Verwarming as oordrag van energie

In die vorige hoofstuk het ons termiese stelsels beskou. Die termiese energie van 'n voorwerp is die hoeveelheid energie wat dit bevat, met ander woorde die interne energie daarvan. In 'n termiese stelsel word termiese energie oorgedra van een voorwerp na 'n ander. Warmte (hitte) is die oordrag van termiese energie vanaf 'n stelsel na die omgewing, of vanaf een voorwerp na 'n ander. Hierdie oordrag van energie vind plaas vanaf die voorwerp wat by 'n hoër temperatuur is, na die voorwerp by 'n laer temperatuur.

Dit is belangrik om te weet dat, in wetenskap, warmte en temperatuur nie dieselfde betekenis het nie.

• Warmte (hitte) is die oordrag van termiese energie vanaf 'n stelsel na die omgewing, of van een voorwerp na 'n ander weens 'n temperatuurverskil. Warmte word in joule (J) gemeet. Dit is omdat warmte die oordrag van energie behels.

• Temperatuur is 'n meting van hoe warm of koud 'n stof voel, en word gemeet in grade Celsius (°C). Temperatuur meet die gemiddelde kinetiese energie van die deeltjies in 'n voorwerp of stelsel. Ons gebruik 'n termometer om die temperatuur van 'n voorwerp of stof te meet.

Voltooi die volgende tabel om die verskille tussen warmte en temperatuur op te som.

Warmte is die oordrag van energie. Tydens die oordrag van energie beweeg energie vanaf die warmer voorwerp na die koeler voorwerp. Dit beteken dat die warmer voorwerp afkoel, terwyl die koeler voorwerp warmer word. Die oordrag van energie sal aanhou totdat albei voorwerpe dieselfde temperatuur het.

Daar is 3 maniere waarop termiese energie vanaf een voorwerp/stof na 'n ander, of vanaf 'n stelsel na die omgewing, oorgedra kan word:

1. Geleiding
2. Konveksie
3. Straling

Kom ons kyk meer noukeurig hierna.

Geleiding

Het jy al opgelet dat, wanneer jy 'n koue metaallepel in 'n warm koppie tee sit, die lepel se steel ook warm word? Het jy al ooit gewonder hoe die warmte 'beweeg' het vanaf die warm tee tot in die koue teelepel? Hierdie is een manier waarop energie oorgedra kan word, naamlik geleiding. Kom ons kyk hoe dit werk.

Wanneer energie na 'n voorwerp oorgedra word, neem die energie van die deeltjies toe. Dit beteken die deeltjies het meer kinetiese energie, en beweeg en vibreer vinniger. Wanneer die deeltjies vinniger beweeg, bots hulle teen mekaar en dra van hul energie aan nabygeleë deeltjies oor. Op hierdie manier word energie in die materiaal oorgedra tot aan die ander punt. Hierdie proses word geleiding genoem. Die deeltjies gelei die energie deur die stof, soos in die diagram aangedui.

Kom ons demonstreer dit prakties.

Geleiding deur 'n metaalstaaf

Stel hierdie demonstrasie voor in die klas op wanneer daar oor geleiding begin praat word.

MATERIALE:

• Bunsenbrander
• metaalstaaf
• petroleumjellie
• skuifspelde, drukspykers of haakspelde
• twee houtstaanders, of 'n stapel boeke of blokke om staanders aan weerskante te skep
• twee wasgoedpennetjies

INSTRUKSIES:

1. Stel die apparaat op soos in die diagram aangetoon.
2. Bedek die staaf met petroleumjellie en monteer dit oor die twee staanders. Gebruik die wasgoedpennetjies om dit in posisie te hou. Die staaf moet langs die linkerkantste staander verbysteek en die Bunsenbrander moet hier geplaas word, sodat die petroleumjellie nie weens straling vanaf die brander smelt nie, maar eerder weens geleiding van warmte langs die staaf.
3. Plak die skuifspelde of drukspykers aan die staaf vas deur hulle in die laag petroleumjellie was te druk.
4. Steek die Bunsenbrander aan en verhit een kant van die staaf.
5. Hou dop hoe die spelde of drukspykers een vir een afval soos wat energie deur die staaf gelei word.

INSTRUKSIES:

1. Jou onderwyser sal die demonstrasie soos in die diagram hieronder opstel.
2. Neem waar wat gebeur met die drukspykers of skuifspelde wanneer die Bunsenbrander aangesteek word en een kant van die staaf warm gemaak word.

As uitbreiding kan 'n verdere ondersoek ingesluit word waarin die tempo van energie-geleiding langs die staaf gemeet word. Herhaal die eksperiment en plaas die klemme 5 cm uitmekaar op die metaalstaaf. Klamp die staaf in posisie, en verhit dit aan die een punt met 'n Bunsenbrander. Gebruik 'n stophorlosie, meet hoe lank dit neem vir elke skuifspeld om af te val, en stip die resultate op 'n grafiek. Dit kan verder uitgebrei word deur verskillende metale te gebruik en al die resultate op dieselfde assestelsel te stip. Die gradiënt van elke grafiek sal die tempo van warmtegeleiding verteenwoordig.

VRAE:

Wat gebeur met die staaf direk bo die Bunsenbrander, wanneer ons laasgenoemde aansteek?

---

Energie word oorgedra aan die metaal van die staaf. Die termiese energie in hierdie deel van die staaf neem toe, en die staaf word warm.

Watter drukspyker of skuifspeld het eerste van die staaf afgeval? Die een naaste of verste van die Bunsenbrander?

---

Die een naaste aan die Bunsenbrander het eerste afgeval.

Wat sê dit omtrent die manier waarop warmte deur die staaf gelei word?

---

---

Warmte word oorgedra van waar dit die warmste is, tot aan die koelste punt van die staaf.

Kom ons dink weer aan die teelepel in die tee. Die tee is warm en die metaallepel is koud. Wanneer ons die metaallepel in die warm tee plaas, word 'n deel van die termiese energie in die tee aan die metaaldeeltjies oorgedra. Die metaaldeeltjies vibreer vinniger en bots met naburige deeltjies. Die botsings laat toe dat termiese energie deur die lepel versprei. Dit laat die steel van die lepel warm voel.

Geleiding is die oordrag van termiese energie tussen voorwerpe wat aan mekaar raak. In die teelepel voorbeeld raak die deeltjies in die tee aan die deeltjies in die metaallepel. Die metaaldeeltjies raak aan mekaar en dit is hoe warmte van een voorwerp aan 'n ander oorgedra word.

Gelei alle metale warmte op dieselfde manier? Kom ons vind uit.

Hoe werk dit? Dit het te doen met termiese geleiding, die tempo waarteen warmte van een voorwerp na 'n ander gelei word.

Toe jy oorspronklik aan die blokke gevoel het, het dit gevoel asof die plastiekblok warmer was. Ons het egter gesien dat die ys vinniger op die aluminium of metaalblok gesmelt het. Dit is omdat die metaalblok die warmte vinniger na die ys gelei. Die plastiekblok is 'n swakker termiese geleier, dus word minder warmte na die ys oorgedra en dit smelt nie so vinnig nie.

Hoekom voel die aluminiumblok kouer as die plastiekblok?

Dit is omdat die aluminium warmte vinniger van jou hand af weglei as wat die plastiek dit doen. Dit is die rede waarom die aluminiumblok kouer voel en die plastiekblok warmer. Wanneer jy aan iets raak, voel jy nie regtig die temperatuur daarvan nie. Jy voel eerder die tempo waarteen warmte óf van jou af weggelei, óf na jou toe gelei, word.

Kom ons dink aan koek bak. Verbeel jou jy het sopas 'n koek in die oond gebak teen 180 °C.

Wat sal jou seerder brand wanneer jy die koek uit die oond haal, die metaal koekpan, of die koek?

Dink jy die koek en die pan is by dieselfde temperatuur wanneer dit uit die oond kom? Hoekom?

Ons het hier 'n verdere voorbeeld van termiese geleiding gesien. Die pan gelei warmte vinniger na jou hand toe as die koek, dus sal die pan jou brand, maar die koek nie. Die pan en die koek is by dieselfde temperatuur.

Wat het ons geleer? Metale gelei warmte better as nie-metale.

• Daar is stowwe wat termiese energie goed gelei en daarom word hulle geleiers genoem.

• Daar is stowwe wat nie die geleiding van termiese energie toelaat nie, en hulle word nie-geleiers of isoleerders genoem.

Noudat ons weet dat metale goeie geleiers van warmte is, dink jy dat alle metale warmte ewe goed gelei? Kom ons stel vas watter metale beter geleiers is.

Watter metale is die beste geleiers van warmte?

Ons gaan kyk watter metaal die beste geleier van termiese energie is. Om dit te doen gaan ons vasstel watter metaal eerste warm word.

Maak seker dat jy weet hoe om 'n Bunsenbrander veilig te gebruik.

Noudat ons vasgestel het dat metale warmte-energie beter as nie-metale gelei, sal die leerders ondersoek instel om te kyk watter metale die beste warmtegeleiers is. Hierdie ondersoek benodig meer hitte as die vorige een, en dus moet die leerders nie die geleiding met hul vingers toets nie.

Gebruik 'n paar minute voordat die leerders begin om die korrekte prosedure vir die aansteek van 'n Bunsenbrander te demonstreer. Daar is baie verskillende demonstrasievideos op die internet, soos die een wat in die besoekboksie in die kantlyn aangedui is. Hier volg 'n lys instruksies vir verwysing:

1. Maak seker dat jy op 'n geskikte oppervlak werk, soos byvoorbeeld 'n vuurbestande mat, en dat dit skoon en netjies is.
2. Maak seker dat die gasbuis in 'n goeie toestand is, en nie beskadig is nie.
3. Koppel die gasuitlaat goed, en maak seker dat dit nie maklik sal loskom as die Bunsenbrander rondgeskuif word nie.
4. Maak seker dat die tapring aan die basis van die Bunsenbrander en die lugopening toe is.
5. Steek eers die vuurhoutjie aan, terwyl dit weg van die Bunsenbrander af gehou word.
6. Draai die gas met jou ander hand oop, en bring die vuurhoutjie na die Bunsenbrander toe om dit aan te steek.
7. Verstel die luggat deur dit oop te maak sodat die vlam warmer word.
8. Verstel die intensiteit van die vlam deur van die tapring aan die onderkant gebruik te maak.

As die leerders nog oefening en hersiening nodig het, kan hulle as bykomende oefening gevra word om plakkate te teken wat verduidelik hoe om die Bunsenbrander aan die brand te steek.

Onthou dat die driepootstaanders en metaalstawe wat die leerders gebruik redelik warm sal word gedurende die eksperiment. Maak seker dat die apparaat afgekoel is voordat dit weggepak word.

DOEL: Om te bepaal of sekere metale beter geleiers is as ander.

IDENTIFISEER VERANDERLIKES:

Lees deur die metode en kyk aandagtig na die diagram vir die ondersoek, om die verskillende veranderlikes wat benodig word te identifiseer.

Watter veranderlike gaan jy verander?

---

Materiaal wat getoets word, naamlik yster, koper, brons of aluminium

Wat noem ons die veranderlike wat jy gaan verander?

---

Hierdie sal die onafhanklike veranderlike wees.

Watter veranderlike gaan jy meet?

---

Tyd wat dit neem vir die drukspyker om te val.

Wat noem ons die veranderlike wat jy gaan meet?

---

Die afhanklike veranderlike

Watter veranderlikes moet dieselfde gehou word?

---

---

Die lengte en dikte moet dieselfde wees vir elke materiaal wat gebruik word. Afstand van die drukspyker vanaf die bron van hitte.

Wat noem ons die veranderlikes wat dieselfde gehou moet word?

---

Konstante

HIPOTESE:

Skryf 'n hipotese vir hierdie ondersoek neer.

---

---

Leerder-afhanklike antwoord. Leerders kan aandui watter metaal hulle dink die beste geleier is, byvoorbeeld: die koperstaaf sal die beste geleier wees.

MATERIALE EN APPARAAT:

• Bunsenbrander
• petroleumjellie
• koper, yster, brons en aluminiumstaaf
• stophorlosie
• drukspykers
• driepootstaander
• karton of papier
• vuurhoutjies

Die materiale wat hier gelys is, is 'n voorstel. Dit is moontlik om alternatiewe apparate te gebruik om hierdie ondersoek te doen. 'n Spiritusbrander kan byvoorbeeld ook gebruik word om die stawe te verhit. As 'n driepootstaander nie beskikbaar is nie, kan die metaalstawe op 'n ander staander, byvoorbeeld 'n houtblok, geplaas word sodat die punte nog steeds oor die Bunsenbrander is. Skuifspelde kan ook in plaas van drukspykers gebruik word. Die metaalsoorte is nie belangrik nie, solank verskillende metale van dieselfde lengte gebruik word.

METODE:

1. Plak die plat kant van die drukspyker met petroleumjellie vas aan die een punt van elkeen van die metaalstawe. Probeer om dieselfde hoeveelheid petroleumjellie vir elke drukspyker te gebruik.
2. Plaas die karton op die driepootstaander.
3. Balanseer die metaalstawe op die karton sodat een punt van elkeen oor die Bunsenbrander is.
4. Steek die Bunsenbrander aan.
5. Gebruik 'n stophorlosie om te meet hoe lank dit neem vir elkeen van die drukspykers om af te val.
6. Teken jou resultate in die tabel aan.
7. Teken 'n staafgrafiek om jou resultate te illustreer.

Die karton is 'n isoleerder en sal verhoed dat warmte vanaf die stawe na die driepootstaander oorgedra word. Die verlies aan warmte vanaf die stawe kan die resultate beïnvloed.

RESULTATE EN GEVOLGTREKKINGS:

Teken jou resultate in die volgende tabel aan.

Soort metaal	Tyd geneem vir 'n drukspyker om af te val (sekondes)
yster
koper
brons
aluminium

Teken nou 'n staafgrafiek om jou resultate te toon. Moet nie vergeet om jou grafiek van 'n opskrif te voorsien om te beskryf wat dit voorstel nie.

Watter veranderlike moet op die horisontale x-as wees?

---

Die tipe materiaal moet op die horisontale as aangedui word. Dit is die onafhanklike veranderlike.

Watter veranderlike moet op die vertikale as wees?

---

Die tyd geneem vir die drukspyker om af te val moet op die vertikale as wees. Dit is die afhanklike veranderlike.

Waarom dink jy dat die staafgrafiek gepas is vir hierdie ondersoek?

---

---

Die onafhanklike veranderlike/tipe materiaal is nie 'n numeriese waarde nie, en dus het dit nie 'n getallelyn nodig nie. 'n Staafgrafiek word gebruik om nie-getal of nie-aaneenlopende data voor te stel.

Die onafhanklike veranderlike word altyd op die x-as geteken, met die afhanklike veranderlike op die y-as. Beide asse moet van byskrifte voorsien word, en die meeteenhede wys. Die grafiek moet 'n opskrif hê.

'n Voorbeeld van 'n datastel word hier gegee met die bygaande staafgrafieke as 'n verwysing. Jou resultate mag verskil van dié wat hier getoon word.

Soort metaal	Tyd geneem vir 'n drukspyker om af te val (sekondes)
yster	60
koper	30
brons	50
aluminium	40

ANALISE :

Watter staaf op jou grafiek is die langste?

---

Die langste staaf moet yster wees.

Watter staaf is die kortste?

---

Die kortste staaf moet koper wees.

Skryf die materiale neer in die volgorde van hoe vinnig hulle warmte gelei, vanaf die vinnigste tot die stadigste.

---

Aktiwiteit-afhanklike antwoord.

Waarom smelt die petroleumjellie?

---

Die warmte word deur geleiding deur die metaalstaaf na die petroleumjellie gelei, wat as gevolg van 'n toename in temperatuur na 'n tyd 'n toestandsverandering ondergaan (vastestof na vloeistof).

Waarom dink jy was dit nodig om 'n stuk karton of papier op die driepootstaander onder die metaalstawe te plaas. Wenk: Die driepootstaander is ook van metaal gemaak.

---

---

---

Die karton tree op as 'n isoleerder om te verhoed dat warmte vanaf die stawe na die staander oorgedra word. Vir die doel van hierdie eksperiment moet die warmte slegs afwaarts na die verskillende metaalstawe oorgedra word.

Waarom dink jy is dit nodig om dieselfde hoeveelheid petroleumjellie aan die punte van elke metaalstaaf te gebruik?

---

---

Dit is sodat die toets billik is, andersins mag van die drukspykers beter vasgeplak wees as ander, wat tot onakkurate resultate kan lei.

Dink jy ons sou hierdie ondersoek kon doen as ons stawe verskillende lengtes gehad het?

---

---

Nee, andersins sal dit nie 'n billike toets wees nie, aangesien die warmte dan verder deur party stawe as ander gelei sou moes word, wat tot onakkurate resultate kan lei.

EVALUERING:

Dit is altyd belangrik om ons ondersoeke te evalueer om te sien of daar enige iets is wat ons kan verander of op kan verbeter.

Is daar enige iets wat met jou ondersoek verkeerd gegaan het wat jy kon verhoed het?

---

Leerder-afhanklike antwoord.

As jy hierdie ondersoek sou herhaal, wat sou jy verander?

---

Leerder-afhanklike antwoord.Voorbeelde sluit in: herhaal dieselfde eksperiment drie keer en bepaal die gemiddelde van die resultate; vermeerder die hoeveelheid metale wat getoets word.

GEVOLGTREKKINGS:

Skryf 'n gevolgtrekking vir hierdie ondersoek oor watter metaal die beste geleier van warmte is.

---

Hierdie antwoord sal afhang van hulle eksperimentele resultate, en die spesifieke metale wat in die ondersoek gebruik is.

In hierdie afdeling het ons gekyk hoe warmte deur metaalstawe en ander voorwerpe gelei word. Hierdie was almal soliede voorwerpe. Hoe word energie deur vloeistowwe en gasse oorgedra? Kom ons vind dit in die volgende afdeling uit.

Konveksie

Dink aan 'n pot water op 'n stoof. Slegs die bodem van die pot raak aan die stoofplaat, maar al die water in die pot, selfs as die water nie aan die kante raak nie, word warmer. Hoe word die energie dwarsdeur die water in die pot oorgedra? Die oordrag van energie is as gevolg van konveksie.

Kom ons doen 'n aktiwiteit wat ons sal help visualiseer hoe konveksie plaasvind.

Konveksie in water

Keurvolle konveksiestrome (video)

MATERIALE:

• 200 ml glasbeker
• kaliumpermanganaat
• Bunsen- of spiritusbrander, driepootstaander, draadgaas

Neem kennis dat slegs 'n paar korrels kaliumpermanganaat nodig is, anders sal niks gesien word nie.

'n Alternatief tot die bostaande materiale is die volgende:

1. Sny die nek van 'n deurskynende 4 of 5 liter houer.
2. Vul die houer driekwart met kraanwater.
3. Plaas gekleurde water (kan met voedselkleursel gekleur word) in 'n klein bottel met 'n deksel wat maklik is om te verwyder. Maak die deksel toe.
4. Plaas die klein bottel in die houer.
5. Sodra dit in die houer geplaas is, haal jou hand, met die deksel, versigtig uit die houer.
6. Let op dat die gekleurde water vanaf die klein bottel opstyg en deur die koue water beweeg, en dan weer afsak soos dit op pad na boontoe weer afkoel - neem die konveksiestrome waar.

INSTRUKSIES:

Leerders moet nie net die kaliumpermanganaat in die water gooi nie. Dit is belangrik dat hulle dit versigtig aan een kant van die bodem van die beker plaas, sodat hulle kan sien hoe die strome in die water beweeg.

1. Vul die beker halfpad met koue water.
2. Plaas 'n klein hoeveelheid kaliumpermanganaat aan een kant van die beker. MOET NIE ROER NIE.
3. Verhit die water met 'n Bunsen-/spiritusbrander direk onder die kant van die beker waar die kaliumpermanganaat is, en kyk wat gebeur.
4. Stel 'n kontrole-eksperiment op en plaas 'n paar korrels kaliumpermanganaat op die bodem van 'n beker wat met water gevul is. Moet nie die beker verhit nie, en neem waar wat gebeur.

VRAE:

Wat het jy gesien toe die water begin opwarm het in die beker wat verhit is?

Leerders behoort die pers kleur van die opgeloste kaliumpermanganaat in 'n sirkel opwaarts deur die water te sien beweeg.

Wat is aan die gebeur met die kaliumpermanganaat in hierdie beker?

---

---

Soos die kaliumpermanganaat in die water oplos, word dit deur die water saamgeneem.

Kan jy die patroon wat jy gesien het verduidelik?

---

---

Die warm water styg en word vervang met koeler water.

NOTA:

Op hierdie punt is die leerders nog nie bewus van die teorie onderliggend aan konveksiestrome nie, en dus sal hul antwoorde redelik eenvoudig wees.

Vergelyk hierdie met die beker wat nie verhit is nie. Wat het jy in hierdie beker waargeneem?

---

---

Die kaliumpermanganaat sal oplos, maar dit sal nie stygende strome vorm nie. Dit sal eweredig en dig oor die bodem van die beker versprei. Oor 'n lang tyd sal dit eweredig deur die water versprei.

Kom ons verduidelik nou wat ons in die laaste aktiwiteit waargeneem het. Konveksie is die oordrag van termiese energie van een plek na 'n ander deur die beweging van gas of vloeistofdeeltjies. Hoe gebeur dit?

Wanneer 'n gas of vloeistof verhit word, sit dit uit. Dit is omdat die deeltjies in vloeistowwe en gasse kinetiese energie bykry wanneer hulle verhit word, en dan vinniger begin beweeg. Hulle neem dus nou meer ruimte op omdat die deeltjies verder van mekaar af beweeg. Dit veroorsaak dat die verhitte vloeistof of gas opwaarts beweeg, en die koeler vloeistof of gas afwaarts. Wanneer die warm vloeistof of gas die bokant bereik, koel dit weer af en beweeg dus weer terug af.

In die vorige aktiwiteit het die waterdeeltjies kinetiese energie bygekry, en verder van mekaar af beweeg, en dus meer ruimte opgeneem. Hierdie water beweeg dan opwaarts aangesien dit minder dig is as die koue water, wat beteken dat dit ligter is as die koue water. Ons kon hierdie proses waarneem omdat die kaliumpermanganaat in die water opgelos het en saam met die waterdeeltjies beweeg het, en dan weer afbeweeg het soos die water afgekoel het.

Hierdie beweging van vloeistof of gas word 'n konveksiestroom genoem, en energie word oorgedra van een gebied in die vloeistof of gas na 'n ander. Kyk na die diagram wat 'n konveksiestroom wys.

Beweeg rook op of af?

Die leerders moet versigtig wees met hierdie eksperiment. Dit is maklik om die T-vormige karton met die kers aan die brand te steek, en hulle moet ook versigtig wees om nie hulle vingers te brand wanneer hulle die kerse aan die brand steek nie.

MATERIALE:

• T-vormige karton
• kers
• gedraaide papier of splinter
• beker
• vuurhoutjies

INSTRUKSIES:

Drup 'n bietjie warm was op die basis en plak dan die kers hierop vas sodat dit regop staan.

1. Steek die kers aan die brand en plaas dit in die beker, maar na die kant van die beker toe.
2. Plaas die T-vormige karton in die beker sodat daar 'n klein gaping tussen die bodem van die beker en die karton is.
3. Steek die gedraaide papierrol aan die brand, en hou dit in die beker aan die teenoorgestelde kant vanaf die kers, soos in die diagram aangedui word.
4. Neem waar wat met die rook gebeur.

VRAE:

Wat gebeur met die rook vanaf die papier?

---

Die rook word afgetrek onder die karton in, en beweeg dan op langs die kers.

NOTA:

Sommige van die rookdeeltjies mag opwaarts beweeg.

Waarom dink jy beweeg die rook op hierdie manier?

---

---

---

Die kers verhit die lug bo dit, wat 'n konveksiestroom veroorsaak wat die koeler lug aan die anderkant van die karton na die kers toe trek. Hierdie beweging van die lugdeeltjies trek die rookdeeltjies saam. Die rookdeeltjies help ons om die konveksiestroom te visualiseer.

In die vorige twee aktiwiteite het ons konveksiestrome in 'n vloeistof en 'n gas waargeneem. Konveksiestrome kan slegs in vloeistowwe en gasse ontstaan omdat hulle deeltjies vry is om rond te beweeg. Hulle word nie in vaste posisies vasgehou soos in 'n vastestof nie. Vastestof deeltjies word te styf bymekaargehou vir hulle om te beweeg wanneer hulle warm gemaak word. Vastestof deeltjies vibreer net vinniger wanneer hulle warm gemaak word, maar sal nie uit hulle posisies uit beweeg nie.

Noudat ons van konveksie geleer het, hoe kan ons dit toepas in die wêreld rondom ons? Dit is interessant om van konsepte en teorieë te leer, maar dit is selfs interessanter om uit te vind hoe dit ons daaglikse lewens kan beïnvloed.

Installering van lugverwarming- en afkoelingstelsels

Verbeel jou dat jou onderwyser 'n verwarmer- en lugversorgingsisteem vir die klas gekry het. Die verwarmer sal die klaskamer in die winter warm maak, en die lugversorger sal julle in die somer koel hou. Jy moet jou onderwyser help besluit waar elkeen van die stelsels in die klaskamer geplaas moet word. Moet hulle teen die muur naby die plafon of naby die vloer gaan? Moet hulle langs die venster geplaas word?

INSTRUKSIES:

Verdeel in groepe van 2 of 3.

Bespreek waar in die klaskamer jy die verwarmer sal plaas sodat dit die kamer effektief kan verhit. Teken 'n diagram om jou keuse te verduidelik.

'n Verwarmer behoort naby die vloer geplaas te word. Soos dit die lug rondom verwarm, sal die warm lug styg en deur koel lug vervang word. Die koel lug word dan verwarm en styg. Dit skep 'n konveksiestroom wat die hele kamer verwarm. Die diagram moet die opwaartse sirkulasie van die warm lug toon.

Bespreek waar in die klaskamer jy die lugversorger sal plaas sodat dit die kamer effektief kan afkoel. Teken 'n diagram om jou keuse te verduidelik.

'n Lugversorger moet naby die plafon geplaas word. Soos dit die warm lug naby die plafon afkoel, beweeg die afgekoelde lug afwaarts na die vloer, en word vervang met warm lug wat van onder af opstyg. Die warm lug word dan deur die lugversorger afgekoel. Dit veroorsaak 'n konveksiestroom wat die hele kamer afkoel. Die diagram moet die afwaartse lugsirkulasie toon.

Probeer om 'n lugversorgerspesialis of verwarmerinstalleerder te vind met wie 'n onderhoud gevoer kan word. Vra hulle om die beste manier om 'n lugversorger of verwarmer te installeer te verduidelik.

Ons het nou gekyk na hoe energie deur verskillende materiale oorgedra word, naamlik vaste stowwe (geleiding), vloeistowwe en gasse (konveksie).

Straling

Het jy al ooit gewonder hoe die Son in staat is om ons warm te maak, selfs al is dit so ver weg? Die energie word vanaf die Son oorgedra na alles op Aarde. Die Son het nie nodig om aan die Aarde te raak vir die energie om oorgedra te word nie. Daar is ook 'n baie groot ruimte tussen die Aarde en die Son. Tog is die energie vanaf die Son daartoe in staat om ons warm te maak sonder dat die Son ooit aan ons raak.

Hierdie oordrag van energie word straling genoem. Dit verskil van geleiding en konveksie, omdat dit nie die beweging van deeltjies, of dat voorwerpe aan mekaar raak, nodig het nie.

Ons kan ook sien hoe warmte deur straling hier op Aarde oorgedra word, en nie net tussen die Son en die Aarde nie. Kom ons demonstreer die verskil tussen straling en konveksie deur van 'n kers gebruik te maak.

Straling vanaf 'n kers

'n Voorstel is om hierdie as 'n demonstrasie te doen, en leerders te kry om in klein groepe nader te kom. Dit is dan makliker om te beheer hoe naby hulle hul hande aan die vlam bring. Let op dat warmte in alle rigtings rondom die bron van termiese energie straal (insluitende die bokant van die kers). Wat maak dat ons die warmte meer bo die kers voel is die effek van konveksiestrome van warm lug wat op beweeg. Hulle moet eers hulle hande bo die vlam hou om die warmte as gevolg van die konveksie te voel. Hulle moet dan hulle hande langs die vlam hou om die warmte oordrag deur straling te voel. Laastens kan geleiding gedemonstreer word deur 'n metaallepel in die vlam te hou.

MATERIALE:

• kers in 'n houer
• metaallepel of metaalstaaf
• vuurhoutjies

INSTRUKSIES:

1. Steek 'n kers aan en plaas dit in 'n houer. Jou onderwyser mag dit doen en leerders in groepe kry om nader te kom vir die demonstrasie.
2. Hou eers jou hand bo die kers.
3. Hou dan jou hand aan die kant van die kers.
4. Beantwoord die volgende vrae.

VRAE:

Ons weet nou dat warmte vanaf die kers na die lug rondom dit oorgedra sal word. Die lug sal dan opwarm. Waarheen sal hierdie lug beweeg?

---

Die lugdeeltjies sal opwaarts beweeg.

Wat word dit genoem?

---

Konveksie.

Wanneer jy jou hand bo die kers hou, wat voel jy en waarom?

---

---

Wanneer jy jou hand bo die kers hou, dra die warm lugdeeltjies die energie na jou hand oor, wat veroorsaak dat jou hand warm word en jy die toename in temperatuur voel.

Maar wat van wanneer jy jou hand aan die kant van die kers hou? Kan jy ook die warmte van die kers voel?

---

Ja

Hierdie is nie konveksie nie, aangesien die lugdeeltjies nie sywaarts beweeg wanneer hulle deur die vlam warm gemaak word nie. Hoe word energie dan na jou hand aan die kant van die kers oorgedra?

---

Die energie word deur straling oorgedra.

Laastens, as jou onderwyser 'n metaallepel in die kersvlam plaas en jy aan die steel voel, hoe sal dit na 'n kort ruk voel?

---

Dit sal ook warm voel.

Hoe is die energie vanaf die vlam na die steel van die lepel oorgedra?

---

Die energie is deur geleiding oorgedra.

Hierdie foto wys al drie vorme van warmte-oordrag. Verduidelik watter tipe warmte-oordrag deur elke hand voorgestel word.

---

---

---

Die hand aan die regterkant wat die lepel vashou verteenwoordig geleiding, aangesien warmte deur die metaal van die lepel oorgedra word. Die hand bo die kers verteenwoordig konveksie aangesien warmte vanaf die vlam oorgedra word deur bewegende lugdeeltjies wat warm word en styg. Die hand bo die kers sal ook stralingswarmte ervaar, aangesien warmte in alle rigtings gestraal word. Die hand aan die linkerkant verteenwoordig straling, aangesien energie vanaf die bron deur die ruimte na die hand oorgedra word.

Soos ons in die vorige aktiwiteit gesien het, word warmte vanaf die kers na jou hand oorgedra deur beide konveksie en straling. Het jy al ooit langs 'n groot vuur gestaan? Jy sal die stralingswarmte voel, selfs al is die lug miskien baie koud. Dit is omdat die energie na jou toe oorgedra word deur straling deur die spasies tussen die lugdeeltjies.

Wat daarvan as jy 'n swart muur of 'n wit muur aanraak? Dink jy daar is 'n verskil in hoe verskillende oppervlaktes straling absorbeer en weerkaats? Kom ons vind uit deur 'n ondersoek te doen.

Die ondersoek het gewys dat die donker koevert die grootste toename in temperatuur getoon het. Die ligter kleur koevert het 'n kleiner toename in temperatuur getoon. Die koevert gemaak van 'n blink materiaal het die kleinste temperatuurstyging ondergaan.

So wat het ons geleer? Donker kleure lyk asof hulle meer van die Son se straling absorbeer as ligte of weerkaatsende kleure. As jy dus op 'n koue dag warm wil bly, sal donker kleure meer van die beskikbare warmte van die Son se straling absorbeer as wat ligte kleure sal.

Die gemiddelde somertemperatuur in Hotazel, 'n dorp in die Noord-Kaap, is omtrent 34 °C. As jy in Hotazel gebly het en 'n nuwe motor moes koop, sou jy 'n ligte of 'n donker kleur motor gekoop het? Verduidelik hoekom.

Jy het die keuse om die motor te laat spuitverf om die buite oppervlakte blinker te maak. Dink jy dit sal help om die motor koel in die warm somermaande te hou? Verduidelik hoekom.

Opsomming

Konsepkaart

Hieronder is 'n konsepkaart wat die verskillende onderwerpe oor warmte saam toon. Jy moet die drie verskillende maniere waarop energie oorgedra kan word invul, soos in hierdie hoofstuk bespreek, maar jy kan nie sommer enigeen in enige van die blokkies plaas nie. Jy moet die konsepte wat volg bestudeer, en elke manier van warmte-oordrag gedurende verwarming verduidelik.

Hersieningsvrae

Hoe word energie in elk van die volgende foto's wat verskillende verhittingsprosesse toon, oorgedra? Skryf neer of dit geleiding, konveksie of straling is. Sommige illustrasies mag meer as een vorm toon. [4 punte]

Die warmte van die Son beweeg na die Aarde.	Die kook van kos oor 'n braai of vuur.
Die kook van water in 'n metaalpot.	'n Verwarmer in 'n kamer.

Die warmte van die Son beweeg na die Aarde.	Die kook van kos oor 'n braai of vuur.
Straling	Konveksie (en ook straling)
Die kook van water in 'n metaalpot.	'n Verwarmer in 'n kamer.
Geleiding (deur die metaal), en konveksie (in die water)	Straling en konveksie

In elkeen van die volgende situasies, identifiseer die metode van die oordrag van energie wat plaasvind (geleiding, konveksie, straling).

1. 'n Kaggel het 'n glasskerm voor dit. Die persoon wat in 'n stoel langs die kaggel sit voel warm as gevolg van ________. [1 punt]

   ---

2. Wanneer jy jou tee met 'n metaallepel roer, raak die handvatsel warm as gevolg van ________. [1 punt]

   ---

3. Wanneer jy op die strand lê voel jou vel warm as gevolg van _______. [1 punt]

   ---

1. straling

2. geleiding

3. straling

Teken vloeikaarte om die oordrag van energie vir die volgende voorbeelde aan te toon: Jy koop 'n beker warm sjokolade en hou dit in jou hande op 'n koue wintersdag. [2 punte]

Die energie word deur geleiding van die beker na die hande oorgedra.

NOTA:

Een van die punte is vir die kies van die korrekte rigting vir die energie-oordrag. Die tweede punt is vir die teken daarvan in die vorm van 'n vloeikaart.

Jou ouers het 'n metaalwarmwatersilinder ('geiser') en hulle kla oor die hoeveelheid energie wat nodig is om die water warm te hou. Wat stel jy voor kan jou ouers doen om energieverlies vanaf die warmwatersilinder te verhoed? Verduidelik jou antwoord. [4 punte]

---

---

---

---

Metale is goeie geleiers van warmte en dus word die warmte van die water uit die warmwatersilinder uit oorgedra. 'n Isolerende kombers (blink foelie) kan gebruik word om die warmwatersilinder te bedek. Die lug tussen die kombers en die warmwatersilinder is 'n swak geleier van warmte en dus sal die warmteverlies stadiger wees.

Verduidelik hoekom die verhittingselement van 'n ketel op die bodem is, en nie aan die bokant nie. [3 punte]

---

---

---

Die verhittingselement is op die bodem omdat, wanneer die element energie aan die water oordra, die water uitsit en opwaarts beweeg, en die kouer water (stadiger-bewegende deeltjies) na die bodem sal sink om 'n konveksiestroom te vorm. Hierdie siklus verseker dat al die water so gou as moontlik verhit word. As die element aan die bokant was, sou die water aan die onderkant baie langer geneem het om te kook.

NOTA:

Leerders moet die term konveksiestroom noem.

Verduidelik hoekom die water dwarsdeur die ketel kook, en nie net by die bodem nie. [2 punte]

---

---

Die water by die bodem van die ketel raak warm en beweeg dan na die bokant van die ketel as gevolg van konveksie. Dit laat die koue water dan toe om tot by die bodem te sink waar dit verwarm word. Hierdie aanhoudende sirkulasie laat al die water toe om warm te word en te kook.

Verduidelik hoekom wegneemkoffie in polistireenkoppies verkoop word, eerder as keramiekbekers. [2 punte]

---

---

Normale keramiekbekers is goeie geleiers van warmte, en dus word energie vanaf die koffie vinnig deur die beker na die omgewing oorgedra. Die polistireen is 'n swak geleier van warmte, en dus laat dit nie toe dat die energie vanaf die koffie maklik na die omliggende lug beweeg nie. Die koffie bly dus vir langer warm.

Verduidelik hoekom twee dun komberse soms warmer is as een dik kombers. [2 punte]

---

---

Lug is tussen die twee komberse vasgevang. Die lug is 'n baie swak geleier, en dus word dit 'n addisionele isolerende laag wat die verlies van warmte vanaf jou liggaam vertraag. Een kombers kan nie so baie lug vasvang nie, en is dus nie so warm soos twee komberse nie.

Verduidelik hoekom voëls hulle vere uitpof om warm te bly, veral in die winter. [2 punte]

---

---

Voëls pof hul vere uit sodat meer lug tussen hulle vere vasgevang word. Die lug is 'n swak geleier van warmte en dus word die energie van die voël se liggaam nie na die omgewing oorgedra nie.

Hoekom behoort jy 'n lugversorger bo in die kamer, naby die plafon, te plaas, eerder as aan die onderkant naby die vloer? [2 punte]

---

---

Dit is omdat koue lug afwaarts sal beweeg en so die kamer sal afkoel, en die warm lug sal styg sodat dit deur die lugversorger aan die bokant van die kamer (naby die plafon) verwyder kan word.

Verbeel jou dat jy 'n klein afkamping vir 'n paar hoenders op jou eiendom wil bou. Jy het 'n buite area afgekamp met doringdraad, en jy het 'n klein toegemaakte binnegebou gebou van bakstene en sement wat jy wil verf. Jy weet dat dit baie koud in jou omgewing kan word, en jy wil die huis so warm as moontlik maak vir die hoenders. Watter kleur verf gaan jy kies om die buitekant van die hoenderhok te verf? Sal dit 'n donkerkleur verf, soos bruin of swart wees, of 'n ligtekleur verf, soos wit of geel? Verduidelik jou keuse. [4 punte]

---

---

---

---

Die beste keuse om die huis so warm as moontlik aan die binnekant te hou, is 'n donkerkleur verf. Dit is omdat donker kleure meer stralingshitte gedurende die dag vanaf die Son absorbeer as ligte kleure, wat warmte weerkaats. Die donker verf sal die warmte absorbeer en dit sal na die lug binne-in die huis oorgedra word, wat dit warmer sal maak, veral in die winter.

Totaal [30 punte]