De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

2vervormingen 4sommen over warmte 3warmte 5isolatie PPT MATERIALEN Newton H 3 2015-16 CoBTn 1gasdruk en gaswetten.

Verwante presentaties


Presentatie over: "2vervormingen 4sommen over warmte 3warmte 5isolatie PPT MATERIALEN Newton H 3 2015-16 CoBTn 1gasdruk en gaswetten."— Transcript van de presentatie:

1 2vervormingen 4sommen over warmte 3warmte 5isolatie PPT MATERIALEN Newton H CoBTn 1gasdruk en gaswetten

2 Druk Kolomdruk eenheden Absolute nulpunt T=-273,15 o C Boyle Algemene Gaswet Drukwet Volumewet 1 bar = 1000 mbar= 10,0 N/cm 2 = Pa = 1 atm 1000 hPa = 10.0 m H 2 O= 76 cmHg = 760 Torr spiekbriefje

3 1 Idee van druk Vbn 1 plat  druk laag 12 kg, 3x3x0,5 dm 3 rechtop  druk hoog Vbn 2 Meisje van 60 kg op twee naaldhakken van 2x0,5 cm 2

4 Kolomdruk Vbn 3 Hoe hoog is de druk op ‘n diepte van 10 m? Neem een doorsnede A = 1 cm 2 Volume V=h.A=1000 (cm)x1(cm 2 )=1000(cm 3 ) Massa m=ρV=1(gr/cm 3 )x1000(cm 3 )=1000(gr) Kracht F=mg=1(kg)x10(N/kg=10(N) Druk Algemeen Vbn 4 Druk onder 76 cm kwik APPLET

5 Vbn 5 Druk meten (1)metaal manometer (2)Open manometer (3)Gesloten manometer Buitendruk stijgt  Doosje ingedeukt  Wijzer draait met klok mee gas b b h p p = b + h p = 10,0 + 0,30 mH 2 O p = 10,3 mH 2 O p = 1,03 atm p = h p = 0,34 mHg p = 13600x9,8*0,34 p = 45x10 3 Pa p h

6 Bathyscaaf Trieste 1960 Auguste Picard Jacques Picard Mariananen trog 11 km diepte Vbn 6 Druk op 11 km diepte? Kracht op ruitje van 20x20 cm 2

7 Wet van Boyle KLIK HIER KLIK HIER voor een applet p (N/cm 2 ) V (cm 3 ) pV (Ncm) Vbn 6 Volume van een Kip Bereken het volume van een kip als gegeven dat de druk stijgt van 1,00 naar 1,06 bar als het volume daalt van 10,0 naar 9,5 L. Gaswetten

8 Vbn 7 Drukwet Gay Lussac K V Gassen krimpen als ze afkoelen ALLE gassen hebben V=0 bij zelfde temperatuur: -273 o C V o C absolute nulpunt Nieuwe temperatuurschaal: de Kelvin: T=t+273 Lijnen door de oorsprong:

9 Vbn 8 Volumewet van Gay Lussac p T T p Gasdruk verlaagt bij afkoelen ALLE gassen hebben p=0 bij zelfde temperatuur: -273 o C absolute nulpunt Nieuwe temperatuurschaal: de Kelvin: T=t+273 Lijnen door de oorsprong:

10 Schoolboekensommetjes I Vbn 9 zuiger Het gas onder een zuiger heeft bij 20 o C en volume van 2,0 L, Wat zal het volume zijn na verwarming tot 40 o C? Vbn 10 Stoommachine Een gas maakt het kringproces ABCDA. In punt A is de temperatuur 400 K. Bereken de andere temperaturen L A C B p(bar) V (L) 2 1 D

11 Schoolboekensommetjes II Vbn 11A voetbal Een bal van druk p=2,0 bar stijgt van 20 naar 40 o C. Wat wordt de druk? Vbn 11B fietsband Een fietsband van 20 o C met druk p=2,0 bar staat in de zon en knapt bij 2,5 bar. Bij welke temperatuur zal dat zijn? De temperatuur is dus

12 MOL SOMDUIKFLES Duikers hebben op hun rug een duikfles met samen­­­- geperste lucht om onder water te kunnen ademhalen. In een volle fles zit 12,0 L lucht met een druk van 200 bar = 20,0 MPa. De luchttemperatuur is 20,0 o C. ABereken de massa van 1 mol lucht. Neem aan dat lucht voor 20% uit zuurstof en voor 80% uit stik- stof bestaat. BBereken hoeveel kg lucht in de duikfles is. Eerst aantal mol uit de algemene gaswet: dan de massa uit de molmassa: MOL SOMDUIKFLES

13 2 VERVORMINGEN MATERIALEN

14 Vbn 1 trekspanning De TREKSPANNING σ op een draad is de kracht per m 2 Een staaldraad heeft een dikte van 1,0 mm. Een meter van die draad heeft een massa van 6,2 gr. De draad heeft een cirkelvormige doorsnede. ABereken de trekspanning boven in een draad van 6 km lengte. BIdem, halverwege Eerst oppervlak doorsnede dan draad massa en gewicht tot slot trekspanning boven Halverwege zijn massa en F z de helft, σ dus ook: σ= 2,37x10 -8 (N/m 2 )

15 Vbn 2 rek elastiekje WET VAN HOOKE PROEF Aan een elastiekje van 50 cm wordt een serie blokjes van 50 gr gehangen. De resultaten staan in de tabel hieronder. Maak de tabel af en maak een grafiek van rek tegen kracht. De REK van een draad is het deel dat er bij komt F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0,050 0,554 1,058 1,562 2,066 2,571 3,076 3,581 4,087 4,594 F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0,0500 0,5544 1,0588 1, , , , , , ,59444 F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0, ,554412,5 1,058812,5 1, ,5 2, ,5 2, ,9 3, ,5 3, ,3 4, ,8 4, ,2 F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0,0500-0,00 0,554412,50,08 1,058812,50,16 1, ,50,25 2, ,50,32 2, ,90,42 3, ,50,52 3, ,30,62 4, ,80,74 4, ,20,88

16 Vbn 3 elastische en plastische vervorming ELASTISCHE VERVORMING Na belasting herstelt de oude vorm weer PLASTISCHE VERVORMING Na belasting verandert de vorm

17 Vbn 4 trekcurve en elasticiteitsmodulus IELASTISCH IIPLASTISCH IIIINSNOERING IVBREUK Hoeveel rekt de stalen draad van vbn1 van 6 km uit onder zijn eigen gewicht? BINAS 9 E staal = 0,20x10 12 (Pa) Vbn 1 : σ = 4,74x10 8 (N/m 2 ) De elasticiteitsmodulus E (N/m 2 ) is een maat voor de stijfheid van een materiaal, het is de verhouding tussen trekspanning en rek.

18 Vbn 5 begripsvragen trekspanning en rek AWelke van de volgende eigenschappen zijn stofeigenschappen: trekspanningdichtheid weerstand soortelijke weerstand? BEen draad heeft rek є = 1 (-). Wat is er dan met de draad gebeurd? CLeg uit wat de stofeigenschap is die met rekken te maken heeft? Trekspanning  hoe hard je trekt aan cm 2 NEE Dichtheid  aantal gr per cm 3 materiaalJA Weerstand  hangt af van mtaeriaal maar ook van l en ANEE Soort wstd  hangt af niet van van l en A afJA Rek 1  er komt een extra lengte bij  2x zo lang Elasticiteitsmodulus:trekspaning nodig voor rek 1

19 vbn 6 elasticiteitsmodulus koper Op een draad van 3,00 m lengte met een dikte van 1 mm wordt een trek- kracht van 31,5 N uitgeoefend. De draad rekt daardoor 1,0 cm uit. ABepaal de rek. BBereken de elasticiteitsmodulus van het materiaal. En bepaal daarmee welk spul het kan zijn. CDe treksterkte van het materiaal is 220x10 6 (N/m 2 ). Bij welke trekkracht breekt de draad? Eerst oppervlakte A=πr 2 =3.14.0,5 2 =0,785(mm 2 )=7,85x10 -7 (m 2 ), en E-modulus dan trekspanning Volgens BINAS 8moet dit haast wel koper zijn!

20 Vbn 7 elasticiteitsmodulus goud De elasticiteitsmodulus van goud is 79x10 9 (N/m 2 ). Je gaat een gouddraad onderzoeken met een dikte van 1,0 (mm). Door een trekkracht rekt de draad 0,1% uit. ABepaal de rek van de draad. BBereken de trekspanning nodig voor deze rek. CBereken de kracht nodig voor deze rek.

21 Vbn 8 elasticiteitsmodulus spinrag Wetenschappers die de sterkte van spinnendraad hebben getest waren in staat 0,11 N aan de draad te hangen voordat deze brak. De draad rekte daarbij 35% uit. De dikte van de draad was 0,02 (mm). AWelke rek hoort bij een uitrekking van 35%? BBereken de trekspanning op het moment dat deze brak? CBereken de elasticiteitsmodulus van de draad van het spinnenweb.

22 3WARMTE MATERIALEN

23 Jampot 1-punts-thermometer2-punts-thermometer lucht zet uit  vloeistof  vloeistof Hoger = heter  lichaamstemp.F: vrpt zout wat. + hand Kwalitatiefkwalitatief o C:vrpt + kpt water Waar komen die andere schalen vandaan? Proef: temperatuurgevoel heeft geschiedenis  Je handen zijn kwalitatief en niet objectief  Behoefte aan kwantitatief meetinstrument Heet hand Koud 100 schaal ?!? CELSIUSFAHRENHEIT Temperatuur

24 warmte Q versus temperatuur T BEGRIPOMSCHRIJVINGINSTRUMENT Warmte vorm van energiejoulemeter Temperatuur maat voor snelheid moleculenthermometer Mengproeven maken het verschil +  spijker (200 o C)20,020,1 +  baksteen (100 o C)2040 Hoeveelheid warmte hangt OOK van hoeveelheid materiaal af!

25 Land- en zeewind: simpele natuurkunde Zomer ‘s morgensland koud & zee (nog) warm boven zee relatief hoge druk zeewind Zomer ‘s middagsland heet & zee even warm boven land relatief hoge druk landwind CONCLUSIEZand wordt sneller warm dan water (dagen vs maanden)  Soortelijke warmte zand en water verschilt fa  c water = 4200 (J/kg o C) en c zand = 460 (J/kg/ o C) 2530 H L 2510 H L

26 Vbn 1 Soortelijke warmte Q=m.c.ΔT c water =4200 (J/kg o C)  1 kg water 1 o C verhitten kost 4200 Joule  2 kg water 3 o C verhitten kost 2x3x4200 J  m kg water ΔT o C verhitten kost mx4200xΔT c zand = 460 (J/kg o C)  1 kg zand 1 o C verhitten kost 460 Joule  5 kg zand 6 o C verhitten kost 5x6x460 J  m kg zand ΔT o C verhitten kost mx460xΔT Algemeen Q = m.c.ΔT Vbn 1 mengen: temperaturen raden en berekenen Mengen doe je je hele leven al: je kunt vast de eindtemperatuur wel raden. (A) 1 kg water 20 o C + 1 kg water 40 o C  2 kg water ? o C (B) 3 kg water 20 o C + 1 kg water 40 o C  4 kg water ? o C (C) 1 kg zand 20 o C + 1 kg water 40 o C  2 kg mengsel ? o C

27 Q=mcΔTQ=mcΔT ABCABC

28 Vbn 2 Proef van Joule: c water meten Vbn 2 opstelling Joule Een onbekende massa M zakt 10 m omlaag en drijft een turbine aan. Deze turbine wordt gebruikt om 1 kg water door wrijving te verhitten. Stel dat ‘t water 10 o C in tem- peratuur stijgt, hoe groot is dan de massa die je nodig hebt in deze proef? h = 10 m De proef van Joule is een precisie-experiment, waarin het om tienden van graden gaat. Daarom meten wij c water anders, elektrisch.

29 Vbn 3 dompelaar: c vloeistof A V Vbn 3 hoe lang verhitten? Een dompelaar van 12 V waar 2 A door loopt wordt gebruikt om 200 ml water te verhitten. Hoe lang duurt het om het water 10 o C te laten stijgen? Isolatie-maatregelen Dubbele pan  Geleiding Deksel  Stroming Aluminium  Straling

30 Vbn 4 overhevelen: c vastestof Vbn 4 overhevelen blokje Een blok van m=50 gr haal je uit kokend water en stop je in 100 gr water van 20 o C. De temperatuur stijgt dan naar 23 o C. Bereken c blok

31 Vbn 5 smeltwarmte Smeltwarmte Ijs = aantal Joule nodig om 1 kg ijs te laten smelten Vbn 5 smeltwarmte IJs meten Beker water M=50 gr met ijsblok m=20 gr laten staan tot het ijs is gesmolten. Met thermometer de temperatuur volgen, zie grafiek. T o C (min) AIngestraald vermogen uit temperatuurstijging water BIngestraalde energie in 18 (smelt)minuten CSmeltwarmte BINAS 334 (kJ/kg) Fout ca 20%

32 P1 Soortelijke warmte vloeistof A V DOEL Soortelijke warmte vloeistoffen meten METHODE Verwarmen in Joulemeter met warmtecapaciteit W =220 (J/K) met behulp van een dompelaar, RESULTAAT Het kost t=450(s) om met V=12(V), I=2,0(A) en m water =50 (gr) een temperatuurstijging ΔT=10( o C) te krijgen. Zonder met warmtecapaciteit rekening te hou- den komt er: Met warmte capaciteit

33 P2 Soortelijke Warmte Vaste Stof DOEL Soortelijke warmte vaste stof meten. METHODE Blokje in kokend water hangen (100 o C) en overhevelen naar bakje met 100 gr water dat iets in temperatuur stijgt, meet de temperaturen. RESULTATEN m blok =50 (gr). T water =20  27,5 ( o C) CONCLUSIE Bij aluminium gaat moet 880 J/kg o C zijn, 10% te laag dus. Storende facto- ren zijn (1) dat het overhevelen te lang duurt en (2) dat het blokje te heet was (bodem!). Welke factor levert een te lage c?

34 MATERIALEN 4 SOMMEN OVER WARMTE

35 I MENGSOM We brengen 60 gr aluminium van 100 o C in 70 gr water van 14 o C. A Wat wordt de eindtemperatuur? Er hangt 3 gr water aan het aluminium en beide hebben ‘’n temperatuur van 95 o C. B Welke temperatuur wordt er nu bereikt?

36 II WATER KOKEN! Je verwarmt 1 li water met een elektrische kookplaat van 500 W. De begintemperatuur is 16 o C. De warmteoverdracht is perfect, er is geen energieverlies. A Hoe hoog is de temperatuur na 1 minuut? B Hoe lang duurt voor het water kookt? C Zelfde vraag, maar nu gaat 40 % van de warmte verloren. 60% nutttig  de temperatuurstijging/minuut is navenant lager  ∆T=0,6x7,14=4,28 ( o C)

37 III KOKEN MET WARMTEVERLIES Een dompelaar is aangesloten op 12 V en er loopt een stroom van 1,5 A. Je verwarmt hiermee 200 gr water vanaf 16 o C. Boven 25 o C begint de warmte merkbaar weg te lekken, de temperatuur wordt niet hoger dan 55 o C A Bereken ∆T na één minuut. B Na hoeveel tijd wordt de 25 o C bereikt? C Na hoeveel tijd zou zonder Q-verlies de 55 o C bereikt worden? D Schets de T,t-grafiek. ∆T groter  meer warmteverlies  T stijgt trager  helling T,t-grafiek daalt 55

38 IV c UIT T,t-GRAFIEK HALEN Een glas heeft ‘n warmtecapaciteit van 70 J/K. Je giet er 200 gr water in en gaat het met een dompelaar verwarmen. Hiernaast zie je de T,t- grafiek voor twee vloeistoffen, de zwarte grafiek is het water, de blauwe gra-fiek hoort bij een andere vloeistof(ook 200 gr). A Welke vloeistof heeft de hoogste c? C Bereken de soortelijke warmte van de blauwevloeistof. Blauwe grafiek steiler  verhitten gaat sneller  minder warmte nodig  blauwe vloeistof heeft lagere c B De zwarte grafiek is water bereken het vermogen van de dompelaar.

39 V LEERLINGEN ALS KACHELS! Een lokaal tussen 2 andere lokalen verliest 500 kJ/h.K aan de gevel en 300 kJ/h.K door de gangwand. In de lokalen is het 20 o C, buiten 4 o C en op de gang 16 o C. A Hoeveel warmte verliest het lokaal per uur? B Waarom hoef je niet naar de andere wanden te kijken? Er zitten 25 lln in de klas die gemiddeld 100 W afgeven. C Hoeveel vermogen moet de kachel leveren om op temperatuur te blijven? D En als er ook nog ventilatie is? ventileren  warmtelek  meer dan 56 W

40 VI GEOTHERMISCHE ENERGIE In Nederland zit er op 3 km diepte water van 100 o C. Er wordt 1 m 3 water zonder warmteverlies omhoog gepompt, de pomp is ideaal. A Hoeveel zwaarte-energie kost dat? B Hoeveel energie komt er vrij als 1 kuub van 100 tot 20 o C afkoelt? C Het ‘economisch rendement’ is de verhouding van winst en investe- ring. Bereken dit voor een pomp met een rendement van 85%. Geothermische energie is goede handel!

41 5ISOLATIE MATERIALEN

42 T1 GELEIDING Geleiding doorgeven warmtebeweging botsende moleculen alleen in vaste stoffen, vooral bij metalen. Vloeistoffen geleiden nauwelijks en gassen geleiden niet. VIDEO OVER WARMTETRANSPORT

43 T2 STROMING Stroming of convectie vervoer warmte doordat vloeistoffen en gassen gaan bewegen (stromen) alleen in vloeistoffen en gassen verhitten  uitzetten materiaal  dichtheid daalt  materiaal stijgt op FzFz F opw

44 T3 STRALING Straling Transport via onzichtbare stralen uit hete bron naar alle richtingen Alleen door transparante media breking, reflectie, interferentie

45 ISOLEREN TEGEN Strominggaten dichten  isolatiemateriaal Geleidinggeen warmtebruggen  dubbele muren/glas Stralingreflectie  aluminium folie T4 WARMTE THUIS: ISOLATIE

46 T5 Warmtegeleidingscoefficient λ (W/mK) P uit d (m) A (m 2 ) HOMOGENE MATERIALEN Warmtegeleidingscoefficient λ (W/mK) warmte uitstroom per sec door oppervlak A = 1 (m 2 ) door laag van d = 1 (m) bij temperatuurverschil ΔT = 1(K) VERMOGENSUITSTROOM P A dubbel  P dubbel ΔT dubbel  P dubbel d dubbel  P halveert materiaalλ (W/mK) baksteen0,80 glas0,80 lucht0,024 ijs2,1

47 bakstenen muur λ = 0,80 (W/mK) In een kamer is het 10 o C, buiten 0 o C. Er is 1 bakstenen muur waardoor warmte uitstroomt: dikte 20 cm, hoogte 2,0 m breedte 4,0 m. A Bereken de uitstroom door de muur per uur in Joule. B Hoeveel 60 W lampen zijn er nodig om de temperatuur constant te houden? Eerst de uitstroom per seconde dan de uitstroom per uur Aantal lampen N

48 lucht - 10 o C water 0 o C ijs 0 o C aangroei ijs λ = 2,10 (W/mK) P uit Buiten is het – 10 o C, op de sloot ligt 10 cm ijs. De smeltwarmte van ijs is 334x10 3 (J/kg). Hoe lang duurt het voor er een aangroei is van 1 cm ijs? Gegeven: λ ijs = 2,1 W/mK en ρ ijs =0,9 (kg/dm 3 ). Eerst de uitstroom per m 2, dan de benodigde energie uit de massa en de smeltwarmte, En tot slot de tijd uit de uitstroom, Bij – 10 o C lijkt 2 of 3 cm ijsgroei per nacht haalbaar. Maar denk er om: de grafiek vlakt af bij een dikkere ijslaag.

49 Vbn 6 AFKOELEN KOFFIE K=1 K=10 VERGELIJKINGEN Puit=K*(Tkoffie-T0) Tkoffie=Tkoffie-Puit*dt/(m*c) t=t+dt tmin=t/60 STARTWAARDEN T0=20 Tkoffie=90 m=0,100 c=4200 K=1,00 t=0 dt=1 Vermogensuitstroom evenredig met temperatuurverschil met de omgeving. K is de factor die dit regelt (K=0 geen uitstroom)

50 Vbn 7 WATER KOKEN (MET UITSTROOM) Pin=500 W Pin=800 W VERGELIJKINGEN Puit=K*(Tpan-T0) Als Tpan<100 dan Tpan=Tpan+(Pin-Puit)*dt/(m*c) Eindals t=t+dt tmin=t/60 STARTWAARDEN T0=20 Tpan=20 m=0,500 c=4200 Pin=800 K=10 t=0 dt=1 Er is een forse uitstroom van vermogen naar de omgeving, K is de factor die dit regelt.

51 VERGELIJKINGEN Als T<5 dan Q=P*dt dm=Q/Cijs mijs=mijs-dm Mwater=Mwater+dm als mijs<0 dan T=T+Q/(Mwater*cwater) Eindals t=t+dt tmin=t/60 Eindals STARTWAARDEN T=0 Mwater=0,050 mijs=0,020 P=5 cwater=4200 Cijs= t=0 dt=1 Vbn 8 TEMPERATUUR SMELTEND IJS Dit model voor het smelten van ijs mbv de smeltwarmte van J/kg: in 50 gr water zit 20 gr ijs dat smelt. Er is een vermogensinstroom van 5 W, en als mijs=0 dan gaat de temperatuur oplopen.

52 Vbn 2 rek elastiekje WET VAN HOOKE PROEF Aan een elastiekje van 50 cm wordt een serie blokjes van 50 gr gehangen. De resultaten staan in de tabel hieronder. Maak de tabel af en maak een grafiek van rek tegen kracht. De REK van een draad is het deel dat er bij komt F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0,050 0,554 1,058 1,562 2,066 2,571 3,076 3,581 4,087 4,594 F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0,0500 0,5544 1,0588 1, , , , , , ,59444 F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0, ,554412,5 1,058812,5 1, ,5 2, ,5 2, ,9 3, ,5 3, ,3 4, ,8 4, ,2 F (N)L (cm)ΔL (cm)C (N/m)ε ( - ) 0,0500-0,00 0,554412,50,08 1,058812,50,16 1, ,50,25 2, ,50,32 2, ,90,42 3, ,50,52 3, ,30,62 4, ,80,74 4, ,20,88

53 EINDE


Download ppt "2vervormingen 4sommen over warmte 3warmte 5isolatie PPT MATERIALEN Newton H 3 2015-16 CoBTn 1gasdruk en gaswetten."

Verwante presentaties


Ads door Google