H11 energie paragraaf 2 zonne-energie en paragraaf 3 windenergie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Energie omzetters

soorten energie

Er bestaan vele soorten energie, zo heb je energie nodig om te kunnen bewegen. Bewegingsenergie noemt men in de natuurkunde kinetische energie. Om te kunnen bewegen is energie nodig, deze energie krijg je door te eten en de energie uit dit eten te verbranden in je lijf. De energie die in brandstoffen (dus ook voedsel) zit opgeslagen noemt men chemische energie. wanneer je een trap of berg op loopt, dan kost dit ook energie. Echter eenmaal boven op de berg zou je op een slee naar beneden kunnen glijden (of van de berg af kunnen springen, maar dit is niet raadzaam ;)). wanneer je naar beneden gaat wordt de energie die je hebt opgebouwd tijdens het omhoog gaan weer omgezet in een beweging/snelheid. de energie die je opbouwt tijdens het omhoog gaan noemt met potentiele energie / zwaarte energie. Er zijn nog meer soorten, te denken valt aan elektrische energie, stralingsenergie (o.a. licht) en warmte energie.

energie soorten

kinetische energie (bewegingsenergie)

potentiele energie (zwaarte-energie)

chemische energie (opgeslagen in brandstoffen)

elektrische energie

warmte energie

stralingsenergie

kernenergie

veerenergie

elastische-energie

Hoe noem je de vorm van energie die een in een brandstof zit opgeslagen ?

1. Potentiële energie
2. Chemische energie
3. Kinetische energie
4. Warmte

Hoe noem je de vorm van energie die een bewegende auto heeft? (zoek bewegingsenergie op in BINAS)

1. Potentiële energie
2. Chemische energie
3. Kinetische energie
4. Warmte

wet van behoud van energie

Alle vormen van energie kunnen worden omgezet in een andere vorm van energie, dit noem je energie-omzettingen. Een voorbeeld van een Energie-omzetting is bijv. een broodrooster die elektrische energie omzet in o.a. warmte. Of een Auto die kinetische energie (beweging) bezit, wordt afgeremd. Alle bewegingsenergie wordt daarbij omgezet in andere vormen van energie, met name warmte (banden en remmen worden erg heet). 

Energie gaat nooit verloren, dat wil zeggen de Hoeveelheid energie die ergens naar toe gaat om vervolgens omgezet te worden in andere vormen van energie blijft gelijk! dit noemt men de wet van behoud van energie!

Energie stroomschema

De verschillende soorten energie kunnen in elkaar worden omgezet.

Welke vorm van energie wordt omgezet in welke andere vorm(en) van energie kun je overzichtelijk weergeven in een energie stroomschema.

wet van behoud van energie

Stel je neemt een houtkachel. In de kachel wordt 32.000J aan chemische energie verstookt. De kachel zet dit om in warmte (dat is wenselijk, want dat is de functie van een kachel)  en straling (deze straling is licht dat wij helaas niet kunnen waarnemen met het blote oog). De houtkachel heeft door het verstoken van hout 32.000J geleverd gekregen en omdat energie niet verloren gaat, betekent dit dat de warmte-energie en de stralingsenergie samen ook 32.000J zijn.

voorbeeld:

chemische-energie.                                           —> warmte 27.000J

(hout verstoken).            —>      kachel

       32.000J.                                                            —> licht 5.000J

De wet van behoud van energie

Energie gaat NOOIT verloren!

E in = E uit

Energie kan wel worden omgezet in andere vormen van energie die wellicht niet altijd wenselijk zijn. Soms wordt dit beschouwd als “verloren” energie, maar de energie is er nog wel en is dus niet echt verloren!

energie-omzetters

energie-omzetters zijn apparaten of objecten die een bepaalde vorm van energie om zetten in een andere vorm van energie. neem bijv. een CV-ketel, deze zet chemische energie (energie die opgeslagen zit in aardgas, welke vrij komt bij de verbranding) om in warmte.

Een lampje gebruikt 25W aan elektrische energie. Daarvan zet het lampje 8W om in licht. Hoeveel warmte is er dan ontstaan?

Een windmolen ontvangt kinetische energie (bewegende wind). Deze wind wordt omgezet in elektriciteit en in warmte. 14% van de energie die de wind bevat wordt omgezet in warmte. Hoe hoog is het percentage elektriciteit dat wordt er omgezet? geef alleen het getal in niet het %-teken.

Paragraaf 3 wind-energie

wind energie

Eerder deze les werd al gesproken over soorten energie. Daar werd ook kinetische energie (bewegingsenergie) genoemd. Wind is bewegende lucht, wind bevat dus bewegingsenergie. Deze bewegingsenergie kun je omzetten in een andere vorm van energie, bijv. elektrische energie. 

De energie-omzetter die windenergie omzet in elektriciteit noem je een windmolen. De bewegingsenergie van de wind laat de wieken van de windmolen draaien. aan deze wieken zit een generator vast (een soort grote dynamo zoals op je fiets). Deze generator bevat een magneet, doordat de zuidpool en noordpool steeds langs een spoel draaien wordt er elektriciteit opgewekt.

Een windmolen is een energie-omzetter. Een windmolen wekt elektriciteit op. Welke vorm van energie zet de windmolen om in elektriciteit?
………—> elektriciteit

1. Chemische energie
2. Stralingsenergie
3. Kinetische energie
4. Zwaarte-energie

energie soorten

- Ek = kinetische energie (beweging):

-  Ez = potentiele energie/zwaarte energie (hoogte)

 

- Ech = Chemische energie (stookwaarde)

                            

E​k​​=​2​​1​​mv​2​​

E​z​​=m⋅g⋅h

gassen╱vloeistoffen⟶E​ch​​=r​v​​⋅V

vaste⋅stoffen⟶E​ch​​=r​m​​⋅m

m = massa in kg

v = snelheid in m/s

g = gravitatieversnelling in m/s^2

h = hoogte in m

V = volume in m^3

r = stookwaarde/verbrandingswarmte

      in J/kg of J/m^3

Welke formule hoort bij de kinetische energie die een windmolen van de wind ontvangt?

1. E = m x g x h
2. E = 1/2 x m x v^2
3. E = r x V
4. E = r x m

Een windmolen is in werking. De wind draait de wieken aan met een snelheid van 18m/s. De wind zal het komende uur zeker niet in kracht afnemen. De wind die op dit moment per uur tegen de wieken aan drukt heeft een massa van 205kg.
Bereken hoeveel kinetische energie in joule de windmolen per uur ontvangt van de wind.

Een windmolen is in werking. De wind draait de wieken aan met een snelheid van 16 m/s. De wind zal het komende uur zeker niet in kracht afnemen. De wind die op dit moment per uur tegen de wieken aan drukt heeft een massa van 176kg.
Bereken hoeveel kinetische energie in joule de windmolen per uur ontvangt van de wind.

Paragraaf 2 zonne-energie

Zonnecel

Een zonnepaneel bestaat uit vele zonnecellen.

Een zonnecel vormt stralingsenergie van de zon om in elektriciteit. 

Hoeveel elektrische energie een zonnepaneel opbrengt hangt van meerdere factoren af. De intensiteit van de zonnestraling, de hoek waaronder het zonlicht invalt, de hoeveelheid schaduw, de temperatuur van het paneel etc. Het maximale vermogen dat een zonnepaneel kan leveren onder optimale omstandigheden noemt men het piekvermogen.

zonnecollector en zonnecel

Het woord collector (verzamelen) zegt het eigenlijk al, een zonnecollector verzamelt (absorbeert) de stralingsenergie van de zon.

Er komt warmte energie vrij wanneer een voorwerp stralingsenergie absorbeert, daarna kan deze warmte worden gebruikt om water op te warmen. Dit warme water kan gebruikt worden om te douchen of om radiatoren (en dus het huis) te verwarmen. Voorwerpen die dof en donker van kleur zijn absorberen straling het beste. Witte en glanzende voorwerpen weerkaatsen de stralingsenergie juist.

zonnecel: zet stralingsenergie van de zon om in elektriciteit

zonnecollector: zet stralingsenergie van de zon om in warmte

werking zonnecollector

Warmtewisselaar

1.) zonnecollector (donkere matte plaat) absorbeert stralingsenergie

2.) onder de collector lopen buizen waar koud water door heen gepompt wordt. Dit water wordt warm door de warmte uit de stralingsenergie.

3.) het warme water kan worden gebruikt om bijv. Het huis op te warmen of om te douchen.

absorberen en weerkaatsen

absorberen (vast houden) van stralingsenergie gebeurd door donkere en matte voorwerpen. Een zonnecollector zal dan ook altijd donker van kleur zijn, zodat deze zo veel mogelijk straling vast houd en dus veel warmte produceert.

terugkaatsen van stralingsenergie gebeurd vooral door witte en glanzende voorwerpen. Op een zonnepaneel zit dan ook vaak een ontspiegelende coating, zodat de zonnestralen niet te veel afgekaatst worden.

Een zonnepaneel is een energie-omzetter. Een zonnepaneel wekt elektriciteit op. Welke vorm van energie zet de zonnecel om in elektriciteit?
………—> elektriciteit

1. Chemische energie
2. Stralingsenergie
3. Kinetische energie
4. Zwaarte-energie

rendement

rendement

Het rendement van een apparaat of voorwerp is het percentage energie dat een apparaat of voorwerp omzet in de vorm van energie waar het apparaat of voorwerp voor bedoeld is.

Neem bijv. een lampje. de functie van een lampje is dat deze licht geeft, echter wordt een gloeilamp ook enorm warm als deze brandt. Een lampje hoeft geen warmte te geven, daar hebben we immers kachels voor. Een deel van alle elektrische energie die het lampje ontvangt gaat dus “verloren” aan een vorm van ongewenste energie. Het andere deel wordt omgezet in de gewenste vorm, ook wel nuttig gebruikte energie genoemd.

rendement

Hieronder een voorbeeld van een schema waarin je de energie-omzettingen van een gloeilampje kunt zien. Je kunt in het schema zien welke vormen van energie een lampje in gaan en uitgaan. Het lampje ontvangt elektrische energie en zet dit om in stralingsenergie (licht) en warmte. 

De functie van een lamp is licht geven, dus 

licht is de nuttig gebruikte energie. 

Het rendement van de gloeilamp uit de 

afbeelding is dus slechts 8%!

rendement

Het rendement van een apparaat of voorwerp is het percentage energie dat een apparaat of voorwerp omzet in de vorm van energie waar het apparaat of voorwerp voor bedoeld is.

Des te hoger het rendement des te beter het apparaat de energie omzet in de gewenste vorm. Hierdoor is een apparaat met een hoog rendement energie zuiniger en dus duurzamer (beter voor het milieu minder verspilling van grondstoffen, minder luchtverontreiniging etc)

Het rendement van een apparaat kan nooit hoger zijn dan 100%!!!!

rendement

η=​E​(​​totaal)​​E​(​​nuttig)​​

Je ziet hieronder een stroomschema van de energie-omzetting van een gloeilampje, een gloeilamp is dus een energie-omzetter.

X100%

Tanja zegt: “jeetje een gloeilamp zet maar 11% van alle elektrische energie om in licht. De rest van de elektrische energie wordt omgezet in warmte, dan gaat er echt veel energie verloren! Wat zonde!” Wat bedoelt Tanja met verloren energie?

Het rendement van de gloeilamp is 92%

1. juist
2. onjuist

Op een gloeilampje staat: opgenomen elektrisch vermogen 40W. De lamp geeft 15W aan licht. Bereken het rendement van de gloeilamp.

Op een gloeilampje staat: opgenomen elektrisch vermogen 15W. De lamp geeft 11W aan warmte. Bereken het rendement van de gloeilamp. rond je antwoord af op een heel getal.

De led lamp krijgt 0,50 J aan elektrische energie. Hoeveel energie (in joule) gaat er verloren aan warmte?

rendement = ? %

vermogen totaal = 5W

vermogen nuttig = 1W

rendement = Pnuttig / Ptotaal x 100%

rendement = 1 / 5 x 100% = 20%

rendement = 40%

vermogen totaal = 45MW

vermogen nuttig = ? MW

rendement = Pnuttig / Ptotaal x 100%

40 =  pnuttig / 45 x 100%

pnuttig = 18 MW

P opgenomen = ? W

Pafgegeven = 1350W

rendement = 30%

rendement = Pafgegeven / Popgenomen x 100%

30 = 1350 / Popgenomen x 100%

popgenomen = 4500W

rendement = 5%

popgenomen = 40W

Pafgegeven = ? W

rendement = Pafgegeven / Popgenomen x 100%

5 = Pafgegeven / 40 x 100%

Pafgegeven = 2 W

rendement = ? %

Etotaal = 1,65 x 10^9J

Enuttig = 2,97 x 10^8 J

rendement = Enuttig / Etotaal x 100%

rendement = 2,97 x 10^8 / 1,65 x 10^9 x 100%

rendement = 18%

C

D