Natuurkunde.nl - De thermische energie

De thermische energie

:) stelde deze vraag op 09 oktober 2019 om 18:23.

Hoi!:)
Ik ben nu bezig met een natuurkunde verslag dat vrijdag ingeleverd moet worden. Ik ben er al een aantal dagen mee bezig, maar ik loop steeds vast bij het volgende. Het verslag gaat over de aantoning van de wet van behoud van energie in de praktijk. Dit werd gedaan door een sjoelschijf vanaf de tafel op de grond te schieten met een schiettoestel met een elastiek daarin. De hoogte vanwaar de sjoelschijf is geschoten hebben wij opgemeten, verder hebben wij de gemiddelde afstand gemeten waar de sjoeslchijf is beland. Nu moesten we de veerenergie bepalen door bij enkele uitrekkingen, de krachten op te meten. Hiervan werd een (F,u)-grafiek gemaakt, het oppervlakte onder deze grafiek was gelijk aan de veerenergie (aangezien de grafiek niet-lineair was en C niet constant was). Vervolgens hebben we de kinetische energie berekend, dit deden we door de horizontale snelheid te berekenen. Dit werd gedaan door gebruik te maken van de formule voor een horizontale worp; h= 0,5 • g • t². Vervolgens hebben we de berekende 't' gesubstitueerd in de formule Xgemiddeld= vx• t. Hiermee konden wij vx berekenen en vervolgens de kinetische energie. Toen kwamen we een obstakel tegen; de thermische energie. Deze hebben wij bepaald door de wrijvingskracht van de sjoelschijf te meten (een krachtmeter vastmaken aan de sjoelschijf en met een constante snelheid er aan trekken), vervolgens hebben wij de sjoelschijf met dezelfde uitrekking als op de tafel (5 centimeter) op de grond afgeschoten. Met deze gemiddelde afstand en de wrijvingskracht kon de arbeid van de wrijving worden berekend. Dit was dan gelijk aan de thermische energie (alhoewel de thermische energie natuurlijk niet negatief is :P). We moesten aantonen dat de veerenergie gelijk is aan de kinetische energie gelijk is aan de thermische energie. We komen uit op de volgende waarden:
Eveer = 0,0425 Joule
Ekinetisch= 0,0231 Joule
Ethermisch= 0,0110 Joule

Onze vraag is dan ook wat een eventuele verklaring zou kunnen zijn, waarom de waarden niet aan elkaar gelijk zijn? Ik hoop dat jullie ons kunnen helpen met het vinden van een goede verklaring!:) Alvast enorm bedankt!!!

Reacties

Jan van de Velde op 09 oktober 2019 om 18:40

:) plaatste:

We moesten aantonen dat de veerenergie gelijk is aan de kinetische energie gelijk is aan de thermische energie.

dag smiley,

ik denk niet dat je dat goed hebt begrepen/genoteerd. Vermoedelijk moest je aantonen "dat de veerenergie gelijk is aan de kinetische energie PLUS de thermische energie"

Want veerenergie wordt omgezet in bewegingsenergie en warmte.

En dan komen we al aardig dichter in de buurt van een wet van behoud van energie.
Voor het gat dat overblijft denk ik, na lezing van je nette, uitgebreide verhaal, ook wel een verklaring te hebben.

Maar eerst: zijn we het eens over wat je eigenlijk moest aantonen?

Groet, Jan

:) op 09 oktober 2019 om 18:50

Hoi meneer,

Jammer genoeg staat er in de opdracht dat de veerenergie gelijk moet zijn aan de kinetische energie die weer gelijk moet zijn aan de thermische energie. Het zou voor mijn gevoel ook logischer zijn dat de som van de kinetische energie en de thermische energie gelijk is aan de veerenergie. Toen we de sjoelschijf over de grond hebben geschoten, moesten we bij deze situatie aantonen dat de veerenergie wordt omgezet in de kinetische energie. De totale thermische energie is dan de energie die de sjoelschijf tot stilstand brengt. (Dit heb ik misschien wat onduidelijk geschreven in mijn vorige bericht, het aantonen van de wet van behoud van energie moet worden gedaan bij het afschieten van de sjoelschijf op de grond en niet op de tafel:))

:) op 09 oktober 2019 om 19:43

Dag meneer!:),

Ik denk dat u gelijk heeft, het is namelijk een stuk logischer dat de veerenergie wordt omgezet in zowel kinetische energie als thermische energie (warmte). Aangezien de sjoelschijf onderweg ook wrijving ondervindt met de grond. Het zou daarom onlogisch als de volledige kinetische energie later pas wordt omgezet in thermische energie, als die thermische energie allang al aanwezig is. Als ik dit toepas op mijn berekeningen kom ik uit op het volgende;

E_veer= 0,0425 joule
E_kinetische+ E_thermisch= 0,0341 joule

Ik mis dan nog maar 0,0084 joule. Volgens de wet van behoud van energie kan deze energie niet verloren zijn gegaan, wat er dan is gebeurd met deze hoeveelheid... Ik weet het niet...

Alvast bedankt voor uw hulp (alweer):)

Jan van de Velde op 09 oktober 2019 om 20:17

:) plaatste

Jammer genoeg staat er in de opdracht dat de veerenergie gelijk moet zijn aan de kinetische energie die weer gelijk moet zijn aan de thermische energie.

dat kan, zo stellig gesteld, in zekere zin ook nog wel kloppen: dan kijken we niet naar de situatie op één tijdstip ergens in deze beweging, maar naar de beginsituatie (alleen veerenergie), tikje later (veerenergie weg, helemaal omgezet in bewegingsenergie) en op het eind (schijf ligt stil, bewegingsenergie volledig omgezet in thermische energie).

Om dan die grote verschillen te verklaren zouden we eens precies moeten gaan kijken op welke tijdstippen en op basis van welke metingen je jouw drie energieën berekent.

en dan zijn er twee "maren" :
1) Heb je in de bepaling van de wrijvingsarbeid (W=Fw·s) in die s ook de uitrekking van je elastiek meegenomen? Want ook tijdens het afschieten ondervindt die schijf wrijving en ontstaat er dus al thermische energie.

2) En verder is jullie docent een pestkop net als ik :) door je dit proefje te laten doen met een elastiekje. Een F/u grafiek voor een elastiek dat je uitrekt ziet er namelijk heel anders uit dan een F/u grafiek voor een elastiekje dat ontspant. Theoretisch voorbeeld:

maar afbeeldingen googlend met hysteresis rubber band vind je honderden afbeeldingen waaronder ook tientallen emt wèrkelijke metingen uit wetenschappelijke onderzoeken. Belangrijkste oorzaak is dat in elastieken bij uitrekken de verbindingen tussen de polymeerketens verspringen, en die tijdens het ontspannen zich niet onmiddellijk herstellen. Tijdens het afschieten heb je dus een andere oppervlakte onder je F/u grafiek dan wat je gemeten hebt tijdens het uitrekken. Je begint dus al met soms zelfs véél minder veerenergie dan je dacht: oftewel, tijdens het uitrekken raak je al energie "kwijt" in het elastiekje zelf, en tijdens het ontspannen blijft er ook nog eens energie achter in het elastiekje ...

Groet, Jan

:) op 09 oktober 2019 om 20:44

Dag meneer:),

Allereerst bedankt voor uw snelle antwoord, u helpt ons enorm!
Voor de afstand hebben wij ook de uitrekking van het elastiek meegenomen, aangezien dat inderdaad voor afwijkingen kan zorgen. De thermische energie werkt daar namelijk ook al.
>Jan van de Velde plaatste:
>
>2) En verder is jullie docent een pestkop net als ik :) door je dit
>proefje te laten doen met een elastiekje.

Dit is echt SUPER handig! Ik heb hier helemaal niet aan gedacht! Dankuwel:) Als ik het goed begrijp, hebben wij in het begin alleen te maken met veerenergie. Deze veerenergie wordt vervolgens omgezet in kinetische energie en thermische energie; de thermische energie is dan de energie die ik eerder heb berekend. Deze som van energieën (De kinetische en de thermische energie) is dan gelijk aan de thermische energie op het eind, als de sjoelschijf stilstaat. Mag ik de berekende thermische energie optellen bij de kinetische energie? Dit zou namelijk een verklaring zijn voor het 'gat' van energie bij de omzetting van de kinetische energie naar de thermische energie.

Alvast bedankt:)

Jan van de Velde op 09 oktober 2019 om 21:49

dag smiley,

nu moeten we oppassen niet langs elkaar heen te gaan praten

Je "laadt" de veer met energie A, maar de arbeid die jij daarvoor uitoefent wordt nog tijdens dat uitrekken voor een klein deel al omgezet in warmte B. Blijft een veerenergie C over.
Die C is niet eens volledig in mechanische vorm D terug uit die veer te halen: de hysterese in het materiaal zorgt voor een rest E die achterblijft in het materiaal en idealiter pas na enige tijd wachten weer beschikbaar is, en overigens ook weer een klein beetje warmte F door inwendige wrijving.
Van de mechanische energie D die wel vrijkomt wordt nog tijdens het afvuren, dus vóór het elastiek en de schijf elkaar loslaten al een klein deel omgezet in wrijvingswarmte G. Zo blijft een bewegingsenergie H van de schijf over, die gedurende het verder schuiven van de schijf steeds verder en uiteindelijk geheel wordt omgezet in warmte I. Daarbij verwaarlozen we nog de warmte die ontstaat door het opzij duwen van luchtmoleculen onderweg.

Nu mag jij zelf bepalen op welk punt in dit hele proces jij eigenlijk wàt gemeten hebt, en waar je in de daaropvolgende "boekhouding" de verschillen tussen je metingen moet plaatsen.

groet, Jan

:) op 09 oktober 2019 om 22:28

Dag meneer,

Dankuwel voor uw reactie!
Ik denk dat ik de veerenergie in punt A heb gemeten, verder is mijn bewegingsenergie gelijk aan de mechanische energie D die wel vrijkomt (denk ik). Als laatst heb ik de energie in punt I gemeten. Het verschil van punt A naar D is te verklaren doordat niet alle veerenergie wordt gebruikt, er wordt een deel omgezet in punt B, C, E en F. Het 'gebruikte' deel heb ik als kinetische energie gemeten direct na het afschieten, de 'nuttige' energie in punt D. Vóór het elastiek en de schijf elkaar loslaten wordt er al een klein deel omgezet in wrijvingswarmte G. Dit verklaart het 'gat' van energie bij de omzetting van mechanische energie D die wel vrijkomt naar de warmte I aan het eind. Klopt het zo?

nogmaals dankuwel!:)
Groetjes:)

Jan van de Velde op 09 oktober 2019 om 22:39

dag smiley,

of het klopt of niet wat je hier schrijft kan ik niet beoordelen zonder over je schouder mee te kijken naar wat jij precies doet, hoe en wanneer, tijdens dat experiment. Hier zitten we denk ik tegen de grenzen van het medium "vraagbaak" aan. De details laat ik dan verder graag aan je eigen docent. Die kan in elk geval niet klagen dat je niet je best hebt gedaan.

groet, Jan

:) op 09 oktober 2019 om 22:44

Dag meneer:),

Ik wil u in ieder geval enorm bedanken!:) Nog een fijne avond!

Groetjes!

Jan van de Velde op 09 oktober 2019 om 22:55

graag gedaan.
succes verder.

De thermische energie

Reacties

Plaats een reactie

Cookie-instellingen