Kost iets afkoelen altijd evenveel energie als verhitten?

Op zich lijkt mij dat wel zo, maar is dat ook altijd zo? En dan bedoel ik dus wel onder gelijke omstandigheden bij afkoelen en verhitten.

Stel ik neem een stuk metaal. Dat is 1000 graden en de omgeving is ook 1000 graden. Ik wil de temperatuur van het object 1000 graden verhogen tot 2000 graden. Daarna wil ik het weer afkoelen tot 1000 graden waarbij de omgeving in het begin ook 2000 graden is. Kost mij dat evenveel energie en geldt ongeacht de begintemperatuur (van 0K tot >miljoenK) en ongeacht het materiaal?

erotisi

9 jaar geleden

in: Natuur- en scheikunde

2.8K

2.8K keer bekeken

Utrecht

9 jaar geleden

Afkoelen kost geen energie maar levert energie op....

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

Was het maar waar. Dan sloot ik meteen de magnetron op de koelkast aan.

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

toch heeft utrecht gelijk, energie in de vorm van warmte
als je een stuk ijs op een gloeiende stuk metaal legt, dan smelt het ijs, omdat het warmte van metaal overneemt. opwarmen kost energie, afkoelen levert energie op.
probeer met je blote handen maar eens een hete braadpan af te koelen, de pan zal veel hitte leveren aan je handen. metaal voelt koud aan omdat het sneller warmte geleid. je handen warmen het metaal op, het metaal onttrekt warmte aan je handen.
hout en rubber geleiden minder goed warmte

kierkegaard47

9 jaar geleden

Toch is het op zich waar, dat puur natuurkundig gezien afkoelen betekent dat je energie aan het object onttrekt. Het probleem is wat je daarna met die energie moet doen. De reden dat je in veel gevallen toch nog energie kwijt bent om iets af te koelen is dan ook niet het afkoelen van het object zelf maar dat je de warmte kwijt moet zien te raken -te transporteren- in een omgeving die warmer is. Je werkt daarbij 'tegen de stroom' in, en dat kost energie. Ga maar na: het afkoelen van een hete kop koffie in een koude kamer gaat vanzelf, daar hoef je geen energie bij te stoppen. De reden dat dit vanzelf gaat is omdat van nature de kop koffie naar dezelfde temperatuur gaat als zijn omgeving (2e wet thermodynamica). Je zou zelfs kunnen kijken of je die warmte nog ergens nuttig voor kunt gebruiken. Maar het afkoelen van een koelkast in een warmere omgeving gaat niet vanzelf. Dat komt omdat 'van nature' de koelkast dezelfde temperatuur wil aannemen als zijn omgeving, en daar moet je tegenin zien te werken. De energie die je in de koelkast moet steken is dan ook niet om het afgekoeld te krijgen _op zich_, maar om die warmte vervolgens weg te transporteren en de cyclus te herhalen. Daar komt nog bij dat warmte één van de meer chaotische vormen van energie is, die je niet makkelijk 100% in nuttige andere vormen van energie kunt omzetten. Was dit wel het geval, dan kon je wellicht zelfs de energie die je uit de afkoeling verkreeg, gebruiken om het warmtetransport aan te drijven in de cyclus.

Heb je meer informatie nodig om de vraag te beantwoorden? Reageer dan hier.

Het beste antwoord

Alles hangt er vanaf welke methode je gebruikt om op te warmen of af te koelen.

In principe kan je al afkoelen door ergens ijs op te leggen en dat kost op zich weinig energie.

Hoe dan ook: het kost zeker niet evenveel energie om aan een voorwerp een bepaalde hoeveelheid warmte toe te voegen of te onttrekken.

Stel dat je aan een voorwerp 1000 J aan warmte zou willen toevoegen. Dan betekent dat meestal dat je die 1000 J eerst moet 'produceren' en dat dat je 1000 J aan energie kost.

Wil je een voorwerp dan 1000 J gaan afkoelen (met een warmtepomp) dan hangt alles natuurlijk af van het rendement van die warmtepomp. Laat ons nu als voorbeeld een wartepomp nemen met een rendement van 400% dat betekent dat er per 400 J die wordt geproduceerd 100 J energie moet worden toegevoegd en dat 300 J in feite oorspronkelijk omgevingswarmte was. Om iets 1000 J af te koelen zou er dus slechts 333 J aan energie nodig zijn.

In dat geval is er dus minder energie nodig om af te koelen dan om op te warmen.

Dat veranderd natuurlijk indien het rendement van de warmtepomp slechts 200% zou zijn. Dan heb je 1000J aan energie nodig om 1000J warmte te onttrekken. In zulk geval zou het dus wel evenveel energie kosten (er van uitgaande dat je gekozen opwarmingsmethode een rendement van 100% heeft wat in praktijk natuurlijk ook het geval niet zal zijn).

Maar zolang het rendement van de warmtepomp hoger is dan 200% zou je kunnen zeggen dat afkoelen minder energie kost dan opwarmen.

Maar dat klopt in feite niet!

Want bovenstaande vergelijking verloopt niet eerlijk! Je gebruikt een 'klassieke' energiebron om minstens 1000 J aan energie te produceren om iets op te warmen met een rendement tot maximaal 100% en om af te koelen een warmtepomp met een rendement van (opnieuw) bijvoorbeeld 400%.

Zouden we die 1000 J ook opwarmen met een warmtepomp met zulk rendement kost het eigenlijk maar 250 J aan energie en is de overige 750 J onttrokken omgevingswarmte.

En kijk: die 250 J die het kost om een voorwerp 1000 J op te warmen is nu minder dan de 333 J die het kost om dat voorwerp 1000 J af te koelen.

Dus: het kost minder energie om een voorwerp op te warmen dan af te koelen.

(Lees meer...)

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

erotisi

9 jaar geleden

Ik begrijp je antwoord niet helemaal, vandaar even twee vraagjes:
-Je zegt: 'in principe kan je al afkoelen door ergens ijs op te leggen en dat kost op zich weinig energie.' Maar ik beschouw de energie die in het ijs zit ook al als opwarm energie en niet alleen de energie van het opleggen van het ijs.
-Je spreekt steeds over 1000 Joules opwarmen. Maar is dat niet al heel anders dan spreken over iets 1000 graden opwarmen?

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

Ja, dat ijs zal je ook moeten afkoelen. Dat kost energie als je dat zelf doet met een warmtepomp. Maar als je gewoon een bak water zou buitenzetten op een winternacht kost het je in principe weinig energie. Hoe dan ook was het ijs met zijn smeltwarmte slechts een voorbeeld. Je zou ook gewoon water en de verdampingswarmte daarvan kunnen gebruiken. Water is voldoende voor handen. Als je iets 1000 graden wilt opwarmen of afkoelen betekent dat het toevoegen of onttrekken van dezelfde hoeveelheid energie. Het voorwerp blijft namelijk hetzelfde, dus ook de massa en de warmtecapaciteit daarvan. Voor het gemak ben ik uitgegaan van een voorwerp van 1 kg met een warmtecapaciteit van 1 J/kg.K om de uitleg te kunnen doen met het voorbeeld van 1000 J. Het voornaamste om je vraag te kunnen beantwoorden is namelijk niet hoeveel warmte je in een bepaald geval exact zou moeten toevoegen of onttrekken maar wel dat deze hoeveelheid warmte hetzelfde is in beide gevallen als je in beide gevallen ook de temperatuur een gelijke hoeveelheid wil laten afkoelen of opwarmen.

erotisi

9 jaar geleden

Ok, je gaat er dus al vanuit dat het toevoegen of onttrekken van energie door resp. opwarmen en afkoelen dezelfde hoeveelheid betreft. Enerzijds begrijp ik dat wel, maar anderzijds niet. Stel bijv. dat je een vaas hebt die je op de grond laat vallen in duizenden stukjes. Ik beschouw het op de grond laten vallen als opwarmen en het weer in elkaar zetten van de vaas als afkoelen. Mij als mens kost het natuurlijk veel meer energie om de vaas weer in elkaar te zetten dan te laten vallen.
Maar voor de vaas en zijn atomen zelf is dat misschien anders. Bij het breken gaan atomen en elektronen uit elkaar en bij het maken gaan ze weer in elkaar. Ik vraag mij dan af of het uit elkaar trekken van atoombindingen dan meer energie kost als de atoom en elektronenpaar bindingen weer in elkaar te zetten. Zou het voor de atomen en elektronen dus ook 'moeilijker' zijn om bij elkaar te komen (zoals ik afkoelen even gemakshalve definieer)?

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

Het afkoelen en opwarmen kost evenveel energie per Kelvin bij een en hetzelfde voorwerp want dat voorwerp zal dezelfde warmtecapaciteit hebben. (in theorie). De energie die het kost om op te warmen is zoals in mijn voorbeeld minder dan de energie die het kost om af te koelen. Op dat vlak zit je goed met je voorbeeld van je vaas, want het is die energie die je bedoelt. En dat is zo'n beetje de 2de hoofdwet van de thermodynamica. Je kan ergens orde scheppen (een vaas weer in elkaar knutselen of een voorwerp afkoelen) maar dat gaat gepaard met het creëren van meer chaos elders. Dus om de vergelijking af te maken: de bindingen tussen de atomen waar je over spreekt hebben een bepaald energieverschil t.o.v. de gebroken bindingen. Dat energieverschil blijft in omgekeerde richting exact het omgekeerde. Dat energieverschil is dus de warmte-energie bij jou voorwerp om af te koelen of op te warmen. De energie die nodig is om die vaas kapot te maken of terug in elkaar te stoppen is dan de extra energie die nodig is, de 250 en 333J uit mijn voorbeeld. Hoe 'moeilijk' iets natuurkundig gezien is hangt dus af van de energie en de entropie. Afkoelen is moeilijker want je hebt meer energie nodig, dat bekenent meer chaos elders want meer orde die je in dat voorwerp creëert. Aan de andere kant betekent afkoelen minder energie voor dat voorwerp dus als je dat voorwerp zou overbrengen naar een andere omgeving waar de temperatuur minder is dan kan het spontaan zijn warmte afgeven aan de omgeving en dat wordt dan 'makkelijker'. Want het kost geen energie. Maar! Het blijft een kwestie van meer chaos te creëren maar dan wel in de omgeving die opwarmt ipv in de elektriciteitscentrale waar men de energie heeft geproduceerd om je warmtepomp te laten draaien.

erotisi

9 jaar geleden

Ok, dus afkoelen kost in zijn algemeenheid meer energie wegens toename van entropie?
En soortelijke warmte is dan niet alleen geldig bij het verhogen van de temperatuur maar hetzelfde voor het verlagen?

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

De soortelijke warmte blijft inderdaad gelijk bij een negatief temperatuursverschil. Je krijgt dan een negatief warmteverschil. Inderdaad: omdat de warmte is onttrokken. Hoe het verder zit met de entropie is lastig omdat het geen gesloten systeem is. De entropie zal hoe dan ook in beide gevallen toenemen.

Andere antwoorden (2)

nee, afkoelen kost geen energie.
als iets afkoelt staat automatisch vast dat het betreffende object warmer is dan de omgeving, en zal dan warmte (energie) leveren aan de omgeving.

heel makkelijk gezegd: bv. een stuk gloeiend metaal in een bak water, het metaal koelt af doordat het zijn energie aflevert aan het water.
het water word warmer, dus het afkoelende metaal heeft energie geleverd. het verwarmde water kan gebruikt worden om een dynamo aan het draaien te krijgen, om vervolgens stroom te leveren. zeg maar het principe van een elecktricieitscentrale.

(Lees meer...)

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

erotisi

9 jaar geleden

Maar dat is nou net niet wat ik bedoel met afkoelen. Wat je schrijft is inderdaad ook afkoelen, maar dan passief. Als je de omgeving zoals ik schrijf op dezelfde temperatuur zet als het af te koelen ding, zal je toch echt energie moeten gebruiken om het beneden de temperatuur van de omgeving moeten krijgen. Die omgeving moet je dan beschouwen als door een constante toevoer op in principe dezelfde temperatuur wordt gehouden maar wel kan dalen door het af te koelen object.
Het is dus een zeer niet alledaags verschijnsel, maar mi even noodzakelijk om de principiele vraag op te lossen

tinus1969

9 jaar geleden

@erotisi; het zijn (technisch gezien) twee verschillende soorten processen die je beschrijft, met een verschillend rendement.
Daarom komen er ook gehele verschillende getallen uit.

erotisi

9 jaar geleden

Heb je een idee wat meer energie kost afkoelen of verhitten?

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

Dit passief afkoelen kan ook bij dezelfde temperatuur gebeuren hoor. Dus de vraag die heel belangrijk is om jou vraag te kunnen beantwoorden: welke afkoelmethode heb je op het oog?

De energie die erin gestopt om van 1000 naar 2000 graden te komen komt helemaal terug als je van 2000 naar 1000 graden gaat. De soortelijke warmte heeft maar 1 waarde. Anders zou je een perpetuum mobile creëren. De energie die vrijkomt hoeft niet noodzakelijkerwijs teruggaan naar de bron die voor opwarming zorgde.

(Lees meer...)

Verwijderde gebruiker

9 jaar geleden

erotisi

9 jaar geleden

Die perpetuum mobile zie ik niet zo snel.
De soortelijke heeft maar 1 waarde, maar als ik kijk op wikipedia gaat het slechts over het verhógen van de temperatuursinterval.

Weet jij het beter..?

Het is niet mogelijk om je eigen vraag te beantwoorden Je mag slechts 1 keer antwoord geven op een vraag Je hebt vandaag al antwoorden gegeven. Morgen mag je opnieuw maximaal antwoorden geven.

0 / 5000