Springen naar inhoud

[Thermodynamica] Warmte VS warmte-energie?


  • Log in om te kunnen reageren

#1

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 10 augustus 2006 - 12:06

Ik ben sinds kort een boek aan het lezen over "wetenschappelijk inzicht", wat je van algemene wetenschappelijke kennis nodig hebt om er over te kunnen discussiëren in het dagelijks leven.

Er is een hoofdstuk gewijd aan energie, en een stuk daarvan handelt over warmte. Hieronder enkele zinnen uit het boek:
  • Warmte heeft betrekking op de totale hoeveelheid atomaire kinetische en potentiele energie in een materiaal.
  • Twee liter ijswater bevat tweemaal zoveel warmte-energie als één liter.
  • Twee voorwerpen hebben dezelfde temperatuur wanneer er geen warmte tussen hen stroomt.
  • Metaal en ijswater bevatten niet dezelfde hoeveelheid warmte-energie, omdat er meer energie voor nodig is om de wateratomen te doen trillen.
Nu initiëel begreep ik enkel de laatste zin niet goed, en na wat opzoekwerk ben ik niet zeker of ik de rest ook wel begrijp.

Ik heb namelijk een probleem met de begrippen warmte en warmte-energie. Bij het opzoekwerk ben ik dit artikel tegengekomen. Daarin staat:

Je kunt dus niet spreken over 'de warmte' van een hoeveelheid stof.

Spreekt dit de tweede zin niet tegen?

Kan iemand mij het verschil uitleggen tussen beiden termen? Een toelichting van de bovenstaande zinnen zou mij ook erg helpen. Bedankt alvast!

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24052 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 augustus 2006 - 14:25

Goh, ik vind de terminilogie maar matig. Warmte is één van de vele vormen van energie, dit laatste uit zich op tal van verschillende manieren. Ik ben ook niet echt akkoord met die zin over temperatuur, warmte "stroomt" niet echt. Je kan beter spreken van warmteoverdracht.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#3

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 augustus 2006 - 18:55

TD zegt dat warmte niet echt stroomt, maar dat ben ik niet met hem eens. Volgens mij mag je stromen definiëren als het zich verplaatsen van "iets" onder invloed van een of ander niveauverschil. Gasmoleculen stromen oiv een drukverschil, elektronen oiv een elektrisch potentiaalverschil, warmte oiv een temperatuurverschil. In alledrie de genoemde gevallen zijn de vergelijkingen die die stroming beschrijven ook perfect vergelijkbaar, van het type:
sterkte van de stroming = grootte van het verschil gedeeld door sterkte van de weerstand.

Metaal en ijswater van dezelfde temperatuur bevatten niet dezelfde hoeveelheid warmte-energie, omdat er meer energie voor nodig is om de wateratomen te doen trillen.

Stel ik begin met gelijke hoeveelheden van een kilo ijzer en een kilo water, van dezelfde temperatuur. Ik breng het ijzer in contact met het water, en meet geen warmtestroom, de zaak is in evenwicht.
Ik haal ze weer uit elkaar, en aan allebei voeg ik eenzelfde hoeveelheid warmte/energie/warmte-energie toe, door ze even lang boven een even sterk gaspitje te zetten. En nou komt de vakterm-volksmondterm verwarring: Ik heb aan beide evenveel warmte-energie(warmte) toegevoerd, maar ze hebben niet meer dezelfde temperatuur (zijn niet meer even warm). Het blok ijzer heeft een hogere temperatuur. Als ik het blok ijzer nú in contact breng met het water, gaat er warmte-energie stromen van het ijzer naar het water, totdat de temperatuur weer gelijk is. Als de zaak weer in evenwicht (gelijke temperatuur) is, kan het niet anders of het water heeft een deel van de energie die ik in het ijzer gestopt had opgenomen.

"warmte is energie die stroomt van een object met hogere temperatuur naar een object met lagere temperatuur" (Cutnell &Johnson)

Een kilo koud water bevat véél meer warmte-energie een kilo gloeiend heet ijzer. Het object met geringere warmte-inhoud (heet ijzer) kan warmte-energie afstaan aan het object met de grotere warmte-inhoud (koud water). Je kunt de "warmte" van een object dan ook niet meten zonder de toestand van dat object te wijzigen

warmte en warmte-energie zijn gewoon verwarringen van vaktermen en volksmond-termen.
En ook de vaktermen worden niet altijd even netjes gebruikt. :)
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#4

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 10 augustus 2006 - 19:26

Een kilo koud water bevat véél meer warmte-energie een kilo gloeiend heet ijzer.

Omdat er meer warmte-energie vereist is om het water vloeibaar te maken dan het ijzer vloeibaar te maken?

Het object met geringere warmte-inhoud (heet ijzer) kan warmte-energie afstaan aan het object met de grotere warmte-inhoud (koud water). Je kunt de "warmte" van een object dan ook niet meten zonder de toestand van dat object te wijzigen

Dit begrijp ik helemaal niet.

Dus in thermodynamica-contex kan ik overal het woordje "warmte" vervangen door "warmte-energie"? En wat met de 2e zin VS het wiki-artikel? Heeft een object een bepaalde hoeveelheid warmte (warmte-energie) of niet?

De rest heb ik wel begrepen. :)

#5

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 augustus 2006 - 20:38

Een kilo koud water bevat véél meer warmte-energie dan een kilo gloeiend heet ijzer.

Omdat er meer warmte-energie vereist is om het water vloeibaar te maken dan het ijzer vloeibaar te maken?

Je wordt warm :)

er is warmte-energie vereist om een vaste stof op te warmen, er is (in het algemeen heel veel) warmte-energie nodig om een vaste stof vloeibaar te maken (waarbij de temperatuur niet stijgt), er is weer warmte-energie nodig om een vloeistof op te warmen, en dan is er (weer heel veel) warmte-energie nodig om een vloestof te verdampen (weer zonder dat de temperatuur stijgt), en dan kun je nog wamte-energie toevoeren om de damp (het gas) verder in temperatuur te laten stijgen.

Warmte heeft betrekking op de totale hoeveelheid atomaire kinetische en potentiele energie in een materiaal.

En die hoeveelheid atomaire kinetische en potentiele energie in een materiaal. is 0 J (joule is de eenheid van energie) bij 0 K (kelvin, 0 K :?: -273°C). Dus pak maar een tabellenboek (BINAS tabellen 8, 10 en 11 in dit geval) en begin maar te tellen. Om 1 kg ijzer van 0 K naar 1 K te krijgen moet je 460 J energie toevoeren. Voor je kilo ijs heb je 2200 J nodig. Enzovoort tot 273 K. Daar smelt je ijs, en om die kg ijs te smelten heb je 334000 J (!) energie nodig, zonder dat je temperatuur omhoog gaat. Als je nog even doorrekent zie je dat je met de hoeveelheid energie die je gebruikte om je ijs van 0 K om te vormen tot 1 kg water van 1°C, die kilo ijzer kunt opwarmen tot ongeveer 1770°C Dat is dus letterlijk gloeiend heet ijzer (bijna smeltpunt). OK, na berekening blijk ik een tikje overdreven te hebben, water van 1°C bevat dus ongeveer evenveel warmte-energie als evenveel ijzer van 1770°C.

Het object met geringere warmte-inhoud (heet ijzer) kan warmte-energie afstaan aan het object met de grotere warmte-inhoud (koud water). Je kunt de "warmte" van een object dan ook niet meten zonder de toestand van dat object te wijzigen

Dit begrijp ik helemaal niet.

Als je bovenstaande redenering hebt kunnen volgen, nu wel.

Dus in thermodynamica-contex kan ik overal het woordje "warmte" vervangen door "warmte-energie"?

Lijkt me wel dat je dat kunt doen zonder dat je verwarring sticht. Je sluit zo in elk geval verwarring met het volksmond-gebruik van de termen "warm" en "warmte" uit.

En wat met de 2e zin VS het wiki-artikel? Heeft een object een bepaalde hoeveelheid warmte (warmte-energie) of niet?

Ja, een object bevat een bepaalde hoeveelheid warmte-energie. Wat nog niet wil zeggen dat je mag spreken van de "warmte van een object" zonder risico van verwarring. En je kunt dat niet meten zonder dat je dat object afkoelt naar 0 K en daarbij meet hoeveel warmte-energie er daarbij uit dat object vrijkomt. Je kunt dus wel de temperatuur van je object meten.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#6

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 10:50

Een kilo koud water bevat véél meer warmte-energie een kilo gloeiend heet ijzer.

Omdat er meer warmte-energie vereist is om het water vloeibaar te maken dan het ijzer vloeibaar te maken?

Hm, nu begrijp ik mezelf al niet meer. :) Waar heb ik dat nu vandaan gehaald.. Is het net niet andersom?

Ik kan me alleszins wel inbeelden dat de moleculen in koud water een grotere kinetische energie bevatten dan de ijzermoleculen in het stuk heet ijzer, en dus ook meer warmte-energie.

Als je nog even doorrekent zie je dat je met de hoeveelheid energie die je gebruikte om je ijs van 0 K om te vormen tot 1 kg water van 1°C, die kilo ijzer kunt opwarmen tot ongeveer 1770°C Dat is dus letterlijk gloeiend heet ijzer (bijna smeltpunt). OK, na berekening blijk ik een tikje overdreven te hebben, water van 1°C bevat dus ongeveer evenveel warmte-energie als evenveel ijzer van 1770°C.

Dus je hebt, vertrekkende van 0 K, maar ietsjes meer energie nodig om ijzer vloeibaar te maken dan je nodig hebt om water vloeibaar te maken?

Het object met geringere warmte-inhoud (heet ijzer) kan warmte-energie afstaan aan het object met de grotere warmte-inhoud (koud water). Je kunt de "warmte" van een object dan ook niet meten zonder de toestand van dat object te wijzigen

Aangezien heet ijzer vast is, bevat het dus minder warmte-energie dan koud water, wat vloeibaar is. Maar het hangt dus af van de temperaturen van beiden (en dus niet hun warmte-energieën), waarnaar de warmte-energie zal stromen?

#7

Bruce

    Bruce


  • >100 berichten
  • 200 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 11:01

Wikipedia (engels) beschrijft warmte op een best goede manier. Ook de wiskunde (thermodynamica).
Check Wikipedia (engels) en zoek op "heat"

#8

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24052 berichten
  • VIP

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 13:09

TD zegt dat warmte niet echt stroomt, maar dat ben ik niet met hem eens. Volgens mij mag je stromen definiëren als het zich verplaatsen van "iets" onder invloed van een of ander niveauverschil. Gasmoleculen stromen oiv een drukverschil, elektronen oiv een elektrisch potentiaalverschil, warmte oiv een temperatuurverschil. In alledrie de genoemde gevallen zijn de vergelijkingen die die stroming beschrijven ook perfect vergelijkbaar, van het type:
sterkte van de stroming = grootte van het verschil gedeeld door sterkte van de weerstand.

Enkele maanden terug gebruikte ik 'stroom' ook in die context, maar dat werd me verbeterd door de professoren. Het kan wellicht van prof tot prof afhangen, afhankelijk van wat je precies onder stroming verstaat, maar het argument was dat (zoals in je eerste twee voorbeelden) er sprake is van stroming bij een effectieve verplaatsing van deeltjes - zoals je elektronen en gasmoleculen. In het Engels hebben ze een neutralere term, 'heat flux' (<-> 'flow'), maar flux is in het Nederlands hier iets minder gebruikelijk. De voorkeur werd, volgens hen althans, gegeven aan warmteoverdacht bijvoorbeeld, maar 'stroom' mocht niet...
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#9

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 13:43

Volgens mij zijn de heren profs haren aan het splijten. Ook in het Engels zijn termen als flow, flux en current en zelfs stream redelijk uitwisselbaar, al worden sommige termen meer op een gebied gebruikt dan op een ander gebied.
WIKI:

De Wet van Fourier beschrijft de warmteoverdracht door geleiding. Deze relatie is afgeleid door Jean-Baptiste Joseph Fourier in 1822.

De warmtestroom Q (W =J/s); die door een stuk materiaal gaat is

recht evenredig met  
het temperatuursgradiënt ΔT (K) en  
de beschouwde oppervlakte A (m2);  
ze is omgekeerd evenredig met  
de dikte van het materiaal Δx (m).
 
Afhankelijk van het materiaal wordt een andere evenredigheidsconstante λ gebruikt; deze warmtegeleidingscoëfficiënt (in W/(m.K)) is anders bij verschillende materialen; bij identieke omstandigheden zijn het betere of slechtere warmtegeleiders

http://www.natuurkun...?supportId=2024

De temperatuur blijft lange tijd op hetzelfde niveau. Dat betekent dat de warmtestroom van de kamer richting B even groot is als van B naar A en van A naar buiten. Er is, kort gezegd, een constante warmtestroom van rechts naar links. Een goede isolator heeft bij een temperatuurverschil maar een kleine warmtestroom. Een goede geleider heeft bij eenzelfde temperatuurverschil juist een grote warmtestroom.


http://www.geo.uu.nl...p?artikelnr=359

1 Augustus 2003, jaargang 5 nr. 15 artikel 359
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon  
Faculteit Aardwetenschappen Universiteit van Silezië  
Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 50! Op de huidige pagina is alleen artikel 359 te lezen.

359 Radioactief kalium draagt sterk bij aan warmtestroom vanuit aardkern
 
De aarde zou vrijwel geen warmtestroom van binnenuit meer hebben als er geen warmtebron aanwezig zou zijn: de oorspronkelijke hoge temperatuur zou in de loop van de geschiedenis langzaam verloren zijn gegaan door warmtetransport naar het aardoppervlak, en van daaruit - via de atmosfeer - naar de ruimte.  


Ik denk dat we minstens mogen stellen dat het gebruik van het woord stroom in connectie met het woord warmte in de wetenschap (en zeker in de techniek) toch minstens heel gebruikelijk is.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#10

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24052 berichten
  • VIP

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 13:48

Het komt zeker voor (al zijn er beduidend minder resultaten bij google dan bijvoorbeeld warmteoverdracht) maar dat wil niet noodzakelijk zeggen dat het ook goed is. Maar oké, het heeft weinig zin dat ik hier met jou of met die professoren in kwestie over in discussie treedt; ik geef maar aan dat zij het formeel niet juist vonden, zelfs zodanig dat ik het in m'n verslag moest aanpassen.
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#11

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 14:09

Begrijp me goed, TD!, ik heb er geen enkele behoefte aan persé gelijk te krijgen. En je hebt gelijk dat warmteoverdracht inderdaad beduidend meer hits geeft dan warmtestroom. Ik zou graag weten wat nou eigenlijk goed is, en vooral waarom.
Misschien moeten we dit deel van de discussie dan maar verhuizen naar het taalforum :)
En deze vind ik helemaal de top: (formules verwijderd omdat ze absoluut niet overkomen, en de vetjes zijn van mij)

http://studenten.sam...8228422/?query=

Samenvatting Stromingsleer en WarmteOverdracht 1
Er zijn drie verschillende manieren van warmtetransport:
geleiding
straling
convectie
samenvatting dictaat 1A
1a) Geleiding: -theorie-
In 1822 stelde Fourier vast, mede op grond van waarnemingen, dat een warmtestroom (qw) over
een staaf, te berekenen is met de formule:
De warmtestroom is dus gelijk aan het oppervlak, waarover de stroom plaatsvindt maal
een materiaalconstante (de warmtegeleidingscoëfficiënt) maal het verschil in
temperatuur gedeeld over de afstand waarover het temperatuurverschil heerst.
Omdat het vaak makkelijker is om met een warmtestroom per vierkante meter en ook met
infinitesimale deeltjes (b.v. als k niet constant is) wordt meestal de volgende formule gehanteerd:
- De energiebalans:
Een deel van de totale energie van een klein volumedeeltje, is de warmte energie
die in dat deeltje zit. De warmteenergie kan berekend worden aan de hand van
een formule:
De warmte-energie per volumedeeltje is dus gelijk de temperatuur maal een materiaalconstante
(de warmtecapaciteit) maal een andere materiaalconstant (de dichtheid).
Omdat het hier alleen om warmte-energie van volumedeeltjes gaat, volgt uit de energiebalans:
- Stationaire 1-dimensionale warmtestromingen:
Als er een stationaire warmtestroom is, zonder warmtebron, dan kan de bovenstaande formule
herschreven worden tot: etcetera


Nogal een ratjetoe dus.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#12

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24052 berichten
  • VIP

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 14:16

Het is inderdaad een boeltje, maar de meeste bronnen zijn denk ik voor dergelijke details niet echt betrouwbaar. Volgend semester krijg ik een (kleine) cursus "Warmte- en massaoverdracht" van een professor die ook de grotere vakken " Warmte- en stromingsleer 1 & 2" geeft. Wellicht krijg ik er dan een duidelijker beeld van, maar uit de opleidingsfiches merk ik toch al dat er een onderscheid gemaakt wordt tussen transport (waar men ook warmte bespreekt) en stroming.

- warmtegeleiding (eigenschappen van fluida en vaste stoffen)
- stationaire warmtegeleiding (temperatuur in electrische en electronische systemen)
- elementen van stroming, warmteoverdracht door convectie en straling
- niet stationaire geleiding (tijdsconstante schatten)
- ...

Transport 1 (G. Baron)
Na een korte inleiding over de verschillende mechanismen van warmteoverdracht wordt een praktijkgerichte beschrijving gegeven van stationaire warmtegeleiding. Koelvinnen en niet-stationaire warmtegeleiding worden kort behandeld, zodat men praktische problemen kan oplossen. Dan volgt een uitgebreide beschrijving van de processen van warmteoverdracht in gedwongen en natuurlijke convectie, zowel wat betreft de stromingsaspekten als de warmteoverdracht. (...)

Stroming 1 (C. Lacor)
Drukverdeling in een vloeistof; hydrostatica Bernoulli en energievgl
Externe stromingen rond objecten: lift, drag
Viskeuze stromingen: laminaire/turbulente stromingen; ladingsverliezen; Debietmeters
Stromingen in pijpen, vernauwingen/verbredingen, krachten op hindernissen.

"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#13

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 14:23

Ja, het blijft typisch dat "warmteoverdracht" een onderdeel is van een cursus "stromingsleer" :)
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#14

TD

    TD


  • >5k berichten
  • 24052 berichten
  • VIP

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 14:27

Nu kan ik even niet volgen, in de titel wordt het onderscheid toch ook expliciet gemaakt? Namelijk: "Warmte- en stromingsleer"
"Malgré moi, l'infini me tourmente." (Alfred de Musset)

#15

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 11 augustus 2006 - 14:31

Ik had het niet over jouw cursus. En laat het eens weten als je een eenduidig antwoord met verklaring krijgt.... :)
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures