Practicum: Warmte en temperatuur – soortelijke warmte en faseovergangen – Klas 1 HAVO/VWO

In dit practicum voor klas 1 havo/vwo onderzoek je twee aspecten van warmteleer: je bepaalt de soortelijke warmte van water via elektrische verwarming en je meet de temperatuur tijdens faseovergangen (smelten en koken) om latente warmte te herkennen in een T-t-grafiek.

Leerdoel

Na dit practicum kun je de soortelijke warmte berekenen via Q = m × c × ΔT, smeltpunt en kookpunt aflezen uit een temperatuur-tijdgrafiek, het begrip latente warmte uitleggen (temperatuur constant tijdens faseovergang), en elektrische energie berekenen via Q = U × I × t.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: HAVO/VWO klas 1 | Vak: Natuurkunde | Onderwerp: Warmteleer – soortelijke warmte, faseovergangen, Q = mcΔT

Benodigdheden

• Calorimeter of geïsoleerd bekerglas
• Elektrisch verwarmingselement (12 V, ≈20 W)
• Voeding (12 V DC), voltmeter en amperemeter
• Thermometer (0,1 °C), stopwatch
• IJsblokjes en gedestilleerd water (200 g)
• Analytische balans

Achtergrondinformatie

Warmte Q (joule, J) is energie die van warm naar koud stroomt. De soortelijke warmte c geeft aan hoeveel energie nodig is om 1 kg van een stof 1 K te verwarmen: Q = m × c × ΔT. Voor water geldt c = 4180 J/(kg·K). Elektrisch vermogen: P = U × I (W); elektrische energie: Q = P × t = U × I × t (J). Tijdens een faseovergang (smelten bij 0 °C, koken bij 100 °C) blijft de temperatuur constant: de toegevoerde energie wordt gebruikt als latente warmte om bindingen te verbreken, niet om de temperatuur te verhogen.

Werkwijze

Deel A – Soortelijke warmte (elektrisch)

1. Weeg 200,0 g water in de calorimeter. Noteer T₀.
2. Sluit het verwarmingselement aan. Stel U = 12 V in, meet I.
3. Verwarm gedurende t = 5 minuten (300 s). Noteer elke 60 s de temperatuur.
4. Bereken Q_el = U × I × t. Bereken c via Q = m × c × ΔT.

Deel B – Faseovergangen (T-t-grafiek)

1. Vul het bekerglas met ijsblokjes en een beetje water. Verwarm langzaam. Noteer de temperatuur elke 30 s van −5 °C tot ruim boven 100 °C.
2. Teken de T-t-grafiek. Markeer de plateaus (smeltpunt en kookpunt).

Meettabel – Deel A (soortelijke warmte)

Verwerkingsvragen

1. U = 12 V, I = 1,8 A, t = 300 s, m = 0,200 kg, ΔT = 9,5 K. Bereken Q_el, Q_water en het rendement van de verwarming.
2. Waarom verandert de temperatuur niet tijdens het smelten van ijs, ook al wordt er warmte toegevoerd?
3. Hoeveel energie is nodig om 1,5 liter water van 15 °C te verhitten tot 100 °C? (c_water = 4180 J/(kg·K))

Uitwerking

V1: Q_el = 12 × 1,8 × 300 = 6480 J. Q_water = 0,200 × 4180 × 9,5 = 7942 J. Rendement = Q_water / Q_el × 100% = 7942 / 6480 × 100%. Opmerking: als Q_water > Q_el is er een meetfout (bijv. te kleine I-aflezing); normaal geldt rendement ≤ 100%. Herbereken met ΔT uit de meting.

V2: Tijdens het smelten wordt de toegevoerde energie gebruikt als latente smeltings­warmte: de energie is nodig om de kristalroosters van ijs te verbreken zodat de moleculen vrijer kunnen bewegen (vloeibaar worden). Zolang er nog ijs aanwezig is stijgt de temperatuur niet — pas als al het ijs gesmolten is, gaat de temperatuur verder omhoog.

V3: m = 1,5 kg (water, ρ = 1 kg/L). Q = m × c × ΔT = 1,5 × 4180 × (100 − 15) = 1,5 × 4180 × 85 = 532 950 J ≈ 533 kJ.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert calorimeters, verwarmingselementen, thermometers en precisievoedingen voor warmteleer-praktika in het voortgezet onderwijs.

Bekijk het assortiment warmte-apparatuur of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.