3 vragen over warmteoverdracht
1. Bekijk de volgende afbeelding!
Als drie pijpen in een gesloten glazen doos worden geplaatst zoals op de afbeelding te zien is, en de rook van een papierrol aan het uiteinde van pijp B wordt geplaatst en via deze pijp naar binnen stroomt, zal de rook vervolgens weer via pijpen A en C naar buiten gaan, zoals op de afbeelding te zien is, dan gebeurt dit door de warmteoverdracht.
A. convectie
B. geleiding
C. inductie
D. straling
Discussie
Dit fenomeen treedt op door warmteoverdracht via convectie. Convectieve warmteoverdracht is de overdracht van warmte die gepaard gaat met de beweging van materie. Voorbeelden van convectieve warmteoverdracht zijn wind, kokend water of de beweging van rook, zoals te zien is in de afbeelding hierboven.
Hoe verklaar je de beweging van rook zoals weergegeven in de afbeelding hierboven? In een gesloten glazen doos bevindt zich een brandende kaars. De kaarsvlam verwarmt de omringende lucht, waardoor de temperatuur van de lucht in de glazen doos stijgt. Deze temperatuurstijging zorgt ervoor dat de lucht uitzet (het volume neemt toe). Door deze uitzetting neemt de dichtheid van de lucht af. De dichtheid van de lucht buiten de glazen doos is dus groter dan de dichtheid van de lucht binnenin de glazen doos. Gassen bewegen van nature van gebieden met een hoge luchtdichtheid naar gebieden met een lage luchtdichtheid. Dit verschil in luchtdichtheid zorgt ervoor dat rook van buiten de glazen doos, waar de luchtdichtheid hoog is, naar binnen stroomt, waar de luchtdichtheid laag is.
Eenmaal in de glazen doos verwarmt de kaarsvlam de rook, waardoor de temperatuur en het volume toenemen. Dit verhoogt de dichtheid van de rook, waardoor deze omhoog stijgt naar gebieden met een lagere luchtdichtheid. Bedenk dat hoe hoger een plek zich boven de grond bevindt, hoe lager de luchtdichtheid is, omdat de zwaartekracht daar afneemt.
Het juiste antwoord is A.
2. Besteed aandacht aan de onderstaande verklaring:
1. Het water in de pan kookt omdat het verwarmd wordt.
2. Overdag voelt het warmer aan dan 's nachts.
3. Kookgerei heeft over het algemeen houten of plastic handvatten.
4. De brandende kaars zal smelten totdat hij volledig is opgebrand.
Uit de verklaring die stelt dat het effect van straling een getal is...
A. 1 en 3
B. 1 en 4
C. 2 en 4
D. 2 en 3
Discussie
Bewering 1: Het water in de pan kookt omdat het verwarmd wordt.
Het klopt dat er warmte van de vlam naar de container wordt overgedragen door straling, en dat er ook warmte van de container naar het water wordt overgedragen door geleiding. Maar kokend water is een direct gevolg van warmteoverdracht door convectie.
Stelling 2: Overdag voelt het warmer aan dan 's nachts.
Overdag schijnt de zon op het aardoppervlak door middel van straling.
Stelling 3: Kookgerei heeft over het algemeen houten of plastic handvatten.
Als het handvat van het kookgerei van metaal is, worden de handen van de kok heet omdat de warmte via het handvat wordt overgedragen.
Stelling 4: Een brandende kaars smelt totdat hij helemaal is opgebrand.
De was smelt door de warmteoverdracht van de vlam naar de was via straling.
De beweringen die de effecten van straling beschrijven, zijn dus 2 en 4.
Het juiste antwoord is C.
3. De juiste convectie in vloeistoffen wordt weergegeven in de afbeelding...
Discussie
Warmteoverdracht door convectie is de overdracht van warmte die gepaard gaat met de beweging van materie. Voorbeelden van natuurlijke convectie zijn het koken van water tijdens verhitting of het ontstaan van land- en zeewind.
In het bovenstaande proces wordt warmte eerst door geleiding van het vuur naar de container overgedragen , en vervolgens door geleiding van de container naar het water. Daarna wordt warmte door convectie van watermoleculen naar andere watermoleculen overgedragen.
Het water onderin de container is warmer, waardoor het uitzet en de dichtheid afneemt. Het water erboven, ofwel het water aan het oppervlak, is daarentegen koeler en heeft daardoor een hogere dichtheid.
Het water onderin de container heeft een lagere dichtheid, waardoor het gaat drijven en wordt vervangen door het water met een hogere dichtheid erboven. Deze waterbeweging in de container gaat door totdat al het water dezelfde temperatuur bereikt, ofwel kookt.
Een nauwkeuriger diagram dat het proces van waterconvectie in een container beschrijft, is te vinden in antwoord C. De reden hiervoor is dat het warmere water dat is uitgezet, onmiddellijk naar boven beweegt en niet eerst zijwaarts.
Het juiste antwoord is C.
