Paragraaf 4.4 - Vermogen en energie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k, g, t
• Leerjaar 2

4.4 - Vermogen en energie 

Community

Leerdoelen 

4.4.1 Je kunt uitleggen wat het vermogen van een apparaat is.

4.4.2 Je kunt het vermogen van een apparaat berekenen.

4.4.3 Je kunt uitleggen waarom een apparaat met een groter vermogen meer elektrische energie verbruikt.

4.4.4 Je kunt twee manieren beschrijven waarmee je kunt meten hoe leeg of vol een batterij is. (EXTRA)

Introductie

Je hebt niet zoveel aan een mobiele telefoon als je hem steeds aan de lader moet leggen. Daarom is het belangrijk dat een telefoon zo efficiënt mogelijk omgaat met de beschikbare elektrische energie. Hoe zuiniger het apparaat daarmee is, des te langer duurt het voordat de batterij weer opgeladen moet worden.

Het vermogen van een apparaat

Een laptop verbruikt in dezelfde tijd meer elektrische energie dan een tablet. Je zegt dat een laptop vergeleken met een tablet een groter vermogen heeft. Het vermogen geeft aan hoeveel elektrische energie een apparaat in een seconde verbruikt. Hoe groter het vermogen, hoe meer elektrische energie het apparaat in één seconde ‘opslurpt’.

Bij veel apparaten staat het vermogen vermeld

. Het vermogen wordt meestal opgegeven in watt (W), 

soms ook in milliwatt (mW) en

 in kilowatt (kW). 

Het vermogen van sommige apparaten is niet constant.

 Bij een mobiele telefoon neemt  het vermogen toe als je belt of gebruikmaakt van internet. 

Als de telefoon op stand-by staat, is het vermogen juist heel klein. Er zijn ook apparaten die wel een constant vermogen 

• zaklamp, klok

Vul in!
Het vermogen geeft aan hoeveel elektrische .......................een apparaat in één ............................verbruikt

Vul in!
Het vermogen wordt meestal opgegeven in ...........of in ............

Spanning en stroomsterkte

Het vermogen van een apparaat hangt af van twee factoren:

• de spanning waarop het apparaat  werkt;
• de stroomsterkte die door het apparaat loop.

Om te begrijpen hoe dit werkt, kun je weer een vergelijking maken met stromende lucht.

Je kunt de energie in stromende lucht gebruiken om een windmolen te laten draaien. Er wordt dan vermogen overgebracht van de lucht op de wielen 

(afb, 2) Het molentje wordt door de luchtstroom uit de ballon in beweging gebracht.

Hoe snel een het molentje draait, hangt in de eerste plaats af van de stroomsterkte (de hoeveelheid lucht die per seconde de ballon uitstroomt). Als je het ventiel van de ballon verder opent, zodat er meer lucht uit de ballon stroomt, neemt de snelheid van het molentje meteen toe.

De snelheid waarmee het molentje gaat draaien, hangt ook af van de spanning (de druk op de lucht in de ballon). Die bepaalt met welke snelheid de lucht uit de ballon wordt geperst – en daardoor ook hoe snel het molentje gaat draaien.

Een stevig opgeblazen, kleine ballon kan het molentje even snel laten draaien als een half opgeblazen, grote ballon. Bij de kleine ballon is de stroomsterkte weliswaar kleiner, maar daar staat tegenover dat de spanning – en dus ook de snelheid van de uitstromende lucht – groter is.

Het vermogen berekenen

Voor elektrische apparaten geldt hetzelfde als voor de ballon in afbeelding 2. De spanning en de stroomsterkte bepalen samen hoe groot het overgebrachte vermogen is. Je ziet dat terug in de formule om het vermogen te berekenen:

vermogen = spanning × stroomsterkte  = P=U x I

Hierin is:

• P = het vermogen in watt (W);

• U = de spanning in volt (V);

• I = de stroomsterkte in ampère (A).

Voorbeeldopdracht 1

gegevens: 

U = spanning = 12 V 

I = stroomsterkte = 220 mA = 0,22 A 

gevraagd: 

P = vermogen = ? 

uitwerking: 

P = U × I

= 12 × 0,22  

= 2,64 W  

Dit klopt met de waarde die op de website vermeld staat.

 

Op een website kun je ledlampen kopen voor decoratief gebruik. 

Controleer of het vermogen van de lamp in juist is berekend. 

Vermogen, tijd en energieverbruik

Een apparaat, bijvoorbeeld een mobiele telefoon of een tablet, kan maar een bepaalde tijd op de batterij werken. Hoe groter het vermogen van het apparaat, hoe sneller de batterij leeg zal zijn. Er zijn daarom allerlei manieren bedacht om het vermogen van een apparaat laag te houden.

Het vermogen van een apparaat is de optelsom van de vermogens van de verschillende onderdelen. De ontwerpers van zo'n apparaat kiezen daarom onderdelen die zuinig zijn met energie. Als twee beeldschermen ongeveer dezelfde prestaties hebben, krijgt het beeldscherm met het laagste vermogen de voorkeur (figuur 4).

Ook de software helpt mee om het vermogen laag te houden. Als je een mobiele telefoon of een tablet even niet gebruikt, schakelt de software zoveel mogelijk onderdelen uit. Het beeldscherm gaat bijvoorbeeld al na enkele seconden op zwart. Hierdoor daalt het totale vermogen van het apparaat meteen.

Aan het verlagen van het vermogen zit een grens. Daarom wordt er ook veel onderzoek gedaan naar het vergroten van de opslagcapaciteit van batterijen en accu’s. Als een batterij meer elektrische energie kan opslaan, kan een apparaat er – bij hetzelfde vermogen – langer op werken.

EXTRA Leeg of vol

 

Als je mobiele telefoon bijna leeg is, geeft deze aan dat je hem moet opladen. Maar hoe ‘weet’ de batterijtester in je telefoon of de batterij leeg of vol is?

Er bestaan heel eenvoudige uitvoeringen van batterijtesters waarin gemeten wordt wat de spanning is die de batterij levert. Naarmate de batterij langer in gebruik is geweest, daalt de spanning, net zoals de spanning in de ballon daalt als je de lucht eruit laat lopen. Voor moderne batterijen (lithium-ion batterijen) die in je telefoon zitten, is deze methode te onnauwkeurig. De spanning die deze batterijen leveren blijft heel lang nagenoeg gelijk, tot de batterij bijna leeg is.

Daarom zit er in je telefoon meestal een speciale chip. Deze chip meet tijdens het opladen hoeveel lading er in de batterij stroomt, en tijdens het gebruik meet deze hoeveel lading er al uitgestroomd is (figuur 5). Zo ‘weet’ de chip precies hoeveel procent van de opgeslagen lading er al weggestroomd is. 

Omrekenen

 

Omrekenen doe je zo: 

1 mW = 0,001 W 

1 W = 1000 mW (milliwatt) 

1 kW = 1000 W 

1 W = 0,001 kW

 

Opdrachten maken

Wat: lees paragraaf 4.4  

Hoe: helemaal stil! muziek mag in!    

Hulp: Geen    

Tijd:  ???? minuten lang    

Huiswerk: opdrachten 1 tm 11 van paragraaf 4.4 & Test jezelf   

Klaar?: ga bezig met een ander vak!