen 21 In een joulemeter verwarmt men 1,0 kg vloeistof met een elektrische dompelaar van 100 W. We verwaarlozen de warmtecapaciteit van de joulemeter en de dompelaar. In het onderstaande diagram is de relatie tussen de temperatuur van de vloeistof en de verwarmingstijd weergegeven. Hoe groot is de soortelijke warmte van de vloeistof? A 1,5 10² J kg - 1 K - 1 B 5,6 10² J kg - 1 K - 1 C 1,5 10³ J kg - 1 K - 1 D 5,6 10³ J kg - 1 K Een metalen staaf heeft een massa van 2,0 kg. De soortelijke warmte van het metaal is 400 J kg - 1 K - 1 De staaf wordt verwarmd van - 10 C tot 90 C. Hoeveel warmte is hiervoor nodig? A 20 kj B 40 kj C 64 kj D 80 kj 23 In een bakje met water draait een schoepenrad rond. Door de wrijving wordt het water verwarmd. Elke seconde wordt door de wrijving 12 J energie omgezet in warmte. De totale warmtecapaciteit bedraagt 360 J K - 1. De warmte-uitwisseling van het bakje met de omgeving wordt verwaarloosd. Hoeveel bedraagt de temperatuurstijging van het geheel na 1,0 minuut? A 0,5 C B 1,0 C C 2,0 C D 4,0 C 24 De warmte die nodig is om 200 g kwik van 20 C op 40 C te brengen, bedraagt a J. Hoeveel warmte is nodig om 600 g kwik van 10 C op 70 C te brengen? A 3a J B 4a J C 6a J D 9a J.

9 25 Aan een voorwerp K wordt 4 maal zoveel warmte toegevoerd als aan een voorwerp L. Er vinden geen fase-overgangen plaats. De massa van K is 3 maal zo groot als de massa van L, terwijl de soortelijke warmte van K 2 maal zo groot is als die van L. Hoe groot is de verhouding van de temperatuurstijging van Ken L? A ΔT K : ΔT L = 3 : 2 B ΔT K : ΔT L = 2 : 3 C ΔT K : ΔT L = 8 : 3 D ΔT K : ΔT L = 3 : 8 26 Een voorwerp 1 en een voorwerp 2 zijn gemaakt van een verschillend metaal met soortelijke warmte c 1 en c 2. De massa van voorwerp 1 is 4 keer zo groot als de massa van voorwerp 2. De begintemperatuur van voorwerp 1 is 80 C en van voorwerp 2 20 C. De twee voorwerpen worden tegen elkaar geplaatst en wisselen uitsluitend met elkaar warmte uit. Na enige tijd bedraagt de temperatuur van beide voorwerpen 40 C. Hoe groot is de verhouding van c 1 en c 2? A c 1 : c 2 = 1 : 2 B c 1 : c 2 = 2 : 1 C c 1 : c 2 = 1 : 8 D c 1 : c 2 = 8 : 1 27 Men mengt 60 g water van 20 C met 40 g water van 30 C. Na vermenging bedraagt de eindtemperatuur van het water A 23 C. B 24 C. C 25 C. D 26 C. 28 Men mengt 2,0 kg vloeistof P van 80 C met 1,0 kg vloeistof Q van 20 C. De soortelijke warmte van P is 2,0 10³ J kg - 1 K - 1 en die van Q is 3,0 10³ J kg - 1 K - 1. De eindtemperatuur van het mengsel is 60 C. Hoeveel warmte heeft dit mengsel van de omgeving opgenomen of daaraan afgestaan? A 40 kj opgenomen B 40 kj afgestaan C 120 kj opgenomen D 120 kj afgestaan

10 29 Een metalen blok X met massa m en begintemperatuur 0 C wordt in contact gebracht met een metalen blok Y met massa 2m en begintemperatuur 100 C. De soortelijke warmte van de metalen waaruit X en Y zijn gemaakt, bedraagt respectievelijk c X en c Y. Tussen X en Y vindt door geleiding warmte-overdracht plaats, waardoor hun eindtemperatuur 40 C wordt. De warmte-uitwisseling met de omgeving wordt verwaarloosd. Welke relatie tussen c X en c Y is juist? A c X = 3 c Y B c X = 3/2 c Y C c X = 3/4 c Y D c X = 1/3 c Y 30 Men voert onderstaande proeven 1 en 2 uit: Proef 1: Men laat 10 g water van 100 C afkoelen met water van 20 C. Proef 2: Men laat 10 g waterdamp van 100 C afkoelen met water van 20 C. Het blijkt dat er bij proef 2 veel meer warmte vrijkomt dan bij proef 1. De verklaring hiervoor is, dat A 10 g waterdamp veel meer moleculen bevat dan 10 g water. B de hoeveelheid water van 20 C bij proef 2 groter is dan bij proef 1. C bij proef 2 ook warmte vrijkomt als gevolg van condensatie. D de gemiddelde snelheid van de moleculen bij waterdamp van 100 C groter is dan die van water van 100 C. 31 In een joulemeter met te verwaarlozen warmtecapaciteit bevindt zich 1,0 kg van een vaste stof. Aan de joulemeter met inhoud wordt warmte toegevoerd zodanig dat de warmte steeds gelijk verdeeld wordt over de stof. In onderstaand diagram geeft de grafiek de relatie weer tussen de temperatuur van de stof en de toegevoerde warmte. Hoeveel energie wordt tijdens het smelten door de stof opgenomen. A 60 J B 300 J C 400 J D 700 J

11 32 Bekijk de volgende beweringen over warmtetransport door stroming. 1 Tijdens het transport neemt de potentiële energie van de moleculen altijd toe. 2 Tijdens het transport neemt de kinetische energie van de moleculen altijd toe. 33 Bekijk de volgende beweringen over warmtetransport door geleiding in een staaf. 1 Bij het transport blijft de potentiële energie van de moleculen in de staaf even groot. 2 Bij het transport neemt de kinetische energie van de moleculen in de staaf toe. 34 Een thermoskan heeft een verzilverde binnenwand. 1 Hierdoor wordt warmtetransport door geleiding tegengegaan. 2 Hierdoor wordt warmteverlies door stroming tegengegaan.

12 35 OPMERKING: bij dit subdomein staat computermodel niet expliciet vermeld ALLEEN N1,2 In een joulemeter bevindt zich een vloeistof die afkoelt. Op een zeker tijdstip wordt een verwarmingselement (vermogen P 0 ) ingeschakeld. Met een modelprogramma beschrijft men dit proces. Model en grafiek zijn hieronder gegeven. 'MODEL 'STARTWAARDEN TV=Tw-T0 'temperatuurverschil t=0 Qlek=K*TV*dt-P*dt 'warmtelek dt=0,010 'tijdstap dtw=qlek/(mw*cw) 'temperatuurdaling K=900 'constante Tw=Tw+dTw 'nieuwe temperatuur Tw=90 'begintemp.water t=t+dt 'nieuwe tijd T0=20 'omgevingstemp. Als t>0,6 dan P=P0 eindals mw=0,1 'massa water cw=4,18*10^3 'soort.w. P=0 P0=36000 'el.verw(j/h) Men wil een proef beschrijven waarbij het verwarmingselement op hetzelfde moment wordt ingeschakeld, maar een hogere eindtemperatuur wordt bereikt. De grafiek ziet er dan als volgt uit: Om dit resultaat te bereiken heeft men overwogen bij de startwaarden 1 de constante K kleiner te maken. 2 P 0 groter te maken. Bij welk van deze mogelijkheden kan (bij juiste waarden) de gegeven grafiek zijn ontstaan?

13 36 Een vloeistof wordt verwarmd. Bij een zekere temperatuur gaat de vloeistof koken. Er ontstaan door verdamping bellen in de vloeistof. 1 Tijdens verdampen neemt de potentiële energie van de moleculen toe. 2 Tijdens verdampen neemt de kinetische energie van de moleculen toe. 37 Een vloeistof stolt. Daarbij wordt de dichtheid kleiner. 1 De potentiële energie van de moleculen neemt af. 2 De kinetische energie van de moleculen blijft even groot. 38 Een hoeveelheid paraffine neemt elke seconde evenveel warmte op. Het diagram geeft de temperatuur van de paraffine als functie van de tijd. We onderscheiden de drie in het diagram aangegeven processen. Welke uitspraak over de energie van de moleculen tijdens de drie processen is juist? A Tijdens proces (1) en proces (3) is de gemiddelde kinetische energie van de moleculen constant. B Tijdens proces (1) en proces (3) is de gemiddelde potentiële energie van de moleculen constant. C Tijdens proces (2) neemt de gemiddelde kinetische energie van de moleculen toe. D Tijdens proces (2) neemt de gemiddelde potentiële energie van de moleculen toe.

14 39 Een hoeveelheid paraffine neemt elke seconde evenveel warmte op. Het diagram geeft de temperatuur van de paraffine als functie van de tijd. We onderscheiden de drie in het diagram aangegeven processen. Welke uitspraak over de energie van de moleculen tijdens de drie processen is juist? A Tijdens proces (2) is de gemiddelde kinetische energie van de moleculen constant. B Tijdens proces (1) en proces (3) is de gemiddelde kinetische energie van de moleculen constant. C Tijdens proces (2) is de gemiddelde potentiële energie van de moleculen constant. D Tijdens proces (1), proces (2) en proces (3) is de totale energie van de moleculen constant. 40 Een gas wordt adiabatisch samengeperst. 1 Bij deze compressie is Q positief. 2 Bij deze compressie is ΔE k positief. 41 Een afgesloten hoeveelheid gas zet adiabatisch uit. Bekijk de onderstaande beweringen over de moleculen van het gas na het uitzetten. 1 Het aantal botsingen per cm² en per seconde van de moleculen tegen de wanden wordt groter. 2 De moleculen botsen na het uitzetten gemiddeld harder tegen de wanden.

15 42 Van een afgesloten hoeveelheid gas is in een (p,v)-diagram een deel van een isotherm getekend. Op de isotherm is de toestand K aangegeven. Het gas wordt vanuit toestand K adiabatisch samengeperst. Welke pijl geeft de optredende toestandsverandering het best weer? A pijl 1 B pijl 2 C pijl 3 D pijl 4 43 eindterm alleen kwalitatief In een door een vrij beweegbare zuiger afgesloten cilinder bevindt zich een ideaal gas bij een druk van 1, Pa. Het gas wordt afgekoeld. Hierbij staat het gas 30 J warmte aan de omgeving af en neemt het volume met m³ af. Hoe groot is bij deze afkoeling de afname van de kinetische energie van de gasmoleculen? A 6,0 J B 24 J C 30 J D 36 J 44 eindterm alleen kwalitatief Een hoeveelheid gas doorloopt het kringproces KLMNK, zoals weergegeven in het (p,v)-diagram. 1 Tijdens de overgang van toestand K naar toestand L staat het gas warmte af aan de omgeving. 2 De totale uitwendige arbeid die het gas tijdens het kringproces verricht, is nul.

16 45 eindterm alleen kwalitatief Een hoeveelheid gas doorloopt het kringproces KLMNK, zoals weergegeven in het (p,v)-diagram. 1 De hoeveelheid warmte die het gas bij de overgang van toestand N naar toestand K afstaat is even groot als de hoeveelheid warmte die het bij de overgang van L naar M heeft opgenomen. 2 Gedurende het kringproces neemt het gas in totaal meer warmte op dan het afstaat. 46 eindterm alleen kwalitatief Een afgesloten hoeveelheid gas doorloopt het kringproces KLMNK. Het gas verricht hierbij negatieve arbeid. Door welke gearceerde oppervlakte wordt de door het gas verrichte arbeid weergegeven en in welke richting wordt het kringproces doorlopen?

17 47 eindterm alleen kwalitatief Een afgesloten hoeveelheid gas doorloopt het kringproces KLMNK in de aangegeven richting. Hoe groot is de door het gas verrichte arbeid? A -6 J B -4 J C 4 J D 6 J 48 eindterm alleen kwalitatief Een afgesloten hoeveelheid gas bevindt zich in toestand K. Zie figuur. Het gas kan overgaan naar toestand L of M, zoals in de figuur is aangegeven. De temperatuur in toestand L is gelijk aan die in M. Bij de overgang van K naar L wordt er 2,0 kj warmte uitgewisseld met de omgeving. Hoeveel warmte wordt er uitgewisseld met de omgeving bij de overgang van K naar M? A 0,8 kj B 1,2 kj C 2,0 kj D 2,8 kj

18 49 eindterm alleen kwalitatief Een constante hoeveelheid lucht van 273 K bevindt zich in een cilinder die is afgesloten met een vrij beweegbare zuiger (oppervlakte A). De druk van de buitenlucht bedraagt p. Uitgaande van deze toestand beschouwen we de volgende twee processen. Proces 1: De lucht wordt verwarmd, terwijl de zuiger is vastgezet. Om de lucht te verwarmen tot 373 K is een hoeveelheid warmte Q 1 nodig. Proces 2: De lucht wordt verwarmd, terwijl de zuiger vrij kan bewegen. Om de lucht te verwarmen tot 373 K is een hoeveelheid warmte Q 2 nodig. Welke relatie geeft weer hoe groot de verschuiving Δs van de zuiger is tijdens proces 2? A Δs = Q 1 /(p A) B Δs = Q 2 /(p A) C Δs = (Q 2 - Q 1 )/(p A) D Dat is uit de gegevens niet te bepalen. 50 eindterm alleen kwalitatief Een afgesloten hoeveelheid gas heeft een druk van Pa en een volume van 4 dm³. Deze toestand wordt in een (p,v)-diagram weergegeven door het punt R. Het gas wordt adiabatisch geëxpandeerd tot een volume van 8 dm³. Is de temperatuur van het gas dan gestegen of gedaald? Door welk punt in het (p,v)-diagram wordt de nieuwe toestand het best weergegeven? temperatuur punt A gestegen P B gestegen Q C gedaald P D gedaald Q

19 51 eindterm alleen kwalitatief Een afgesloten hoeveelheid gas heeft een druk van Pa en een volume van 4 dm³. Deze toestand wordt in een (p,v)-diagram weergegeven door het punt K. Het gas wordt nu adiabatisch geëxpandeerd tot een volume van 8 dm³. Door welk punt in het (p,v)-diagram wordt de nieuwe toestand het best weergegeven? A E B F C G D H 52 Een ijzeren kogeltje rolt versneld tegen een helling op. Op de helling ligt een magneet. Verwaarloos de wrijvingskrachten. Welke energie-omzetting vindt plaats? A magnetische energie wordt omgezet in zwaarte-energie B magnetische energie wordt omgezet in zwaarte-energie en kinetische energie C kinetische energie wordt omgezet in zwaarte-energie en magnetische energie D kinetische energie en magnetische energie wordt omgezet in zwaarte-energie 53 Welke van de genoemde energie-omzetters heeft het grootste rendement? A strijkijzer B gloeilamp C radio D elektromotor 54 Een elektromotor takelt een last van 20 kg met een constante snelheid omhoog. De elektromotor neemt een elektrisch vermogen van 1,0 kw van het net op. Het rendement van de motor is 64%. Hoe groot is de snelheid van de last? A 1,8 m/s B 3,3 m/s C 6,0 m/s D 8,0 m/s

20 55 Men verwarmt een pan met 1,0 kg water van 20 C op een aardgasbrander. De soortelijke warmte van water is 4,2 10³ J kg - 1 K - 1. Op een gegeven moment is er door verbranding van aardgas 6, J warmte vrijgekomen. De temperatuur van het water is dan 25 C. Hoeveel bedraagt het rendement van deze brander? A 35% B 49% C 65% D 100% 56 Een steen rolt niet vanzelf een berg op. 1 Dit is onmogelijk op grond van de wet van behoud van energie. 2 Dit is onmogelijk op grond van de tweede hoofdwet van de warmteleer Op grond van de tweede hoofdwet van de warmteleer kan het rendement van een cv-ketel geen 100% zijn. 2 Energie die is opgeslagen in een hoeveelheid benzine is van lagere kwaliteit dan de energie van het water in een cv-radiator Bij omzettingen van energie daalt de kwaliteit van de energie. 2 Als bij een centrale meer koelwater per tijdseenheid wordt gebruikt, wordt het rendement van de centrale groter.

21 59 Warmte stroomt nooit vanzelf naar een plaats met een hogere temperatuur. 1 Dit is een gevolg van de tweede hoofdwet van de warmteleer. 2 Dit zou volgens de wet van energiebehoud wel kunnen gebeuren.