Vermogen

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Vermogen en energie

Hoeveel verschillende vormen van energie denk je dat er bestaat?

1. 1
2. 3
3. 5
4. 7

waterput

Een waterput voorziet het dorp van water.
Een volle emmer heeft een massa van 10,2 kg. Voor het ophijsen is een spankracht van 100 N nodig want:

FZ = m ⋅ g = 10,2 kg ⋅ 9,8 N/kg = 100 N

De emmer moet in totaal 8,00 m omhoog gehesen worden.  De arbeid die Mariekes spierkracht moet verrichten is:

W = F ⋅ s = 100 N⋅ 8,00 m = 800 J 

Vermogen -> J/s = W

Marieke heeft 10 seconde nodig om de emmer omhoog

te hijsen. Fspier verricht per seconde een arbeid van 80 joule.
In zo’n situatie gebruiken we in de natuurkunde het woord vermogen:

Mariekes vermogen bedraagt 80 joule per seconde. 

In de natuurkunde wordt de eenheid ‘joule per seconde’ ook

wel watt genoemd. Je kan dus ook zeggen dat Mariekes

vermogen 80 W is.

Formule

en het omschrijven ervan

Arbeid en energie

Amber haar auto is stuk en besluit deze te duwen met de vereiste duwkracht van 400 N.
De eerste 10 km gaan probleemloos door genoeg "energie" om de vereiste arbeid te leveren:

(W=F*s) 400 N x 10 km = 4,0 MJ (= 4,0 megajoule = 4,0 miljoen joule).

Daarna wordt Amber moe, toch gaat ze door en duwt ze de auto in totaal 20 km voort. 

Daarna heeft Amber geen energie meer en ......... sterft!

De arbeid die gedurende de gehele duwtocht door Amber is geleverd bedraagt:

400 N x 20 km = 8,0 MJ.

We zeggen dat Amber de duwtocht begon met een energie in zijn lichaam van 8,0 MJ en eindigde met een energie van 0 MJ (zewas "leeg").

 
De energie in Amber’s lichaam geeft dus steeds aan hoeveel arbeid ze vanaf dat moment nog kan verrichten.

Symbool en eenheid van energie 

De eenheid van energie is gelijk aan de eenheid van arbeid: joule (J).

Het symbool van de grootheid energie is E.

Bijvoorbeeld geldt voor Amber in het voorbeeld

* aan het begin van de duwtocht: E = 8,0 MJ;

* halverwege de duwtocht: E = 4,0 MJ;

* aan het eind van de duwtocht: E = 0 MJ.

Wat is energie?

Als een systeem (steen, spiraalveer, accu of een mens) energie bezit, zegt dit dat het een kracht kan leveren die arbeid verricht.
Korter gezegd: 

energie bezitten betekent arbeid kunnen verrichten.

We kunnen de energie als volgt omschrijven.

De energie van een systeem is de MAXIMALE arbeid die dit systeem ONDER IDEALE OMSTANDIGHEDEN kan verrichten. 

Verschillende soorten energie

1. zwaarte-energie
2. veerenergie
3. thermische energie
4. chemische energie 
5. kinetische energie 
6. stralingsenergie
7. elektrische energie 

zwaarte-energie

Voorwerp bevindt zich op een bepaalde hoogte boven de grond.

In het figuur zakt voorwerp V naar beneden en trekt het karretje hierbij over een zekere afstand naar rechts (met een koord). 
Ez = m ⋅ g ⋅ h 

veerenergie

Een spiraalveer heeft veerenergie als deze

is ingedrukt of uitgerekt. In de figuur hiernaast duwt een ingedrukte veer het

karretje over een zekere afstand naar rechts.

thermische energie

Een voorwerp heeft thermische energie of simpelweg warmte als het warm is. 

In de figuur geeft de hete kogel zijn warmte af aan een gas dat daardoor uitzet en de zuiger en het karretje over een zekere afstand naar rechts duwt.

chemische energie 

Veel stoffen bezitten chemische energie. Hiernaast zit een mengsel van aardgas en zuurstof in een reservoir.
Bij het verbranden ontstaat er een hoge druk en worden de zuiger en het karretje over een

zekere afstand naar rechts geduwd.

kinetische energie 

Voorwerp heeft (bewegingsenergie) als het snelheid heeft.

 Op de karretjes zitten magneten die elkaar afstoten. Het speelgoedkarretje wordt over

een afstand naar rechts geduwd.

stralingsenergie

Elektromagnetische straling bevat stralingsenergie.
Straling op zwart oppervlak wat absorbeert. De warmte veroorzaakt het uitzetten v/h gas waarbij de zuiger + karretje een afstand naar rechts worden geduwd

Elektrische energie

 Hiernaast is een positief geladen plaat op de grond bevestigd. Een negatief geladen plaat zit aan het karretje.
Beide ladingen trekken elkaar aan, de negatieve plaat en het karretje worden naar rechts getrokken.

Huiswerk

Maken opdrachtenblad te vinden in Teams, onder bestanden