Natuurkunde - klas 2

Leerlingenbundel Natuurkundebij: NovA, hoofdstuk 4

Les Datum Klassikaal/Groepje Opdrachten – Blz. Opgave GIBW

1 § 1 Warmtebronnen en brandstoffen Blz 6-7-8 Opg. 1 t/m 6

2§ 2 Verbranding+ Uitleg Grote

isolatiebekerwedstrijdBlz 11 t/m 12 Opg. 7 t/m 9 Opdr. 1

3 § 3 Geleiding en stroming Blz 14 t/m 17 Opg. 10 t/m 17 Opdr. 2

4 § 4 Straling Blz 20 t/m 23 Opg. 18 t/m 24

5 § 5 Isolatie Blz 26 t/m 29 Opg. 25 t/m 28 Opdr. 3

6Grote

IsolatiebekerwedstrijdAfronden hoofdstuk

Blz 30 Alle opgaven controleren Wedstrijd

St. Bonifatiuscollege, Utrecht

Hfst. 4 - Warmte

Lesmateriaal bij het onderwerp Warmtebij lesmethode NoVa – uitgeverij MalmbergSectie Natuurkunde - klas 2St. Bonifatiuscollege, Utrechtschooljaar 2005-2006

Auteur:Antoon Boks

Met dank aan:Ron Vonk, Kees Hooyman

Deelnemende docenten:Cor BuysRik CoumansKees HooymanCarolien KootwijkAd MigchielsenMarjolein VollebregtCarien Vruggink

Technische ondersteuning:Marti van IJzendoorn

Hoofdstuk 4 - Warmte 2

InleidingParagraaf vijf van dit hoofdstuk behandelt het onderwerp isolatie. Wij gaan al eerder in deze lessenserie naar het onderwerp isolatie kijken. Aan het eind van het boekje gaan we van een aantal isolatiebekers kijken hoe goed deze bekers isoleren. Die isolatiebekers worden door jullie gemaakt, in groepjes. We bouwen dat in stapjes op. De opdrachten die te maken hebben met de isolatiebekerwedstrijd staan allemaal op deze eerste bladzijden vermeld, ook staat er in het boekje een verwijzing naar deze opdrachten.

Opdracht 1Maak een individueel ontwerp van een beker die zo goed mogelijk isoleert Je mag alle materialen gebruiken die je maar kunt bedenken. Zet je ontwerp op papier: een los A4-tje met tenminste één tekening en een toelichting en lever dit ontwerp in bij je docent.

Opdracht 2Op basis van de ontwerpen heeft de docent groepjes gemaakt. Het is niet vanzelfsprekend dat je in één groepje komt met de leerlingen waarmee je nu aan tafel zit.

In het kader van deze opdracht moeten jullie een aantal dingen uitzoeken, een aantal dingen maken en het een en ander op papier zetten. Op de volgende pagina zie je een takenlijst staan met daarin alle taken die moeten gebeuren, met daarachter een toelichting op alle taken.Wissel kort elkaars ontwerpen uit en vul daarna voor zover dat nu kan de takenlijst in, lees daarbij steeds goed de toelichting door.

Let goed op: er zijn tenminste twee leerlingen die voor de volgende les extra bronnen over isolatie moeten opzoeken. Als dit niet goed gebeurt, kan het hele groepje de volgende les niet verder. Maak hierover dus duidelijke afspraken en houd je daaraan.

Opdracht 3Jullie hebben elk een eigen ontwerp voor een isolatiebeker gemaakt. Tenminste twee leerlingen van het groepje hebben extra bronnen opgezocht.

In deze les gaan jullie met je groepje het definitieve ontwerp kiezen. Dat kan het originele ontwerp zijn van een van jullie groepje. Je kunt ook de goede dingen van verschillende leerlingen met elkaar combineren.

Met je groepje maak je een posterpresentatie van je ontwerp. Je licht daarbij de algemene theorie van isolatie toe. Verder geef je duidelijk uitleg over je eigen ontwerp, uiteraard mét tekening. Lees de toelichting over de poster bij de toelichting dit boekje.

Vul nu de takenlijst volledig in, die achter in je boekje staat.

In de eerstvolgende les ná vandaag ga je (in tien minuten tijd) je isolatiebeker maken en daarna vindt de grote isolatiebekerwedstrijd 2006 plaats. Tijdens en na de wedstrijd leg je de laatste hand aan je poster. Zorg binnen het groepje dat al het materiaal meegenomen wordt. Denk daarbij bijvoorbeeld ook aan plakband en schaar.

Het enige dat je van school krijgt is een kaal bekerglas en een leeg vel papier waarvan jij een poster maakt.

In de les na de wedstrijd worden alle posters ingeleverd

Hoofdstuk 4 - Warmte

De groteISOLATIEBEKERWEDSTRIJ

D

3

Takenlijst voor de grote isolatiebekerwedstrijd

Met je hele groepje dien je de onderstaande taken uit te voeren. Verdeel het werk goed. Als ieder twee of drie taken doet komt alles in orde. Let goed op de lessen waarin de taken af moeten zijn. Vul bij elk naamvakje van de planning maximaal drie namen in. Van iedereen uit het groepje moet de naam minimaal tweemaal op de planning staan.

Taak Namen gepland Namen werkelijk UitvoerdatumTheorie bron 2 opzoeken

Theorie bron 3 opzoeken

Samenvatting theorie maken

Toelichting eigen ontwerp

Materiaal regelen

Wedstrijdverslag

Vormgeving poster

Toelichting bij de genoemde taken

Theorie bron 2 en 3 opzoekenJe hebt in je boek al iets staan over isolatie. Het is de bedoeling dat je extra informatie verzamelt uit verschillende informatiebronnen. Denk daarbij niet alleen aan internet maar ook aan de bibliotheek, encyclopedie of een schoolboek van een ander. Omdat je minstens twee verschillende nieuwe bronnen moet zoeken staat deze taak tweemaal in het schema. De verzamelde theorie lever je in als bijlage bij de poster.

Samenvatting theorie makenOp grond van de theorie die je verzameld hebt maak je zelf een eigen tekst over het onderwerp. Dit wordt een onderdeel van je poster.

Toelichting eigen ontwerpJe licht je eigen ontwerp uitgebreid toe. Hiervoor vergelijk je tenminste twee verschillende ontwerpen van jullie groepje met elkaar. Op grond van de verzamelde theorie licht je gemaakte keuzes toe. Een tekening van je ontwerp mag niet ontbreken. De toelichting maakt deel uit van de poster.

Materiaal regelenZorg zelf dat je de spullen die je voor de isolatie nodig hebt meeneemt. Gebruik zoveel mogelijk huis-tuin en keukenmateriaal. Dit is een heel belangrijke taak want hoe mooi je ontwerp ook is, als je de spullen niet hebt kun je het niet maken.

WedstrijdverslagJe geeft een weergave van de wedstrijd. Besteed aandacht aan de verschillende ontwerpen van andere groepjes. Welk ontwerp had vooraf volgens jou de meeste kans? Was het spannend? Wist je al snel wie het zou winnen? Het wedstrijdverslag maakt deel uit van je poster.

Vormgeving posterJe weet nu welke onderdelen tenminste deel uitmaken van de poster. Wat geef je de meeste aandacht. Zet je nog meer informatie op je poster? Zorg ervoor dat het er uitnodigend uitziet.

Hoofdstuk 4 - Warmte 4

Inleveren Zoals je wel begrepen hebt lever je de poster in de eerstvolgende les na de wedstrijd.

Behalve de poster zijn er drie bijlagen, deze bijlagen bundel je en lever je in in een plastic mapje:

Volledig ingevulde takenlijst De originele ontwerpen van alle deelnemers van het groepje De theoriebronnen (kopie of uitdraai)

Reglement voor de grote isolatiebekerwedstrijd.

Hieronder staat het reglement van de grote isolatiebekerwedstrijd. Het is handig om het reglement goed door te nemen, voordat je met ontwerpen begint.

De bekers bestaan uit een gewoon bekerglas, voorzien van door de leerlingen zelf bijeengebracht isolatiemateriaal.

Het geïsoleerde bekerglas moet zelfstandig kunnen staan, de totale massa van het geïsoleerde bekerglas mag leeg maximaal 500 gram bedragen.

In de isolatiebeker moet plaats zijn om een thermometer aan te brengen.

Alle materialen van de isolatiebeker zijn aan het begin van de wedstrijd op kamertemperatuur.

Je mag geen gebruik maken van al bestaande isolerende voorwerpen, het moet allemaal eigen fabrikaat zijn.

De beker waarin het water er het langst over doet om van 70,0 C naar 55,0 C te zakken heeft de grote isolatiebekerwedstrijd 2006 gewonnen.

Hoofdstuk 4 - Warmte 5

Warmte1 Warmtebronnen en brandstoffen

Warm en KoudIn het vorige hoofdstuk is het onderwerp warmte al even aan bod geweest. We herhalen nog even de tekst uit het vorige boekje.

“ De woorden warm en koud zijn eigenlijk niet echt nauwkeurig. We zeggen wel dat iets warm of koud aanvoelt, maar daarmee bedoelen we niet altijd hetzelfde. Niemand kan namelijk echt voelen of iets warm of koud is ”

We zijn er toen achter gekomen dat je het vaak over warmte hebt, terwijl je eigenlijk temperatuur bedoelt. Toch komt in de natuurkunde de term warmte heel vaak voor. Warmte en temperatuur hebben dan ook veel met elkaar te maken. Vul in de volgende zin op de juiste plaats de woorden warmte en

temperatuur in. Om de …………………… van een stof te laten stijgen moet je ……………………aan de stof toevoegen.

Noem nog meer factoren die bepalen hoeveel de temperatuur stijgt.

Warmtebronnen en energieDe warmte die je aan een stof toevoegt is meestal afkomstig van een warmtebron.

Welke warmtebron heb je gebruikt bij het experiment: water koken?

Bedenk nog minstens vijf andere warmtebronnen.

Als een warmtebron warmte levert is er sprake van een energieomzetting. Daarmee bedoelen we dat er een bepaalde energiesoort omgezet wordt in warmte. Welke energiesoort wordt omgezet in warmte bij een strijkijzer?

Als je een brander als warmtebron gebruikt, waar komt dan de warmte vandaan?

Noem een aantal warmtebronnen die warmte leveren door een stof te verbranden.

Hoofdstuk 4 - Warmte 6

James Prescott ……..

Blijkbaar zit er dus energie in een brandstof. In de natuurkunde noemen we die energie: chemische energie. Welke brandstof gebruikt jouw lichaam om warm te blijven?

Spreek je nu ook van de omzetting van chemische energie in warmte?

Energie en etenEten en drinken leveren de energie die het lichaam nodig heeft om te kunnen functioneren en te bewegen. Voor een gezond gewicht en het handhaven daarvan, moet er een evenwicht zijn in de hoeveelheid energie die de voeding levert en de hoeveelheid energie die het lichaam verbruikt. De meeste volwassen mannen tussen de 30 en 50 jaar in Nederland hebben genoeg aan 2500 kilocalorieën per dag en de meeste vrouwen aan 2000.

Eenheden voor energieEnergie is een heel belangrijke grootheid in de natuurkunde. Zoals je weet hoort bij elke grootheid een eenheid. Voor energie bestaan er echter meerdere eenheden. Bij het onderwerp elektriciteit ben je al twee eenheden voor energie

tegengekomen. Welke twee?

Welke eenheid wordt er meestal gebruikt voor energie in voedsel?

De officiële eenheid voor energie, die je al kent, is genoemd naar een belangrijke Engelse natuurkundige. Zijn voornamen waren James Prescott en de naam van die eenheid is hetzelfde als zijn achternaam Wat was de achternaam van James Prescott?

Hoeveel energie?Als je een stof verbrandt komt er dus energie vrij. De hoeveelheid energie die er vrijkomt bij de verbranding van een stof hangt natuurlijk af van de hoeveelheid die je verbrandt, maar ook van de soort stof. Als je toch de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de verbranding van

verschillende stoffen met elkaar wil vergelijken, wat moet je dan doen?

Hoofdstuk 4 - Warmte 7

De hoeveelheid energie die stoffen leveren bij de verbranding noemen we de verbrandingswarmte van een stof. Wat betekent het als een stof een hoge verbrandingswarmte heeft?

De verbrandingswarmte van steenkool is 29 miljoen Joule per kilogram. Wat betekent dit in woorden?

In de onderstaande tabel worden verschillende eenheden gebruikt: liter, m³ en kg. Als je kijkt welke brandstoffen daarbij horen kun je begrijpen waarom er drie verschillende eenheden gebruikt worden. Waarom worden er drie verschillende eenheden voor de hoeveelheid

brandstof gebruikt?

soort brandstof hoeveelheid verbrandingswarmte

(Joule)Aardgas 1 m3 32 miljoenBenzine 1 liter 33 miljoen Butagas 1 m3 110 miljoen Droog hout 1 kg 16 miljoen Huisbrandolie 1 liter 40 miljoen Spiritus 1 liter 18 miljoen Steenkool 1 kg 29 miljoen

Gebruik de tabel bij het beantwoorden van de onderstaande vragen. Bereken hoeveel energie er vrijkomt bij de verbranding van 13 kg hout.

Bereken hoeveel liter benzine je moet verbranden om 1 miljard Joule aan warmte vrij te krijgen.

Bereken hoeveel warmte er vrijkomt bij de verbranding van 50 liter aardgas.

Voor het bereken van de hoeveelheid warmte die vrijkomt zou je een soort formule kunnen maken. Maak een formule met de woorden: vrijgekomen warmte;

verbrandingswarmte en hoeveelheid stof.

Opgaven

Hoofdstuk 4 - Warmte 8

1. Vul in:

a. Een gasvlam zet ________________ energie om in _______________.

b. Een strijkijzer zet ________________ energie om in _______________.

2. Tess heeft met een gasbrander 100 mL water verwarmd. Om de dertig seconden heeft ze de temperatuur gemeten. Van haar meetresultaten heeft ze de grafgiek van figuur 1 gemaakt.

Daarna verwarmt Tess 150 mL water. De gasbrander brandt met een even grote en hete vlam als de eerste keer.

a.Schets in figuur 1 de grafiek die hoort bij het verwarmen van 150 mL.

3. 3. De vlam van een keukengeiser heeft dezelfde temperatuur als de vlam van een badgeiser. Toch kan de badgeiser in een halfuur veel meer water verwarmen tot 600C dan de keukengeiser.

a.Hoe komt dat?

b.Wat kun je zeggen over het gasverbruik van beide geisers?

4. Een kamer wordt verwarmd door middel van een radiator. In de kamer brandt een gloeilamp.

a. Wat heeft de hoogste temperatuur: het hete water in de radiator of de gloeidraad in de gloeilamp?

b. Waardoor wordt de kamer het sterkst verwamrd: door het hete water in de radiator of door de gloeidraad in de gloeilamp?

c. Welke conclusie kan je trekken?

Hoofdstuk 4 - Warmte 9

5. Hoeveel warmte ontstaat er bij het verbranden van:

a. 5m3 aardgas?

b. 700 kg droog hout

c. 40 L benzine

6. Hoeveel warmte ontstaat er bij et verbranden van 1 kg huisbrandolie (de dichtheid van huisbrandolie is 0,8 kg/L)

Hoofdstuk 4 - Warmte 10

Warmte2 Verbranding

Voorwaarden voor verbranding

Een verbranding of brand vindt niet zomaar plaats. Er zijn namelijk drie dingen nodig voor een verbranding. Met behulp van twee eenvoudige proefjes zullen we erachter komen wat er nodig is voor een verbranding.

Demonstratie 1 Kaars onder stolpEen bekerglas wordt over een brandende kaars gezet.

Voorspel wat er gaat gebeuren

Bekijk de demonstratie Beschrijf wat er gebeurt en verklaar het. Was dit wat je verwachtte?

Demonstratie 2 Een lucifer verbrandenDe docent laat een lucifer helemaal verbranden. Waarom houdt de lucifer op een gegeven moment op met branden?

Demonstratie 3 Ontbrandingstemperatuur van een luciferIn een vuurvast bakje zit schelpenzand. In het bakje staan een thermometer en een lucifer, met de kop in het zand. Het bakje wordt verwarmd met een brander. De temperatuur wordt weergegeven op het beeldscherm Teken de proefopstelling na in het hiernaast gegeven kader.

Beschrijf je waarnemingen. Wat is de ontbrandingstemperatuur van de lucifer?

Hoofdstuk 4 - Warmte 11

We hebben nu drie kleine experimenten gezien. In elk experiment is er aandacht besteed aan één van de drie voorwaarden voor de verbranding.Vul de onderstaande zinnen in. In het eerste experiment stopte de verbranding van kaarsvet, omdat er

geen……………………..meer was.

In het tweede experiment stopte de verbranding van de lucifer omdat er geen……………………..meer was.

In het derde experiment begon de verbranding pas wanneer de……………………….. van de lucifer bereikt was.

Het onderstaande figuur hiernaast wordt de branddriehoek genoemd. Noteer de voorwaarden voor een verbranding in de branddriehoek.

Voer opdracht 1 van de grote isolatiebekerwedstrijd uit.

Hoofdstuk 4 - Warmte 12

Opgaven

7. Welke drie voorwaarden zijn nodig voor verbranding?

8. Anke steekt een brander aan.

a. Hoe regelt ze de brandstof toevoeren aan de brander?

b. Hoe regelt ze de zuurstof toevoeren aan de brander?

c. Wat moet ze doen om ervoor te zorgen dat er een gasvlam ontstaat?

9. Heeft het materiaal van een brandweerpak een lage of juist heel hoge ontbrandingstemperatuur?Licht je antwoord toe.

Hoofdstuk 4 - Warmte 13

WARMTE

Warmte3 Geleiding en stroming

Warmte transporterenHet komt vaak voor dat de bron die voor de warmte zorgt zich op een andere plek bevindt, dan waar de warmte moet zijn. De warmte moet dan worden getransporteerd van de bron naar de plek waar het warm moet worden. Bedenk twee situaties waarbij de warmte (en niet de brandstof) vervoerd

wordt van de bron naar een andere plek.

Op welke manier wordt de warmte getransporteerd in de situatie die je hebt bedacht.

Er zijn verschillende manieren om de warmte te transporteren. We kunnen de manieren van warmtetransport opdelen in drie verschillende vormen, namelijk geleiding, stromin en straling. In deze paragraaf gaan we kijken naar de eerste twee vormen, in de volgende paragraaf komt dan de straling aan bod.

GeleidingAls het goed is kun je je het begrip geleiding nog herinneren uit het hoofdstuk elektriciteit. Daar hebben we toen gesproken over het geleiden van stroom. Wat was dat ook alweer, geleiding?

Zoals je begrijpt gaan we het nu niet hebben over de geleiding van stroom, maar over de geleiding van warmte. In het volgende experiment zie je een duidelijk voorbeeld van het geleiden van warmte.

Demonstratie 4 KaarsvetmannetjesDrie houten mannetjes zijn met kaarsvet aan een metalen kruis geplakt. Elke arm van het kruis is van een ander metaal gemaakt: er is messing (een mengsel van koper en zink), ijzer en aluminium. Vanuit het midden van het kruis wordt het metaal verwarmd.

Wat gebeurt er met de mannetjes? Verklaar dat.

Hoofdstuk 4 - Warmte 14

Welk metaal hoort bij het mannetje dat het eerste valt?

Wat weet je dus over de warmtegeleiding van dit metaal?

Zet de metalen in volgorde van beste geleider naar slechtste geleider.

Gerard doet de proef die hiernaast getekend is. De luciferskoppen zitten in een koperen buis. Welke lucifer zal als eerste ontbranden?

Na lang wachten zijn vier van de vijf lucifers ontbrandt, maar de linkerlucifer wil maar geen vlam vatten. Hoe kan dat? Leg uit.

Gerard meet vervolgens de temperatuur bij punt A en punt B. De staaf heeft bij A een temperatuur van 400 °C, en die temperatuur blijkt constant te zijn. Er wordt nog wel warmte getransporteerd door de staaf naar punt A,

maar de temperatuur verandert niet meer. Hoe kan dat?

De temperatuur in punt B is ook constant. Leg uit dat de temperatuur in punt B lager moet zijn dan in punt A.

StromingEen andere mogelijkheid is het transport van warmte door middel van stroming. Wat er gebeurt bij stroming kun je duidelijk zien aan het volgende experiment.

Demonstratie 5 VloeistofraamwerkEen glazen buizenstelsel is gevuld met vloeistof. Boven wordt een druppel kleurstof aangebracht. Onderaan wordt een van de hoeken verwarmd met een brander. Op de foto hiernaast is het buizenstelsel zonder vloeistof afgebeeld. Wat verwacht dat er gebeurt met de blauwe kleurstof?

De docent steekt de brander aan. Wat zie je gebeuren?

Waarom gaat de blauwe vloeistof omhoog en niet naar beneden?

Hoofdstuk 4 - Warmte 15

Wat denk je dat er met de temperatuur van het water gebeurt aan de andere kant van het raamwerk?

Waarom zal deze vorm van warmtetransport stroming genoemd worden?

Als je een beetje nadenkt, kun je stroming verklaren. Het heeft, zoals we al eerder hebben gezien, weer iets te maken met de dichtheid. Wat kun je zeggen over de dichtheid van het warme water in vergelijking

met het koude water?

Kun je nu verklaren waarom er stroming ontstaat?

Is er alleen stroming mogelijk bij vloeistof of zou het kunnen bij gassen? Zo ja, kun je daar een voorbeeld van geven.

Verschil tussen stroming en geleiding.Er zijn natuurlijk verschillen tussen stroming en geleiding. Het grootste verschil heeft te maken met wat er met de stof, waardoor het warmtetransport plaatsvindt, gebeurt. Door welke stof vond de geleiding van warmte bij de kaarsvetmannetjes

plaats?

Door welke stof vond de stroming van warmte bij het raamwerk plaats.

Wat gebeurde er met de stoffen? Verplaatsten die zelf ook?

Nu kun je in de onderstaande zinnen de foute regel wegstrepen. De definities van stroming en geleiding blijven dan over. Bij geleiding verplaatst de warmte zich samen met de stof / door een stof

van de plaats met de hoogste / laagste temperatuur naar de plaats met de hoogste / laagste temperatuur.

Bij stroming verplaatst de warmte zich samen met de stof / door een stof van de plaats met de hoogste / laagste temperatuur naar de plaats met de hoogste / laagste temperatuur.

Hoofdstuk 4 - Warmte 16

Radiator

Toepassingen van geleiding en stromingBij een CV-installatie kom je beide vormen van warmtetransport tegen. Waar vindt er geleiding van warmte plaats bij een CV

Op welke manier vindt er stroming van warmte plaats in een CV.

Waarom is de bovenkant van een radiator altijd open

Is het verstandig om een radiator van plastic (dat goed tegen warmte kan) te maken? Waarom wel/niet?

Waarom wordt een radiator altijd aan de grond geplaatst en niet aan het plafond?

Ook het opstijgen van een heteluchtballon kun je verklaren met de theorieën van stroming. Hoe kan het dat een heteluchtballon opstijgt?

Hoofdstuk 4 - Warmte 17

Opgaven

10.Er bestaan goede en slechte warmtegeleiders.

a. Noteer vier vaste stoffen die warmte goed geleiden.

b. Noem vier vaste stoffen die warmteslecht geleiden.

11.Beantwoord de vragen hierna door ja of nee aan te kruisen.

a. Warmtetransport door stroming kan plaatsvinden in een:

b. Warmtetransport door geleiding kan plaatsvinden in een:

12.Leg uit:

a. Waarom pannen vaak van staal of aluminium gemaakt zijn.

b. Waarom een metalen pan handvatten van kunststof heeft.

c. Waarom in de keuken vaak houten lepels worden gebruikt.

d. Waarom reageerbuishouders van hout worden gemaakt.

e. Waarom je pannenlappen gebruikt om een hete pan beet te pakken

13.In het figuur is een soldeerboutgetekend.

a. Kleurde onderdelen die de warmte goed geleiden rood.

b. Kleurde onderdelen die de warmte slecht geleiden blauw.

Hoofdstuk 4 - Warmte 18

14.Op de kookplaten van een elektrisch fornuis staan drie pannen.

a. Bij welke pan gaat de minste warmteverloren?Waarom?

15.In het figuur hiernaast zie je twee manieren om water door een radiator te laten stromen. Welke manier wordt in de praktijk gebruikt, A of B? Licht je antwoord toe.

16.Peter staat met zijn ene voet op een kleed je en met zijn andere voet op de plavuizen van de vloer. Het valt Peter op dat de plavuizen veel kouder aanvoelen dan het kleedje. Hoe komt het dat de plavuizen veel kouder aanvoelen?

17.Een vrieskist in een supermarkt is vaak aan de bovenkant gewoon open. .

a. Waarom kan zo'n vrieskist gewoon open blijven?

b. Waarom moet je de koelkast thuis wel altijd goed sluiten?

Hoofdstuk 4 - Warmte 19

Hoofdstuk 4 - Warmte 20

Het transport van de warmte van de zon naar de aarde gebeurt door middel van straling

Het trommelvlies van het oor zendt net als elk ander voorwerp warmtestraling uit. De hoeveelheid straling die per seconde wordt uitgezonden hangt af van de temperatuur. Bij een gezond persoon schommelt de temperatuur rond 36,7 °C. Als je dus de hoeveelheid straling meet, kun je iets zeggen over de temperatuur.

Warmte4 Straling

Straling voelenAls je voor de open haard zit, of in de zomer in de zon, voel je de warmte van de haard of de zon op je gezicht. De warmte komt dan naar je toe in de vorm van straling. Leg uit waarom straling iets anders is dan stroming of geleiding.

De zon brengt de warmte naar de aarde over door middel van straling. Hoe weet je zeker dat er geen sprake is van stroming en geleiding?

Heb je voor straling dus een tussenstof nodig?

Als je je hand net naast een warmtebron houdt, voel je bijna niets meer van de straling. Wat kun je zeggen over de richting van de straling?

Waar ben je die eigenschap eerder tegengekomen?

Temperatuur en stralingDe hoeveelheid straling die wordt uitgezonden, zegt iets over de temperatuur van een voorwerp. Alle voorwerpen zenden straling uit. Soms is dit alleen warmtestraling, maar soms ook andere straling, zoals zichtbaar licht of UV-straling. Wat weet je van de temperatuur als een voorwerp zichtbaar licht

uitzendt?

Wat voor straling zend je zelf uit?

Kun je deze straling ook zien?

Het is wel mogelijk om de straling te meten. Dat kun je zien aan het voorbeeld van de oorthermometer. Als er een te hoge lichaamstemperatuur wordt gemeten wat kun je dan

zeggen over de hoeveelheid afgegeven straling?

De zon is natuurlijk een prachtig voorbeeld van een voorwerp dat straling uitzendt.

Hoofdstuk 4 - Warmte 21

Welke soorten straling zendt de zon allemaal uit?

Hoe komt het dat de zon niet alleen warmtestraling uitzendt?

Ook bij de temperatuurbepaling van de zon gebruiken ze het begrip straling. Lees het onderstaande artikel maar eens.

Hoe heet is de zon?De verschillende lagen van de zon hebben niet allemaal dezelfde temperatuur. Hoe dieper we in de zon komen, hoe heter het is. In het centrum van de zon bedraagt de temperatuur wel 15 miljoen graden. Het is daarom moeilijk te praten over «de» temperatuur van de zon. Toch is hier iets op gevonden. Stel je eens een grote, gloeiende bol voor. Precies even groot als de zon. Van binnen is hij even heet als aan de buitenkant. De bol heeft maar één temperatuur. Hoe heter de bol is, hoe meer straling hij uitzendt. Als hij per seconde even veel straling geeft als de zon, noemen we zijn temperatuur de effectieve temperatuur van de zon. De effectieve temperatuur van de zon is 5512 °C.

Voer nu opdracht 2 van de grote isolatiebekerwedstrijd uit.

Straling uitzenden en absorberenStraling zelf is niet warm of koud, maar toch kan de temperatuur van een voorwerp stijgen, als er straling op valt. We noemen dit straling absorberen. Een voorwerp dat warmte afstaat in de vorm van straling, zendt dus straling uit.

Demonstratie 6 Matte en glimmende thermometerTwee digitale thermometers staan op gelijke afstand van een warmtelamp. De ene thermometer is zilverachtig glimmend, de ander is matzwart. Beide thermometers zijn verbonden met de computer. De temperatuur van beide thermometers is op het scherm af te lezen. Wat verwacht je dat er met de temperatuur van beide thermometers

gebeurt? Welke verschil verwacht je?

De lamp wordt aangezet. Wat gebeurt er met de temperatuur die de thermometers aangeven?

Welke temperatuur stijgt het snelst?

Welke conclusie kun je trekken als je absorptie van straling door matzwarte voorwerpen vergelijkt met glimmende voorwerpen?

Als straks de lamp wordt uitgezet, van welke thermometer denk je dat de temperatuur het snelst daalt?

Hoofdstuk 4 - Warmte 22

De lamp wordt uitgezet. Wat gebeurt er met de temperatuur die de thermometers aangeven?Welke

daalt het snelst?

Welke conclusie kun je trekken als je afkoeling door uitzenden van straling van matzwarte voorwerpen vergelijkt met die van glimmende voorwerpen?

Experiment 1 Straling weerkaatsen.In dit experiment ervaar je zelf dat straling weerkaatst kan worden

Benodigdheden (per tafel)- Een stuk aluminiumfolie op een stuk karton geplakt

UitvoeringHoud het karton met aluminiumfolie vlak bij je gezicht. Beschrijf wat je na een tijdje voelt.

Sommige mensen gebruiken aluminiumfolie om sneller bruin te worden. Hoe doen ze dat?

Waarom wordt je sneller bruin bij de wintersport? Geef twee redenen.

Je kunt bijvoorbeeld ook je hand ervoor houden.

Leg uit waarom er aan de achterkant van een radiator vaak een spiegelende folie wordt geplakt.

Waarom worden onderkoelde mensen in aluminiumfolie gewikkeld?

In het figuur hiernaast zie je dat er ook een reflecterende folie om de Hubble Space telescoop (een soort satelliet) zit. Waarom is dit nodig?

Hoofdstuk 4 - Warmte 23

Infrarood ontvanger

Oog

Wat is warmtestraling nou precies?Er bestaan, zoals gezegd verschillende soorten straling. Warmtestraling is een van die soorten. Als je kijkt naar het spectrum van alle straling, zit warmtestraling, dat je niet kunt zien, vlak voor het zichtbare licht. Wat is de eerste kleur uit het spectrum van zichtbaar licht?(denk aan de

regenboog)

Hoe noemen we de niet zichtbare straling die vlak voor deze kleur zit?

Leg uit waarom een warmtelamp altijd rood licht geeft.

Er zijn bepaalde dieren die infrarode straling kunnen zien. Een slang is daar een mooi voorbeeld van. Leg uit waarom een slang ’s nachts prima kan “zien”.

Waarom zal een slang niet op een dier afgaan dat al een tijdje dood is?

Met behulp van een infraroodcamera kun je een thermogram maken van een voorwerp. Waar komt het woord thermogram vandaan?

Hiernaast zie je een thermogram van een huis. Door welke oppervlakken vindt het meeste warmte verlies bij een huis

plaats?

Welke kleuren hebben de oppervlakken waardoor het meeste warmteverlies plaatsvindt?

Waarom worden thermogrammen vaak gebruikt door bedrijven die gespecialiseerd zijn in isolatie?

Hiernaast staan twee foto’s van dezelfde omgeving. De ene foto is gemaakt met een gewone camera, de andere met een infraroodcamera. Welke foto is gemaakt met een gewone camera en welke met een

infrarood camera? Waarom denk je dat?

Welke voorwerpen zijn het “warmst”op de foto? Hoe zie je dat?

Hoofdstuk 4 - Warmte 24

Opgaven

18.Hieronder staan drie manieren waarop warmte wordt vervoerd. Op welke manier wordt warmte vervoerd:

a. van het water onderin een fluitketel naar het water bovenin de fluitketel?

b. van de buiten- naar de binnenkant van een koekenpan?

c. van de zon naar de aarde?

19.Als je voor een open haardzit, kan de voorkant van je lichaam te warm zijn terwijl je rug koudis.

a. Er ontstaat wel een stroming. Maar waarheen vervoert die stroming de

warmte?

b. Hoe wordt er dan warmte vervoerd van het haardvuur naar je lichaam?

c. Hoe komt het dat je rug koud blijft?

d. Een gaskachel verwarmt een kamerveel gelijkmatiger dan een open

haard. Hoe komt dat?

20.Leg uit:

a. Waarom hittebestendige pakken een glanzende buitenkant hebben.

b. Waarom ijscokarretjes witgeschilderd worden.

c. Waarom achter de gloeispiraal van een straalkachel een spiegel wordt

aangebracht.

21.Waarom marathonlopers na de race soms in aluminiumfolie worden gewikkeld (hieronder).

Hoofdstuk 4 - Warmte 25

22.Er is voor dit doel aluminiumfolie te koop dat voorzien is van luchtkussentjes. Welke vorm van warmtetransportgaande luchtkussentjes

tegen?

23.In het figuur hieronder zie je een eenvoudige zonne-oven.

a. Hoe moet het oppervlak van de schotel eruitzien?Waarom?

b. Welke kleur moet de pan bij voorkeur hebben? Waarom?

24.In een advertentie voor wollen dekens staat: "Onze THERMOFLUX-dekens stralen een heerlijke warmte uit." Leg uit waarom dit een onzinnige bewering is.

Hoofdstuk 4 - Warmte 26

Als je een huis goed isoleert kun je er zelfs in de winter ’s zomers bij zitten.

Vacuüm

Kurk

Spiegelende metaallaag

Warmte5 Isolatie

Warmtetransport beperken.We weten nu dat de warmte zich kan verplaatsen van een plek met een hoge temperatuur naar een plek met een lage temperatuur. Er zijn echter ook een heleboel situaties te bedenken waarbij je dit warmtetransport niet wilt hebben. Bedenk twee situaties waarbij het nadelig is dat de warmte zich

transporteert.

In dat soort gevallen is het dus belangrijk om het warmtetransport zoveel mogelijk te beperken. Dit beperken van het warmteverlies noemen we isoleren. Bedenk twee maatregelen om het nadelige warmteverlies, dat je bij de

vorige vraag hebt opgeschreven tegen te gaan.

Als je een voorwerp goed wilt isoleren moet je er eigenlijk voor zorgen dat je alle manieren van warmtetransprt, geleiding, stroming en straling, tegengaat. Wat kun je doen om geleiding tegen te gaan?

Wat kun je doen om stroming tegen te gaan?

Wat kun je doen om straling tegen te gaan?

De thermoskanIn een thermoskan blijft koffie lang warm, maar ook koude limonade blijft lang koel. Een thermoskan zorgt er dus voor dat de warmte moeilijk van binnen naar buiten kan en omgekeerd. In de tekening hiernaast zie je een doorsnede getekend van een thermoskan. Welke vorm van warmtetransport wordt tegengehouden door:

Het vacuüm in de dubbele wand van de glazen fles……………………..

De spiegelende metaallaag………………………………. De kurk op de bodem…………………………………….. De dop op de thermoskan………………………………..

Het is onmogelijk om iets zo te isoleren dat er helemaal geen warmtetransport meer is. Hoe weet je dat er bij de thermoskan toch nog warmtetransport

plaatsvindt?

Hoofdstuk 4 - Warmte 27

Warmteverlies bij een ongeïsoleerd huis.

Zo je kunnen zeggen dat uiteindelijk 100% van de warmte uit de thermoskan veloren gaat? Waarom wel/niet?

Warmtetransport door een oppervlakteHoeveel warmte er verdwijnt door een bepaalde oppervlakte, bijvoorbeeld een muur, is afhankelijk van 4 factoren. Hieronder staat vier keer een situatie beschreven waarin één van de vier

factoren genoemd wordt. Noteer welke factor het warmtetransport bepaalt.

Als het buiten 2 graden is en binnen 20 graden, dan is het warmtetransport groter, dan wanneer het buiten 15 graden is en binnen 20 graden. ………………………………………………

Een oppervlakte van kunststof laat de warmte minder makkelijk door, dan een oppervlakte van metaal…………………………….

Als ik twee dezelfde oppervlakten achter elkaar plak, dan gaat de warmte er minder makkelijk doorheen………………………………

Een grote ruit laat de warmte makkelijker door, dan een klein raampje…………………………...

De hoeveelheid warmte die er per seconde verdwijnt, is dus afhankelijk van deze vier factoren. Wanneer je een voorwerp wilt isoleren moet je hier rekening mee houden.

Hiernaast zie je een afbeelding waarop de isolatiediktes van de daken van de huizen in Europa staan aangegeven. In welk deel van Europa zijn de daken het dikst geïsoleerd? Leg uit

waarom.

Vind je dat in Nederland, in vergelijking met de landen eromheen, de daken genoeg geïsoleerd worden? Beargumenteer je antwoord.

Warmteverlies bij een huis.Je kunt een hoop energie besparen door warmteverlies tegen te gaan. Daarom wordt er in huizen veel gedaan aan isolatie. Muren, daken en vloeren worden geïsoleerd met een laag isolatiemateriaal. Waarom worden er vaak poreuze stoffen, zoals schuimrubber en

piepschuim gebruikt voor de isolatie?

Hiernaast zie je het warmteverlies bij een ongeïsoleerd huis. Zoals je ziet raak je de meeste warmte via de muren kwijt. Wat wordt er tegenwoordig gedaan om het warmteverlies via de

muren tegen te gaan?

Hoofdstuk 4 - Warmte 28

Dubbelglas

Ook via de ramen raak je de nodige warmte kwijt. Tegenwoordig wordt er altijd dubbel-glas gebruikt voor de ramen. Leg uit waarom dubbel-glas het warmteverlies tegengaat.

Veel mensen vinden het mooi om gordijnen tot aan de grond te hebben. Vaak hangen de gordijnen dan wel voor de radiator. Leg uit waarom het niet verstandig is om gordijnen tot aan de grond te

hebben.

Nog meer isolatie Hoe zorgt het vogeltje hiernaast ervoor dat het warmtetransport zoveel

mogelijk wordt tegengehouden?

Waarom krijgt een mens kippenvel als het koud is?

Kijk naar de foto van het isolatiemateriaal. Waarom zit er een spiegelende laag aan de buitenkant van het

materiaal?.

Marloes en Marit hebben een sneeuwpop gemaakt en wikkelen de sneeuwpop in dit materiaal. Leg uit of dat verstandig is.

Stel je hebt een pak ijsjes gekocht, maar je hebt geen vriezer bij de hand Leg uit of het dan verstandig is om de ijsjes in een deken te wikkelen.

K-waardeWanneer je het over isolatie hebt, kom je vaak de term k-waarde tegen. De k-waarde is een maat voor het warmteverlies. Het geeft aan hoeveel warmte er per seconde door een oppervlak van 1 m2 verdwijnt bij een temperatuurverschil van 1 oC. Wanneer is het warmteverlies het kleinst? Bij een lage of een hoge k-

waarde? Leg uit.

Welk soort glas isoleert het beste?

Kun je uitleggen waarom dit soort glas zo goed isoleert?

Hoofdstuk 4 - Warmte

Beglazing k-waarde enkel glas 5.8dubbel glas 3.2driedubbel glas 2.1dubbel glas met reflecterende laag 1.9

dubbel glas met reflecterende laag en gasvulling

1.2

vacuümglas 0.8

29

Waarom isoleert dubbel glas met een reflecterende laag beter dan gewoon dubbel glas?

Er is een wettelijke norm vastgelegd voor de maximale hoeveelheid warmte die een huis mag verliezen. Waarom denk je dat daar een wettelijke norm voor is?

Hieronder zie je de tabel met de werkelijke waardes en de wettelijke normen. Voldoen de typisch bestaande woningen aan de wettelijke norm?

Voer nu opdracht 3 van de grote

isolatiebekerwedstrijd uit.

Hoofdstuk 4 - Warmte

- Warmteverliezen in een typisch bestaande woning

Maximale warmteverliezen volgens de wettelijke norm

Maximale warmteverliezen zuinige woning

Isolatiedikte zuinige woning

Muren 1.5 1.0 < 0.25 c.a. 15 cm

Ramen 6.0 3.0 < 1.30 verbeterd

dubbel glas

Dak 2.0 0.6 < 0.20 c.a. 20 cm

Vloeren  (op volle grond)

3.0 1.2 < 0.35 c.a. 10 cm

Totaal (gemiddeld)

1.5 0.55 0.35 - 0.40 -

30

Opgaven25.De temperatuur in een kamer die door een kachel wordt verwarmd, blijft niet

voortdurend stijgen. Leg uit waarom niet.Waarom bevriest de grondveel mindersnel als er een dikke laag sneeuw op ligt?

26.Isolatiematerialen kom je niet alleen in huizen tegen.

a. Welke isolatiematerialen zie je op de foto’s van figuur hiernaast?

b. Waaraan is de isolerende werking vooral te danken?

c. Wat is het 'isolatiemateriaal' van een walvis in het ijskoude water van de poolzee?

27.De familie De Jong woonde in een oud, slecht geïsoleerd huis. Als het buiten 15 graden vroor, kon de gaskachel de huiskamer niet warmer krijgen dan 13 oC. De kachel kon de kamer wel behaaglijk maken als het buiten 5 graden vroor.

a. Waarom kon de gaskachel de kamer alleen goed warm krijgen als het buiten niet te koud was?

b. Later werd het huis van de familie De Jong goed geïsoleerd. Daarna kon de gaskachel zelfs bij felle kou de temperatuur op 20 oC houden. Leg uit waarom dat nu wel lukte.

28.Het figuur hiernaast komt uit de Consumentengids. In het figuur is hèt verband aangegeven tussen de dikte van isolatie materialen de gasbesparing per vierkante meter per jaar, bij een gemiddeld huis.

a. Bereken hoeveel gas per jaar wordt bespaard als 62 m2 muuroppervlakte wordt bekleed met isolatiemateriaal van 7 cm dik.

b. Leg aan de hand van het figuur uit dat het geen zin heeft zo dik mogelijk isolatiemateriaal te gebruiken.

Hoofdstuk 4 - Warmte 31

1GIBW

Warmte6 De grote isolatiebekerwedstrijd

De wedstrijdVandaag zet je met je groepje in maximaal tien minuten tijd je isolatiebeker in elkaar. De verschillende belkers worden voor in de klas gezet en voorzien van een thermometer. Daarna worden de bekers gevuld met elk evenveel heet water. De beker waarin het water er het langst over doet om van 700 C naar 550 C te zakken heeft de grote isolatiebekerwedstrijd 2006 gewonnen.

Tijdens de wedstrijd werk je verder aan je poster. De volgende les moet je de poster inleveren.

Reglement voor de grote isolatiebekerwedstrijd.Hieronder staat het reglement van de grote isolatiebekerwedstrijd. Het is handig om het reglement goed door te nemen, voordat je met ontwerpen begint. De bekers bestaan uit een gewoon bekerglas, voorzien van door de

leerlingen zelf bijeengebracht isolatiemateriaal.

Het geïsoleerde bekerglas moet zelfstandig kunnen staan, de totale massa van het geïsoleerde bekerglas mag leeg maximaal 500 gram bedragen.

In de isolatiebeker moet plaats zijn om een thermometer aan te brengen.

Alle materialen van de isolatiebeker zijn aan het begin van de wedstrijd op kamertemperatuur.

Je mag geen gebruik maken van al bestaande isolerende voorwerpen, het moet allemaal eigen fabrikaat zijn.

De beker waarin het water er het langst over doet om van 700 C naar 550

C te zakken heeft de grote isolatiebekerwedstrijd 2006 gewonnen.

In het onderstaande schema kun de eindklassering van de wedstrijd kwijt.

Plaats

Namen Tijd

123456789

10

De volgende les moet je poster af zijn!!!!

Hoofdstuk 4 - Warmte 32

Hoofdstuk 4 - Warmte 33