Florien Buitendijk
Madelief Kok
Inleverdatum: 8 maart 2019
Natuurkunde klas H4A, Olz
V.A.P van Dijk
,Inhoudsopgave:
Inleiding ..................................................................................................................................... 2
Theorie ....................................................................................................................................... 3
Materialen .................................................................................................................................. 6
Werkwijze / opstelling ............................................................................................................... 6
Resultaten................................................................................................................................... 7
Discussie ................................................................................................................................... 10
Conclusie ...................................................................................................................................12
Evaluatie ....................................................................................................................................13
Logboek .....................................................................................................................................14
Bronnenlijst ...............................................................................................................................14
1
,Inleiding
De voorgaande periode zijn wij druk bezig geweest met het thema materialen. Een belangrijk
deel van het thema was warmtetransport. Om dieper op dit thema in te gaan, hebben wij een
onderzoek gedaan naar het warmtetransport van aluminium. Het doel van dit onderzoek is
om erachter te komen wat de soortelijke warmte is van aluminium. De hoofdvraag luidt
daarom: wat is de soortelijke warmte van aluminium? Natuurlijk is de soortelijke warmte van
aluminium algemeen bekend, maar wij waren erg benieuwd of wij op hetzelfde antwoord
uitkomen als wij zelf gaan onderzoeken wat de soortelijke warmte van aluminium is. Daarom
vonden wij het gelijk erg leuk om dit onderzoekje uit te voeren. Voor het bepalen van de
soortelijke warmte van aluminium moet je een meting verrichten aan een cilinder van
aluminium die wordt opgewarmd. Het opwarmen van de cilinder wordt gedaan met een twee
weerstandjes die warm worden als er stroom doorheen loopt. De temperatuur wordt gemeten
als functie van tijd als de stroom aanstaat. Om de warmteafgifte te bepalen, meet je ook de
temperatuur nadat het verwarmingselement is uit gezet.
Figuur 1:
Thermometer
Spanningsbron
Aluminium
cilinder met
weerstand
Opstelling van de natuurkunde proef
2
, Theorie
Aluminium
Aluminium is een scheikundig element met als symbool Al. Het heeft een soortelijke warmte
van 880 J/ (kg x k) en een dichtheid van 2,7 g/cm3. Zuiver aluminium heeft een zilver/witte
kleur. Aluminium is licht van gewicht en met een lage dichtheid behoort het tot de lichte
materialen. Aluminium is ook erg sterk, de verhouding tussen sterkte en dichtheid is
uitermate gunstig. Het bewerken en verwerken van aluminium is erg makkelijk. Aluminium
corrodeert wel, maar zodra het in aanraking komt met zuurstof maakt het een oxidelaagje
waardoor het metaal zich beschermt tegen de andere stoffen. Een bekende eigenschap van
aluminium is dat het metaal goed kan geleiden, er kan makkelijk stroom of warmte doorheen
bewegen. Vanwege de corrosie bestendigheid, wordt aluminium ook vaak gebruikt als anode.
Anode is een hulpmiddel voor andere metalen om reacties met water of lucht tegen te gaan.
Daarom wordt aluminium vaak aangebracht als beschermlaagje op een metaal dat onder een
boot zit. In vergelijking met andere metalen is aluminium pas relatief kort op grote schaal in
gebruik. Aluminium bevindt zich in de aardkorst, maar het vergt veel inspanning om het uit
erts te winnen. Bauxiet is de grootste bron van aluminium, het is een mineraal erts dat
voorkomt in landen zoals Suriname en Australië. Om aluminium te winnen moet je het
scheiden van andere stoffen, hier komt een electrolyseproces aan te pas. Dit proces is
arbeidsintensief en kost veel energie. Het grote voordeel is wel dat aluminium 100%
recyclebaar is. (Kool, 1996) (Marvo technologie Tilburg, 2018)
Soortelijke warmte
In dit onderzoek is soortelijke warmte het hoofdonderwerp. De soortelijke warmte is de
warmte die nodig is om een om één kg van een stof met één graad Celsius te verwarmen. De
soortelijke warmte wordt ook wel specifieke warmte of specifieke warmtecapaciteit genoemd.
De soortelijke warmte van een stof wordt bepaald door de massa, de benodigde energie en
het temperatuurverschil in graden Celsius of Kelvin. De soortelijke warmte wordt berekend
met Q = m ∙ c ∙ t (formule 1). Uitgeschreven is de formule: de hoeveelheid warmte in J = de
massa in kg x de soortelijke warmte in J/ (kg ∙ K) x het temperatuurverschil in graden Celsius
of Kelvin.
Bij veel stoffen is de hoeveelheid warmte die nodig is voor een bepaalde temperatuurstijging,
bij benadering, recht evenredig met de massa en de hoeveelheid temperatuurstijging. De
soortelijke warmte is daarbij de evenredigheidsconstante. Een evenredigheidconstante
betekent dat als de ene grootheid met een bepaalde waarde toeneemt, dat de andere
grootheid met dezelfde waarde toeneemt. De soortelijke warmte is een stofeigenschap, wat
betekent dat de soortelijke warmte voor verschillende stoffen verschilt. Vaste en vloeibare
deeltjes hebben vaak zware deeltjes, waardoor ze een grote dichtheid hebben maar een lagere
soortelijke warmte. Doordat er een grote dichtheid is, zitten er minder deeltjes in, waardoor
het makkelijker wordt om een stof met 1 graad Celsius te verwarmen. Bij vaste en vloeibare
deeltjes is de soortelijke warmte dus vaak klein doordat de dichtheid groot is. Bij gasdeeltjes
is dit vaak andersom; zij hebben vaak lichtere deeltjes en een kleinere dichtheid waardoor de
stof veel energie nodig heeft om met 1 graad Celsius te verwarmen. Water is een voorbeeld
van een stof die veel energie nodig heeft om de stof op te warmen. 1 kg van een lichte stof
bestaat namelijk uit meer deeltjes dan1 kg van een zware stof, maar de gemiddelde
bewegingsenergie blijft per deeltje en bij dezelfde temperatuur gelijk.
3
Madelief Kok
Inleverdatum: 8 maart 2019
Natuurkunde klas H4A, Olz
V.A.P van Dijk
,Inhoudsopgave:
Inleiding ..................................................................................................................................... 2
Theorie ....................................................................................................................................... 3
Materialen .................................................................................................................................. 6
Werkwijze / opstelling ............................................................................................................... 6
Resultaten................................................................................................................................... 7
Discussie ................................................................................................................................... 10
Conclusie ...................................................................................................................................12
Evaluatie ....................................................................................................................................13
Logboek .....................................................................................................................................14
Bronnenlijst ...............................................................................................................................14
1
,Inleiding
De voorgaande periode zijn wij druk bezig geweest met het thema materialen. Een belangrijk
deel van het thema was warmtetransport. Om dieper op dit thema in te gaan, hebben wij een
onderzoek gedaan naar het warmtetransport van aluminium. Het doel van dit onderzoek is
om erachter te komen wat de soortelijke warmte is van aluminium. De hoofdvraag luidt
daarom: wat is de soortelijke warmte van aluminium? Natuurlijk is de soortelijke warmte van
aluminium algemeen bekend, maar wij waren erg benieuwd of wij op hetzelfde antwoord
uitkomen als wij zelf gaan onderzoeken wat de soortelijke warmte van aluminium is. Daarom
vonden wij het gelijk erg leuk om dit onderzoekje uit te voeren. Voor het bepalen van de
soortelijke warmte van aluminium moet je een meting verrichten aan een cilinder van
aluminium die wordt opgewarmd. Het opwarmen van de cilinder wordt gedaan met een twee
weerstandjes die warm worden als er stroom doorheen loopt. De temperatuur wordt gemeten
als functie van tijd als de stroom aanstaat. Om de warmteafgifte te bepalen, meet je ook de
temperatuur nadat het verwarmingselement is uit gezet.
Figuur 1:
Thermometer
Spanningsbron
Aluminium
cilinder met
weerstand
Opstelling van de natuurkunde proef
2
, Theorie
Aluminium
Aluminium is een scheikundig element met als symbool Al. Het heeft een soortelijke warmte
van 880 J/ (kg x k) en een dichtheid van 2,7 g/cm3. Zuiver aluminium heeft een zilver/witte
kleur. Aluminium is licht van gewicht en met een lage dichtheid behoort het tot de lichte
materialen. Aluminium is ook erg sterk, de verhouding tussen sterkte en dichtheid is
uitermate gunstig. Het bewerken en verwerken van aluminium is erg makkelijk. Aluminium
corrodeert wel, maar zodra het in aanraking komt met zuurstof maakt het een oxidelaagje
waardoor het metaal zich beschermt tegen de andere stoffen. Een bekende eigenschap van
aluminium is dat het metaal goed kan geleiden, er kan makkelijk stroom of warmte doorheen
bewegen. Vanwege de corrosie bestendigheid, wordt aluminium ook vaak gebruikt als anode.
Anode is een hulpmiddel voor andere metalen om reacties met water of lucht tegen te gaan.
Daarom wordt aluminium vaak aangebracht als beschermlaagje op een metaal dat onder een
boot zit. In vergelijking met andere metalen is aluminium pas relatief kort op grote schaal in
gebruik. Aluminium bevindt zich in de aardkorst, maar het vergt veel inspanning om het uit
erts te winnen. Bauxiet is de grootste bron van aluminium, het is een mineraal erts dat
voorkomt in landen zoals Suriname en Australië. Om aluminium te winnen moet je het
scheiden van andere stoffen, hier komt een electrolyseproces aan te pas. Dit proces is
arbeidsintensief en kost veel energie. Het grote voordeel is wel dat aluminium 100%
recyclebaar is. (Kool, 1996) (Marvo technologie Tilburg, 2018)
Soortelijke warmte
In dit onderzoek is soortelijke warmte het hoofdonderwerp. De soortelijke warmte is de
warmte die nodig is om een om één kg van een stof met één graad Celsius te verwarmen. De
soortelijke warmte wordt ook wel specifieke warmte of specifieke warmtecapaciteit genoemd.
De soortelijke warmte van een stof wordt bepaald door de massa, de benodigde energie en
het temperatuurverschil in graden Celsius of Kelvin. De soortelijke warmte wordt berekend
met Q = m ∙ c ∙ t (formule 1). Uitgeschreven is de formule: de hoeveelheid warmte in J = de
massa in kg x de soortelijke warmte in J/ (kg ∙ K) x het temperatuurverschil in graden Celsius
of Kelvin.
Bij veel stoffen is de hoeveelheid warmte die nodig is voor een bepaalde temperatuurstijging,
bij benadering, recht evenredig met de massa en de hoeveelheid temperatuurstijging. De
soortelijke warmte is daarbij de evenredigheidsconstante. Een evenredigheidconstante
betekent dat als de ene grootheid met een bepaalde waarde toeneemt, dat de andere
grootheid met dezelfde waarde toeneemt. De soortelijke warmte is een stofeigenschap, wat
betekent dat de soortelijke warmte voor verschillende stoffen verschilt. Vaste en vloeibare
deeltjes hebben vaak zware deeltjes, waardoor ze een grote dichtheid hebben maar een lagere
soortelijke warmte. Doordat er een grote dichtheid is, zitten er minder deeltjes in, waardoor
het makkelijker wordt om een stof met 1 graad Celsius te verwarmen. Bij vaste en vloeibare
deeltjes is de soortelijke warmte dus vaak klein doordat de dichtheid groot is. Bij gasdeeltjes
is dit vaak andersom; zij hebben vaak lichtere deeltjes en een kleinere dichtheid waardoor de
stof veel energie nodig heeft om met 1 graad Celsius te verwarmen. Water is een voorbeeld
van een stof die veel energie nodig heeft om de stof op te warmen. 1 kg van een lichte stof
bestaat namelijk uit meer deeltjes dan1 kg van een zware stof, maar de gemiddelde
bewegingsenergie blijft per deeltje en bij dezelfde temperatuur gelijk.
3
