Hoofdstuk 3 :Warmte en Temperatuur

3.1 Hoe maak je iets warm?

• Isolatie voorkomt het wegstromen van warmte.
• Energiebronnen leveren energie.
• Voorbeelden van energiebronnen zijn de zon, brandstoffen zoals aardgas, hout en benzine en ook; voedsel.

Hoe blijf je warm? ∆

• Om warmte binnen te houden gebruik je isolatie
• Warmte kan moeilijk door een dikke jas of dubbelglas in ramen
• Dieren houden de warmte vast met hun vacht of verenpak
• De vetlaag van de zeehond werkt isolerend

Warmbloedig in de IJszee

• Walvissen zijn net als mensen warmbloedig
• Het lichaam van de walvis is geïsoleerd met een dikke vetlaag onder de huid, walvisblubber.
• De vinnen en de staart bevatten minder vet daar dreigt bloed af te koelen.
• Bij de tong dreigt ook warmteverlies want de walvis zwemt met zijn bek open om met zijn baleinen voedsel uit het water te zeven
• De warmte wordt binnengehouden door het bloed te koelen, voordat het naar de tong gaat. De bij de koeling vrijgekomen warmte wordt afgegeven aan het koudere bloed dat vanuit de tong terugstroomt naar het lichaam. Zo gaat er bloed naar de tong, maar de warmte gaat niet mee naar buiten.

 

Waar komt warmte vandaan?

• Om een huis warm te houden gebruik je warmtebronnen. Je gebruikt verschillende in huis.
• De centrale verwarming werkt in ons land op gas. Dat gas is dan de energiebron
• In een houtkachel is hout de energiebron.
• Bij een staalkachel is elektriciteit de energiebron.
• Zonnestraling komt binnen door het raam en verwarmt de muren en het dak. De zon is een gratis energiebron
• Voor ons lichaam is voedsel de belangrijkste energiebron. Als je warmte verliest, heeft je lichaam energie nodig om het op temperatuur te houden.

 

Geleiding van warmte ∆

• Als je voedsel in een pan verwarmt wordt eerst de metalen pan heet. De bodem geeft de warmte door aan het voedsel. Dat noemen we geleiding van warmte
• Metaal geleidt de warmte goed  (ijzer, koper, aluminium)
• Hout en kunststof isoleren evenals lucht, het zijn slechte warmtegeleiders.
• Wol en piepschuim isoleren goed omdat er veel stilstaande lucht in zit.
• Als je een warm drankje warm wilt houden wil je warmteverlies door geleiding voorkomen.
• Een luchtledige ruimte is de slechtste warmtegeleider die er is.
• Een ruimte met alleen een beetje lucht geleidt ook slecht,dat principe is toegepast in de dubbelwandige beker.
• Dit werkt ook voor en koud drankje. De warmte van buitenaf kan evenmin naar binnen.
• Warme kleding, een donzen slaapzak of de vacht van dieren; ze isoleren allemaal zo goed omdat holle ruimtes gevuld zijn met stilstaande lucht

 

Stroming van warmte ∆

• Bij een heteluchtoven wordt lucht verhit en door de ovenruimte geblazen. De lucht komt tegen de ovenschaal en brengt zo de warmte naar de plek waar het nodig is.
• Radiatoren maken de lucht die er tegenaan komt warm. De lucht zet daardoor uit en er ontstaat een luchtstroming omhoog. De warme lucht verspreidt zich langs het plafond
• Tegelijk wordt aan de onderkant van de radiator afgekoelde lucht aangevoerd. Deze lucht wordt weer opgewarmd door de radiator. Zo ontstaat er een luchtcirculatie, die de warmte door de hele kamer vervoert.

 

 

 

 

Warmtestraling

• De ovengrill zendt straling rechtstreeks naar het voedsel. Het voedsel absorbeert die warmtestraling en wordt daardoor heet.
• Warmtestraling kun je goed voelen als je voor een openhaard of kampvuur zit. Je gezicht ontvangt veel straling van het vuur en wordt daardoor warm. Je rug krijgt geen straling en wordt dus niet warm.
• De warmte van de zon komt via straling naar ons toe. Dat kan niet anders, want er is tussen de zon en de aarde geen enkele stof die de warmte zou kunnen meevoeren of geleiden.
• Voor straling is geen tussenstof nodig.

 

Absorptie en reflectie

• Zwarte oppervlakken absorberen de zonnestraling het best.
• Glimmende oppervlakken absorberen straling slecht. Ze weerkaatsen de straling juist goed.
• Witte oppervlakken weerkaatsen zonnestraling.
• De brandweer gebruikt hittewerende pakken met een spiegelende aluminiumlaag om een brand heel dicht te kunnen naderen.

 

Witte huizen

• In zonnige landen zijn bijna alle huizen wit geschilderd.
• Witte huizen reflecteren het zonlicht goed en zo blijven de huizen koeler.
• De zonnestraling is daar (zoals rond de Middellandse Zee)over het hele jaar gemiddeld twee keer zo sterk als in ons land.

3.2 Energie uit verbranding

• Verbranding is een chemische reactie van een brandstof met zuurstof.
• Een brandstof kan alleen branden als de temperatuur hoger is dan de ontbrandingstemperatuur.
• Met voldoende zuurstof ontstaan bij de meeste brandstoffen alleen koolstofdioxide en waterdamp. De verbranding is dan volledig.
• Met te weinig zuurstof ontstaan ook giftige koolmonoxide en roet. De verbranding is dan onvolledig.
• In je lichaam verbrand je voedsel. Daarbij verdwijnt ook zuurstof en ontstaan koolstofdioxide en water. De temperatuur is daarbij lager dan bij echte brand.

Branddriehoek ∆

• Er zijn veel stoffen die kunnen branden. Dat noemen we brandstoffen.
• Verbranding is een chemische reactie. De brandstof reageert met zuurstof uit de lucht. Bij elke verbranding zijn twee stoffen nodig: brandstof en zuurstof. +temperatuur
• Lucht bestaat voor 20 % uit zuurstof en voor 80 % uit stikstof.
• De kooltjes in een barbecue worden heter als je erin blaast. Je voegt dan extra zuurstof toe waardoor de verbranding sneller gaat.
• De minimale temperatuur die nodig is om een stof te laten branden noem je de ontbrandingstemperatuur. Die is voor elke stof anders. Hout 270 en Staal 1100
• De kop van een lucifer heeft een lage ontbrandingstemperatuur. Bij het aanstrijken ontstaat een iets hogere temperatuur, genoeg om de kop te ontsteken. Daarna ontsteekt de brandende kop het hout van de lucifer.

Verbrandingsproducten

• Na de verbranding zijn brandstof en/of zuurstof verdwenen en zijn er nieuwe stoffen ontstaan.
• Bij veel verbrandingen ontstaan waterdamp en koolstofdioxide.
• Bij verbranding verdwijnen stoffen en ontstaan nieuwe stoffen. Dit noem je een chemische reactie.

 

Blussen ∆

Er zijn drie methoden om een vuur te blussen:

1. Zorg ervoor dat er geen zuurstof meer bij de brandstof komt.
2. Koel de brandstof af tot onder de ontbrandingstemperatuur.
3. Neem de brandstof weg of laat alles opbranden.

• Een bekend blusmiddel is koolstofdioxide. Een blusapparaat met deze stof heet een CO 2 blusser. Dit apparaat dooft het vuur door de zuurstof te verdrijven met koolstofdioxide.
• Een schuimblusser legt een deken van schuim over het vuur. De zuurstof kan dan niet meer bij de brand komen.
• Het bekendste blusmiddel is water. Water zorgt vooral voor koeling van de brandstof.
• Brandende olie kun je niet met water blussen, want de olie gaat op het water drijven en brandt dan verder.
• Olie kan worden geblust met schuim. Het schuim dekt de olie af en zorgt ervoor dat er geen zuurstof meer bij de brandende olie komt.
• Hete olie in een frituurpan bijvoorbeeld ontbrandt door de oververhitting. Als je het probeert te blussen met water zakt het water onder de olie en gaat het daar koken. De brandende olie vliegt door de keuken en kan een enorme brand veroorzaken. *Neem de zuurstof weg door de deksel erop te schuiven*

 

Ongezonde verbranding ∆

• Als kaarsvet niet helemaal verbrandt ontstaat er roet. Roet is ongezond voor je longen.
• In een houtvuur, open haard of kachel ontstaat ook roet. Een groot deel hiervan blijft in de schoorsteen steken. Een dikke roetlaag kan in brand raken. Soms ontstaat daarbij woningbrand. Daarom moet een schoorsteen regelmatig worden schoongeveegd
• In een gasvlam vindt vaak ook onvolledige verbranding plaats.
• Roet ontstaat ook bij de verbranding in dieselmotoren. Een roetfilter zorgt ervoor dat dit roet niet in de buitenlucht komt.
• Alleen als de temperatuur hoog genoeg is en er genoeg zuurstof is verbrandt de brandstof volledig.
• Koolmonoxide is een giftig gas. Het is zo gevaarlijk, omdat het in het bloed de plaats van zuurstof inneemt. Je kunt dit giftige gas bovendien niet ruiken of zien. Ook sigarettenrook bevat koolmonoxide.

 

Verbranden van voedsel

• Er zijn veel overeenkomsten tussen verbranding van brandstof en het verwerken van het voedsel in je lichaam.
• In de longen wordt zuurstof uit de lucht opgenomen. Het voedsel verbrandt in je lichaam en je ademt koolstofdioxide en waterdamp uit.
• De boterham verbrandt niet letterlijk, toch noemen we dit verbranding omdat er een chemische reactie met zuurstof plaats vindt.

3.3 Temperatuur

• Temperatuur is de maat voor hoe warm of hoe koud iets is.
• Om temperatuur te meten gebruik je een thermometer.
• Je meet temperatuur in graden Celsius.
• De laagste temperatuur die mogelijk is noem je het absolute nulpunt.
• Het absolute nulpunt is -273 *C

Warmte en temperatuur ∆

• Temperatuur is iets anders dan warmte.
• Een voorwerp met een hoge temperatuur kan weinig warmte bevatten.  (bijv een gloeiend hete speld)
• Warmte is de hoeveelheid energie die vrijkomt.
• Warmte en temperatuur hebben wel iets met elkaar te maken; de temperatuur bepaalt in welke richting de warmte stroomt.
• Een hete kop thee staat zijn warmte af aan de omgeving. De warmte gaat van de thee naar de omgeving.
• Een ijskoud glas water neemt warmte op uit de omgeving. Hier gaat de warmte van de omgeving naar het koude glas.
• Warmte gaat altijd van de hoogste temperatuur naar de laagste temperatuur.

 

Je handen als thermometer

• Je handen meten geen temperatuur, maar voelen of er veel of weinig warmte vanuit je hand naar het voorwerp stroomt.
• Een ijzeren voorwerp voert de warmte uit je hand sneller weg (geleidt warmte beter) en voelt dus kouder aan.
• Hoe warm iets voelt hangt ook af van hoe warm je handen zijn. Als je koude handen hebt voelt lauw water veel warmer aan dan als je warme handen hebt.

 

 

Temperatuur meten

• Temperatuur meet je met een thermometer. Deze geeft de temperatuur aan in graden Celsius.
• De laagst mogelijke temperatuur is -273 *C Deze kan in geen enkel laboratorium bereikt worden.
• In een goede diepvries is het -18 *C
• Vloeibare stikstof kookt bij -196 *C. Artsen gebruiken dat om wratten te bevriezen.
• Vloeibaar helium kookt bij -269 *C
• Er is geen hoogste temperatuur,maar boven de 4000 *C zijn alle stoffen gesmolten of verdampt.

 

Gevoelstemperatuur ∆

• In de wind heb je het kouder dan als je uit de wind staat. De temperatuur in de wind is hetzelfde maar door de wind koelt je huid af.
• Bij koud weer vermeldt het weerbericht ook vaak de gevoelstemperatuur, zodat je je warmer kunt kleden.
• Gevoelstemperatuur is geen echte temperatuur. Een thermometer geeft de gewone temperatuur aan.

Celsius en Kelvin ∆

• Celsius wordt bijna overal in de wereld gebruikt. Deze schaal is vastgelegd d.m.v. twee vaste punten. Smeltend ijs (0 *C) en kokend water (100*C)
• Natuurkundigen meten in Kelvin. Deze schaal begint bij het absolute nulpunt 0 K (-273 *C). De schaal loopt gelijk op.  273 K (= 0 *C smeltend ijs) en 373 K (= 100*C kokend water)
• Het voordeel van deze schaal is dat de nul ook echt de laagst mogelijk temperatuur is

Thermometer

• Een veelgebruikte thermometer is de vloeistofthermometer. Deze bestaat uit een bolletje met vloeistof, meestal gekleurd alcohol of kwik.
• Vloeistoffen zetten uit als de temperatuur stijft. De uitgezette vloeistof kan alleen opstijgen in een smal buisje.
• Een digitale koortsthermometer werkt met een temperatuursensor. Dat is een elektrische schakeling die bij elke temperatuur een andere elektrische spanning levert. De spanning wordt omgerekend naar de temperatuur.
• Een infraroodthermometer maakt gebruik van warmtestraling om de temperatuur te bepalen. Een warmer voorwerp geeft meer warmtestraling af. Zo meet een oorthermometer de temperatuur,

 

Temperatuurgevoeligheid

• Een oventhermometer hoeft de temperatuur niet  op 0,5 graden te geven. Voor een cake maakt dat niets uit.
• Bij een koortsthermometer is een halve graad juist wel belangrijk. 37,5 is prima. 38 heb je koorts
• Een gevoelige thermometer laat een klein temperatuurverschil zien. Bij een vloeistofthermometer wordt de gevoeligheid bepaalt door het aantal millimeter dat het vloeistofniveau stijgt, per 1 *C  die toeneemt.
• Bij een vloeistof thermometer kun je de gevoeligheid vergroten op twee manieren.

1. Gebruik een groter bolletje vloeistof, er is dan meer vloeistof dat kan uitzetten.
2. Gebruik een dunnere glazen stijgbuis.

Uitzetten en krimpen van vaste stoffen

• Soms hoor je verwarmingsbuizen of warmwaterleidingen een tikkend geluid maken, als ze opwarmen. Dan zetten ze uit en schuiven met kleine schokjes door de bevestigingsbeugel.
• Doordat de lengteverandering zo klein is, zie je het bijna niet.
• Vrijwel alle stoffen zetten uit bij temperatuurstijging en krimpen als de temperatuur daalt. Architecten en ontwerpers van bijvoorbeeld bruggen en spoorlijnen moeten rekening houden met het uitzetten en krimpen van de materialen.
• Bij het ontwerpen van een gebouw moet de architect rekening houden met extreme temperaturen. In Nederland is het verschil tussen de laagste en hoogste temperatuur ongeveer 50 *C.

Bimetaal

• Een bimetaal is een strook materiaal die uit twee strookje van verschillende metalen bestaat.
• Beide metalen zetten verschillend uit. Hierdoor trekt de strip krom, als de temperatuur verandert.
• Bimetalen worden toegepast in thermometers.
• Ook worden ze gebruikt in elektrische schakelaars die bij een bepaalde temperatuur aan of uit gaan. Je vindt deze in elektrische ovens, strijkijzers en koffiezetapparaten.