H11 Energie par 4

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

H11 Energie

11.1 Fossiele brandstoffen        

11.2 Zonne-energie                   

11.3 Windenergie

11.4 Waterkracht

11.5 Energie besparen 

Energiecentrale

Fossiele brandstof

Omvormer

Wat doet een omvormer

• Haalt zoveel mogelijk energie uit de zonnepanelen
  
• Zet het om in wisselstroom 230V 50 Hz 

Leerdoelen 11.3

11.3.1 Je kunt voorbeelden geven van hoe bewegingsenergie praktisch wordt gebruikt.

11.3.2 Je kunt berekeningen uitvoeren met bewegingsenergie, massa en snelheid.

11.3.3 Je kunt benoemen welke energie-omzetting plaatsvindt in een windturbine.

11.3.4 Je kunt een eenvoudige manier beschrijven om een wisselspanning op te wekken.

11.3.5 Je kunt uitleggen hoe de wisselspanning van een fietsdynamo ontstaat.

11.3.6 Je kunt uitleggen wat wordt bedoeld met het piekvermogen van een windturbine.

Bewegingsenergie

Alles dat beweegt heeft energie.

Maximaal vermogen windturbine

Dynamo 

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

Bewegingsenergie

Een voorwerp wat beweegt
heeft bewegingsenergie.

ook wel Kinetische energie

Bewegingsenergie

1. Hoe groter de snelheid, hoe groter de bewegingsenergie

2. Hoe groter de massa, hoe groter de bewegingsenergie

Bewegingsenergie

Voorbeeldopdracht 

Een boer slaat een paal de grond in voor een omheining (afbeelding 2). De kop van de paalhamer heeft een massa van 4,6 kg. De kop raakt de paal met een snelheid van 5,0 m/s.

Bereken de bewegingsenergie van de kop van de hamer op het moment dat hij de paal raakt.

Voorbeeldopdracht 

Een boer slaat een paal de grond in voor een omheining (afbeelding 2). De kop van de paalhamer heeft een massa van 4,6 kg. De kop raakt de paal met een snelheid van 5,0 m/s.

Bereken de bewegingsenergie van de kop van de hamer op het moment dat hij de paal raakt.

1) m = 4,6 kg v = 5,0 m/s

2) Ek = ? J

3) Ek = 0,5 ∙ m ∙ v2

4) Ek = 0,5 x 4,6 × 5,02 = 2,3 × 25 = 57,5 J

5) Ek = 57,5 J

Voorbeeldopdracht 2

Leerdoelen 11.4

11.4.1 Je kunt uitleggen hoe een waterkrachtcentrale zwaarte-energie omzet in elektrische energie.

11.4.2 Je kunt berekeningen uitvoeren met zwaarte-energie, massa en hoogte.

11.4.3 Je kunt in berekeningen het verband tussen zwaarte-energie en bewegingsenergie toepassen.

11.4.4 Je kunt uitleggen op welke vier punten je energiebronnen met elkaar kunt vergelijken.

11.4.5 Je kunt voor- en nadelen noemen van de energiebronnen die in Nederland worden gebruikt.

Waterkracht

Stromend water heeft kracht. Met waterkracht kun je elektriciteit opwekken. Bijvoorbeeld in een stuwdam. Het water wordt tegen- gehouden door een grote muur . Dat is de stuwdam. Aan één kant van de muur is een groot meer. Het water uit het meer stroomt via buizen in de muur met kracht naar beneden. 

Zwaarte energie

• E_{z =} m · g · h
• E_z = zwaarte energie in Joule (J)
• m = massa in kilogram (kg)
• g (gravitatie) geeft aan hoe hard er aan elke kg wordt getrokken (op aarde is dit afgerond 10 N/kg)
• h = hoogte in meter (m)

Oefenopgave

Een kogel van 2 kg ligt op een plank die 5 meter hoog is boven de grond. Bereken de potentiële energie van de kogel ten opzichte van de grond.

Uitwerking

1: Gegevens: m= 2 kg, h= 5 m, g= 10 N/kg

2: Gevraagd: Ez = ? J

3: Formule: Ez= m x g x h

4: Berekening: Ez= 2 x 10 x 5

5: Antwoord: Ez= 100 J

Zwaarte-energie en bewegingsenergie

Zwaarte-energie kan gemakkelijk worden omgezet in bewegingsenergie, en omgekeerd.

Oefenvraag:

Ludovic beklimt een uitkijktoren (41 m hoog). Als hij bovenop de toren staat, laat Ludovic een steentje vallen. Het steentje heeft

een massa van 0,040 kg. Bereken de snelheid waarmee het steentje de grond raakt.

Uitwerking oefenvraag:

1: Gegevens: h= 41 m, m = 0,040 kg, g= 10 N/kg

2: Gevraagd: v = ? m/s

3: Formule:  Ez (op het hoogste punt) = Ek(op het laagste punt)

m x g x h = 0,5 x m x 

4: Uitwerking: 0,04 x 10 x 41 = 0,5 x 0,040 x 

16,4 = 0,02 x 

= 16,4: 0,02

= 820

5: Antwoord: v =                                  m/s

√​820​​​=28,64

v​2​​

v​2​​

v​2​​

v​2​​

v​2​​

Energiebronnen vergelijken

Bij het vergelijken van energiebronnen is dit belangrijk:

* Hoeveel kost de energie die je uit de energiebron haalt

* Kan de energiebron uitgeput raken?

* Is de energiebron altijd of alleen af en toe beschikbaar

* Wat zijn de gevolgen voor het milieu?

Leerdoelen 11.5

11.5.1 Je kunt uitleggen wat de wet van behoud van energie inhoudt.

11.5.2 Je kunt toelichten wat precies wordt bedoeld met ‘zuinig zijn met energie’.

11.5.3 Je kunt twee manieren beschrijven waarop mensen energie kunnen besparen.

11.5.4 Je kunt de rendementen vergelijken van gloeilampen, spaarlampen en ledlampen.

11.5.5 Je kunt het energieverbruik van apparaten berekenen in joule en in kilowattuur.

11.5.6 Je kunt uitleggen hoe energielabels je kunnen helpen om een apparaat te kiezen.

De wet van behoud van energie

Voor elke energie-omzetter geldt de wet van behoud van energie:

Bij energie-omzettingen gaat nooit energie verloren.

Er komt ook nooit nieuwe energie bij.

De totale hoeveelheid energie is voor en na de energie-omzetting even groot.

Zuinig zijn met energie

• Je energierekening gaat omlaag. Aardgas, benzine en elektriciteit kosten geld. Minder verbruiken betekent ook minder betalen.

• Het is beter voor het milieu. Elk gebruik van energiebronnen heeft nadelen voor het milieu. Zuinig zijn helpt die nadelen te verminderen.

• Het spaart grondstoffen en kostbare ruimte. Zonneparken beslaan bijvoorbeeld grote oppervlakken, al produceren ze ‘schone’ energie (afbeelding 2).

• Je kunt energie besparen door voor energiezuinige apparaten te kiezen.
• Je kunt ook energie besparen door je manier van leven te veranderen. 

Het rendement van lampen

• gloeilampen
• spaarlampen
• ledlamp 

Het energieverbruik berekenen

E = P ∙ t

In deze formule is:

• E het elektrisch energieverbruik in kilowattuur (kWh);

• P het elektrisch vermogen in kilowatt (kW);

• t de tijd die het apparaat heeft gewerkt in uur (h).

1 kWh gelijk is aan 3,6∙106 J

Voorbeeldopdracht

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

Op het energielabel staat aangegeven in welke energieklasse het apparaat valt. De schaal loopt van A t/m G. 

Op label staat ook hoeveel het apparaat normaal gesproken per jaar verbruikt.