Afkoelingswet
Iona stelde deze vraag op 14 maart 2011 om 21:15.Beste,
Ik zit dit jaar in mijn laatste jaar en moet een eindwerk maken voor Fysica. Ik heb gekozen om mijn eindwerk over de afkoelingswet van Newton te maken. Omdat we vanaf dit jaar met een nieuw systeem beginnen op school, moeten wij alles op eigen houtje zien uit te vinden.
Daarom heb ik 3 vloeistoffen genomen die ik ten opzichte van elkaar ben beginnen vergelijken (water-melk-frituurolie). Ik ben 3 zaken beginnen onderzoeken:
1. Koelen alle vloeistoffen even snel af? (Ik heb mijn 3 vloeistoffen (80°C) laten afkoelen op kamertemperatuur)
2. Beïnvloedt de omgevingstemperatuur de afkoelingsnelheid? (Ik heb al mijn vloeistoffen (80°C) laten afkoelen in de diepvriezer
3. Beïnvloedt het volume de afkoelingsnelheid? (ik heb mijn volume verdubbeld en mijn vloeistoffen (80°C) laten afkoelen op kamertemperatuur)
Door deze proeven heb ik van alles kunnen besluiten, maar ik kan er geen geldige wetenschappelijke verklaring voor geven, deze heb ik echter wel nodig wanneer ik mijn werk voor een jury moet verdedigen. Zouden jullie mij kunnen verder helpen?
Zover ben ik zelf al geraakt, vragen in chronologische volgorde beantwoord:
1. Niet alle vloeistoffen koelen even snel af. Water koelt het snelst af, daarna water en als laatste frituurolie. Volgens mij komt dit door de dichtheid van de vloeistoffen. Hoe dikker de dichtheid zal zijn hoe trager hij zal afkoelen. Maar ik kan geen wetenschappelijke uitleg hiervoor geven. Ook dacht ik dat dit met de geleidbaarheid van de stof en de opbouw van de stof te maken heeft, maar dit weet ik niet zeker.
2. De afkoelingselheid wordt beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Hoe kouder de omgevingstemperatuur is hoe sneller de vloeistof afkoelen. Maar ik kan geen geldige wetenschappelijke uitleg geven.
3. Ja het volume beïnvloedt heeft de afkoelingsnelheid. Hoe meer volume van eenzelfde vloeistof hoe trager deze zal afkoelen. Volgens mij komt dit doordat er een grotere hoeveelheid moet worden afgekoeld. Het is pure logica, hoe meer water je wilt koken, hoe langer het zal duren voordat al het water kookt. Maar weer geraak ik niet aan een mooie wetenschappelijke uitleg.
Indien jullie willen kan ik ook grafieken en tabellen van mijn gegeven doorsturen, deze zijn opgemaakt in Excel.
Alvast bedankt!
Groetjes,
Iona.
Reacties
Dag Iona,
Om je een beetje op weg te helpen, kun je misschien eens kijken bij volgende websites:
1) Koelen alle vloeistoffen even snel af?
Zoals je al ontdekte: nee. Elke stof heeft bij een fase-toestand als vast/vloeibaar/gas een eigen soortelijke warmte cp die aangeeft hoeveel energie (in de vorm van warmte) nodig is om 1 (kilo)gram 1°C in temperatuur te laten toenemen. Of die warmte te laten vrijkomen bij afkoelen. De verschillen hebben alles te maken met de manier en sterkte waarop moleculen in een stof aan elkaar zijn gebonden. Sommigen trillen sneller/makkelijker (minder energie) dan anderen.
Zelfs als dezelfde hoeveelheid energie per seconde van een warm naar een koud voorwerp gaan dan nog zullen sommige voorwerpen maar langzaam afkoelen omdat ze zo'n hoge soortelijke warmte hebben (vergelijk een gekookt ei dat veel langer heet blijft dan een aanvankelijk een gelijke temperatuur had als gesmolten kaarsvet).
http://nl.wikipedia.org/wiki/Soortelijke_warmte
http://nl.wikipedia.org/wiki/Warmte
2) Beïnvloedt de omgevingstemperatuur de afkoelingsnelheid?
Inderdaad. De snelheid van warmte-uitwisseling is afhankelijk van het verschil tussen beide temperaturen:
http://www.thuisexperimenteren.nl/science/temperatuur/afkoeling.htm
3) Beïnvloedt het volume de afkoelingsnelheid?
Volume en totale massa zijn evenredig met elkaar. Twee maal groter volume, twee maal meer massa, twee maal meer moleculen die ieder voor zich (totaal dus 2x zoveel) een gelijke hoeveelheid energie moeten opnemen om de eindtemperatuur te bereiken. Benodigde warmte Q = volume x soortelijke massa x energie per massa-eenheid per graad temperatuursverhoging (=soortelijke warmte) x temperatuursverschil:
Q = V . ρ . cp . ΔT = M . cp . ΔT
