Warmte en temperatuurstijging

Inleiding

Dit verslag gaat over warmte en temperatuurstijging. We gaan in dit verslag een proef uitleggen die we in de klas gedaan hebben met een dompelaar. Een dompelaar is een elektrisch verwarmingselement in de vorm van een spiraal, dat in het water gedompeld kan worden om het water te verwarmen of zelfs aan kook te brengen. Als je voor je ouders thuis een kopje thee zet gebruik je dit verwarmingselement ook omdat deze verwerkt is in een waterkoker. De dompelaar zelf kan je ook meenemen naar bijvoorbeeld een hotelkamer of op kantoor omdat een dompelaar gemakkelijk is mee te nemen, en zonder hulpmiddelen direct in een beker met water ondergedompeld worden.

Theorie

De formule is:

Warmte = Elektrische energie = Vermogen x Tijdsduur
(door dompelaar) (door dompelaar) (van de dompelaar)
(in kWh) (in kWh) (in kW) (in h)

In symbolen: Q = Eel = P x t

Q = Warmte P = Vermogen
Eel = Elektrische energie t = Tijdsduur

Het symbool P geeft het vermogen aan dat op elk elektrisch apparaat vermeldt staat. Aan het vermogen kan je zien hoeveel elektrische energie het apparaat in een bepaalde tijd omzet in warmte. Dit kan je aangeven in 2 verschillende eenheden van energie: kWh en Joule.
1 kWh = 3,6 x 10^6 Dit kan je afleiden uit de volgende berekening:

De volgende formule is de formule van de Temperatuurverandering:

∆T = T eind – T begin

Nu we deze formule kunnen we weer op het volgende aansluiten: het berekenen van de warmtecapaciteit. De formule die daarbij hoort is:

Q : ∆T = C

Q = Warmte in J
∆T = Temperatuurverschil in °C
C = Warmtecapaciteit in J/°C

Er komt een constante uit omdat Q en ∆T recht evenredig zijn. De evenredigheidsconstante heeft nu een eigen naam: de warmtecapaciteit, die net zoals op de vorige bladzijde weergegeven word met het symbool C. Deze formule geldt alleen als er geen faseverandering (koken of smelten) en als er geen warmte-uitwisseling met de omgeving plaatsvindt.

Meetopstelling/-methode

De onderzoeksvraag bij deze proef is:
Wat is het verband tussen de warmte die je toevoert en de temperatuurstijging?

Meetopstelling

De proef word gedaan met een: een dompelaar, een thermometer, een calorimeter met passende deksel, een roerstaaf en een stopwatch.(Zie fig. 2.26)
In de calorimeter gieten we 120 ml water,in het water doen we de roerstaaf, dompelaar en de thermometer.

Meetmethode

Voor we de proef beginnen meten we eerst de begintemperatuur op, vervolgens meten we om de 30 seconden met de stopwatch en kijken hoeveel de temperatuur van het water is gestegen.
Tijdens de proef roeren we met de roerstaaf door het water zodat de warmte in het water gelijkmatig verdeelt is.

Conclusie

Onderzoeksvraag:
Wat is het verband tussen de warmte die je toevoert en de temperatuurstijging?

Het verband tussen de warmte die je toevoert en de temperatuursstijging van een voorwerp is een recht evenredig verband. De grafieklijn is een rechte, schuine lijn die door de oorsprong gaat. Hoe meer warmte je toevoert, des te hoger is de temperatuurstijging van een voorwerp. Bij deze proef bedoelen we met het voorwerp de caloriemeter met het water erin. Het verband tussen de temperatuurstijging en de toegevoerde warmte kun je ook weergeven.

Extra informatie

Waarom kWh?
Thuis gebruik je apparaten ook al vaak een uur en apparaten hebben meestal ook een groot vermogen. kWh is daarom een eenheid voor een ‘huishoudelijk’ gebruik. Ook rekent het energiebedrijf ongeveer 15 eurocent voor een iedere gebruikte kWh energie. Dit energieverbruik wordt afgelezen op de kWh-meter in de meterkast. Als men alles in Joule moet doen moeten er teveel cijfers worden gebruikt en word het onhandig.

Wat is een calorimeter?
Een calorimeter is een goed geïsoleerde pot met een passend deksel. Letterlijk betekent het ‘’meter voor warmte’’ maar er wordt eigenlijk geen warmte rechtstreeks gemeten. Andere benamingen voor dit soort bekers zijn joulemeter, joulebak of joulebox. Door een gat in het deksel kun je een thermometer erin doen om de temperatuur van de stof die erin zit op te meten.