© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 1

Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium Uitwerkingen Hoofdstuk 5 Warmte 5.1 Energie en omzettingen A1 a Onjuist, in aardolie zit chemische energie opgeslagen. b juist c Onjuist, het toevoegen van warmte kan ook leiden tot een faseovergang. A2 a E, joule, J b T, graad Celsius, °C c Q, joule, J A3 a rechts b rechts c links d links e rechts A4 a Moleculen in niet-gladde oppervlakten botsen tegen elkaar aan. Daardoor ontstaan

tegenwerkende krachten. b Bij de botsingen wordt bewegingsenergie van de wrijvende voorwerpen omgezet in

bewegingsenergie van de moleculen. Bewegingsenergie wordt zo warmte. A5 a Bij elke energieomzetting komt er evenveel energie uit als dat er ingaat. b Het is onmogelijk om alle energie om te zetten in nuttige energie. c de eerste B6 a stralingsenergie b elektrische energie c elektrische energie d chemische energie B7 Wat is de temperatuur vandaag? B8

B9

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 2

C10

C11 a

b

c Het is heel gemakkelijk om elektrische energie om te zetten in andere vormen van energie.

Elektrische energie is van hoge kwaliteit. De zonnecel zorgt dus voor de hoogste kwaliteit energie.

C12

C13 a

b

c Moleculen in het rubber van de remblokjes en de velgen botsen tegen elkaar aan. De

moleculen van de remblokjes gaan daardoor meer bewegen. d De velgen worden ook heet. e Als je harder in de remmen knijpt, botsen de moleculen harder en wordt er meer energie

overgedragen. +14 a Als warmte en temperatuur dezelfde grootheid zouden zijn, dan zou altijd moeten gelden:

meer warmte betekent hogere temperatuur. Tijdens het smelten van ijs zorgt meer warmte niet voor een hogere temperatuur. Dus zijn warmte en temperatuur niet dezelfde grootheden.

b De toegevoegde warmte is nodig om de bindingen in de vaste stof (ijs) te verbreken.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 3

c

d

e Een moderne kruik heeft langer een hogere temperatuur. Bovendien heeft een moderne kruik

langer een prettige temperatuur: warm maar niet te heet. +15 a Het aan de kook brengen van water in een pan of waterkoker duurt een paar minuten. Het

droogkoken van een pan kan wel uren duren. Het verdampen van al het water zal dus het langst geduurd hebben.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 4

b De hoeveelheid warmte die wordt toegevoegd per seconde is constant. Als iets langer duurt, heeft het dus meer warmte nodig. Er is dus meer warmte nodig om 1 L water bij 100 °C te verdampen dan om 1 L water van 20 °C tot 100 °C te verwarmen.

c Als je je koude hand in de stoompluim van een fluitketel houdt, dan condenseert er veel stoom op je hand tot water. De warmte die hierbij vrijkomt wordt voor een groot gedeelte afgegeven aan je hand. Je hand wordt dus erg heet en hierbij kun je brandwonden oplopen.

d Hoe droger het is, hoe minder waterdamp er kan condenseren. Hoe minder waterdamp er condenseert, hoe minder warmte er vrijkomt. Hoe minder warmte er vrijkomt, hoe lager de temperatuur.

+16 a Voor het verwarmen van het ijs is 20 × 2,2 = 44 kJ nodig. Voor het smelten van het ijs is 334 kJ nodig. Voor het verwarmen van het water is 100 × 4,2 = 420 kJ nodig. Voor het verdampen van het water is 2260 kJ nodig. voor het verwarmen van de waterdamp is 30 × 2,0 = 60 kJ nodig. b In totaal is 44 + 334 + 420 + 2260 + 60 = 3118 kJ toegevoerd. c

5.2 Verbranding A17 a juist b Onjuist, bij volledige verbranding is de vlam blauw. c juist d Onjuist, koolstofdioxide is niet giftig, maar koolstofmonoxide wel. A18

a aardgas + zuurstof koolstofdioxide + water(damp)

b CH4 + O2 CO2 + H2O A19 De beginstoffen vallen uit elkaar in hun atomen. De atomen van de beginstoffen gaan nieuwe bindingen aan en er ontstaan nieuwe moleculen.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 5

B20 a In situatie b, c en d is er sprake van onvolledige verbranding, want je ziet dat er een gele

vlam is. b In situatie a is er sprake van volledige verbranding omdat je daar een blauwe vlam ziet. B21 In de mond van de man zijn wel brandstof en zuurstof aanwezig, maar de temperatuur is lager dan de ontbrandingstemperatuur. Omdat de vuurspuwer blaast, waait de warme lucht weg. B22

kaarsvet + zuurstof koolstofdioxide + water(damp) B23 a Juist, een sigaret heeft een hoge temperatuur en zo kan de benzine(damp) boven de

ontbrandingstemperatuur komen. b Onjuist, branddeuren houden met name zuurstof tegen. c Onjuist, een rookmelder gaat piepen bij rook. B24

a bruinsteen + zink zinkoxide + mangaanoxide b elektrische energie B25 In de figuur linksboven wordt zuurstof weggenomen. In de figuur rechtsboven wordt ook zuurstof weggenomen In de figuur linksonder wordt de brandstof afgekoeld met water. Daardoor komt de temperatuur van de brandstof onder de ontbrandingstemperatuur In de figuur rechtsonder wordt in de brandgang de brandstof weggenomen. C26 a De temperatuur van de brandende lucifers is lager dan de ontbrandingstemperatuur van

houtskool. b B, de ontbrandingstemperatuur is nu lager dan de temperatuur van de lucifers. De

temperatuur van de brandende aanmaakblokjes is nu wel hoger dan de ontbrandings-temperatuur van houtskool.

C27 Als het huis is uitgebrand, gaat de brand uit omdat er geen nieuwe brandstof is waarvan de temperatuur boven de ontbrandingstemperatuur is. C28 a Een sigaret heeft een hoge temperatuur en kan zo de benzinedamp boven de

ontbrandingstemperatuur brengen. Met een rookverbod kan dit worden voorkomen. b Als de kerstverlichting is gemaakt van materiaal dat heel slecht brandt, dan is er minder

brandstof beschikbaar. c De branddeuren zorgen ervoor dat er geen zuurstof bij de brand kan komen. C29 a Als je blaast, dan komt er meer zuurstof beschikbaar. b De lucht die je uitblaast is 37 °C. Als de brandstof hierdoor afkoelt tot onder de

ontbrandingstemperatuur, dan gaat de brand uit. c Bij een bosbrand verplaatst de wind de warme lucht naar nieuwe stukken bos. In die stukken

bos komt de temperatuur dan ook boven die ontbrandingstemperatuur. C30

a voedsel + zuurstof + enzymen koolstofdioxide + water(damp) + enzymen

b C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

C6H12O6 + 3O2 6CO + 6H2O

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 6

+31

a koolstof + zuurstof koolstofdioxide

C + O2 CO2

b koolstof + zuurstof koolstofmonoxide + koolstofdioxide

C + O2 CO + CO2 +32 a C: 1 links, 1 rechts, klopt H: 4 links, 2 × 2 = 4 rechts, klopt O: 2 × 2 = 4 links, 1 × 2 + 2 × 1 = 4 rechts, klopt b 2 C8H18 + 25 O2 = 16 CO2 + 18 H2O 5.3 Warmtetransport A33 a juist b juist c Onjuist, metalen geleiden warmte juist goed. d Onjuist, fotonen kunnen ook van de zon naar de aarde bewegen door het vacuüm van de

ruimte. A34 a Onjuist, stroming vindt plaats in vloeistoffen en gassen. b juist c juist d juist B35 Koper geleidt beter warmte dan plastic. De hand die de koperen staaf aanraakt, voelt dus eerder de warmte van het water. B36 a Het warme water heeft een lage dichtheid en blijft dus drijven op het koude water. Er vindt

dus geen stroming van het warme water naar beneden plaats. b Door geleiding en straling wordt warmte wel verspreid van de bovenkant naar de onderkant

van het water. B37 1 De lucht wordt door geleiding opgewarmd bij de radiator. 2 De warme lucht stijgt op. 3 De lucht koelt af. 4 De koude lucht daalt. 5 De koude lucht stroomt over de vloer naar de radiator. B38 a Straling vanaf het haardvuur draagt bij aan de verwarming van de kamer. b De warme lucht ontsnapt via de schoorsteen, stroming draagt zo niet bij aan de verwarming

van de kamer. Ook geleiding draagt niet bij omdat er geen geleiding optreedt.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 7

c

d Een groot gedeelte van de warmte verdwijnt door de schoorsteen. B39 a stroming b stroming c stroming d geleiding e straling C40 a Ze hebben dezelfde temperatuur. b De metalen tafelpoot voelt het koudst aan. c De metalen tafelpoot geleidt beter warmte. De metalen tafelpoot voert warmte sneller af uit je

hand. De metalen tafelpoot voelt dus kouder aan. C41 Koude lucht heeft een lagere dichtheid dan warme lucht. Koude lucht zakt in warme lucht. De koelelementen zijn dus boven in de kist, bij A, aangebracht. C42 Als alle kieren dicht zijn gemaakt, kan er geen warme lucht meer ontsnappen. Hierdoor bespaar je geld bij het verwarmen van de kamer. Er zal steeds minder zuurstof en steeds meer koolstofdioxide en koolstofmonoxide ontstaan. Dit is slecht voor je gezondheid. C43 Via straling warmt de lucht bij de radiator op. Door stroming verspreidt de warme lucht zich door de kamer. C44 a Het plaatsen van de ramen kost € 4250. Ieder jaar bespaart hij daarmee € 217. De

terugverdientijd is dus 4250

217 = 19,6 jaar.

b Mari stookt nu tot een binnentemperatuur van 18 + 2 = 20 °C. Gegeven: ∆T = 20 − 11 = 9 °C; A = 22 m2; U = 2,2 J /(m2·K·s) t = 1 jaar = 365 × 24 × 60 × 60 s Gevraagd: de terugverdientijd in jaar Formule: Q = U × A × ∆T × t Berekenen: Q = 2,2 × 22 × 9 × 365 × 24 × 60 × 60 = 13 737 081 600 J = 13 737 082 kJ

Hij bespaart 13737082

32000

= 429 m3 gas.

Dit kost 429 × 0,65 = € 279.

De terugverdientijd is 4250

279 = 15 jaar.

Antwoord: de terugverdientijd is 15 jaar.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 8

+45 a Verdampen kost warmte. Het verdampen vindt in de koelkast plaats zodat het daar kouder

wordt. Condenseren levert juist warmte op. Dit vindt buiten de koelkast plaats b • Hoe warmer de vloeistof, hoe roder. Hoe kouder de vloeistof, hoe blauwer. • De pijl omlaag is groen omdat dit het gewenste gedeelte van de cyclus is. • De pijl omhoog is rood omdat dit het ongewenste gedeelte van de cyclus is. c De compressor perst de damp samen zodat het gas (daarna) gaat condenseren. +46 a De formule is Q = U × A × ∆T × t. Zonder purschuim is het warmteverlies door de muren: Q = 2,7 × 420 × 8 × 365 × 60 × 60 = 2,86×1011 joule Met purschuim is het warmteverlies door de muren: Q = 0,38 × 420 × 8 × 365 × 60 × 60 = 4,0×1010 joule. De verhouding van beide warmteverliezen is gelijk aan de verhouding van het aantal m3

aardgas dat nodig is om het huis op temperatuur te houden. En omdat je betaalt per m3

aardgas is die verhouding ook gelijk aan de verhouding van de kosten.

De kosten nemen af met 11 10

11

2,86 10 J 4,0 10 J

2,86 10 J

× 100% = 86%.

b Leontien bespaart 86%. Dat is 0,86 × € 2176 = € 1871,36.

De terugverdientijd is € 2275

€1876,36

= 1,2 jaar.

5.4 Isoleren A47 a Onjuist, voor een constante temperatuur moeten de warmteproductie en het warmteverlies

juist gelijk zijn. b juist c juist d juist A48 a juist b juist, en ook stroming c juist d Juist, je kunt alle drie de vormen van warmtetransport voorkomen. B49 Het aluminiumfolie is glanzend en gaat warmteverlies door straling tegen. B50 Een zeehond heeft een dikke vetlaag. Hierdoor gaat hij geleiding tegen. B51 a De vogel zorgt ervoor dat er stilstaande lucht zit tussen de veren. Deze stilstaande lucht

zorgt voor een isolerende laag. b Dit voorkomt stroming. B52 pannenlap, houten pollepel, ovenwant, plastic handvat B53 Glas geleidt warmte slecht. De warmte van het deel dat vervormd wordt, kan dan niet gemakkelijk naar de hand worden geleid.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 9

C54 a Lucht geleidt warmte slecht. Omdat de lucht tussen de haren stilstaat, is er ook weinig

stroming. b Ja, om een constante temperatuur te houden, moet je lichaam evenveel warmte produceren

als het verliest. Als je minder warmte verliest door het kippenvel, hoeft je lichaam dus ook minder warmte te produceren.

+55

a Er zitten 60 seconden in een minuut. Per seconde verdwijnt er dus 60 000

60

= 1000 J warmte

door de ramen. b Er verdwijnt in totaal 30 × 40 = 1200 J warmte per seconde door de muren. c Er verdwijnt meer warmte (1000 + 1200 = 2200 J) per seconde dan dat de kachel produceert

(2000 J). De temperatuur daalt dus. 5.5 Warmte op aarde A56 a juist b Onjuist, waterdamp veroorzaakt het grootste gedeelte van het broeikaseffect. c Juist, hoe minder ijs er is, hoe minder straling er het ijs weerkaatst. d juist A57 a Het voortdurend omzetten en weer vrijkomen van koolstofdioxide. Planten zetten

koolstofdioxide om in bijvoorbeeld hout en suiker. Als die planten worden verbrand of opgegeten komt die koolstofdioxide weer vrij.

b Stoffen waarvan de moleculen vooral uit koolstof- en waterstofatomen bestaan zoals aardgas, suiker en hout

A58 Bij temperatuurstijging gaat warmte zitten in smelten en verdampen van water en bij temperatuurdaling komt warmte vrij bij het condenseren en bevriezen van water. B59 a Het verschijnsel dat de dampkring de aarde warm houdt b Als het stralingsevenwicht van de aarde uit balans raakt door toename van de hoeveelheid

broeikasgassen c Het feit dat er evenveel straling binnenkomt als dat er uitgaat B60 Het warme water verdampt en de warme lucht kan veel waterdamp bevatten. Als de lucht boven het land afkoelt, dan condenseert de waterdamp tot regendruppels. B61 ’s Nachts komt er geen straling binnen van de zon. De aarde straalt nog wel warmte uit. De temperatuur van de aarde neemt daardoor af. B62 De golfstroom zorgt ervoor dat warm water van de evenaar langs de kust van Engeland stroomt. B63 Bij de verbranding van hout komt koolstofdioxide vrij. Bomen zijn groter dan bijvoorbeeld graan. Een bos bevat veel meer materiaal, zoals hout, dat uit koolstofdioxide is geproduceerd dan een akker. In een bos zit dus veel meer koolstofdioxide opgeslagen dan in een akker.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 10

C64 a In broeikassen worden groenten, fruit en bloemen verbouwd. In zo’n broeikas is het erg

warm. b In een broeikas zitten warmtebronnen. Het glas weerkaatst de ontstane warmte, net zoals de

atmosfeer dit doet bij de warmte die de aarde uitstraalt. Hierdoor warmt de broeikas extra op. C65 De maan heeft geen atmosfeer en dus geen broeikaseffect. +66 a 15 °C b −38 °C c De aarde en de maan bevinden zich op ongeveer dezelfde afstand van de zon (als je het

vergelijkt met de afstand van andere planeten tot de zon). d 0,8 °C e De gemiddelde temperatuur in Nederland is nu ongeveer 10 °C. Men houdt rekening met een

temperatuurstijging van 2 °C. De gemiddelde temperatuur in Nederland komt daarmee op 12 °C.

f het versterkte broeikaseffect +67 eigen antwoord 5.6 Warmte in de aarde A68 a Als de temperatuur hoog is, zoals in IJsland op 2 km diepte b Als de temperatuur laag is, zoals in Nederland op 2 km diepte c Je moet in Nederland erg diep boren voor hoogwaardige aardwarmte en dat is erg duur. A69 a Een warmtepomp is een apparaat dat warmte verplaatst van een plaats met een lage

temperatuur naar een plaats met een hoge temperatuur. b In de zomer sla je warmte op in de grond die je in de winter gebruikt om je huis te

verwarmen. Je hoeft dan minder gas te verstoken. A70 Normaal is de warmte die vrijkomt bij de productie van elektriciteit niet-nuttige energie. Als deze warmte (gedeeltelijk) wordt gebruikt om de kas op te warmen, dan is dit nuttige energie. B71 a Een zwarte plaat neemt meer zonlicht op. b Geleiding: de zwarte platen geleiden de warmte naar de vloeistof. Stroming: de warme vloeistof stroomt van de zwarte plaat naar de boiler. C72 a Het koude gedeelte, de isolatie en de warmtepomp horen bij de binnenkant van de koelkast.

Het warme gedeelte hoort bij de buitenkant. b De warmtepomp haalt warmte uit de koelkast en brengt die naar de omgeving. De omgeving

wordt dus warmer. c De groene pijl stelt de elektrische energie voor waar de warmtepomp op werkt. d De koelkast verplaatst niet alleen de warmte van in de koelkast naar buiten de koelkast,

maar zet ook elektrische energie om in warmte. Als de warmte die is verplaatst weer terugstroomt omdat de koelkastdeur openstaat, dan is de extra warmte van de elektrische energie dus nog steeds in de keuken aanwezig.

C73 Als de aardwarmte van het mijnwater wordt gebruikt om gebouwen op te warmen, dan hoeft er minder aardgas verbrand te worden om gebouwen te verwarmen. Er komt dan dus minder koolstofdioxide vrij.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 11

+74 In de tekst staat dat er per vierkante meter aardoppervlakte per seconde 0,063 J warmte stroomt. Gegeven: ∆T = 1200 °C; A = 1 m2; Q = 0,063 J; t = 1 s Gevraagd: de U-waarde van de aardkorst Formule: Q = U × A × ∆T × t Berekenen: 0,063 = U × 1 × 1200 × 1 0,063 = U × 1200

U = 0,063

1200 = 0,000 052 5 J /(m2·K·s)

Antwoord: 0,000 052 5 J /(m2·K·s) Oefentoets 1 juist 2 Onjuist, de zon levert stralingsenergie. 3 Onjuist, de eenheid van warmte is J, want warmte is een vorm van energie. 4 Onjuist, bij het condenseren van een stof komt juist warmte vrij. 5 Onjuist, bij het smelten van een stof blijft de temperatuur en dus de bewegingsenergie van de moleculen gelijk. 6 Energie gaat nooit verloren. Energie kan alleen omgezet worden van de ene vorm in de andere vorm. Als energie wordt omgezet in een vorm waar je niets aan hebt, dan is dat niet-nuttige energie. 7

8

butaan + zuurstof koolstofdioxide + water 9

C4H10 + O2 CO2 + H2O 10

2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O 11 Afdekken met de deksel zodat er geen zuurstof meer bij de brandstof kan. 12 Je kunt andere voorwerpen of leerlingen in brand steken. Als je rondrent, komt er extra zuurstof bij de brandstof.

© Noordhoff Uitgevers Overal NaSk 1-2 vwo / gymnasium – uitwerkingen hoofdstuk 5 12

13

volledige verbranding

onvolledige verbranding

blauwe vlam X

gele vlam X

onvoldoende zuurstof X

koolstofdioxide X X

roet X

koolstofmonoxide X

14 Warme lucht zet uit en krijgt daardoor een lage dichtheid. De lucht drijft dan op de koude lucht en stijgt op. Zo ontstaat stroming die de warmte door de hele kamer verspreidt. 15 De vloer geleidt de warmte beter dan de stoel. De vloer neemt dus meer warmte op uit de hond, waardoor deze op de vloer meer afkoelt dan op een stoel. 16 C, jij komt tot stilstand, dus je bewegingsenergie neemt af. De energie wordt omgezet in warmte: de bewegingsenergie van de moleculen om je heen neemt toe. 17 Als iemand koorts heeft, dan heeft hij of zij een temperatuur boven de 37 °C. Op de foto heeft die persoon dan een roze kleur. 18 Het tegeltje geleidt warmte beter dan het dekentje. Er stroomt dus meer warmte uit de voet naar de tegel. Deze voet voelt dan kouder aan. 19 Overdag is het temperatuurverschil 20 − 5 = 15 °C. ’s Nachts is het temperatuurverschil 15 − 5 = 10 °C. Het temperatuurverschil is overdag 50% groter. De warmtestroom is dan ook 50% groter. 20 Een gedeelte van de warmtestraling die de aarde uitzendt wordt door de (broeikasgassen in de) atmosfeer geabsorbeerd en teruggekaatst. Dit heet het broeikaseffect. Hierdoor is de temperatuur op aarde veel hoger dan als er geen atmosfeer was geweest. 21 Er is meer koolstofdioxide in de atmosfeer die meer warmte absorbeert. Er is minder ijs dat straling weerkaatst. +22 Bij warmtekrachtkoppeling wordt niet-nuttige warmte die vrijkomt toch gebruikt om gebouwen te verwarmen. Die gebouwen hebben minder aardgas nodig voor de verwarming. Bij de verbranding van het aardgas komt minder koolstofdioxide vrij. +23 Een warmtepomp verplaatst warmte van een koude naar een warme plek. In een koelkast verplaatst de pomp de warmte van binnen in de koelkast naar buiten. In de zomer doet een warmtepomp hetzelfde voor je huis: de warmte wordt naar de aarde gepompt en daar opgeslagen. In de winter wordt deze warmte weer omhooggepompt naar je huis. Hierdoor hoef je minder gas te verstoken.