Energie - Chemische Energie

Hoofdstuk Energie

Energie - Soorten energie
Energie - Behoud van energie
Energie - Chemische energie
Energie - Arbeid
Energie - Vermogen
Energie - (F,s)-diagram (VWO)

1 / 21

Slide 1: Tekstslide

NatuurkundeMiddelbare schoolhavo, vwoLeerjaar 4

In deze les zitten 21 slides, met interactieve quizzen en tekstslides.

Lesduur is: 45 min

Onderdelen in deze les

Hoofdstuk Energie

Energie - Soorten energie
Energie - Behoud van energie
Energie - Chemische energie
Energie - Arbeid
Energie - Vermogen
Energie - (F,s)-diagram (VWO)

Slide 1 - Tekstslide

Leerdoelen Chemische energie

Aan het eind van deze les...

... weet je waar je stookwaarden kan vinden en hoe je die kan gebruiken.

... weet je dat er twee soorten stookwaarden bestaan.

... kan je rekenen met de stookwaarden.

... kan je rekenen met rendement.

... begrijp je de formule voor rendement.

Slide 2 - Tekstslide

Chemische Energie

In de eerste paragraaf hebben we het al kort over chemische energie gehad. Het is de energie die opgeslagen zit in de bindingen tussen atomen. Voorbeelden zijn de verbranding van benzine door motoren en voedsel door organismen. Ook de energie die batterijen leveren hebben een chemische
oorsprong.

Slide 3 - Tekstslide

Stookwaarden

Brandstoffen hebben stookwaarden, een waarde die aangeeft hoeveel chemische energie er per kilo of volume in
de brandstof zit en
wordt gegenereerd
bij verbranding.

Die waarden staan
in BINAS T28B.

Slide 4 - Tekstslide

Stookwaarden met massa

De chemische energie kan worden berekend met een stookwaarde r_m wanneer je de eenheid J/kg of kWh/kg gebruikt. Omdat er .../kg staat, gaat het voornamelijk om stoffen in vaste vorm. In formulevorm:

waarin:
   = chemische energie      in J
         = stookwaarde                 in J/kg
         = massa                                 in kg

E^{​ c h ​ ​} = r^{​ m ​ ​} m

m

r^{​ m ​ ​}

E^{​ c h ​ ​}

Slide 5 - Tekstslide

Stookwaarden met volume

De chemische energie kan ook worden berekend met een stookwaarde r_v wanneer je de eenheid J/m³ of kWh/m³ gebruikt. Omdat er .../m³ staat, gaat het voornamelijk om stoffen in vloeibare en gas- vorm. In formulevorm:

waarin:
   = chemische energie      in J
         = stookwaarde                 in J/m³
         = volume                                in m³

E^{​ c h ​ ​} = r^{​ v ​ ​} V

V

r^{​ v ​ ​}

E^{​ c h ​ ​}

Slide 6 - Tekstslide

Voorbeeld met stookwaarde I

Ondanks de dringende klimaatmaatregelen heeft Duitsland besloten om toch lekker bruinkool te stoken om in diens energiebehoefte te voorzien. Men wil daar jaarlijks 60 miljoen ton bruinkool opgraven.

a. Hoeveel chemische energie kan men met die hoeveelheid jaarlijks opwekken?

Een gemiddeld huishouden in Duitsland verbruikt 21875 kWh per jaar.

b. Hoeveel Duitse huishoudens kunnen met behulp van de bruinkool industrie voorzien worden van elektriciteit? Tip: kijk in BINAS T5.

Slide 7 - Tekstslide

Waar vind je kWh ↔ J

BINAS T5

Slide 8 - Tekstslide

Waar vind je kWh ↔ J

BINAS T5
   \\
   \\
    \\
                                 \\

⟹

Slide 9 - Tekstslide

Rendement

Helaas komt het bijna altijd voor dat bij energie-omzetting er een fractie van de beginenergie in warmte wordt omgezet. Een typisch voorbeeld hiervan is het motorblok van een benzine- of dieselauto die bij gebruik altijd zeer warm wordt. De energiebehoudvergelijking luidt:

waarin:
             = chemische energie (uit benzine of diesel)     in J
                   = energie van de motor                 in J
                   = warmte van de motor                               in J

E^{​ c h ​ ​} = E^{​ m o t o r ​ ​} + Q^{​ m o t o r ​ ​}

E^{​ c h ​ ​}

E^{​ m o t o r ​ ​}

Q^{​ m o t o r ​ ​}

Slide 10 - Tekstslide

Rendement

Schematisch ziet dat er zo uit als in de figuur hieronder. De energie die nuttig verbruikt wordt in deze situatie, is E_motor. De hoeveelheid energie die in het systeem (hier de motor) gepompt wordt, noemt men E_totaal en is hier gelijk aan E_chem.

De fractie tussen de hoeveelheid nuttig gebruikte energie en de totale energie noemen we het rendement.

Slide 11 - Tekstslide

Rendement

Het rendement kan ook uitgerekend worden, en wel met de volgende formule:

waarin:
             = rendement                  in - (dimensieloos)
                   = nuttige energie         in J
                   = totale energie            in J

In het geval van de motor

wordt dat:

η = \frac{​ E ^{​ n u t t i g ​ ​} ​ ​}{​ E ^{​ t o t a a l ​ ​} ​} \cdot 100 %

η

E^{​ n u t t i g ​ ​}

E^{​ t o t a a l ​ ​}

η = \frac{​ E ^{​ m o t o r ​ ​} ​ ​}{​ E ^{​ c h ​ ​} ​} \cdot 100 %

Slide 12 - Tekstslide

Rendement

Er zijn twee zaken om mee rekening te houden bij rendement; het symbool is geen , maar de Griekse letter eta oftwel: . Ja kan het zien als een met een verlengd been omlaag.

Het getal wat je bij het rendement eruit krijgt, is een dimensieloos getal, het heeft geen eenheid. Dit getal vermenigvuldig je met 100 %, om een procentueel getal te krijgen voor het rendement. Een rendement van 20 % zegt dat er maar 20% van de totale begin energie wordt omgezet in nuttige energie.

n

η

n

Slide 13 - Tekstslide

Voorbeeld Rendement

Een verbrandingsmotor levert 10·10⁷ J aan nuttige energie en heeft een rendement van 30%. Bereken hoeveel liter benzine hiervoor moet worden verbrand.

Slide 14 - Tekstslide

Huiswerk

Huiswerk staat in deze LessonUp in de volgende sheets.

Slide 15 - Tekstslide

Opgaven

Vr. 1: Een auto versnelt vanuit stilstand over een horizontale weg en behaalt na een bepaalde tijd een bepaalde snelheid.
Stel een energiebehoudvergelijking op voor wat er in de motor van auto gebeurt en een energiebehoudvergelijking voor de beschreven beweging zelf.

Vr. 2: Een auto rijdt met een constante snelheid tegen een helling op.
Stel een energiebehoudvergelijking op voor wat er in de motor van auto gebeurt en een energiebehoudvergelijking voor de beschreven beweging zelf.

Slide 16 - Tekstslide

Opgaven

Vr. 3: Een auto rijdt met een snelheid van 70 km/h tegen een helling op. Na een afstand s is de snelheid afgenomen tot 30 km/h. De motor heeft een rendement van 30%.

Stel de energiebehoudvergelijking op voor het begin en het einde van de beschreven beweging. Maak hier in ieder geval gebruik van de chemische energie.

Vr. 4: Een auto maakt een rit waarbij 8,0 L aan benzine verbrand wordt. Het rendement van de motor is 45%.

Bereken de motorenergie.

Slide 17 - Tekstslide

Opgaven

Vr. 5: Een auto maakt een rit met een constante snelheid waarbij 4,5 L aan benzine verbrand wordt. Het rendement van de motor is 45%. De motorkracht waarmee de auto voortbeweegt is 3,2·10⁴ N.

a. Bereken hoeveel warmte er in de motor is ontstaan tijdens deze beweging.

b. Bereken hoeveel warmte er is ontstaan door de wrijving tussen de wielen en de weg.

c. Bereken de afstand die de auto heeft afgelegd.

Vr. 6: Een auto met een massa van 4,0·10⁴ kg versnelt van 20 km/h naar 120 km/h over een afstand van 1200 meter. De gemiddelde wrijvingskracht is 0,8·10⁴ N. Bereken hoeveel liter benzine er hiervoor verbrand moet worden. Ga ervan uit dat het rendement van de motor 35% is.