H3.5, 3.6 en 3.7 Energie om arbeid te verrichten, Warmte en rendement en Vermogen

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Hoofdstuk 3 Paragaaf 5

Energie om arbeid te verrichten.

Paragraaf 5 

Energie om arbeid te verrichten

Welke vorm van energie gebruikt de auto?

auto 

• Chemische energie: benzine en brandstof
• elektrische energie

teken een energiestroomdiagram voor een auto, lift en een mens

Energie-stroom diagram

Niet alle energie wordt nuttig gebruikt!

Chemische energie

Massa:

Volume:

E​ch​​=r​v​​⋅V

E​ch​​=r​m​​⋅m

E_ch: Chemische energie (J)

r_v: Stookwaarde (J/m³)

V: Volume (m³)

E_ch: Chemische energie (J)

r_m: Stookwaarde (J/kg)

m: massa (kg)

Stookwaarde

Hoeveel chemische energie zit er in een kilo brandstof?

hout

aardgas 32 MJ/m³

waterstof

benzine

Stookwaarden

Brandstoffen hebben stookwaarden, een waarde die aangeeft hoeveel chemische energie er per kilo of volume in
de brandstof zit en 
wordt gegenereerd
bij verbranding.

Die waarden staan
in BINAS T28B.

Stookwaarden met massa

De chemische energie kan worden berekend met een stookwaarde r_m wanneer je de eenheid J/kg of kWh/kg gebruikt. Omdat er .../kg staat, gaat het voornamelijk om stoffen in vaste vorm. In formulevorm:


waarin:
         = chemische energie      in J
         = stookwaarde                   in J/kg
         = massa                                 in kg

E​ch​​=r​m​​m

m

r​m​​

E​ch​​

Stookwaarden met volume

De chemische energie kan ook worden berekend met een stookwaarde r_v wanneer je de eenheid J/m³ of kWh/m³ gebruikt. Omdat er .../m³ staat, gaat het voornamelijk om stoffen in vloeibare en gas- vorm. In formulevorm:


waarin:
         = chemische energie      in J
         = stookwaarde                   in J/m³
         = volume                                in m³

E​ch​​=r​v​​V

V

r​v​​

E​ch​​

Hoe komt een sporter aan energie?

Chemische energie

Bijvoorbeeld uit voeding of brandstof

Elektrische energie

Elektrisch vermogen: 

Elektrische energie:

Combineren:

P​el​​=U⋅I

E​el​​=P⋅t

E​el​​=U⋅I⋅t

P: Vermogen (W) (J/s)

E: Energie (J)

U: Spanning (V)

I: Stroomsterkte (A)

t: tijd (s)

Energie formules

• W = F * S
• Ez = m * g * h
• Ek = 1/2 * m * v²

maak nu vraag 43, 44,  45

De wrijvingskrachten verrichten arbeid. In welke energievorm wordt de energie dan omgezet?

1. Kracht
2. Kinetische
3. Warmte
4. Zwaarte

Er gaat energie verloren door de wrijvingskracht. Deze energie wordt omgezet in warmte.

Warmte door wrijvingskracht:

Q=F​w​​⋅s

Q: Warmte (J)

Fw: Wrijvingskracht (N)

s: afstand (m)

Er gaat dus energie 'verloren'. 

Je kan het rendement nu uitrekenen.

Rendement: 

η=​E​in​​​​E​Nuttig​​​​⋅100

%

η: Rendement

Enuttig: Nuttig gebruikte energie (J)

Ein: Totale energie (J)

η=​E​in​​​​E​Nuttig​​​​⋅100

%

η: Rendement

Pnuttig: Nuttig gebruikte vermogen (W)(J/s)

Pin: Totale vermogen (W)(J/s)

E=P⋅t

}

η=​P​in​​⋅t​​P​Nuttig​​⋅t​​⋅100

%

η=​E​in​​​​E​Nuttig​​​​⋅100

%

η: Rendement

Pnuttig: Nuttig gebruikte vermogen (W)(J/s)

Pin: Totale vermogen (W)(J/s)

E=P⋅t

}

η=​P​in​​​​P​Nuttig​​​​⋅100

%

Paragraaf 7

Vermogen

Vermogen, P

Energie die iets per seconde levert

P=​t​​W​​

P: Vermogen (W) (J/s)

W: Arbeid (J)

t: tijd (s)

Vermogen, P

Energie die iets per seconde levert

P=​t​​W​​

P: Vermogen (W) (J/s)

W: Arbeid (J)

t: tijd (s)

W=F⋅s

}

P=​t​​F⋅s​​

F: Kracht (N)

s: afstand (m)

Vermogen, P

Energie die iets per seconde levert

P=​t​​W​​

P: Vermogen (W) (J/s)

W: Arbeid (J)

t: tijd (s)

W=F⋅s

}

P=​t​​F⋅s​​=F⋅v

F: Kracht (N)

s: afstand (m)

v: gemiddelde snelheid (m/s)

Stel je rijdt in een auto waar alleen luchtwrijving op werkt (dus geen rolwrijving). Op een bepaald moment ga je 2 keer zo hard rijden hoeveel keer meer vermogen moet de auto dan leveren?
Gebruik

P=F​w,l​​⋅v

1. 2
2. 4
3. 3
4. 8

Oefenen voor de volgende les:

Par 6: 50

Par 7: 56