Als je op een houten stoel gaat zitten, wordt het oppervlak van de stoel warm. Omgekeerd, als je op een stoel van plastic of metaal gaat zitten, voelt het oppervlak van de metalen of plastic stoel niet warm aan. Waarom is het oppervlak van een houten stoel warm, terwijl dat van een metalen stoel niet zo is? Waarom kan slapen op een koude vloer zonder matras pijn veroorzaken? Heb je ooit een koude jas gedragen? Waarom zijn de meeste koude jassen van wol gemaakt? Er zijn nog veel vragen en opmerkingen over dit onderwerp. warmteoverdracht door geleiding.
Neem een kaars en een stukje dun draad. Houd één uiteinde van het draad vast en raak met het andere uiteinde de kaarsvlam aan. Wacht even tot je hand warm aanvoelt. Waarom voelt je hand warm aan? Wanneer het ene uiteinde van het draad de kaarsvlam aanraakt, verplaatst de warmte zich van de kaarsvlam (hoge temperatuur) naar het andere uiteinde van het draad (lage temperatuur). Door deze warmteoverdracht stijgt de temperatuur van het uiteinde van het draad dat de vlam aanraakt. Het temperatuurverschil tussen het uiteinde van het draad dat de kaarsvlam aanraakt en het andere uiteinde zorgt ervoor dat de warmte zich verplaatst van het uiteinde dat de vlam aanraakt naar het uiteinde dat je hand aanraakt. warmteoverdracht Hierdoor stijgt de temperatuur van het aangeraakte uiteinde van de draad. De warmte verplaatst zich vervolgens naar je koelere hand, waardoor je hand warm aanvoelt.
Wanneer een deel van een object suhu contact met een voorwerp met een lage temperatuur, calorie Het verplaatsen van een object met een hoge temperatuur naar een object met een lage temperatuur. De extra energie zorgt ervoor dat de atomen en moleculen waaruit het object bestaat, sneller gaan bewegen. Tijdens deze beweging hebben de moleculen kinetische energie (EK = ½ mv).2Moleculen die sneller bewegen (en dus een grotere kinetische energie hebben) botsen met de moleculen ernaast. Deze moleculen botsen vervolgens weer met andere moleculen ernaast. Enzovoort. De moleculen botsen dus met elkaar en dragen energie over. De warmteoverdracht die plaatsvindt door botsingen tussen de moleculen waaruit een object bestaat, wordt warmtegeleiding genoemd.
De formule voor warmteoverdracht door geleiding
Het object aan de linkerkant heeft een hogere temperatuur (T).1) terwijl het object aan de rechterkant een lagere temperatuur heeft (T2Vanwege het temperatuurverschil (T).1 - T2Warmte stroomt van een object met een hoge temperatuur naar een object met een lage temperatuur (de warmtestroom is naar rechts). Het object waar de warmte doorheen stroomt heeft een dwarsdoorsnede (A) en een lengte (l).
Op basis van de resultaten van het experiment is de warmteoverdracht gedurende een bepaald tijdsinterval (Q/t) recht evenredig met het temperatuurverschil (T).1 - T2De warmteoverdrachtssnelheid door geleiding is afhankelijk van de dwarsdoorsnede (A), de eigenschappen van een object (k = thermische geleidbaarheid) en is omgekeerd evenredig met de lengte van het object. De formule voor de warmteoverdrachtssnelheid door geleiding is:
Beschrijving: Q/t = warmteoverdrachtssnelheid, k = thermische geleidbaarheid, A = dwarsdoorsnedeoppervlak, T1 = hoge temperatuur, T2 = lage temperatuur, l = objectlengte.
Toepassing van warmteoverdracht door geleiding
Waarom voelen tegels koeler aan dan tapijt? Tegels hebben een hogere warmtegeleidingscoëfficiënt dan tapijt. Tegels geleiden warmte goed, terwijl tapijt dat slecht doet. Wanneer we op tapijt stappen, stroomt de warmte van onze voeten naar het tapijt. Dit komt doordat onze lichaamstemperatuur hoger is dan de temperatuur van het tapijt. Tapijt is een slechte warmtegeleider, waardoor de warmte die van onze voeten afstraalt zich ophoopt op het oppervlak van het tapijt, waardoor het tapijt warmer aanvoelt. Wanneer we op tegels of keramiek stappen, stroomt de warmte van onze voeten naar de tegels of het keramiek. Omdat tegels goede warmtegeleiders zijn, blijft de warmte niet op het oppervlak van de tegels hangen. De warmte stroomt er gemakkelijk doorheen, waardoor onze voeten koud aanvoelen. Als je in een koud gebied woont, is het verstandig om je slaapkamervloer met tapijt te bedekken, zodat je lichaam geen warmte verliest. Omgekeerd, als je in een warm gebied woont, is het beter om je slaapkamervloer niet met tapijt te bedekken, want dan voel je het niet koel maar juist warm 😉
Slapen op de vloer zonder matras kan ziekte veroorzaken. Waarom? Omdat er veel warmte van je lichaam naar de vloer wordt overgedragen. Warmte is energie in beweging. Wanneer je lichaam veel warmte verliest, neemt je energieniveau af. Als je energie tekortkomt, kun je ziek worden!
Wat is de functie van ramen en deuren? Waarom zouden deuren en ramen van hout gemaakt moeten zijn? 's Nachts is de buitentemperatuur lager dan de binnentemperatuur. Dit temperatuurverschil zorgt ervoor dat warmte van binnen naar buiten ontsnapt. Daarom sluiten we 's nachts meestal de deuren en ramen. Naast het afschrikken van inbrekers, is een van de functies van ramen en deuren het voorkomen van warmteverlies. Deuren en ramen zijn meestal van hout gemaakt. De warmtegeleidingscoëfficiënt van hout is laag genoeg om als warmte-isolator te fungeren. Een andere functie van ramen en deuren is het vasthouden van lucht. Lucht die aan de binnenkant van het raam of de deur is opgesloten, werkt als een goede isolator (waardoor warmteverlies wordt voorkomen). De warmtegeleidingscoëfficiënt van lucht is erg laag. Hoe lager de warmtegeleidingscoëfficiënt van een object, hoe moeilijker het is voor warmte om door geleiding door dat object te gaan.
Naast het behouden van onze status als beschaafde en normale mensen 🙂, dient kleding ook om een stabiele lichaamstemperatuur te behouden. De kleding die we dragen is meestal aangepast aan de luchttemperatuur. Wanneer de luchttemperatuur erg laag is, dragen we dikkere kleding. Dekens of dikke kleding (jassen, enz.) belemmeren de luchtcirculatie. Lucht blijft gevangen tussen de huid en de jas of deken. Omdat er een temperatuurverschil is tussen ons lichaam en de gevangen lucht, gaat warmte van het lichaam naar de lucht. De extra warmte van het lichaam zorgt ervoor dat de temperatuur van de gevangen lucht stijgt (de lucht wordt warmer). Kijk naar de tabel met warmtegeleidingscoëfficiënten hierboven. De warmtegeleidingscoëfficiënt van lucht is erg laag. Daarom kan warmte niet uit het lichaam ontsnappen. Onze lichaamstemperatuur blijft stabiel. Als we geen jas dragen wanneer de lucht erg koud is, ontsnapt er warmte uit ons lichaam. Hoe meer warmte er uit het lichaam ontsnapt, hoe meer energie het lichaam verliest.
Contoh soal
1. Nationale examenopgave A81 nr. 10 2011/2012
Let goed op de volgende verklaring!
(1) Metaalgeleidbaarheid
(2) Het temperatuurverschil tussen de metalen uiteinden
(3) Lengte van metaal
(4) Metaalmassa
De factoren die de snelheid van warmtevoortplanting in metaal bepalen zijn...
A. (1), (2) en (3)
B. (1) en (4)
C. (2) en (4)
D. (3) en (4)
E. (4) alleen
Discussie
Volgens de formule voor de warmteoverdrachtssnelheid door geleiding zijn de factoren die de warmteoverdrachtssnelheid bepalen: de geleidbaarheid van het metaal (k), het temperatuurverschil tussen de uiteinden van het metaal (T) en de lengte van het metaal (l). De massa van het metaal heeft geen invloed.
Het juiste antwoord is A.
