KWT Nsk1 4GT

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k, g, t, mavo
• Leerjaar 4

KWT Nsk1 4GT

Leerdoelen H11.1

Ik kan

• 3 toepassingen van fossiele brandstoffen beschrijven
• uitleggen hoe een energiecentrale elektrische energie produceert en omzet
  
• berekeningen maken met energie (E), vermogen (P) en tijd (t)
  
• uitleggen wat bedoeld wordt met afvalwarmte, thermische verontreiniging en milieuproblemen bij fossiele brandstoffen
  

Energiecentrale

brandstof verbranden => warmte vrij

=> stoom maken => bewegende lucht

=> aandrijven turbine => bewegende as 

=> aandrijven generator (dynamo)

=> elektrische energie

=> via transformator wordt energie                                                                                             omgezet naar elektriciteitsnet 

Rekenen met elektrische energie

Energie = vermogen x tijd

Opgave 6b: p. 134

Uit metingen blijkt dat de installatie in 20 minuten 22,8 GJ elektrische energie produceert.

Bereken het elektrisch vermogen van de verbrandingsinstallatie

Gegevens:

• t = 20 min = 20 x 60 = 1200 s
• E = 22,8 GJ = 22,8 * 109 J              = 22 800 000 000 J

Gevraagd:

• P = ? W

Formule:

• E = P x t  =>  P = E : t

Uitwerking:

• P = 22,8 * 109  : 1200 = 19*106       = 19 000 000 W = 19 MJ

Antwoord:

Het elektrisch vermogen is 19*106 Joule oftewel 19 MJ

Leerdoelen 11.2 Zonne-energie

• Beschrijf Stralingsenergie in zonlicht

• Hoe vindt omzetting van energie plaats in een zonnepaneel
  

• Wat wordt bedoelt met het rendement van een zonnepaneel en ook hiermee kunnen rekenen
  

Zonnepanelen

          Stralingsenergie =>               Elektrische energie + Warmte

Piekvermogen:

Het maximale elektrisch vermogen dat onder ideale omstandigheden wordt gehaald. (ca. 300 W)

Rendement

Rendement geeft aan hoeveel % bruikbare energie wordt geleverd

bijvoorbeeld:

Van 100J energie dat opgevangen wordt, 

wordt slechts 17J omgezet naar elektrische energie

Het rendement is dus 17%

De overige 83% wordt omgezet in warmte

Formule rendement

Opg. 7a+b: p.148

In een onderzoek worden twee zonnepanelen met elkaar vergeleken, A en B. De zonnepanelen hebben een even groot oppervlak: 1,60 m2. De panelen worden getest met licht van 1000 W/m2  dat loodrecht op de panelen valt.

7a Hoe groot is het opgenomen vermogen van elk paneel?

• Oppervlakte paneel = 1,6 m2 
• Op 1 m2 valt 1000 W vermogen
• => 1,6 x 1000 W = 1600 W vermogen per paneel

Tijdens de test produceerde paneel A een elektrisch vermogen van 256 W 

7b) Bereken het rendement van zonnepaneel A

Gegevens:

• P (nuttig) = 256 W  ;  P (totaal) = 1600 W

Gevraagd:

• Rendement = ? %

Formule: 

• rendement = P(nut) : P(tot) x 100%

Uitwerking: 

• Rendement = 256 : 1600 x 100% = 16%

Antwoord:

• Het rendement van paneel A is 16%

Leerdoelen: H11.3 Windenergie

• Wat is bewegingsenergie

• Rekenen met bewegingsenergie, massa en snelheid

• Welke energieomzetting er plaats vind in een windturbine
  

• opwekken van wisselspanning

Bewegingsenergie

Een voorwerp bezit bewegingsenergie, oftewel Kinetische energie, als het beweegt

Voorbeelden:

• Auto rijden, fietsen, hardlopen, windmolen, windturbine... 

Formule: Ekin = 0,5 x m x v2   (binas tabel 7)

Opg. 3a: p.157

Bereken de hoeveelheid kinetische energie:

3a) van een op afstand bestuurbare speelgoedauto met een massa van 1,6 kg en een snelheid van 3,0 m/s.

Gegevens:

• m = 1,6 kg
• v = 3,0 m/s

Gevraagd:

• Ekin = ? J

Formule: 

• Ekin = 0,5 x m x v2

Uitwerking: 

• Ekin = 0,5 x 1,6 x 3,02
• Ekin = 0,5 x 1,6 x 9 = 7,2 J

Antwoord:

• De kinetische energie van de speelgoedauto is 7,2 J

Fiets Dynamo 

• bij beweging van de magneet om de spoel, wordt de kern van weekijzer magnetisch

• Magneetveld veranderd telkens => wisselspanning / wisselstroom

Leerdoelen 11.4 Waterkracht

• Je kunt de werking van een waterkrachtcentrale beschrijven.

• Je kunt zwaarte-energie beschrijven.

• Je kunt de zwaarte-energie van een voorwerp berekenen.

Zwaarte energie

E_{z =} m · g · h

E_z = zwaarte energie in Joule (J)

m = massa in kilogram (kg)

g = valversnelling (gravitatie)

op aarde is "g" 10 N/kg (of 10 m/s²) (binas tabel 1)

h = hoogte in meter (m)

Oplossing

 Gegevens:

• m = 3,5 kg ; g = 10 N/kg ; h = 1,5 m

Gevraagd:

• E_z = ? J 

Formule:

• E_z = m x g x h

  Uitwerking:

• Ez  = 3,5 x 10 x 1,5 = 52,5 J

Antwoord: 

• De zwaarte-energie van de tas is 52,5 J

Opgave:

Een schooltas met een massa van 3,5 kg wordt anderhalve meter opgetild. 

Bereken hoeveel zwaarte energie deze schooltas heeft gekregen.

Wanneer je het steentje omhoog gooit met een snelheid van 20 m/s, hoe hoog zou het steentje dan komen? Ga ervan uit dat alle bewegingsenergie wordt omgezet in zwaarte energie. 

Gegevens: 

• v = 20 m/s ; g = 10 N/kg
  

Gevraagd: 

• h = ? m
  

Formule: 

• Ez = Ek => m x g x h = 0,5 x m x v2
  
• massa staat aan beide kant van "=" teken => mag je wegstrepen => g x h = 0,5 x v²

Uitwerking / Antwoord 

• g x h = 0,5 x v² => 10 x h = 0,5 x 202   =>  10 x h = 0,5 x 400  => 10 x h = 200
• h = 200 : 10 = 20 m

• De steen bereikt een hoogte van 20 meter

H11.5 Energie besparen

• Wet behoud van energie
• Zuinig zijn met energie
• Hoe kun jij energie besparen
• Vergelijken van rendement van verschillende lampen
• Energieverbruik berekenen in Joule en kilowattuur (kWh)

Energieverbruik = vermogen x tijd.
Een wasmachine van 1200 W staat 1uur en 30min aan. Bereken het energieverbruik in kWh.

1. Energieverbruik = 1,2 x 5400 = 6480 kWh
2. Energieverbruik = 1200 x 1,5 = 1800 kWh
3. Energieverbruik = 1,2 x 1,5 = 1,8 kWh
4. Energieverbruik = 1200 x 5400 = 6480 000 kWh

Aan de slag

Maak je huiswerk verder af (t/m 11.5)

Vragen => Hand opsteken

We werken in STILTE

Indien goed gewerkt => laatste 10 min een quiz

Bij welke energieomzetting heb je altijd een brandstof nodig?

1. Windenergie -> Warmte
2. Chemische energie -> Warmte
3. Elektrische energie -> Warmte
4. Waterenergie -> Warmte

Welke energieomzetting heb je in een zonnepaneel?

1. Elektrische energie in licht en warmte
2. Warmte in stralingsenergie en elektrische energie
3. Stralingsenergie in elektrische energie en warmte
4. Stralingsenergie in chemische energie en elektrische energie

Een wasmachine van 1000 W staat 30 min aan. Bereken het energieverbruik in Joule.

1. 1000 : 30 = 33 J
2. 1000 x 30 = 30 000 J
3. 1000 : 1800 = 0,56 J
4. 1000 x 1800 = 1 800 000 J

Het rendement van een bepaalde CV-ketel is 85%. Hoeveel warmte gaat "verloren"?

1. 15%
2. 10%
3. 100%
4. 85%

Wat is de opgenomen energie van deze windmolen? (energie die erin gaat)

1. warmte
2. elektrische energie
3. bewegingsenergie
4. chemische energie

Een voorwerp heeft een snelheid van 3 m/s en een massa van 20 kg. Bereken de kinetische energie.

1. Ek = 90 Joules
2. Ek = 30 Joules
3. Ek = 180 Joules
4. Ek = 60 Joules

Een zonnepaneel ontvangt van de zon 125 W.
Dit zonnepaneel geeft 13 W aan elektrische energie. Wat is het rendement van dit zonnepaneel?

Een losse dakpan van 350 gram balanceert op de dakgoot van 4 meter hoog. De zwaarte-energie is:

1. 1,4 J
2. 14 J
3. 1400 J
4. 14000 J

Suggesties voor
volgende les?