Icon up Overzicht

Thermometers (HAVO 1999)

Onderwerp: Gas en vloeistof, Signaalverwerking

Natuurkunde Havo 1999-I, oude stijl, opg. 7

Opgave

Als je met een thermometer de temperatuur meet, neemt de thermometer warmte op of staat hij warmte af tot de eindtemperatuur bereikt is.
Een kwikthermometer bevat 4,8 g kwik. Voor de rest bestaat de thermometer uit 10,2 g gewoon glas met een soortelijke warmte van 800 Jkg -1K-1.

a) Bereken de hoeveelheid warmte die deze thermometer opneemt per graad temperatuurstijging. Geef het antwoord in twee significante cijfers.

Als de temperatuur stijgt zet het kwik in de thermometer uit.

b) Leg met behulp van het molecuulmodel uit waarom het kwik uitzet bij temperatuurstijging.

Men kan de warmtecapaciteit van de thermometer ook met de volgende proef bepalen. De proef bestaat uit drie stappen.

Stap 1.
Een reageerbuis staat in een blok piepschuim. In de reageerbuis zit 18 g water. We meten de temperatuur van dat water. We lezen af 17,2 °C. Zie figuur 1a.

Stap 2.
We koelen de thermometer af tot 0 °C door hem in een bak met smeltend ijs te zetten. Zie figuur 1b.

Stap 3.
We plaatsen de afgekoelde thermometer snel terug in de reageerbuis met water.
De temperatuur van de thermometer loopt weer op. Na enige tijd geeft de thermometer een constante temperatuur van 15,5 °C aan. Zie figuur 1c. Je mag aannemen dat in deze laatste situatie de thermometer alleen warmte heeft opgenomen van het water. Eventuele afkoeling van de reageerbuis en het piepschuim mag dus verwaarloosd worden.

Figuur 1a t/m 1c: Het stappenplan

c) Bereken de warmtecapaciteit van de thermometer die uit deze proef volgt.

Tegenwoordig gebruikt men vaak temperatuursensoren. Een van de voordelen is dat ze een kleine warmtecapaciteit hebben.
De uitgangsspanning van zo'n sensor is als functie van de temperatuur weergegeven in figuur 2 met lijn 1. Dit noemen we de ijkgrafiek van de temperatuursensor. In figuur 2 staat ook de ijkgrafiek van een tweede temperatuursensor. Deze is aangegeven met lijn 2.

Figuur 2: De ijkgrafiek van de temperatuursensor

d) Geef de definitie van de gevoeligheid van een temperatuursensor en leg daarmee uit welke sensor (1 of 2) de gevoeligste is.

De spanning die de eerste sensor (van lijn 1) levert, wordt toegevoerd aan een 4 bits AD omzetter. Deze AD omzetter zet een spanning tussen 0 en 5,0 V om in een binaire code.

e) Bepaal de binaire code van de uitgang van de AD omzetter, als de thermometer een temperatuur van 50 °C aangeeft.