Energie en warmte

Warmtebronnen

Elke dag maken we gebruik van warmte. Bijvoorbeeld om eten te koken, huizen warm te houden, haren te drogen en soms zelfs om te solderen. Het fornuis, de verwarming, de haardroger en de soldeerbout zijn allemaal bronnen van warmte. Ze geven warmte af, wat betekent dat ze dingen warm maken.

Sommige van deze warmtebronnen werken op elektriciteit. Om ze te laten werken, steek je gewoon een stekker in het stopcontact. Bijvoorbeeld:

- Een elektrisch fornuis.

- Een elektrische verwarming.

- Een haardroger.

- Een soldeerbout.

- Een dompelaar van een waterkoker.

Andere warmtebronnen werken door brandstof te verbranden, zoals hout, gas, olie of kolen. Wanneer deze brandstoffen verbranden, produceren ze warmte. Voorbeelden hiervan zijn:

- Een gasfornuis (gebruikt gas).

- Een verwarmingssysteem (gebruikt gas).

- Een open haard (gebruikt hout).

- Een waxinelichtje (gebruikt paraffine).

Soorten energie

Er zijn veel verschillende soorten energie. Elektrische apparaten werken op elektrische energie, die uit het stopcontact komt of uit batterijen komt.

Alles wat beweegt of draait, heeft bewegingsenergie. Denk maar aan de wieken van een windmolen, je fiets of een trein die rijdt.

Een kampvuur geeft niet alleen warmte, maar ook licht. Warmte en licht zijn ook vormen van energie.

In hout en andere brandstoffen zit ook energie, die chemische energie wordt genoemd. Deze energie zit ook in ons voedsel. Ons lichaam gebruikt deze energie om warm te blijven en om te bewegen en te denken.

Brandstoffen verbranden

Bij verbranding van een brandstof komt warmte vrij en ontstaan er nieuwe stoffen. Bijvoorbeeld, als hout brandt, blijft er as achter. Alle brandstoffen hebben chemische energie. Bij verbranding wordt deze energie omgezet in warmte. Dit kun je als volgt in een schema zetten:

Chemische energie → Warmte

Gebruik van bewegingsenergie

Elektrische apparaten werken op elektrische energie. Maar elektrische energie komt niet zomaar uit de lucht vallen, je moet het opwekken. Hiervoor gebruik je andere soorten energie. Bijvoorbeeld, een dynamo op een fiets. Als je fietst, draait de dynamo en maakt elektrische energie om een lampje te laten branden. Dit kun je als volgt in een schema zetten:

Bewegingsenergie → Elektrische energie

Het milieu

In centrales wordt veel fossiele brandstof gebruikt. Bij het verbranden komen rookgassen vrij. Sommige daarvan zijn slecht voor het milieu, zoals zwavelgas, stikstofgas en koolstofdioxide. Maar waterdamp is niet slecht voor het milieu.

Zwavelgas en stikstofgas kunnen zure regen veroorzaken, wat bomen, planten en vissen kan schaden.

Koolstofdioxide zorgt voor het broeikaseffect, waardoor het warmer wordt op aarde. Hierdoor smelt ijs, wat de zeespiegel doet stijgen en kustgebieden in gevaar brengt.

Duurzame energiebronnen

Sommige centrales gebruiken biomassa, zoals plantenafval en dierenmest, samen met fossiele brandstoffen.

Biomassa en andere bronnen zoals wind, zon en water zijn duurzaam omdat ze niet opraken en minder schadelijk zijn voor het milieu. Elektriciteit uit deze bronnen noemen we groene stroom.

Windmolens

Windturbines gebruiken de kracht van de wind om elektriciteit te maken. De wind laat de bladen van de turbine draaien, die daardoor elektriciteit produceert, zonder dat er brandstof verbrand hoeft te worden.

Zonnepanelen

Zonne-energie gebruikt de warmte en het licht van de zon. Zonnepanelen zetten dit om in elektriciteit, en je ziet ze steeds vaker op daken.

Waterkrachtcentrales

Bij een waterkrachtcentrale wordt de bewegingsenergie van water omgezet in elektriciteit. Een grote dam houdt water tegen, dat door een tunnel naar beneden stroomt en een turbine aandrijft, die op zijn beurt een generator laat draaien die elektriciteit maakt.

Vloeistofthermometer

Een vloeistofthermometer ziet eruit als een buisje met een reservoir onderaan. Er zit een gekleurde vloeistof in. Als het warmer wordt, zet de vloeistof uit en gaat omhoog. Als het kouder wordt, krimpt de vloeistof en zakt. Dit kun je zien omdat de buis heel smal is en kleine veranderingen al opvallen.

Celsiusschaal

De temperatuur wordt gemeten in graden Celsius, dat is die bekende schaalverdeling.  Deze temperatuurschaal is vernoemd naar dhr. Celsius. Om een thermometer goed te gebruiken, moet hij goed zijn afgesteld. Dat doe je door de thermometer te ijken. Je zet twee streepjes op de thermometer: één bij het vriespunt van water (0 °C) en één bij het kookpunt van water (100 °C). Dan verdeel je de ruimte ertussen in honderd gelijke stukjes.

Bimetaal

Er zijn ook thermometers met een bimetaal, dat zijn twee stukjes metaal die aan elkaar vastzitten. Als het warmer wordt, buigt het ene metaal meer dan het andere. Zo beweegt een wijzer langs een schaal.

Elektronische thermometer

Deze werkt met elektriciteit en heeft een display waarop je de temperatuur kunt zien. Hij heeft een sensor die reageert op temperatuurveranderingen.

Kelvin

In de natuurkunde gebruiken ze een andere schaal, Kelvin. Het werkt ongeveer hetzelfde als graden Celsius, maar de nul staat op de allerlaagste temperatuur die mogelijk is, dat is −273 °C. Onder die temperatuur kan het niet kouder worden. Je kunt Celsius naar Kelvin omrekenen door er 273 bij op te tellen, en andersom door er 273 van af te trekken.

Moleculen in ijs

Stel je voor dat ijs kleine bouwsteentjes heeft, dat zijn de watermoleculen. In ijs zitten deze bouwsteentjes op een vaste plek en bewegen ze snel heen en weer. Ze houden elkaar stevig vast. Maar als je het ijs warmer maakt, gaan de bouwsteentjes wilder bewegen en komt er meer ruimte tussen. Op een gegeven moment kunnen ze niet meer op hun vaste plek blijven en wordt het ijs water.

Moleculen in water

Als we naar water kijken, dan zijn de bouwsteentjes nog steeds watermoleculen, maar nu bewegen ze vrij door elkaar. Ze hebben geen vaste plek meer, maar de aantrekkingskracht tussen hen houdt ze nog wel bij elkaar. Soms gaan ze zelfs zo snel dat ze uit het water kunnen ontsnappen. Dat noemen we verdampen. Hoe warmer het water, hoe sneller ze bewegen en hoe sneller ze kunnen verdampen.

Moleculen in gas

Bij een gas bewegen de bouwsteentjes, of moleculen, helemaal vrij door de ruimte. Er is veel ruimte tussen hen en ze trekken elkaar bijna niet aan. Ze kunnen enorme afstanden afleggen.

Geleiding

Stel je voor dat warm water door de buizen van de cv-ketel stroomt naar de radiatoren. Een radiator is gemaakt van staal en staal laat warmte goed door. Daarom wordt de buitenkant van de radiator ook snel warm. Warmte gaat altijd van een warme plek naar een koude plek. Als dat gebeurt in een vaste stof, noemen we dat geleiding. Metalen zoals staal zijn goede geleiders, maar andere materialen zoals kunststof, hout en lucht geleiden warmte minder goed.

Stroming

Als een radiator warm wordt, verwarmt hij de lucht eromheen. Warme lucht is lichter dan koude lucht, dus het stijgt omhoog. Dat zorgt voor beweging in de kamer, dit noemen we stroming. Stroming gebeurt niet alleen in lucht, maar ook in vloeistoffen en andere gassen.

Straling

Als je je hand vlakbij een hete radiator houdt, voel je de warmte. Die warmte verplaatst zich door straling van de radiator naar je hand. Elk voorwerp dat warmer is dan zijn omgeving straalt warmte uit. Deze stralingswarmte noemen we infrarode straling. Zelfs als er geen lucht of andere stof is, zoals in de ruimte tussen de zon en de aarde, kan warmte zich verplaatsen door straling.

Warmteverlies

Kijk eens naar deze foto van een huis. De lichte plekken laten zien waar het huis warmte uitstraalt, terwijl de donkere plekken minder warmte uitstralen. Ramen laten veel warmte ontsnappen, terwijl muren minder warmte verliezen. Het dak verliest nog minder warmte.

Warmteverlies gebeurt op drie manieren:

- Door geleiding: Warmte gaat door materiaal heen, zoals muren en ramen.

- Door straling: Voorwerpen die warmer zijn dan hun omgeving stralen warmte uit, net als de zon.

- Door stroming: Luchtstromen in het huis nemen warmte mee naar buiten, bijvoorbeeld door kieren en open ramen.

Isoleren

Om minder warmte te verliezen en geld te besparen, kunnen we isoleren. Isolatiemateriaal helpt om warmte binnen te houden en komt in verschillende vormen, zoals glaswol en piepschuim.