H11 Energie (H11.1-11.3)

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

H11 Energie

7-11:   uitleg 11.1 Fossiele brandstoffen        

9-11:   uitleg 11.2 Zonne-energie    

Rest van de week opdrachten 11.1+11.2          

14-11:    Uitleg 11.3 Windenergie + maken 11.2 en 11.3

16-11:    Uitleg 11.4 Waterkracht

Rest van de week opdrachten 11.4 en 11.3 afmaken

20-12:   Uitleg11.5 Energie besparen

Energie vormen

1. warmte
2. bewegingsenergie (kinetische energie)
3. zwaarte-energie
4. chemische energie
5. stralingsenergie
6. kernenergie
7. elektrische energie

Wet Behoud van Energie

Energie  gaat nooit verloren

Warmte: Q            Eenheid: J

Energie: E             Eenheid: J

Herhaling

Leerdoelen H11.1

• 3 toepassingen fossiele brandstoffen beschrijven
• hoe energiecentrale elektrische energie produceert en energie omzet
  
• Berekeningen met energie, vermogen en tijd
  
• Je kunt uitleggen wat  bedoeld wordt met afvalwarmte, thermische verontreiniging en milieuproblemen bij fossiele brandstoffen
  

Fossiele brandstoffen zijn brandstoffen van versteende resten van dieren en planten.

Voorbeeld:

• Aardgas
• Aardolie
• Steenkool

Toepassingen fossiele brandstoffen

• Verwarming van gebouwen
• Wegvervoer en vliegverkeer
  
• Opwekking van elektriciteit

broeikaseffect

Als je een fossiele brandstof volledig verbrandt, ontstaat er koolstofdioxide (CO₂) en waterdamp.

Koolstofdioxide versterkt het broeikaseffect => verwarmen v/d aarde

Gevolgen:

• Smelten ijskappen => stijging zeespiegel
• Klimaatverandering => landopbrengsten gaan dalen
• Dieren en planten kunnen uitsterven in hun leefgebied

Milieu

• Koolstofdioxide (broeikasgas) 

 • Stikstofoxiden en zwaveloxiden
(zure regen en smog)

Energiecentrale

brandstof verbranden => warmte

=> stoom => bewegende lucht

=> aandrijven turbine => bewegende as 

=> aandrijven generator (dynamo)

=> elektrische energie

=> via transformator wordt energie                                                                                             omgezet naar elektriciteitsnet 

Afvalwarmte

Niet alle energie wordt omgezet in elektriciteit!

Wet Behoud van Energie => Energie gaat nooit verloren!!!

Afvoeren afvalwater => Thermische verontreiniging

Thermische verontreiniging

• lozen op oppervlaktewater
• minder zuurstof in warm water
• In koeltorens verdampen -> energie voor nodig,
• Verandering van flora en fauna
• Oplossing: Warmtekrachtkoppeling!

00:25

Waardoor ontstaat de damp die je ziet?

00:42

Waarom is de dood van de vis een effect van thermische verontreiniging?

Rekenen met elektrische energie

Energie = vermogen x tijd

Joule = Watt × seconde

kWh = kW × uur

Voorbeeld opgave

Een energiecentrale werkt op een vermogen van 2000 MW. 

Hoeveel energie in TJ wordt er omgezet in 1 uur?

• Gegevens: P = 2000 MW = 2000 * 10⁶ = 2 000 000 000 W =                                    t = 1 uur = 60 min = 3600 s
• Gevraagd:  E = ? TJ
• Formule:    E = P x t
• Uitwerking: E = 2 000 000 000 x 3600 = 7 200 000 000 000 J                                       = 7 200 000 000 kJ = 7 200 000 MJ = 7 200 GJ = 7,2 TJ
• Antwoord: Er wordt in 1 uur 7,2 TJ aan energie omgezet.

Samenvatting

• Fossiele brandstoffen
• Broeikaseffect, zure regen en smog
• Energiecentrale: (brandstof => warmte energie => bewegingsenergie => elektrische energie)
  
• Afvalwarmte ; Thermische verontreiniging
• E = P x t   

Leerdoelen H11.1

• 3 toepassingen fossiele brandstoffen beschrijven
• hoe energiecentrale elektrische energie produceert en energie omzet
  
• Berekeningen met energie, vermogen en tijd
  
• Je kunt uitleggen wat  bedoeld wordt met afvalwarmte, thermische verontreiniging en milieuproblemen bij fossiele brandstoffen
  

Ik ken het leerdoel "Ik kan 3 toepassingen van fossiele brandstoffen beschrijven"

😒🙁😐🙂😃

Ik ken het leerdoel "Ik kan uitleggen hoe een energiecentrale elektrische energie produceert en energie omzet"

😒🙁😐🙂😃

Ik kan berekeningen met energie, vermogen en tijd maken met gebruik van het stappenplan

😒🙁😐🙂😃

Ik kan uitleggen wat bedoeld wordt met afvalwarmte, thermische verontreiniging en milieuproblemen bij fossiele brandstoffen

😒🙁😐🙂😃

Actie (Kader)

Lees H11.1 goed door (p. 134)

Maak de voorkennisopdrachten (p. 132)

maak opgaven H11.1 (p. 138)

Volgende les: H11.2 Zonne-energie

Actie (GT)

Lees H11.1 goed door (p. 128)

Maak de voorkennisopdrachten (p. 126)

maak opgaven H11.1 (p. 132)

Volgende les: H11.2 Zonne-energie

Samenvatting H11.1

* Fossiele brandstoffen

* Broeikaseffect, zure regen en smog

* Energiecentrale: 

• (brandstof => warmte energie => bewegingsenergie => elektrische energie)
  

* Afvalwarmte ; Thermische verontreiniging

* E = P x t   

Voorbeeld opgave

Een energiecentrale werkt op een vermogen van 2000 MW. 

Hoeveel energie in TJ wordt er omgezet in 1 uur?

• Gegevens: P = 2000 MW = 2000 * 10⁶ W = 2 000 000 000 W                                            t = 1 uur = 60 min = 3600 s
• Gevraagd:  E = ? TJ
• Formule:    E = P x t
• Uitwerking: E = 2 000 000 000 x 3600 = 7 200 000 000 000 J                                       = 7 200 000 000 kJ = 7 200 000 MJ = 7 200 GJ = 7,2 TJ
• Antwoord: Er wordt in 1 uur 7,2 TJ aan energie omgezet.

H11 Energie

7-11:   uitleg 11.1 Fossiele brandstoffen        

9-11:   uitleg 11.2 Zonne-energie    

Rest van de week opdrachten 11.1+11.2          

14-11:    Uitleg 11.3 Windenergie + maken 11.2 en 11.3

16-11:    Uitleg 11.4 Waterkracht

Rest van de week opdrachten 11.4 en 11.3 afmaken

20-12:   Uitleg11.5 Energie besparen

Leerdoelen 11.2 Zonne-energie

11.2.1 Je kunt beschrijven hoe planten gebruikmaken van de stralingsenergie in zonlicht.

11.2.2 Je kunt benoemen welke energie-omzetting plaatsvindt in een zonnepaneel.

11.2.3 Je kunt uitleggen waardoor een zonnepaneel niet steeds hetzelfde vermogen afgeeft.

11.2.4 Je kunt uitleggen dat mensen met zonnepanelen energie én geld kunnen besparen.

11.2.5 Je kunt uitleggen wat wordt bedoeld met het rendement van een zonnepaneel.

11.2.6 Je kunt berekeningen uitvoeren met rendement en energie, en met rendement en vermogen.

Twee buren hebben tegelijkertijd hetzelfde aantal zonnepanelen geplaatst. Toch hebben ze na een jaar niet dezelfde opbrengst. Hoe kan dit?

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
  

• Maar eerst een korte herhaling van H11.1

Stralingsenergie

Zonlicht bevat stralingsenergie 

• Planten gebruiken zonlicht om glucose te maken => fotosynthese 
• Stralingsenergie => chemische energie (bv ons voedsel)

Zonnepanelen

• Zonnecel op een zonnepaneel zetten stralingsenergie om in elektrische energie en in Warmte
• De gelijkstroom wordt omgezet dmv                                                   een omvormer naar wisselstroom

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

Een zonnepaneel zet 85% van de stralingsenergie van de zon om in warmte. Hoe hoog is het rendement van het zonnepaneel? (Bedenk eerst goed wat voor energie een zonnepaneel moet leveren. Wat is gewenste energie?)

1. 100%
2. 85%
3. 15%
4. Dat kun je niet zeggen

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

Aan de slag 

Kader:

Lees H11.2 goed door (p. 144)

Maak opg H11.2 (p. 147)

GT:

Lees H11.2 goed door (p.139)

Maak opg H11.2 (p. 142) 

Controleer opgaven H11.1

Samenvatting H11.2 Zonne-energie 

Stralingsenergie bij planten

• Fotosynthese: stralingsenergie => chemische energie 

Stalingsenergie bij zonnepanelen

• Zonnecel: Stralingsenergie => elektrische energie

Omvormer zonnepaneel

• Zet gelijkstroom om in wisselstroom

Piekvermogen

• Maximaal elektrisch vermogen dat alleen onder ideale omstandigheden wordt gehaald

Rendement

• n = E_nut / E_tot x 100%  of  n = P_nut / P_tot x 100%

H11 Energie

7-11:   uitleg 11.1 Fossiele brandstoffen        

9-11:   uitleg 11.2 Zonne-energie    

Rest van de week opdrachten 11.1+11.2          

16-11:    Uitleg 11.3 Windenergie + maken 11.2 en 11.3

16-11:    Uitleg 11.4 Waterkracht

Rest van de week opdrachten 11.4 en 11.3 afmaken

20-12:   Uitleg 11.5 Energie besparen

Wet van behoud van energie

• Energie kan niet verdwijnen of gemaakt worden.
• Energie kan wel worden omgezet.

Samenvatting H11.1 Fossiele brandstoffen

* Fossiele brandstoffen en milieu effecten

• afvalwarmte, thermische verontreiniging en milieuproblemen

* Energiecentrale energieomzettingen (zie Binas): 

• (chemische energie (brandstof) => warmte energie => bewegingsenergie => elektrische energie)
  

* E = P × t  

Samenvatting H11.2 Zonne-energie 

Stralingsenergie bij planten (Energieomzettingen Binas)

• Fotosynthese: stralingsenergie => chemische energie 

Stalingsenergie bij zonnepanelen (Energieomzettingen Binas)

• Zonnecel: Stralingsenergie => elektrische energie

Omvormer zonnepaneel 

• Zet gelijkstroom om in wisselstroom

Piekvermogen

• Maximaal elektrisch vermogen dat alleen onder ideale omstandigheden wordt gehaald

Rendement

• 
  

Leerdoelen H11.3

 Je kunt

1. voorbeelden geven hoe bewegingsenergie praktisch wordt gebruikt.
   
2. berekeningen uitvoeren met bewegingsenergie, massa en snelheid.
   
3. benoemen welke energie-omzetting plaatsvindt in een windturbine.
   
4. een eenvoudige manier beschrijven om wisselspanning op te wekken.
   
5. uitleggen hoe de wisselspanning van een fietsdynamo ontstaat.
   
6. uitleggen wat wordt bedoeld met het piekvermogen van een windturbine.

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 wat beweegt
heeft bewegingsenergie.

ook wel Kinetische energie

Bewegende lucht

• heeft kinetische (bewegings) energie
  
• is nuttig te gebruiken!
  
• graan malen, hout zagen, water weg pompen

Bewegingsenergie

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

Dus: Hoe sneller het beweegt, hoe meer energie

Dus ook: Hoe groter de massa, hoe meer energie

Kinetische energie

De formule voor kinetische energie luidt als volgt:


waarin:
           =  kinetische energie in      J
           =  massa in                               kg
           =  snelheid in                           m/s

Zoals te zien is, is de kinetische energie afhankelijk van de massa en snelheid waarmee het voorwerp beweegt.

E​kin​​=​2​​1​​mv​2​​

E​kin​​

m

v

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 = 120 Joules
4. Ek = 60 Joules

Henk heeft een massa van 50 kg en 22 500 J kinetische energie. Wat is zijn snelheid?
Ek = 0,5 x m x v^2

Theorie: windturbine

Bewegingsenergie wordt 

omgezet, via de generator, 

naar Elektrische energie

Generator 

(soort fietsdynamo)

Transformator

verhoogd de spanning tot

10 000 volt => beter te 

vervoeren

De wind als energiebron

1. De wind laat de turbinebladen (wieken) van de windturbine draaien. 
2. Een tandwielkast brengt de beweging over op de hoge-snelheidsas. Het aantal omwentelingen per seconde wordt daarbij sterk opgevoerd.
   
3. De as drijft generator aan, elektrische energie wordt opgewekt.
4. Transformator verhoogt de spanning naar 10 000 volt, zodat die efficiënt vervoerd kan worden.
5. Elektrische energie wordt via het elektriciteitsnet geleverd aan woningen en bedrijven.

Spanningsbronnen

Fiets Dynamo 

• bij beweging van de permanente magneet, wordt de kern van weekijzer magnetisch

• Magneetveld veranderd telkens => wisselspanning / wisselstroom

PIEKVERMOGEN windturbine

Piekvermogen:

• Het grootste elektrisch vermogen dat de windturbine kan leveren, bij ideale omstandigheden
• hoe harder het waait hoe meer vermogen (tot een maximum => zodat windturbine niet 'op hol slaat'

Piekvermogen grote winturbine ca 5 MW           (5 miljoen watt, dus 5 miljoen J per seconde)

* wat is het elektrisch vermogen bij 10 m/s?

Samenvatting H11.3 Windenergie

Wat is Bewegingsenergie, en wat is een andere naam hiervoor?

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

Hoe werkt de windturbine?

• Bewegingsenergie wordt omgezet, via de generator (soort dynamo) naar Elektrische energie, de transformator zet de elektrische energie om in een andere spanning, ivm vervoer elektrische energie

Hoe werkt een dynamo?

• Beweging v/d magneet => weekijzer wordt magnetisch => wisselspanning/stroom

Wat wordt bedoelt met het piekvermogen van de windturbine?

• Het grootste elektrisch vermogen dat de windturbine kan leveren, bij ideale omstandigheden

Leerdoelen H11.3

 Je kunt

1. voorbeelden geven hoe bewegingsenergie praktisch wordt gebruikt.
   
2. berekeningen uitvoeren met bewegingsenergie, massa en snelheid.
   
3. benoemen welke energie-omzetting plaatsvindt in een windturbine.
   
4. een eenvoudige manier beschrijven om wisselspanning op te wekken.
   
5. uitleggen hoe de wisselspanning van een fietsdynamo ontstaat.
   
6. uitleggen wat wordt bedoeld met het piekvermogen van een windturbine.

Ik ken het leerdoel "voorbeelden geven hoe bewegingsenergie praktisch wordt gebruikt."

😒🙁😐🙂😃

Ik ken het leerdoel "berekeningen uitvoeren met bewegingsenergie, massa en snelheid."

😒🙁😐🙂😃

Ik kan benoemen welke energie-omzetting plaatsvindt in een windturbine (Binas)

😒🙁😐🙂😃

Ik kan uitleggen een eenvoudige manier beschrijven om wisselspanning op te wekken

😒🙁😐🙂😃

Ik kan uitleggen wat wordt bedoeld met het piekvermogen van een windturbine.

😒🙁😐🙂😃

Aan de slag 

Kader

Lees H11.3 goed door (p. 155)

Maak alle opgaven van H11.3 (p. 161)

Mavo

Lees H11.3 goed door (p. 151)

Maak alle opgaven van H11.3 (p. 156)

Extra uitleg? Kijk dan de video's in de uitgedeelde Lesson-Up

Dynamo 

• 1 omwenteling van de dynamo 
• magneetveld richting verandert 2x
• = dus 1 periode van de spanning-tijd grafiek