Hoofdstuk 3: Opwekking en omzetting van energie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k
• Leerjaar 1

Hoofdstuk 3: 

Opwekking en omzetting

 van energie

Terugblik vorige les

Hoeveel spanning komt uit een stopcontact?

1. 120 V
2. 350 V
3. 230 V
4. 1000 V

Welke apparaten zetten hoge spanningen om in lagere spanningen?

1. Geleiders
2. Weerstanden
3. Isolatoren
4. Transformators

Wat is een voorbeeld van een grootheid?

1. Vermogen
2. Volt
3. Ampere
4. Ohm

Wat weet je al over de opwekking en omzetting van energie? 

Welke soorten brandstof en energiebronnen ken je al?

• Je kan uitleggen wat een brandstof is en hier verschillende voorbeelden van geven
  
• Je kunt uitleggen wat rendement is en wat afvalwarmte is
  
• Je kunt uitleggen wat energie omzetting is en verschillende omzettingen noemen
  
• Je kan verschillende vormen van energie noemen
  

Leerdoelen

Brandstoffen & energiebronnen

• Fossiele brandstoffen
• Andere energiebronnen
• Verwarming van gebouwen, wegvervoer en vliegverkeer

Energie omzetten

• Van de ene energie vorm naar de andere energie vorm 
• Voorbeeld: bij het verbranden van een brandstof: chemische energie -> warmte -> elektrische energie. 

In grote branders wordt aardgas verbrand. Met de warmte wordt water verhit. Er ontstaat stoom met een hoge temperatuur en druk.

De hete stoom spuit met grote snelheid tegen de schoepen van een stoomturbine. De schoepen gaan daardoor ronddraaien.

Aan de turbine is een generator gekoppeld. Als de as van de turbine draait, draait de as van de generator mee.

In de generator wordt dan elektrische energie opgewekt, op dezelfde manier als in een dynamo.

In de condensor wordt de gebruikte stoom afgekoeld, zodat de stoom condenseert tot water. Het water wordt daarna opnieuw gebruikt.

De elektrische energie wordt via het elektriciteitsnet geleverd aan woningen en bedrijven.

Wat is een voorbeeld van een fossiele brandstof?

1. Zonne-energie
2. Kernenergie
3. Windenergie
4. Aardgas

Wat waren de drie belangrijkste dingen waarvoor brandstoffen worden gebruikt?

Afvalwarmte

• De warmte die over blijft, waar je geen elektrische energie meer uit kunt halen

Rendement

Andere energie omzettingen

Text

• Geen enkele soort energie heeft een rendement van 100%, er gaat altijd wat verloren

Wat wordt er berekent met het rendement?

1. De nuttige energie
2. De niet nuttige energie
3. De rente
4. De CO2 uitstoot

Bewegingsenergie

• Door beweging krijgen voorwerpen energie
• Hoe groter de massa, hoe meer bewegingsenergie
• Hoe sneller iets beweegt, hoe meer energie het heeft
  

De wind laat de bladen (wieken) van een windturbine draaien. De bladen zijn bevestigd aan een as, die mee gaat draaien door de beweging van de bladen. Omdat de bladen langzaam ronddraaien, noem je deze as de lagesnelheidsas.

In de turbine zorgen tandwielen ervoor dat het aantal omwentelingen per seconde wordt vergroot. Een andere as draait daardoor veel sneller rond dan de lagesnelheidsas. Deze as noem je de hogesnelheidsas.

De hogesnelheidsas drijft een generator aan. In de generator wordt dan elektrische energie opgewekt.

Een transformator verhoogt de spanning van de opgewekte elektrische energie tot 10 000 V (10 kV), zodat die efficiënt kan worden vervoerd.

De elektrische energie wordt via het elektriciteitsnet geleverd aan woningen en bedrijven.

Heeft een voorwerp bij een grotere massa meer of minder bewegingsenergie?

Zonne-energie

• Zonne-energie: energie in zonlicht: stralingsenergie
• Zonnecollector: stralingsenergie wordt omgezet in warmte
• Hiermee wordt het leidingwater in het opslagvat verwarmt

1 Op het dak van een huis is een zonnecollector aangebracht: een metalen plaat met daaronder buizen waar water doorheen stroomt.

2 De zwarte plaat absorbeert zonlicht. Daarbij wordt stralingsenergie omgezet in warmte. De warmte wordt door geleiding afgegeven aan het water in de buizen.

3 Boven de zwarte plaat is dubbel glas aangebracht. De onderkant zwarte plaat is voorzien van een laag isolatiemateriaal. Zo 'lekt' er zo weinig mogelijk warmte weg.

4 Het opgewarmde water wordt daarna door een warmtewisselaar gepompt: een spiraalvormige buis die door een vat met leidingwater loopt. Zo wordt het leidingwater in het vat verwarmd.

5 Als er in de keuken of de badkamer warm water nodig is, wordt dat uit het opslagvat gehaald. Een kleine verwarmingsketel zorgt voor bijverwarming als het leidingwater nog niet heet genoeg is.

Zonnepanelen

• Zonnepanelen: zetten stralingsnergie om in elektriciteit
• Rendement van 23%
• Een doorsnee zonnepaneel van 1 m 2 heeft een maximaal elektrisch vermogen van 190 W. Het paneel levert dan per seconde 190 J elektrische energie

Waterkracht

• Stuwdammen in bergachtige gebieden
• Waterkrachtcentrales
• Constant waterpeil & opwekking elektriciteit

1 Via pijpleidingen stroomt het water van het stuwmeer omlaag naar de centrale.

2 Het stromende water brengt de schoepen van een waterturbine in beweging.

3 De waterturbine drijft een generator aan waarmee elektrische energie wordt opgewekt.

4 De elektrische energie wordt via het elektriciteitsnet geleverd aan woningen en bedrijven.

Zwaarte-energie

• Een waterkrachtcentrale zet de zwaarte-energie van water in het stuwmeer om in elektrische energie
• Formule: Zwaarte-energie = massa x de sterkte van de zwaartekracht x hoogte, in symbolen: Ez=m*g*h
• Op aarde: g heeft een constante waarde van 10 N/kg, op een pak suiker: 10 N zwaartekracht

Zwaartekracht heeft op aarde een constante waarde in N/kg, hoeveel is dat?

1. 5 N/kg
2. 10 N/kg
3. 15 N/kg
4. 20 N/kg

Opdracht 3: Stroombesparingsplan

Vergelijk verschillende apparaten met elkaar, kijk hoeveel energie de apparaten gebruiken en wat dit per jaar gaat kosten

Leerdoelen:

Je kan beschrijven welke apparaten veel en weinig elektrische energie gebruiken.

Je kan beschrijven hoe je elektrische energie kunt besparen door met zuinigere apparaten te werken.

Je kunt energie labels aflezen en op basis daarvan de jaarlijkse kosten van een apparaat bepalen.

Je kan uitleggen waarom jij bepaalde besparingskeuzes maakt.

Je kan meedenken over een lager energiegebruik binnen je huishouden en je omgeving en kunt anderen motiveren om hieraan mee te doen.

Tijd: 1 les

Tips: Lees als voorbereiding op deze opdracht het hoofdstuk 2: de energiemeter goed door. Maak een begrippenlijst, samenvatting en/of een mindmap om de leerstof goed te begrijpen.

1 kWh (kilowattuur) staat gelijk aan 3600 kJ (kilojoule) en zijn allebei eenheden voor energie, net zoals een meter een eenheid is voor afstand. Hoeveel het gebruik van 1 kWh kost staat in je reader en is te vinden op google.

kWh/annum is kilowattuur per jaar.