H11 Energie

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo g, t
• Leerjaar 4

H11 Energie

Startopdracht; Maken bladzijde 126 en 127

11.1 Fossiele brandstoffen

11.1.1 Je kunt de drie belangrijkste toepassingen van fossiele brandstoffen beschrijven.

11.1.2 Je kunt uitleggen hoe een ‘gewone’ energiecentrale elektrische energie produceert.

11.1.3 Je kunt berekeningen uitvoeren met (elektrische) energie, vermogen en tijd.

11.1.4 Je kunt uitleggen hoe een kerncentrale kernenergie omzet in elektrische energie.

11.1.5 Je kunt toelichten wat wordt bedoeld met de afvalwarmte van een energiecentrale.

11.1.6 Je kunt uitleggen wat thermische verontreiniging is en hoe je die kunt voorkomen.

11.1.7 Je kunt milieuproblemen beschrijven die horen bij het gebruik van fossiele brandstoffen.

11.1 Fossiele brandstoffen

TOEPASSING FOSSIELE BRANDSTOFFEN

- huizen en bedrijven voorzien van warmte (verbranding aardgas)

- vervoer (denk aan benzine)

- opwekking van elektriciteit

Energiecentrales

Energie stroomdiagram

Energie stroomdiagrammen geven het rendement aan.

Binas tabel 18.

Hoeveel energie levert zo'n centrale?

Energie = vermogen x tijd

E = P x t

Gevolgen fossiele brandstoffen

• Thermische verontreiniging (afvalwarmte)
• Versterkt broeikaseffect (CO2)
• Zure regen (SO2 / NOx)
• Smog (SO2 / NOx)

Op dit moment zitten we in een energietransitie

(overstappen van energiebron)

Kernenergie

Huiswerk

Hoofdstuk 11

Paragraaf 1

Opdracht 1 t/m 10 (vanaf blz 132)

11.2 Zonne-energie

Startopdracht: Lezen 11.2 (start alvast met maken)

Leerdoelen 11.2

• Je kunt beschrijven hoe planten gebruikmaken van de stralingsenergie in zonlicht.
  
• Je kunt benoemen welke energie-omzetting plaatsvindt in een zonnepaneel.
  
• Je kunt uitleggen waardoor een zonnepaneel niet steeds hetzelfde vermogen afgeeft.
• Je kunt uitleggen dat mensen met zonnepanelen energie én geld kunnen besparen.
• Je kunt uitleggen wat wordt bedoeld met het rendement van een zonnepaneel.
• Je kunt berekeningen uitvoeren met rendement en energie, en met rendement en vermogen.

Energie uit zonlicht

Zonlicht bevat stralingsenergie

Planten gebruiken zonlicht om zichzelf op te bouwen: fotosynthese

Zonnecollector

Stralingsenergie -> warmte (thermische energie)

Zonnepaneel

Een zonnepaneel bestaat uit vele zonnecellen

stralingsenergie -> elektrische energie

Rendement = percentage energie dat nuttig gebruikt wordt

een gloeilamp zet elke seconde 50 J energie om. Hiervan zet de lamp  39 J om in warmte en de rest in licht. Bereken het rendement van deze gloeilamp.

• Gegevens:  Eop = 50 J, Enut = 11 J
• Gevraagd: Rendement in %
• Berekening:  Rendement = Enut : Eop *100% =
•                            Rendement = 11 : 50 * 100% = 22%

• Antwoord: Het rendement van de gloeilamp is 22%

Aan de slag

Wat? 1 t/m 8

Waar? Bladzijde 142 t/m 149

Klaar? Leren/huiswerk maken voor een ander vak of Test JEZELF!

GEEN SPELLETJES!!!!

11.3 Wind Energie

Startopdracht: Doorlezen 11.3

Lesdoelen:

• Rekenen met bewegingsenergie
• Energie-omzetting in een windturbine
• Wisselspanning in een dynamo
• Piekvermogen van een windturbine

Bewegingsenergie

Bewegende lucht (wind) of bewegend water wordt gebruikt om andere vormen van energie op te wekken.

Alles wat beweegt heeft bewegingsenergie!

E​k​​=​2​​1​​.m.v​2​​

Kinetische energie
(=bewegingsenergie)

massa

snelheid

Joule

E​k​​

J

m

kilogram

kg

v

meter per seconde

m/s

Voorbeeld

Bereken de kinetische energie van een op afstand bestuurbare auto met een massa van 1,5 kg en een snelheid van 3,0 m/s.

Windenergie

Bewegingsenergie van de wind wordt omgezet in elektrische energie

Voordelen     

• geen CO₂ uitstoot
•  wind is gratis 

Nadelen 

•  lelijk in het landschap
•  vogels die er tegenaan vliegen gaan dood
•  duur in aanschaf
•  onderhoud op zee is lastig
•  er is niet altijd genoeg wind

Energie omzetting in windmolen

Bewegingsenergie van de wind

Bewegingsenergie van de rotor

Bewegingsenergie in de generator

Elektrische energie uit de generator

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 windturbine ca 5 MW           (5 miljoen watt, dus 5 miljoen J per seconde)

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

Inductie

• De generator wekt stroom op door Inductie
• Spoel & magneet
• Magneet beweegt --> spanning verandert -->
• Wisselspanning, ook wel inductiespanning

Dynamo 

• Magneet & spoel
• Fietswiel draait --> magnetisch veld veranderd in de spoel --> stroom opgewekt --> lamp gaat branden
• Zelfde in een generator!

Dynamo 

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

Aan de slag

Wat? opdracht 1 t/m 9

Waar? Bladzijde 156 t/m 162

klaar? Controleer je antwoorden.

11.4 Waterkracht

Lezen: Paragraaf 11.4

Wat gaan we behandelen:

• Zwaarte-Energie 
• Waterkrachtcentrale
• Energie vormen vergelijken

Elektriciteit uit een stuwmeer

Als het stuwmeer diep genoeg is, kan er gebruik worden gemaakt van een waterkrachtcentrale. Het water wat constant doorstroomt, wekt de elektriciteit op.

Zwaarte energie

E_{z =} m · g · h

• E_z = zwaarte energie in Joule (J)
• m = massa in kilogram (kg)
• g geeft aan hoe hard er aan elke kg wordt getrokken
• op aarde is dit afgerond 10 N/kg (in NL 9,81 N/kg)
• h = hoogte in meter (m)

Oefen vraag

Een schooltas met een massa van 3,5 kg wordt anderhalve meter opgetild. Bereken hoeveel zwaarte energie deze schooltas heeft gekregen.

Oplossing

1. Gegeven: m= 3,5 kg, g=10 N/kg, h=1,5 meter
2. Gevraagd: zwaarte energie E_{z = ?}
3. Formule: E_z=m×g×h
4. Berekening: E_z=3,5×10×1,5 = 52,5 J
5. Antwoord:  De tas heeft 52,5 J zwaarte energie gekregen

Zwaarte-energie en bewegingsenergie

Energiebronnen vergelijken

Energiebronnen vergelijken

• Hoeveel kost de energie die je uit de energiebron haalt?
• Kan de energiebron op den duur uitgeput raken?
  
• Is de energiebron altijd of alleen af en toe beschikbaar? *
• Wat zijn de gevolgen voor het mileu?

Aan de slag

Wat?  1 t/m 9

Waar? Bladzijde 169 t/m 176

Klaar? Check je antwoorden via de online omgeving

              Maak test jezelf van 11.4!

11.5 Energie Besparen

Startopdracht: Maak de opgave op het blaadje

Leerdoelen:

• Wet van behoud van Energie
• Energie besparen
• Rendement vergelijken
• Energieverbruik berekenen
• Energie labels toewijzen

Wet van behoud van energie

Energie gaat NOOIT verloren

Alle energie wordt omgezet.

Er komt nooit nieuwe energie bij.

Zuinig zijn met energie

• Energie besparen gaat over waardevolle soorten energie bv chemische en elektrische energie.
• Voordelen:

1. Minder betalen.
2. Beter voor het milieu.
3. Spaart grondstoffen + kostbare ruimte. *

• Energie sparen is mogelijk door energiezuinige apparaten te kopen of je manier van leven te veranderen.

Het rendement van lampen

Gloeilampen / spaarlampen / ledlampen

De gloeilamp

• Tot 2010 veel gebruikt (goedkoop).

• Laag rendement (5%) → veel warmte!

• 2012: verkoop van gloeilampen wordt verboden.
  

De spaarlamp

• Na 1980 op de markt gekomen.

• Rendement 4x zo hoog als de gloeilamp.

• Produceerde veel minder warmte.

Ledlampen

• Na 2010 werd dit de meeste gebruikte en zuinigste lamp.

• Rendement is 10x zo hoog als de gloeilamp en gaat langer mee.

• Zijn duurder.

Energieverbruik berekenen

Energieverbruik berekenen

Voorbeeldopdracht 1

Nathan vervangt een gloeilamp van 50 W door een ledlamp van 5 W. Hij schat dat de ledlamp elk jaar 800 uur brandt.

Bereken hoeveel geld Nathan elk jaar op zijn energierekening bespaart, als 1 kWh € 0,23 kost.

Het energielabel

Aan de slag

Wat? Opdracht 1 t/m 9

Waar? BLZ 182 t/m 189

Klaar? Kijk je antwoorden na en maak test jezelf!