Hoe verplaatst de warmte zich?

In alle vaste stoffen stroomt de warmte langzaam van een warm naar een koud gedeelte. Dit proces noemen we warmtegeleiding. In dit artikel alles over vaste stoffen, vloeistoffen en gassen die warmte goed of slecht geleiden en hoe ze als zodanig in de praktijk van alle dag worden benut. In de natuurwetenschappen wordt duidelijk onderscheid gemaakt tussen warmtegeleiding en warmtestraling. Ook dit wordt nader belicht.

Warmtegeleiding

Als een braadpan op het fornuis verwarmd wordt, wordt het handvat ervan ook geleidelijk warm, hoewel het niet in aanraking met de vlam is. Naarmate de pan heter wordt delen de moleculen ervan hun gewonnen energie met de naburige moleculen. Zo verspreidt de warmte zich door het hele metaal.

Dit proces van warmte-overdracht noemen we warmtegeleiding. Metalen zijn de beste warmtegeleiders. Zilver en koper geleiden de warmte vele malen sneller dan de meeste niet-metalen. Dat is de reden waarom de handvaten van potten en pannen in de regel gemaakt worden van niet-metalen, zoals hout, been of kunststof. Deze stoffen zijn slechte warmtegeleiders - het zijn isolatoren. Lucht en textielstof zijn goede isolatoren. Hetzelfde geldt voor glaswol, vilt, sneeuw en kurk. Alle licht geweven stoffen, vezelige of gepoederde materialen zijn over het algemeen goede isolatoren. De lucht die in de tussenruimten van zulke stoffen opgesloten zit, maakt ze tot slechte geleiders. Alle gassen zijn slechte geleiders. De gasmoleculen zijn te ver van elkaar om warmte snel over te kunnen brengen.

In een vacuüm zijn geen moleculen om voor energie-overdracht te zorgen. Een thermosfles maakt gebruik van een vacuüm om koude vloeistoffen koud te houden en warme dranken warm. Het is een dubbelwandige glazen fles met een metalen of kunststof omhulsel. De lucht uit de tussenruimte is weggepompt, zodat er een luchtledig is ontstaan. Dit vacuüm voorkomt moleculaire beweging via de wanden van de fles. Zo zit de warmte binnen de fles gevangen en kan er ook geen warmte van buiten naar binnen komen.

Convectiestroming
Wanneer lucht in een cirkelvormige beweging rond kan stromen, kan het de warmte beter overbrengen. Als een kamer verwarmd wordt door een radiator, wordt de lucht in contact met de radiator warm, zet uit en wordt lichter. Deze lichte, warme lucht stroomt naar het plafond, terwijl koelere, zwaardere lucht naar de radiator stroomt om de warmte te vervangen. Het resultaat is een ronde beweging van stijgende warme en dalende koelere lucht. Deze manier van circuleren noemt men een convectiestroming. Zulke stromingen dragen veel bij tot de warmteverdeling binnen een besloten ruimte. De nieuwe generatie convectieradiatoren is op dit principe gebaseerd. Onze aarde zelf ligt besloten binnen een grote bewegende luchtmassa, die in de tropen omhoog gaat en in koelere streken weer omlaag.

Warmtestraling

Warmte kan zich door de lege ruimte voortplanten in de vorm van straling. Warmtestraling is een vorm van elektromagnetische energie, die gedeeltelijk zichtbaar is als licht, maar voor een groter deel onzichtbaar als infrarode straling. Het zgn. noorderlicht is het zichtbare gedeelte van de elektromagnetische energie die in contact komt met onze atmosfeer. De zonnestraling doorloopt 150.000.000 km. lege ruimte voor het de aarde bereikt. Wanneer nu de zonnestraling opgenomen wordt door de lucht en door de aarde met alles wat er op is, wordt deze straling omgezet in warmte. Schitterende, lichtgekleurde oppervlakken kaatsen veel van die stralingsenergie terug. Zwarte, doffe oppervlakken absorberen warmte. Daarom verdient het de voorkeur in de zomer lichtkleurige kleding te dragen en in de winter donkere kleren.

Kleur-temperatuurbetrekking
Alle voorwerpen, of ze nu warm of koud zijn, zenden enige straling uit in de ruimte om zich heen. Bij gewone temperaturen is die straling niet zichtbaar, hoewel we die met onze huid kunnen voelen, omdat daar omzetting in warmte plaats heeft. Hete kolen zijn roodgloeiend, omdat hun temperatuur hoog genoeg is om zichtbaar rood licht uit te stralen. Naarmate de temperatuur stijgt, veranderen de verhitte voorwerpen van kleur. Als een staalblok verhit wordt, kan zijn kleur veranderen van grauw naar donkerrood (500° C), naar oranje, lichtgeel (± 1000° C) en ten slotte stralend wit (± 1400° C). Deze kleur-temperatuurbetrekking geldt voor de meeste gloeiende voorwerpen. Door deze relatie (althans mede hierdoor) zijn astronomen in staat de temperaturuen van de sterren te berekenen, door hun kleur nauwkeurig te analyseren. De koelst zichtbare sterren zijn donkerrood, de heetste stralend blauwachtig wit. © 2008 - 2009 Staal, gepubliceerd in Natuurkunde (Wetenschap) op 01-02-2008. Het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van Staal is vermenigvuldiging van dit artikel verboden. Meer...

Verwante artikelen

• Vormen van warmteoverdracht: Warmte is voor iedereen een bekend begrip. Uit de natuurkunde is bekend dat warmte een vorm van energie is. Warmte kan op drie verschillende manieren worden overgedragen
• PUR of polyurethaan isolatie: PUR-schuim of polyurethaanschuim biedt een totaaloplossing op het vlak van isolatie van vloeren, muren, spouwmuren, daken, kruipkelders enz....
• Isolatiewaarde: K-waarde, U-waarde, Lambda waarde: Volgende defenities van isolatiewaarden worden uiteengezet: de K-waarde (met grote K), de U-waarde (of k-waarde) en de Lambda-waarde.
• Hoe werkt je afstandsbediening: Wil je weten hoe de afstandsbediening van jouw televisie, stereo of video werkt? Hier staat in korte lijnen uitgelegd deze te werk gaat.
• Opgeslagen warmte: natuurkundig verklaard: De in een object opgeslagen warmte springt niet altijd duidelijk in het oog. Een kop vol kokend water voelt heet aan vanwege de hoge temperatuur. Maar het bevat min…