Is sonkrag 'n voorbeeld van 'n hernubare of nie-hernubare energiebron?
'n Hernubare energiebron.
NOTA:
Dit sluit aan by wat leerders in Hoofstuk 1 behandel het.
Isolasie en energiebesparing
Oorsig oor die hoofstuk
Hierdie hoofstuk brei uit op die konsep van oordrag van energie waarmee leerders in die vorige hoofstuk kennis gemaak het. Dit is baie belangrik om te beklemtoon dat warmte die oordrag van energie van 'n warm voorwerp of stelsel na 'n kouer voorwerp of die omgewing is. Om hierdie proses te vertraag het ons isolasie nodig.
In die vorige hoofstuk is leerders blootgestel aan die konsepte warmte en temperatuur en die verskillende maniere waarop energie tussen voorwerpe oorgedra word. Hierdie hoofstuk behandel die praktiese toepassing van warmte en wys hoe ons die oordrag van energie kan aanwend om ons huise warm te maak en hoe om te verhoed word om energie vanuit ons huise verlore raak in die winter. Net so het ons isolasie nodig om voorwerpe koel te hou, dink byvoorbeeld aan 'n koelhouer. Leerders sal verskillende materiale ondersoek om te ontdek watter materiale beter isoleerders en watter beter geleiers is.
1.1 Waarom het ons isolasie-materiaal nodig? (1 uur)
Taak | Vaardighede | Aanbeveling |
Aktiwiteit: Hoe werk sonkragwaterverwarmers? | Ondersoek, neem waar, verduidelik | KABV beveel aan |
1.2 Gebruik van isolasie-materiaal (5 ure)
Taak | Vaardighede | Aanbeveling |
Aktiwiteit: Hou jou koffie warm en jou koeldrank koud | Ontwerp, groepwerk, maak, skets, voorsien byskrifte | Voorgestel |
Ondersoek: Wat is die beste isolasie-materiaal? | Neem waar, meet, opteken, teken grafieke, interpreteer data | KABV beveel aan |
Aktiwiteit: Bou 'n warmhouer | Skets, ontwerp, voorsien byskrifte, maak, neem waar | KABV beveel aan |
Aktiwiteit: Hou ons huise warm | Maak, meet, opteken, teken grafieke, interpreteer data | KABV beveel aan |
Let op dat KABV voorstel dat 'n warmhouer OF 'n modelhuis gemaak word. Ons het beide hier ingesluit sodat jy 'n keuse het. Daar is ook genoegsame tyd vir die hoofstuk om beide take met jou leerders te kan doen.
- Hoe kan jy jou tee warm hou?
- Kan jy dieselfde materiaal gebruik om jou huis in die winter warm en in die somer koel te hou?
- Hoe help isolasie-materiaal om energie te bespaar?
Waarom het ons isolasie-materiaal nodig?
- isoleerder
- geleier
Ons het reeds in die vorige hoofstuk geleer dat hitte die oordrag van energie deur geleiding (ook bekend as konduksie), konveksie of straling is. Gewoonlik wil ons hê dat hierdie energie vir verhitting oorgedra moet word. Byvoorbeeld, wanneer jy 'n verwarmer in jou kamer sit, wil jy hê dat energie deur konveksie en straling na die kamer oorgedra word sodat die kamer warmer word.
Onder ander omstandighede wil jy die oordrag van energie voorkom. Byvoorbeeld op 'n koue wintersdag wil ons die verlies aan warmte van die huis beperk sodat dit warm bly. Ander voorwerpe, soos elektriese waterverwarmers, moet verhoed dat energie aan die omgewing oorgedra word sodat die water binne-in warm bly. Materiale wat isoleerders is, kan die oordrag van energie vertraag of verhoed.
'n Sonkragwaterverwarmer is 'n voorbeeld van 'n stelsel waar ons die oordrag van energie op sekere plekke in die stelsel wil laat plaasvind en op ander plekke wil verhinder. Die gebruik van sonkragwaterverwarmers help om energie te bespaar. Dit is nie net omdat die stelsel effektief water verhit nie, maar ook omdat ons sonkrag gebruik wat verniet is. Ons moet egter vir elektrisiteit betaal wat ons van die nasionale kragnetwerk gebruik. Ons gebruik voeg by tot die nasionale behoefte aan elektrisiteit, wat druk daarop plaas.
Ons gebruik verskillende materiale in verskillende situasies, afhangend van of ons die oordrag van energie wil laat plaasvind of nie. Kom ons vind uit hoekom en kyk hoe 'n sonkragwaterverwarmer werk.
'n Eenvoudige demonstrasie wat wys hoe 'n sonkragwaterverwarmer werk.
Hoe werk 'n sonkragwaterverwarmer?
Leerders kan dit in groepe bespreek en dan hulle antwoorde neerskryf of op hulle eie werk.
INSTRUKSIES:
- Bestudeer die volgende diagramme wat wys hoe 'n sonkragwaterstelsel werk.
- Beantwoord die vrae wat volg.
Daar is verskillende soorte sonkragwaterverwarmers. Ons gaan na die mees effektiewe verwarmer kyk wat lugleë buise gebruik.
Die volgende diagram wys die verskillende dele van die sonkragwaterverwarmer waarna ons gaan verwys. Koue water vloei in die koue water inlaatpyp en langs die langer buise af. Dit word lugleë buise genoem. Die water word warm as gevolg van die oordrag van energie van die son en dit vloei dan in die opgaartenk aan die bokant in. Wanneer iemand in die huis warm water wil hê, vloei die warm water uit die warm water uitvloeipyp en af in die huis in.
VRAE:
Wanneer koue water in die buise afvloei word energie van die son aan die water oorgedra. Watter tipe verhitting is dit?
Straling
In die buise-deel van die stelsel wil ons hê dat die oordrag van energie moet plaasvind. Om hierdie rede word spesifieke materiale gebruik om die oordrag van energie so effektief as moontlik te maak. Daar is 'n blink oppervlak onder die buise wat 'n weerkaatser genoem word. Hoe help dit om die hoeveelheid energie, wat die water in die buise ontvang, meer te maak?
Die weerkaatser is 'n blink oppervlak en absorbeer dus nie die warmte nie, maar reflekteer die son se stralingsenergie terug boontoe en op die buise wat dus die hoeveelheid energie, wat die water in die buise ontvang, vermeerder.
Sien jy dat daar 'n tenk aan die bokant is wat die warm water stoor? In hierdie deel van die stelsel wil ons verhoed dat die oordrag van energie na buite plaasvind. Die tenk bestaan uit 'n binne-tenk en 'n buitenste omhulsel. As daar net hierdie twee lae, wat uit metaal gemaak is, was, hoe sou hitteverlies van die warm water aan die eksterne omgewing kon plaasvind?
Deur geleiding.
Iets is egter gedoen om hierdie oordrag van energie te verhoed. Wat het hulle gedoen om die water te probeer warm hou terwyl dit gestoor word?
Tussen die binneste en die buitenste tenks is daar 'n dik laag isolasie. Dit gelei nie warmte nie. Die isolasie help om die oordrag van energie deur geleiding na die omgewing te verhoed aangesien isolasie-materiaal 'n swak geleier van warmte is.
Kom ons kyk nou van nader na die lugleë buise in 'n sonkragwaterverwarmer. Bestudeer die volgende diagram. Die water beweeg af in die sentrale warmpyp. Daar is 'n absorbeerplaat onder elke plaat wat omhul is met twee lae van die buis.
Sien jy dat daar 'n binne- en 'n buitebuis is? Tussen hierdie buise is daar 'n vakuum of lugleegte. Dit beteken dat die son se energie steeds deurgelaat word sodat die water verhit. Wanneer die energie egter aan die water oorgedra word, en dit warm word, voorkom die vakuum dat energie weer ontsnap en oorgedra word deur konduksie of konveksie.
Vir energie om deur konduksie of konveksie oorgedra te word het dit 'n medium soos lugdeeltjies nodig. Daar is egter 'n vakuum wat help om die binneste pyp te isoleer.
Onder die warmpyp is daar 'n plaat wat help om die stralingsenergie van die son te absorbeer en dit na die warmpyp oor te dra. Waarom is dit van 'n donker materiaal, eerder as 'n ligte een, gemaak?
Die donker materiaal kan stralingshitte beter absorbeer en aan die pyp oordra as wat 'n ligte materiaal kan.
Sien jy dat die water aan die onderkant koeler is, dit word aangedui deur die blou kleur. Die water aan die bokant van die buis is warmer en word met rooi aangedui. Wat noem ons dit wanneer koeler water na onder beweeg en warmer water na bo beweeg?
'n Konveksiestroom.
Die beweging van water help om warm water uit die buise in die tenk in te beweeg sodat die koue water dit kan vervang.
Dink jy dat die sonkragwaterverwarmer 'n energie-doeltreffende stelsel is? Hoekom?
Dit is 'n baie doeltreffende stelsel aangesien al die materiale met sorg gekies is om die oordrag van energie te bevorder of te verhoed, afhangend van wat in 'n spesifieke deel van die stelsel nodig is. Dit help om elektrisiteit te bespaar aangesien sonkrag gebruik word om die water te verhit eerder as 'n elektriese waterverwarmer. Dit is ook goedkoper, behalwe vir die installeringskoste van die sonverwarmer, aangesien sonkrag gratis is.
Noudat ons gesien het hoe verskillende materiale in verskillende situasies gebruik word, afhangend van of ons die oordrag van energie wil voorkom of toelaat, gaan ons kyk hoe ons daardie materiale gebruik om die oordrag van energie te voorkom.
Gebruik van isolasie materiale
Voor ons begin, skryf jou eie definisie vir 'n isoleerder van warmte .
Leerders moet iets skryf oor dat dit 'n swak geleier van warmte is of dat dit die oordrag van energie verhinder.
Watter materiale werk goed as isoleerders van warmte? Kom ons doen eers 'n aktiwiteit vir pret.
Hou jou koffie warm en jou koeldrank koud
Leerders moet hulle kennis oor die maniere waarop energie oorgedra word gebruik om hulle eie metodes uit te dink om hulle drankies te isoleer. Laat hulle kreatief wees, moenie te veel wenke of voorstelle gee nie. Die aktiwiteit sal wys watter leerders die konsep van die oordrag van energie uit die vorige hoofstuk verstaan en wie van hulle nog hulp nodig het.
Daar is verskillende maniere om hierdie aktiwiteit te bestuur. Jy kan vir jou leerders 'n paar verskillende materiale gee wat hulle moet gebruik of jy kan dat hulle hul eie materiale bring. Dit is meer uitdagend as jy jou leerders vra om hulle eie materiale te bring. As jy materiale voorsien, het die leerders 'n basis waarvan hulle kan werk. Hulle gaan dalk makliker hulle drankies met die eerste probeerslag isoleer.
Hierdie aktiwiteit dien as 'n inleiding tot isolasie materiale. Leerders moet dit wat hulle oor geleiding, konveksie en straling geleer het gebruik om die verskillende materiale vir die aktiwiteit te kies.
Laat jou leerders eers 'n plan ontwikkel vir hulle ontwerp voor hulle die beker isoleer. Vra hulle om 'n hipotese te formuleer wat hulle kan toets. Hier is 'n paar hipoteses waarmee leerders vorendag mag kom:
- "Deur aluminiumfoelie om die koppie te draai, word die oordrag van energie verhoed."
- "As die beker met karton toegedraai word, sal hitteverlies vertraag word."
- "As geriffelde karton gebruik word as isoleerder, sal dit hitteverlies vertraag."
- "As die beker in lae koerantpapier toegedraai word, voorkom dit die oordrag van energie."
Leerders kan hulle hipoteses toets en dan besluit of dit waar of onwaar is.
As bykomende oefening kan dieselfde grootte blikkies in 3, 6 en 9 lae koerant toegedraai word. Dit wys duidelik dat koerantpapier 'n baie effektiewe isoleerder is, veral as dit in lae gebruik word.
MATERIALE
- ketel
- 2 identiese bekers, metaal of keramiek
- tee of koffie
- alkoholtermometer
- verskillende isolasie materiale
- stophorlosie
INSTRUKSIES
- Verdeel in groepe van 3 of 4.
- Ontwerp 'n metode om 'n koppie tee so lank as moontlik warm te hou. Julle mag enige materiaal gebruik wat julle van die huis af gebring het of wat julle onderwyser verskaf het.
- Maak julle ontwerp.
- Skryf 'n hipotese vir julle ontwerp neer.
- Maak julle geïsoleerde beker vol kokende warm tee.
- Meet die temperatuur met die termometer.
-
Hou die termometer in die beker en kyk hoe lank dit neem om kamertemperatuur te bereik (ongeveer 25°C).
- Maak die beker wat nie geïsoleer is nie vol en kyk hoe lank dit neem om kamertemperatuur te bereik.
- Herhaal hierdie aktiwiteit met koeldrank in die bekers.
VRAE:
Die antwoorde is leerderafhanklik aangesien hulle dit baseer op hulle eie keuse van materiale en die omgewingstemperatuur ten tye van die eksperiment.
Watter materiale het julle gebruik om julle tee warm te hou?
Leerder-afhanklike antwoord.
Waarom het julle hierdie spesifieke materiale gekies?
Leerder-afhanklike antwoord.
Hoe het julle die materiale aan die beker vas gekry?
Leerder-afhanklike antwoord.
Teken 'n diagram met byskrifte vir julle ontwerp.
Leerder-afhanklike antwoord.
Hoe lank het dit geneem vir julle tee om kamertemperatuur (25°C) te bereik?
Leerder-afhanklike antwoord.
Watter materiale het julle gebruik om julle koeldrank koud te hou?
Leerder-afhanklike antwoord.
Waarom het julle hierdie spesifieke materiale gekies?
Leerder-afhanklike antwoord.
Hoe het julle die materiale aan die beker vas gekry?
Leerder-afhanklike antwoord.
Teken 'n diagram met byskrifte vir julle ontwerp.
Leerder-afhanklike antwoord.
Hoe lank het dit geneem vir die koeldrank om tot kamertemperatuur (25 °C) te verhit?
Leerder-afhanklike antwoord.
Hoekom moes julle ook die tyd neem van die beker wat nie geïsoleer is nie?
Die beker wat nie geïsoleer is nie dien as kontrole vir die aktwiwitet. As ons nie die beker wat nie geïsoleer is toets nie, kan ons nie seker wees of die tee wel afgekoel het (of die koeldrank warm geword het) teen dieselfde koers as sonder ekstra isolasie-materiaal nie.
Was julle hipotese waar of onwaar?
Die antwoord sal afhang van die leerders se hipotese. As die hipotese was dat hulle materiaal hitteverlies sal verminder en hulle kan wys dat dit wel gebeur, is hulle hipotese waar. As die hipotese is dat hulle materiaal hitteverlies sal verminder, maar dat die tee teen dieselfde koers/tempo as die kontrole afkoel, is hulle hipotese onwaar.
Wat het jy geleer uit jou pogings om jou warm drankie warm te hou en jou koue drankie koud te hou? Sommige materiale vang hitte goed vas en ander nie. Kom ons kyk nou na 'n meer formele ondersoek oor van die verskillende materiale om uit te vind watter die beste isolasie-materiaal is.
Surf jy? Kom ons vind uit hoe 'n duikpak werk. http://videos.howstuffworks.com/discovery/35827-howstuffworks-show-episode-10-how-wetsuits-work-video.htm
Watter is die beste isolasie-materiaal?
DOEL: Skryf 'n doel vir die ondersoek neer.
Om te ondersoek watter materiaal die beste isoleerder van hitte is.
MATERIALE EN APPARAAT:
- 4 bekers of blikkies
- 4 alkoholtermometers
- aluminiumfoelie
- materiaal
- koerantpapier
- plastiek
- ketel
- stophorlosie
METODE:
Maak seker dat die lae koerantpapier, materiaal en plastiek dieselfde dikte is sodat die dikte van die materiaal NIE verskil in die ondersoek nie.
- Draai een van die bekers in koerantpapier, een in plastiek, een in aluminiumfoelie en die laaste een in materiaal toe.
- Kook water in 'n ketel.
- Gooi 250 ml kookwater in elke beker.
- Sit 'n termometer in elke beker.
- Meet die begin temperatuur van die water en meet dan elke 5 minute vir die volgende halfuur die temperatuur.
- Skryf die metings in die tabel in die resultate afdeling.
- Teken 'n grafiek wat die versamelde data het voorstel.
RESULTATE EN WAARNEMINGS:
Teken jou resultate in die volgende tabel op.
Tyd (minute) | Temperatuur van die beker met aluminiumfoelie (°C) | Temperatuur van die beker met koerantpapier (°C) | Temperatuur van die beker met plastiek (°C) | Temperatuur van die beker met materiaal (°C) |
5 | ||||
10 | ||||
15 | ||||
20 | ||||
25 | ||||
30 |
Gebruik die volgende spasie om 'n lyngrafiek vir elke tipe materiaal te trek. Jy moet elke grafiek op dieselfde stel asse trek.
Jy moet eerstens dink oor die data wat jy op elke as gaan aandui.
Wat gaan jy op die horisontale x-as aandui? Dit is die onafhanklike veranderlike.
Tyd
Wat sal jy op die vertikale y-as aandui? Dit is die afhanklike veranderlike.
Temperatuur
Hoe gaan jy wys dat daar 'n verskil tussen die lyne vir elke tipe materiaal op een grafiek is?
Leerders kan verskillende kleure gebruik vir elkeen van die materiale wat gebruik is.
Die onafhanklike veranderlike (tyd) moet op die horisontale x-as aangedui word en die afhanklike veranderlike (temperatuur) moet op die vertikale y-as aangedui word. Leerders moet elkeen van die vier grafieke een-vir-een in 'n ander kleur op die grafiek aandui sodat daar tussen die lyne onderskei kan word. As hulle nie kleur kan gebruik nie, maak seker dat hulle vir elke lyn 'n duidelike byskrif maak. Die ware temperatuur van die water voor dit begin afkoel sal die resultate affekteer. Die omgewingstemperatuur van die kamer sal ook die temperatuurverlaging affekteer. Dit is egter belangrik om op te let dat die aanvanklike verlaging in temperatuur vinnig gebeur en dat die tempo van die temperatuurverlaging dan verminder. Dit beteken dat die vorm van die grafiek 'n afwaartse kurwe sal wees. Leerders moet 'n opskrif voorsien vir hulle grafiek, soos "Die verlaging in temperatuur oor tyd wanneer verskillende materiale as isoleerders gebruik word."
Jy kan Assesseringsmatriks 3 agter in jou Onderwysersgids gebruik as jy die grafiek wil assesseer.
ANALISE:
Watter van jou grafieke het die steilste kurwe?
Die aluminiumfoelie het die steilste kurwe. Dit mag verskil afhangend van die gehalte foelie en die ander materiale wat julle gebruik het.
NOTA:
Die antwoorde moet ooreenstem met die leerders se resultate.
Wat sê die steilte van die kurwe vir jou oor hoe vinnig die materiaal toegelaat het dat warmte die water verlaat?
Hoe steiler die kurwe, hoe vinniger het die temperatuur gedaal. Die steil kurwe wys dat warmte die water vinnig verlaat het.
Rangskik die materiale in volgorde van baie goeie isoleerder na swak isoleerders van warmte.
Antwoorde hang van die aktiwiteit af.
Watter materiaal was die beste geleier van warmte? Verduidelik jou keuse.
Dit hang af van die leerder se resultate. Die materiaal wat die vinnigste verlaging in temperatuur toegelaat het, is die beste geleier aangesien dit beteken dat warmte maklik uit die warm water gelei word.
Watter materiaal was die beste isoleerder van warmte? Verduidelik jou keuse.
Die grafiek met die vlakste kurwe is die beste isoleerder. Die hang af van wat leerders waargeneem het tydens hulle ondersoek.
Watter een van die 4 materiale sou jy kies as jy 'n bottel water vir so lank as moontlik moet koud hou? Verduidelik jou keuse.
Leerders moet die isoleerder voorstel wat die vlakste kurwe op die grafiek het.
GEVOLGTREKKING:
Skryf 'n gevolgtrekking vir die ondersoek.
Leerders moet die vraag antwoord oor watter een die beste isoleerder is. Hulle kan dus vanuit hulle resultate aflei watter een die beste is.
Lees meer oor isolasie-materiaal en hoe dit in NASA se Webb Ruimteteleskoop gebruik word. http://www.nasa.gov/content/goddard/webb-telescope-test-insulating-from-heat-and-cold/#.UjGxGSLtky2
Waarom is materiaal 'n goeie isoleerder? Die geweefte vesels van die materiaal vang lug tussen hulle vas. Lug is 'n swak geleier van hitte en dit vertraag dus verlies van warmte deur die materiaal.
Materiaal word nie algemeen gebruik om ons warm drankies warm te hou nie. Die meeste wegneemkoppies word trouens van polistireenskuim (Styrofoam) gemaak. Styrofoam is 'n goeie isoleerder. Dit word van polistireen gemaak waardeur lug gepomp is. Dit maak Styrofoam besonders lig en die lugholtes maak dit 'n baie goeie isoleerder.
Leer meer oor aerogel, 'n isolasie-materiaal vir die ruimtetydperk.
Die koel- en warmhouer is 'n baie bruikbare toepassing van isolasie materiale. Kyk na die foto van 'n koelhouer.
Koelhouers word gebruik om kos koud te hou. Jy moet ysblokke saam met die kos insit om dit te doen. Die koelhouer is van 'n dik laag plastiek gemaak. Hoe help dit om die inhoud koel te hou?
Die dik laag plastiek tree as isoleerder op, dus verhoed of verminder dit die warmte van die omgewing wat in die koelhouer inkom. Die inhoud bly koud.
'n Warmhouer werk op 'n soortgelyke manier, maar dit kan gebruik word om kos vir 'n lang tyd warm te hou. Daar is baie maniere om 'n warmhouer te maak.
Bou 'n warmhouer
Hierdie aktiwiteit word as demonstrasie aanbeveel. Dit mag dalk vir elke leerder moeilik wees om soveel komberse en handdoeke soos wat nodig is skool toe te bring. As jy wil hê jou leerders moet dit probeer, laat hulle in groepe werk. Vra dat elke leerder 'n handdoek of kombers skool toe bring sodat jy kan seker wees elke groep het genoeg materiale. 'n Paar ou kussings in 'n kartondoos werk net so goed. Jy kan ook kleiner warmhouers maak met kleiner kartondose en stroke papier eerder as komberse en handdoeke. Die kleiner warmhouers mag dalk nie genoeg isolasie verskaf om 'n maaltyd se kook te voltooi nie, maar jy kan 'n ysblokkie gebruik en probeer om dit koud te hou. 'n Warmhouer kan koue items ook koud hou aangesien dit die oordrag van hitte van die omgewing na die kartondoos in verhoed.
Die aktiwiteit wys een manier om 'n warmhouer te maak. Jy kan dit ook as 'n projek doen waar leerders hulle eie warmhouers moet ontwerp en bou. Jy kan hulle ook toelaat om dit in groepe te doen.
Die materiale en instruksies vir die bou van 'n warmhouer word net in die Onderwysersgids gegee sodat jy jou leerders kan vra om hulle eie te ontwerp, bou en toets eerder as om die een te gebruik wat jy as 'n demonstrasie gebruik het.
MATERIALE:
- groot kartondoos
- medium kartondoos (moet binne-in die groter een pas)
- komberse
- handdoeke
- rys en water wat vir omtrent vyf minute by kookpunt was. Dit sal aanhou kook as dit goed geïsoleer is en die rys sal na omtrent 40 min volledig gekook wees.
INSTRUKSIES:
- Voer die binnekant van die groot kartondoos met die handdoeke en komberse uit. Maak seker dat daar nog plek is vir die medium kartondoos om binne-in te pas.
- Sit die medium kartondoos in die middel van die groter kartondoos.
- Sit 'n paar kleiner handdoeke en komberse om die buitekant van die medium kartondoos. Pak die handdoeke en komberse so styf as moontlik dat die medium kartondoos nie kan rondbeweeg nie.
- Sit 'n pot gedeeltelik gekookte rys binne-in die medium kartondoos. Draai koerantpapier, handdoeke en 'n kombers om die pot.
- Maak die deksel van die medium kartondoos toe.
- Sit 'n laag handdoeke en komberse bo-op die toe medium kartondoos en maak dan die groot kartondoos ook toe. Sit nog handdoeke en komberse bo-op.
- Die rys sal aanhou kook in die warmhouer.
INSTRUKSIES:
- Afhangend van jou onderwyser sal hy of sy die warmhouer óf as 'n demonstrasie in die klas doen óf jy sal self 'n warmhouer moet ontwerp en maak.
- Die warmhouer moet 'n pot rys en water wat tot kookpunt gebring is, warm genoeg hou sodat dit gaar word.
- As jy self of in 'n groep 'n warmhouer ontwerp en maak, moet jy dink oor watter materiale die beste isoleerders vir die warmhouer sal wees.
VRAE:
Teken 'n diagram met byskrifte van die warmhouer wat jy, jou groep of jou onderwyser gemaak het.
Leerder-afhanklike antwoord. Dit hou verband met wat leerders in Tegnologie gedoen het in terme van die skets van hulle ontwerpe. Maak seker dat daar byskrifte is en dat hulle spesifiseer watter materiale gebruik is.
Waarom het jy of jou onderwyser die spesifieke materiale gebruik om die warmhouer te maak?
Die antwoord hang af van die materiale wat gebruik is. Handdoeke en komberse is byvoorbeeld goeie isoleerders omdat lug tussen die geweefde vesels en tussen die lae van die materiaal vasgevang word. Die kartondoos is ook 'n beter isoleerder as byvoorbeeld 'n metaalhouer.
Waarom het jy die rys met kookwater in plaas van koue water in die warmhouer gesit?
Die kos moet warm wees wanneer dit in die warmhouer geplaas word sodat die warmhouer die warmte kan vasvang. As die kos en water koud is, sal die warmhouer die warmte uithou en die rys sal nie kook nie.
As jy iets koud gehad het en jy wou dit koud hou, kon jy 'n warmhouer gebruik? Verduidelik jou antwoord.
Die warmhouer kan koue items vir 'n langer tydperk koud hou. Dit is omdat die isolasielae sal voorkom dat energie van buite die warmhouer inkom en dus bly die binnekant koud.
'n Video oor kook met sonkrag
Om ons huise in die winter warm te hou is baie belangrik en so is daar verskillende maniere om dit te doen. Kom ons kyk hoe ons huise geïsoleer is.
Hou ons huise warm
Die volgende prent wys deur middel van 'n kleurskaal hoe warmte van die huis verlore gaan. Rooi verteenwoordig die areas van die hoogste oordrag van energie, geel is medium en groen en blou is die areas van die laagste oordrag van energie.
Watter dele van die huis verloor die meeste warmte?
Die vensters, deur en dak.
Hoe word warmte deur hierdie plekke verloor?
Deur geleiding.
Konveksie koel ook die huis af. Koue lug word deur die gapings in die deure en vensters ingelaat en word deur die huis gesirkuleer. Sommige van die warmte word verloor deur straling deur die mure, dak en vensters. Kom ons maak nou ons eie modelhuise om te sien hoe ons verlies van warmte kan voorkom.
Leerders gaan nou modelhuise maak. Die patroon word hieronder gegee. Jy kan die patroon op A3-papier fotostateer vir jou leerders om klastyd te spaar. As jy dit nie kan fotostateer nie, laat leerders dit aftrek op 'n stuk papier. Leerders kan kies hoeveel vensters hulle huise het. Hulle kan kies om dikker of dunner karton vir die mure en dak te gebruik. Hulle kan materiaal of watte op die dak en die vloer gebruik. Hulle moet verskillende metodes gebruik om die interne temperatuur van hulle modelhuise te reguleer. Die gate vir die vensters kan met kleeflint bedek word om glas voor te stel.
As 'n uitbreidingsoefening, en as jy genoeg tyd het, kan elke leerder of groep leerders 'n paar verskillende modelle maak. Elke model kan verskillende hoeveelhede vensters en verskillende isolasiemetodes hê. As jy nie genoeg klastyd het vir elke groep om meer as een model te maak nie, kan jy die verskillende groepe of leerders aanmoedig om verskillende modelle te maak en dan die leerders hulle resultate laat vergelyk met die ander groepe.
MATERIALE:
- patroon vir modelhuis
- papier en karton
- gom
- kleeflint
- stukke materiaal of watte
- gaatjiesdrukker
- skêr
- termometer
- lampie (om sonlig te simuleer)
- stophorlosie
INSTRUKSIES:
- Jou onderwyser gaan dalk vir jou 'n groot modelhuispatroon gee om uit te knip. Indien nie, kan jy die volgende patroon op 'n groot stuk karton aftrek of jou eie patroon ontwerp om die huis te maak.
- Maak 'n klein gaatjie in die dak van die huis met die gaatjiesdrukker. Dit is vir die termometer.
- Kies hoeveel vensters jy wil hê jou huis moet hê.
- Sny die vensters uit. Gebruik kleeflint oor die gat dat dit soos glas lyk.
- Sny 'n stuk materiaal vir die vloer.
- Gom die materiaal op die vloer van jou modelhuis vas.
- Vou langs die gestippelde lyne en gom dan die skadu-klappe aanmekaar vas om die huis te maak. Sit die dak bo-op.
- Steek die termometer deur die dak.
- Stel die lampie so op dat dit direk in jou modelhuis in skyn. As 'n alternatief kan jy die huis op 'n sonnige plek sit. Dit hang af van die weer.
- Neem vir 'n halfuur lank elke 5 minute die temperatuurlesing.
- Skakel die lamp af, of bring die model uit die son uit, en meet die temperatuur vir 'n halfuur elke 5 minute terwyl die huis afkoel.
Vra jou leerders, as 'n uitbreiding, wat hulle kan doen met hulle modelhuise om te verhoed dat hitte verlore gaan? Laat hulle dit probeer en toets. Leerders kan byvoorbeeld die binnekant van die huis met watte uitvoer en die eksperiment dan herhaal om te sien of dit 'n verskil maak.
Tyd (minute) | Temperatuur (°C) |
0 | |
5 | |
10 | |
15 | |
20 | |
25 | |
30 | |
35 | |
40 | |
45 | |
50 | |
55 | |
60 |
Trek 'n lyngrafiek van temperatuur versus tyd. Moenie vergeet om 'n opskrif vir jou grafiek te gee nie.
Die grafiek is 'n lyngrafiek. Die tyd moet op die horisontale as wees en die temperatuur op die vertikale as. Die temperatuur moet styg en dan 'n eweredige temperatuur bereik. As die lamp afgeskakel word, behoort die temperatuur te daal en dan weer 'n eweredige temperatuur te bereik.
VRAE:
Waarom het jou modelhuis warm geword toe die lamp daarop geskyn het of toe jy dit in die son gesit het? Gebruik jou kennis oor straling, geleiding, stroming (konveksie) in jou verduideliking.
Die energie van die lamp (son) word deur straling aan die modelhuis oorgedra. Die mure van die huis gelei die energie deur die binnekant van die huis. Konveksie van die warmer lug binne-in die huis verseker dat die hele binnekant van die huis warm word.
Waarom het jou modelhuis afgekoel toe die lig afgeskakel is of jy dit uit die son gebring het? Gebruik jou kennis van straling, geleiding en konveksie in jou verduideliking.
Die warm lug binne-in die huis styg na die dak as gevolg van konveksie. Die energie van die warm lug word oorgedra na die buitekant omdat dit deur die dak, mure en vensters gelei word.
Wat kon jy verander het aan jou modelhuis om die oordrag van energie te vertraag sodat die huis nie te warm of te koud is nie?
Leerder-afhanklike antwoord. Elke modelhuis sal ander ingrypings nodig hê om hulle isolasie te verbeter. Sommiges mag voorstel dat daar minder vensters moet wees, ander mag voorstel dat materiaal op die mure gebruik word of dat die mure met karton dikker gemaak word.
Dink aan jou eie huis. Wat dink jy kan gedoen word om die isolasie van jou huis in die winter te verbeter?
Leerder-afhanklike antwoord. Die antwoord hang af van die sosio-ekonomiese omstandighede van die leerders. Voorstelle mag varieer van om matte in te sit en dubbelbeglasing tot om lap of karton te gebruik om gate onder deure toe te maak.
Sal die voorstel wat jy in die vorige vraag gemaak het ook in die somer werk? Verduidelik jou antwoord.
Isolators voorkom dat warmte uit die huis kom, maar terselfdertyd voorkom hulle ook dat warmte in die huis in kom. Dit beteken dat die huis nie so baie warmte in die somer opneem nie, en in die winter word die warmte binne vasgevang.
Jy kan op hierdie stadium ook van die nuwe bouregulasies aan die leerders verduidelik, soos dat vensters moet dubbelbeglasing hê as die vensters 'n groot area van die huis beslaan. Dit is om energieverlies te voorkom.
In die vorige hoofstuk het jy geleer dat donker, mat oppervlaktes goeie absorbeerders van straling is. Ligte, blink oppervlaktes is swak absorbeerders en kan van die straling reflekteer. Hierdie eienskappe is baie belangrik wanneer isolasie-materiaal gekies word. In baie warm klimate, soos Griekeland, het die inwoners hulle huise wit geverf sodat die mure nie so baie van die warmte deur die dag moet absorbeer nie en dit daarom binne koeler bly. Die posisie van die huis in verhouding tot waar die son opkom en ondergaan, word ook in ag geneem. Mense bou byvoorbeeld hulle huise dat dit weg van die son wys as hulle in baie warm areas bly.
Kom ons kyk hoe van die tradisionele huise in Suid-Afrika hulle isolasie-materiaal in die huis se struktuur gebruik.
Tradisionele huise
Die inboorlinge van Suid-Afrika het baie verskillende maniere om hulle huise te isoleer. Hier is 'n prent van verskillende huise van verskillende inheemse groepe.
Het jy agtergekom dat die huise nie vensters het nie of dat die vensters baie klein is? Vensters laat baie hitte uit die gebou ontsnap en daarom los hierdie ontwerpe eerder vensters uit. Die dakke is van riete gemaak wat 'n swak geleier van hitte is. Ons weet dat die meeste hitte van 'n huis deur die dak verloor word. Deur 'n isolasie-materiaal in die dak te gebruik, kan ons die hitteverlies verminder in koue weersomstandighede. In warmer weer sou dieselfde huise dan die hitte van buite uit hou.
Die dakke steek ook verder oor die mure om 'n oorhang te vorm. Die oorhang help met skaduwee teen die mure in die somer, maar in die winter kan die son nog steeds daar kom. Die mure is ook baie dik. Hoekom dink jy help dit?
Die dikte help om die warmte wat weens konduksie verlore gaan te beperk. Dit hou die huis koeler in die somer, maar warmer in die winter.
As jy belangstel in energie-doeltreffende geboue kan jy meer oplees by die Omgewingsbewuste Bouraad vir Suid-Afrika. http://www.gbcsa.org.za/
Ons het nou gesien hoe ons kennis van isolasie materiale toegepas kan word in die regte wêreld om oplossings te kry om hitteverlies te voorkom. Onthou, om nuwe moontlikhede te ontdek, moet jy nuuskierig wees.
- Hitte word oorgedra deur geleiding, stroming (konveksie) en straling.
- In sommige gevalle is die oordrag van warmte voordelig, byvoorbeeld die oordrag van warmte van 'n verwarmer aan 'n kamer.
- In ander stelsels moet die oordrag van warmte beperk of verhoed word.
- Isolasie materiale word gebruik om die verlies aan warmte of die aanwins van warmte te beperk.
- Metale is goeie geleiers van hitte. Nie-metale is goeie isoleerders. Nie-metale word gebruik as isolasie materiale.
- Ons gebruik isoleerders om ons huise warm te hou in die winter en koel te hou in die somer. Dit help om energie en elektrisiteit te bespaar.
- Tradisionele huise in Suidelike Afrika maak gebruik van isolasie materiale om energie-doeltreffend te wees in ons klimaat.
Konsepkaart
Voltooi die volgende konsepkaart deur drie maniere te identifiseer hoe energie oorgedra word.
Hersieningsvrae
Wat is 'n isoleerder? [1 punt]
'n Isolator is 'n stof wat die oordrag van energie (warmte of elektrisiteit) teenwerk.
Is die volgende stellings waar of onwaar. Indien onwaar, verduidelik hoekom:
- 'n Teemussie hou die koue uit. [2 punte]
Onwaar. 'n Teemussie verhoed dat die die warmte van die tee oorgedra word aan die omgewing.
NOTA: 'Koue' kan nie oorgedra word nie. Koue is 'n maatstaf van temperatuur.
Die ruimte is leeg en dit is dus onmoontlik vir energie om tussen die Aarde en die Son oorgedra te word. [2 punte]
Onwaar. Die son verhit die aarde deur middel van straling wat in 'n vakuum kan beweeg.
Op 'n koue dag help isolerende klere om die oordrag van energie van jou liggaam na die omgewing te verminder. [2 punte]
Waar
'n Man bou 'n houthuis. Hy bly in 'n area wat, veral in die winter, baie koud is. Hy het plek vir een venster. Hy het twee keuses: hy kan 'n groot venster met net een stuk glas insit of hy kan 'n kleiner venster met 2 glaspanele met 'n klein lugspasie tussen hulle insit. Watter venster behoort hy te gebruik? Waarom het jy daardie venster gekies? [3 punte]
Hy moet die kleiner dubbel-paneel venster gebruik omdat hy hitteverlies aan die koue omgewing moet voorkom. Die lugspasie vertraag hitteverlies deur konduksie aangesien lug 'n swak geleier van hitte is. Die kleiner venster beteken ook dat daar 'n kleiner oppervlakarea is waardeur hitte kan ontsnap.
Wegneemkoffie word gereeld in papierkoppies met 'n geriffelde kartonlaag buite-om bedien. Waarom word hierdie materiale gebruik? [4 punte]
Die koffie is baie warm en die oordrag van energie aan die omgewing moet beperk word sodat dit langer warm bly. Papier is 'n swak geleier van warmte. Die geriffelde karton laat 'n laag lug tussen die karton en die beker inkom. Lug is 'n swak geleier van warmte. Dit beteken dat minder energie oorgedra word van die koffie na die persoon se hand en die omgewing. Geriffeld beteken ook dat daar 'n kleiner area is waar daar kontak tussen die persoon se vingers en die koppie is. Daar is dus minder geleiding en die persoon sal dan nie so maklik sy vingers brand nie.
Jy het 'n nuwe materiaal ontwerp waarmee koffiekoppies geïsoleer kan word. Jy wil graag geld maak uit die materiaal, maar jy moet dit toets om seker te maak dit werk beter as ander materiale. Jy reël 'n blinde toets om 'n groep mense te oortuig wat dalk in jou nuwe maatskappy gaan belê sodat jy dit kan ontwikkel.
Die wetenskaplike wat die toets doen kry 4 verskillende materiale; gemerk A, B, C en D. Een van die 4 materiale is die nuwe materiaal wat jy ontwikkel het, maar sy weet nie watter een nie. Dit is 'n blinde toets. Sy neem 4 bekers en draai elkeen met 'n ander materiaal toe. Sy gooi warm water in elke beker. Sy meet die temperatuur van die water aan die begin van die eksperiment en weer 30 minute later.
Die volgende tabel wys haar resultate van die eksperiment
Tyd (minute) | Materiaal A (°C) | Materiaal B (°C) | Materiaal C (°C) | Materiaal D (°C) |
0 | 70 | 70 | 70 | 70 |
30 | 34 | 30 | 50 | 48 |
-
Wat is die onafhanklike veranderlike vir hierdie eksperiment? [1 punt]
-
Wat is die afhanklike veranderlike vir hierdie eksperiment? [1 punt]
-
Teken 'n staafgrafiek van die inligting (data) wat versamel is. Wys die begin temperatuur en die eindtemperatuur vir elke materiaal as afsonderlike stawe. [8 punte]
-
Na afloop van die eksperiment, wys die resultate dat jou materiaal die beste isoleerder is. Op grond van hierdie resultate, watter materiaal (A, B, C of D) is joune? [2 punte]
-
Hoe weet jy dit? [2 punte]
-
Die tipe materiaal is die onafhanklike veranderlike.
-
Die temperatuur van die water is die afhanklike veranderlike.
-
Hier is 'n voorbeeld van 'n grafiek. Punte word as volg toegeken:
0.5 punte vir elkeen van die stawe [0.5 x 8 = 4 punte]
Toepaslike opskrif [1 punt]
1 punt elk vir die opskrifte van die asse [1 x 2 = 2 punte]
Regte veranderlike op elke as. [1 punt]
-
Materiaal C is jou materiaal.
-
Materiaal C wys die kleinste daling in temperatuur wat beteken dat die materiaal voorkom het dat meeste van die energie na die omgewing oorgedra word.
Hoe help 'n dik woltrui om hitteverlies te voorkom? [2 punte]
Die wol van die trui tree as isolasie-materiaal op aangesien dit 'n swak geleier van hitte is. Die dik trui vang ook 'n laag lug om die liggaam vas. Energie van die liggaam word aan hierdie lug oorgedra deur middel van konduksie. Die warm lug kan nie weg beweeg van die liggaam nie as gevolg van die dik wol. Die vesels van die wol vang die lug vas en lug is 'n swak geleier van hitte.
Kyk na die volgende foto wat die binnekant van 'n plafon in 'n huis wat besig om gebou te word wys. Sien jy die pienk materiaal?
-
Waarvoor dink jy is dit? [1 punt]
-
Hoe sal dit werk? [2 punte]
-
In watter soort klimaat dink jy word hierdie huis gebou? Hoekom? [2 punte]
-
Die pienk materiaal is 'n isoleerder om verlies aan warmte te verhoed.
-
Die materiaal is 'n swak geleier van warmte en verminder dus die warmte wat van die lug in die huis, deur die dak na buite oorgedra word. Die materiaal vang ook lug vas. Lug is 'n swak geleier van warmte, en verhoog dus die isolasie.
-
Dit word moontlik in 'n koue klimaat gebou aangesien ekstra maatreëls in plek gestel word om verlies van hitte uit die huis te verminder.
Aan die einde van 'n maraton kry die hardlopers 'n warmkombers wat van plastiek gemaak word en wat 'n blink oppervlak het. Dit is 'n baie dun, ligte kombers wat glad nie baie warm lyk nie.
-
Hoe dink jy werk dit? [2 punte]
-
Jy mag dalk dink dat 'n wolkombers beter is vir hierdie doel. Hoekom dink jy het die organiseerders eerder hierdie plastiekkomberse gebruik? [2 punte]
-
Die plastiek is 'n isoleerder. Die hardlopers se liggame word baie warm tydens die resies en hulle liggame probeer koel bly deur te sweet. As al die warmte vanuit hulle liggame ontsnap sal die hardlopers te vinnig afkoel wat krampe veroorsaak en hulle kan siek raak. Die plastiek vang die hitte onder die kombers vas. Die weerkaatsende oppervlak keer dat die kombers enige warmte aan die omgewing oordra.
-
Leerders kan hier interpreteer. Die hoofrede is dat die plastiekkomberse baie goedkoper is en hulle kan maklik weggegooi word en aangesien hulle aan baie hardlopers uitgedeel word is dit meer ekonomies.
Bestudeer die volgende diagram wat die dele van 'n sonkragwaterverwarmerstelsel wys. Dit is 'n ander tipe as die een waarna ons aan die begin van die hoofstuk gekyk het. In hierdie sonkragwaterverwarmer is daar 'n plat sonpaneel, wat 'n opvanger genoem word, eerder as lugleë buise.
-
Wat is die dele waaruit hierdie stelsel bestaan? [3 punte]
-
Waarom maak dit sin dat die uitlaatpyp vir die tenk wat na die sonpaneel moet gaan, aan die onderkant van die tenk te sit? [2 punte]
-
Waarom dink jy is die kraan aan die bokant van die tenk? [2 punte]
-
Watter soort bedekking dink jy moet die tenk hê om dit die mees effektiewe stelsel te maak? [2 punte]
-
Die tenk, die verbindingspype en die sonpaneelverwarmer.
-
Wanneer die water in die tenk afkoel, beweeg dit na onder (konveksiestroom) dus kanaliseer die pyp aan die onderkant hierdie water na die verwarmer om dit weer warm te maak.
-
Soos in die vorige vraag word die warm water van die sonpaneelverwarmer in die bokant van die tenk ingepomp. Die warm water versamel aan die bopunt van die tenk aangesien warm water styg (konveksiestroom). Dit maak dus sin om die kraan aan die bopunt van die tenk te sit om die water op te vang terwyl dit nog warm is. As die kraan aan die onderkant sou wees, sou die water kouer wees.
-
Dit moet met 'n isolasie-materiaal bedek word om die warmte binne-in te behou en die verlies aan warmte aan die omgewing deur geleiding te verminder.
Totaal [48 punte]
