waarneembare warmte
Om de fysica van waarneembare warmte te begrijpen, is het belangrijk dat je het deeltjesmodel kent. Indien je de uitbreiding van het deeltjesmodel nog niet doorlopen hebt, doe je dat best eerst.
wat is waarneembare warmte?
Je weet dat warmte een vorm is van energie. We drukken warmte dus uit in dezelfde eenheid als energie, namelijk Joule met als symbool J. Het symbool dat we gebruiken om de grootheid warmte aan te geven is Q.
Als we spreken over een hoeveelheid warmte van 1500 Joule, dan kunnen we dit symbolisch schrijven als Q=1500 J.
Wanneer we warmte toevoegen aan een voorwerp, bijvoorbeeld een bak met water, dan kan deze warmte de temperatuur van het water doen stijgen. Als dit gebeurt, spreken we over waarneembare warmte; we nemen immers een temperatuursverandering waar.
Kinetische energie als warmte
Je herkent wellicht de uitdrukking hiernaast als de definitie van kinetische energie. Je kan deze gebruiken om de energie van een auto te bepalen, de snelheid van een skater te berekenen, de energie van een kogel te berekenen, .... allemaal grote, macroscopische voorwerpen. Maar we kunnen dezelfde definitie ook toepassen op de microscopische deeltjes van het deeltjesmodel en dan bekomen we de kinetische-inwendige energie van de deeltjes.
Alle deeltjes bezitten een hoeveelheid kinetische-inwendige energie en hebben dus van nature een snelheid. Deze kunnen we verhogen of verlagen door waarneembare warmte toe te voegen of te onttrekken aan een stof.
Je kunt dit fenomeen zelf eens bekijken door op de afbeelding rechts te klikken. Dit opent een nieuw tabblad, klik vervolgens op het 'states' icoontje.
Je komt nu in een omgeving waar je kan gaan experimenteren. Je beschikt over een vat met deeltjes, je kunt extra deeltjes toevoegen door de pomp te gebruiken of je kunt warmte toevoegen door de brander (onder het vat) aan te zetten.
Herken je het fenomeen van de waarneembare warmte?
(om de applicatie te starten moet je javascript toestaan)
Specifieke warmtecapaciteit
Elke stof kan opgewarmd en afgekoeld worden zolang er maar warmte wordt toegevoegd of onttrokken. Toch zijn er verschillen tussen de stoffen die gemakkelijk opwarmen/afkoelen en stoffen die moeilijk opwarmen/afkoelen. Water is bijvoorbeeld een stof die moeilijk opwarmt en afkoelt. Dit wilt zeggen dat er veel waarneembare warmte nodig is om temperatuur te veranderen. Daarom heeft water een grote specifieke warmtecapaciteit.
De specifieke warmtecapaciteit is afhankelijk van de stof (water, hout, lucht, metaal, ....). Deze geeft aan hoeveel waarneembare warmte er nodig is om de temperatuur van die stof met één Kelvin (of graad Celsius) te doen toenemen voor een hoeveelheid van 1kg van de stof.
Water heeft een specifieke warmtecapaciteit van 4190 Joule per Kilogram per Kelvin. Dat wil zeggen dat we 4190 Joule aan waarneembare warmte nodig hebben om 1kg water met 1 graad op te warmen.
Hiernaast vindt je de uitdrukking waarmee je kan berekenen hoezeer een stof zal opwarmen (of afkoelen) wanneer je een hoeveelheid waarneembare warmte toevoegt (of onttrekt).
Als voorbeeld nemen we 10kg water bij een temperatuur van 20°C die wordt opgewarmd tot 40°C. Hoeveel waarneembare warmte hebben we hier voor nodig?
Figuren:
Deeltjesmodel:https://www.pinterest.com/pin/694539573758356692/?lp=trueTemperatuur:http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch5/heat.phpOefening:http://berkeleyearth.org/global-temperatures-2017/