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 minder warmte dan een koel meer. Dit wordt verklaard door het feit dat warmte de totale bewegingsenergie van alle moleculen in een voorwerp is. Dus hoe meer moleculen, hoe meer energie opgeslagen wordt. In dit artikel worden verder de begrippen 'soortelijke warmte' en 'soorten warmte' uiteengezet en toegelicht.

Soortelijke warmte

De geleerden meten de warmte met de eenheid calorie. Een calorie is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van één gram water één graad Celsius te doen stijgen.

Een eenvoudige proef: neem een zwaar stuk ijzer, b.v. een ijzeren pot en zet die op het gasfornuis. Vul dan een pannetje met zoveel water tot het evenveel weegt als de zware pot. Zet dat ook op het fornuis en steek het gas tegelijk met even grote vlam onder beide voorwerpen aan. Draai het gas uit zodra de ijzeren pot net even te heet is om aan te raken. Steek nu je hand in het water van het pannetje. Dat zal nog koel aanvoelen. Aan beide objecten is evenveel warmte toegevoerd, maar ze hebben heel verschillende temperaturen bereikt. Het vermogen van een stof om binnen een bepaalde temperatuurstijging warmte te absorberen, is zijn soortelijke warmte. Nauwkeuriger gezegd: onder de soortelijke warmte van een stof verstaan we het aantal calorieën dat nodig is om één gram van die stof één graad Celsius in temperatuur te doen stijgen.

Water heeft een grotere soortelijke warmte dan enige andere stof. Dit heeft enorme gevolgen voor het leven op aarde. De geweldige watermassa waaruit een oceaan bestaat, kan ongehoorde hoeveelheden warmte opnemen en afgeven met slechts kleine veranderingen in temperatuur. Tijdens de zomer neemt het die warmte op en in de winter geeft het die weer af. Dit maakt dat in plaatsen aan de zeekust extreme temperatuurswisselingen uitblijven, zoals in Kaapstad, Los Angeles, het Noorse Bergen en in Den Haag. Het Verenigd Koninkrijk, dat geheel door water omringd is, heeft een tamelijk gelijkmatig klimaat over het hele jaar. Het heeft dus een zeeklimaat. In de woestijn, waar het droge land en de droge lucht maar weinig warmte absorberen, bestaan grote temperatuurverschillen tussen dag en nacht en tussen de seizoenen.
Hier spreken we dan ook van landklimaat.

Soorten warmte in de natuurkunde

Verdampingswarmte
Als een vloeistof door koken in damp overgaat is warmte nodig om de bindingen in de vloeistof te verbreken en de moleculen te bevrijden teneinde de gastoestand aan te nemen. Deze warmtetoevoer heeft geen temperatuurverhoging tot gevolg.

Condensatiewarmte
Als een gas tot vloeistof condenseert.

Stollingswarmte
Als een vloeistof bevriest tot vaste stof.

Smeltwarmte
Als een vaste stof in vloeibare toestand overgaat, is er extra warmte nodig om de bindingen te verbreken die de moleculen in de vaste stof op hun plaats houden.

Het kost meer warmte om de toestand van een stof te veranderen dan om zijn temperatuur te wijzigen. Het kost slechts 100 calorieën om één gram water van het vriespunt tot het kookpunt te brengen, maar het kost 540 calorieën om één gram water van 100° C tot damp van 100° C te maken. Om één gram ijs van 0° C tot water van 0° C te smelten kost 80 calorieën: dat is dus zijn smeltwarmte. De eerder genoemde verdampingswarmte is altijd groter dan de smeltwarmte.

De betrekkelijk grote hoeveelheid warmte die bij de overgang van vloeistof naar damp wordt geabsorbeerd is verantwoordelijk voor de ernstige brandwonden die door stoom veroorzaakt kunnen worden. Als die stoom namelijk condenseert bij zo'n contact, komt die geabsorbeerde warmte weer vrij.

Giet men een lauwe vloeistof, b.v. alcohol, over die hand, dan doet zich na enige tijd een duidelijk merkwaardige afkoeling voor. Ook deze afkoeling is terug te voeren op het onttrekken van energie aan de omgeving, in dit geval de hand, die nodig is om de alcoholmoleculen te bevrijden uit het losse verband van de vloeibare toestand. Deze eigenschap, dat verdampende vloeistoffen een zekere afkoeling van de omgeving veroorzaken, wordt op tal van manieren in de praktijk toegepast. Bekend in dit verband is de verdoving door 'verijzen' met chloorethyl die bij kleine operatieve ingrepen wordt toegepast. Het koeleffect dat zich voordoet bij het besproeien van straten en tuinen berust eveneens op de verdamping van het over een groot oppervlak uitgespreide water. © 2008 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

• Het meten van energie: Er bestaan vele verschillende vormen van energie. Denk aan mechanische, chemische en warmte-energie. Energie wordt opgeslagen, zoals bij een ingedrukte veer, of is in actie, wanneer de…
• Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen: Elke stof is opgebouwd uit moleculen en atomen. De vertrouwde voorwerpen om ons heen die bestaan uit wat we vaste stoffen noemen, zijn feitelijk niets anders dan verzam…
• Vrije lijst van negatieve calorie voeding: Hieronder tref je een lijst aan van negatieve calorie voeding, maar laten we eerst eens in overweging nemen wat dit betekend. Er bestaat niet zoiets als een negatie…
• Hou het hoofd koel met een airco: Met de hete zomers van 2004, 2005 en 2006 nog vers in het geheugen en de toename van steeds meer apparatuur in huis die warmte afgeeft (PC’s, plasma-tv etc.) wordt de noodza…
• Chocolade mousse: Chocolade mousse is waarschijnlijk 1 van de meest gemaakte desserts maar er zijn zoveel verschillende manieren om het te maken! Dit is 1 van de recepten die ik geleerd heb van een Frans pat…