5.4 vermogen en energie

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo b, g, t
• Leerjaar 3

Elektriciteit is een vorm van energie

1

Heel veel van onze apparaten werken op elektriciteit

2

Al deze elektrische energie moet worden opgewekt

3

Voor het opwekken van elektrische energie is altijd een andere energiebron nodig

4

Elektriciteitverbruik

• Elektrische apparaten verbruiken elektrische energie
  
• Elektrische apparaten leveren andere energiesoorten
• Elektrische apparaten zetten energie om
  bv.
• Een mixer zet elektrische energie om in beweging
• Een waterkoker zet elektrische energie om in warmte
• Een lamp zet elektrische energie om in licht
• Een luidspreker zet elektrische energie om in geluid
• etc.
  
  
• Bij iedere energieomzetting gaat er energie "verloren"
• Meestal in de vorm van warmte
• energieomzettingen
• veerenergie

Rekenen met vermogen, spanning en stroom

• Stroom (I) brengt de spanging naar de verbruikers. Dit meten we in ampere (A),
• Spanning(U) zorgt ervoor dat een verbruiker werkt. Dit wordt gemeten in Volt(V)
• Vermogen(P) is de hoeveelheid energie die omgezet kan worden per seconden. Dit meten we in Watt(w).
  

Vermogen en energie

• De hoeveelheid energie die een apparaat per seconde opneemt noemen we vermogen
  
• De hoeveelheid energie drukken we uit in Joule
• Het vermogen drukken we uit in Watt
• 1 Watt = 1 joule per seconde

• Een rekenvoorbeeld:
  Een magnetron heeft een vermogen van 600 W
  De magnetron staat 30 seconde aan om een klontje boter te laten smelten.
  
• Hoeveel energie wordt er verbruikt?

• Energie = vermogen x tijd
• dus
  Energie = 600 W x 30 s
  
• dus
  Energie = 1800 Ws = 1800 J

energie

vermogen

tijd

Meer vermogen en energie

• Nog een rekenvoorbeeld
  
• Een koelkast heeft een vermogen van 50W
  de koelkast slaat gemiddeld per dag 12 uur aan
  Hoeveel energie verbruikt de koelkast per jaar?

• Energie = vermogen x tijd
• de tijd is 365 dagen x 12 uur x 3600s = 15.768.000s
• dus
  Energie = 50W x 15.768.000 = 788.400.000 Joule
• da's best veel en een onhandig getal:
• Daarom doen we dit anders
• E = P x t
• dus
  E = 0,05 kW en t = 365 x 12 = 4380 uur
  
  E = 0,05 kW x 4380 h = 219 kWh
  
  
• animatie

Nog meer vermogen en energie

• In de natuurkunde zijn de S.I. eenheden voor
  energie, vermogen en tijd:
  Joule (J), Watt (W) en seconde (s)
• In het dagelijks leven zijn andere eenheden "handiger":
  kilowattuur (kWh) kilowatt (kW) en uur (h)

• 1 uur = 3600 seconden
• 1 kilowatt = 1000 Watt
• 1 kilowattuur = 3.600.000 Joule

De kosten van Elektrische energie

• De prijs van een kWh is op dit moment ongeveer € 0,45
  

• Terug naar ons rekenvoorbeeld?
• Een koelkast heeft een vermogen van 50W
  de koelkast slaat gemiddeld per dag 12 uur aan
  Hoeveel energie verbruikt de koelkast per jaar?
• E = P x t
  dus
  E = 0,2 kW en t = 365 x 12 = 4380 uur
  E = 0,05 kW x 4380 h = 219 kWh
• Totale kosten zijn dan:
  219 x € 0,45 = € 98.55

.... en dat is alleen nog maar de koelkast.

Rendement

• Energie is dus duur en het is daarom belangrijk het zo efficiënt mogelijk te gebruiken.
  
• Hoe goed een apparaat dat doet geven we aan met het rendement
• Ieder apparaat kan slecht een deel van de energie die erin gaat omzetten in de vorm die je wilt hebben
• Ouderwetse gloeilampen zetten maar 5% van de energie die erin gaat om in licht
• Gloeilampen zijn daarom tegenwoordig verboden.
  Ook halogeenlampen zijn per
  1 september 2018 verboden

Rekenen met rendement

het rendement is de verhouding tussen de energie die je ergens instopt en de nuttige energie die je daarvoor terug krijgt

• Een auto met een verbrandingsmotor rijdt op benzine
• de benzine bevat chemische energie
• deze wordt in de motor omgezet in beweging en warmte
• om de warmte heb je niet gevraagd, dat is dus geen nuttige energie
• Stel:
  er gaat 100.000 joule chemische energie in
  je krijgt daarvoor 30.000 joule bewegingsenergie terug.
  Wat is het rendement? 

het rendement is de verhouding tussen de energie die je ergens instopt en de nuttige energie die je daarvoor terug krijgt

• E_in,totaal = 100.000 joule
• E_uit,nuttig = 30.000 joule
  
  
• rendement = (30.000 : 100.000)  x 100%
• rendement = 30%

Meters aansluiten

Schakelschema's

teken met potlood de basis.

een mooie rechthoek

1

teken de batterij

2

teken het lampje

3

teken de schakelaar

4

nu alleen nog de aansluitdraden

5

Teken een batterij, een lamp en een schakelaar in serie

Elektriciteit handig ..

... maar

• Een AA-batterijtje is niet gevaarlijk.
• De spanning en het vermogen zijn gering
• Anders wordt het met zwaardere batterijen en accu's

Oppassen dus ... en

veiligheidsmaatregelen nemen

Zorg ervoor dat de ontwikkelde warmte weg kan.

Als er teveel warmte wordt ontwikkeld of de warmte niet weg kan

Zorg ervoor dat de stroom niet te groot kan worden

Zorg ervoor dat de stroom niet te groot kan worden.

Verdeel daarvoor de stroom over meerdere groepen.

Aardlekschakelaar