warmte en kou

Heb je het koud? Heb je het warm? Wat vind jij een fijne temperatuur om de verwarming op in te stellen? Wat is warmte eigenlijk?

We weten allemaal wel hoe het is om het te warm of te koud te hebben. We weten dat sommige dingen warm zijn, zoals vuur en sommige dingen koud zijn zoals ijs. Maar het ligt ook aan de omstandigheden of je iets als warm of koud ervaart. Als je in de winter buiten blauwe vingers hebt gekregen van de kou en je houdt die onder de koude kraan binnen dan voelt die koude kraan behoorlijk warm. Als het buiten heel warm is maar je stapt uit de sauna dan voelt het buiten toch koud.

Of een voorwerp warm of koud voelt ligt voor een groot deel aan hoe warm of koud je zelf bent. Maar er zijn ook warme en koude dingen, die eigenlijk geen dingen zijn. Zonnestralen voelen warm. Een ventilator die niets anders doet dan lucht rondblazen met de temperatuur die de lucht al was voelt toch verkoelend.

Transport

Er zijn verschillende manieren om warmte of kou te verplaatsen. Je kan natuurlijk de warme of koude dingen verplaatsen, of als het om water of lucht gaat kan het door stromen of waaien de warmte of kou verplaatsen.

De tweede manier om warmte of kou te verplaatsen kan door aanraken, dingen tegen elkaar aan te duwen. Je merkt dan dat het koude ding warmer wordt en het warme ding kouder wordt. Maar je kan warmte of kou ook zien verplaatsen binnen een voorwerp. Als je metalen lepel in je kokende pan water hebt staan dan wordt het handvat ook gloeiend heet. Het water zou nooit kunnen gaan koken als de bodem van de pan niet de warmte van buiten de pan door kon geven aan de binnenkant van de pan.

De derde manier is via stralen. De zon brengt ons warmte zonder dat daarvoor warme stukjes zon naar ons toegebracht worden en zonder dat de zon ons aanraakt. Als je hand dichtbij iets heets of iets kouds houdt dan voel je het al zonder aan te raken.

Isolatie

Als je iets warm of koud wil houden dan moet je het isoleren. Dat betekent beschermen tegen het transport van warmte of kou vanuit de omgeving. Een thermoskan met warme thee beschermt bijvoorbeeld tegen alledrie de vormen van transport die hierboven beschreven worden. Door de kan af te sluiten wordt het stromen van de thee en de lucht die erbij opgesloten zit. Om transport door aanraken tegen te gaan zit er in een thermoskan een lege ruimte waaruit alle lucht verwijderd is. Om warmteverlies door straling tegen te gaan is er een dun laagje spiegelend metaal aangebracht. Thermoskannen die voor hele koude dingen gebruikt worden, zoals vloeibare stikstof, werken op dezelfde manier, al worden er soms andere materialen gebruikt.

Warmtecapaciteit

Sommige dingen warmen makkelijker op en koelen makkelijker af dan andere dingen. Dat heeft te maken met hoe groot of zwaar het is en met de materiaalsoort waar het uit bestaat. Hoe goed een bepaalde stof of materiaal warmte vasthoudt wordt in de natuurkunde warmtecapaciteit genoemd. Hoe moeilijker iets opwarmt of afkoelt, hoe hoger de warmtecapaciteit. Die wordt gemeten in hoeveel energie het kost om iets op te warmen. Dat is in joules of calorieën voor het opwarmen van een gram van de stof per graad Celsius. Of in kilojoules of kilocalorieën van een kilo van de stof. Voor water is de warmtecapaciteit ongeveer 1 calorie per gram. Water heeft daarmee een veel hogere warmtecapaciteit dan de meeste andere stoffen die we tegenkomen in ons dagelijks leven.

Opwarmen en afkoelen

Behalve transport zijn er ook nog andere manieren waarop de temperatuur van een materiaal kan veranderen. Er kunnen biologische of chemische processen zijn die iets warm maken maar zogeheten faseovergangen zoals verdampen, smelten of dauw die neerslaat beïnvloeden de temperatuur.

Als je gezwommen hebt en uit het water komt of onder de douche vandaan komt en je bent helemaal nat dan voel je het water heel snel koud worden, veel kouder dan het water was. Dit komt doordat het opdrogen, het verdampen van het water heel veel kou produceert. De snelste manier om weer op te warmen is snel afdrogen.

Als water begint te koken dan zie je bellen van verdampt water ontsnappen. Dit verdampen produceert op diezelfde manier kou als bij het opdrogen. Dit zorgt er voor dat water dat opwarmt bij 100 graden stopt totdat al het water verdampt is (omgezet in stoom) en pas daarna kan je de stoom verder verhitten als je die opgesloten houdt.

Als water begint te bevriezen dan geeft het bij het bevriezen warmte af aan het water dat nog niet bevroren is. Hierdoor gaat de temperatuursverandering bij de overgang bij het vriespunt veel langzamer. Voordat water helemaal bevriest moet er heel veel kou worden toegevoegd. Bevriezen of ontdooien kost 80 keer zoveel kou of warmte dan het opwarmen of afkoelen van dezelfde hoeveelheid water met 1 graad, en koken of verdampen nog veel meer. In hete woestijn gebieden maken de mensen de buitenkant van hun drinkflessen nat of wikkelen ze in natte lappen om zo het water binnenin koel te houden.

Warmte en kou

Warmte en kou zijn elkaars tegengestelden. Als je ze bij elkaar brengt dan heffen ze elkaar op. Als natuurkundigen gaan rekenen met warmte of kou dan rekenen ze alleen met warmte. Kou is voor natuurkundigen een soort van negatieve warmte. In hun formules behandelen ze kou als het ontbreken van warmte, of als dat er minder warmte is. Als je iemand met een natuurkundige achtergrond hoort zeggen dat er minder warmte is, “less heat”, dan bedoelt hij dat het kouder wordt. Over kou zul je deze mensen niet veel horen praten, wat verwarrend kan zijn voor mensen die dit niet weten, en denken dat “minder warm” betekent dat het nog altijd warmer dan normaal is, in plaats van dat de natuurkundige gewoon “kouder” zegt als hij kouder dan normaal bedoelt. Dit komt dus omdat veel natuurkundigen doen alsof kou niet bestaat omdat dat zo in hun formules werkt.

Aarde en andere planeten