Paragraaf 4.4 - Vermogen en energie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k, g, t
• Leerjaar 2

4.4 - Vermogen en energie 

Community

Leerdoelen 

4.4.1 Je kunt uitleggen wat het vermogen van een apparaat is.

4.4.2 Je kunt het vermogen van een apparaat berekenen.

4.4.3 Je kunt uitleggen waarom een apparaat met een groter vermogen meer elektrische energie verbruikt.

4.4.4 Je kunt het energieverbruik van een apparaat berekenen. (PLUS)

Introductie

Je hebt niet veel aan een mobiele telefoon als je hem steeds moet opladen. Daarom is het belangrijk dat een telefoon zo goed mogelijk omgaat met de beschikbare elektrische energie. Hoe zuiniger het apparaat daarmee is, hoe langer het duurt voordat de batterij weer opgeladen moet worden.

Het vermogen van een apparaat

Een laptop verbruikt in dezelfde tijd meer elektrische energie dan een tablet. Je zegt dat een laptop vergeleken met een tablet een groter vermogen heeft. Het vermogen geeft aan hoeveel elektrische energie een apparaat in een seconde verbruikt. Hoe groter het vermogen, hoe meer elektrische energie het apparaat in één seconde ‘opslurpt’.

Bij veel apparaten staat het vermogen vermeld op de verpakking. Dat geldt bijvoorbeeld voor de lamp in afbeelding 1. Het staat helemaal onderaan, onder het symbool voor het lampje. Het vermogen wordt meestal opgegeven in watt (W) of in kilowatt (kW). Als het vermogen kan verschillen, wordt de maximale waarde opgegeven. Dat is bijvoorbeeld het geval bij een stofzuiger met regelbare zuigkracht.

Vul in!
Het vermogen geeft aan hoeveel elektrische .......................een apparaat in één ............................verbruikt

Vul in!
Het vermogen wordt meestal opgegeven in ...........of in ............

Omrekenen

 

Omrekenen doe je zo: 

1 mW = 0,001 W 

1 W = 1000 mW (milliwatt) 

1 kW = 1000 W 

1 W = 0,001 kW

 

1 kW = .....

1. 10 W
2. 100 W
3. 1000 W
4. 10 000 W

Veranderlijk vermogen

 Het vermogen van sommige apparaten is veranderlijk. Bij een mobiele telefoon stijgt het vermogen bijvoorbeeld sterk als je belt of gebruikmaakt van internet. Als de telefoon op stand-by staat, is het vermogen juist heel klein. Andere apparaten hebben wel een constant vermogen, zoals een zaklantaarn of een elektrische klok.

Vermogen - typeplaatje

Het vermogen geeft ook aan wat een apparaat kan. Met een boormachine van 300 watt zal je niet zo makkelijk een gat boren als met een boormachine van 800 watt. Apparaten met een hoger vermogen kunnen meer maar gebruiken ook meer elektrische energie. Hoe groter het vermogen van een apparaat, hoe meer het apparaat kost om het te gebruiken.

Het vermogen van een apparaat staat altijd op het typeplaatje.

Spanning en stroomsterkte

Het vermogen van een apparaat hangt af van twee factoren:

• de spanning waarop het apparaat  werkt;
• de stroomsterkte die door het apparaat loop.

Om te begrijpen hoe dit werkt, kun je weer een vergelijking maken met stromende lucht.

Je kunt de energie in stromende lucht gebruiken om een windmolen te laten draaien. Er wordt dan vermogen overgebracht van de lucht op de wielen 

(afb, 2) Het molentje wordt door de luchtstroom uit de ballon in beweging gebracht.

Stroomsterkte

Hoe snel het molentje draait, hangt in de eerste plaats af van de stroomsterkte, dus van de hoeveelheid lucht die in één seconde de ballon uitstroomt. Als je het tuitje van de ballon verder opent, stroomt er in een seconde meer lucht uit de ballon. Dan neemt de snelheid van het molentje toe.

De snelheid waarmee het molentje gaat draaien, hangt ook af van de spanning, dus van hoe hard de ballon is opgeblazen. Is de ballon hard opgeblazen, dan wordt de lucht met kracht uit de ballon geperst, waardoor het molentje snel gaat draaien.

Een stevig opgeblazen, kleine ballon kan het molentje even snel laten draaien als een half opgeblazen, grote ballon:

• Bij de kleine ballon is de opening (de stroomsterkte) klein, maar is de spanning groot.

Uit de kleine ballon komt weinig lucht met veel kracht.

• Bij de grote ballon is de opening (de stroomsterkte) groot, maar is de spanning klein.

Uit de grote ballon komt veel lucht met weinig kracht.

Het molentje draait in beide gevallen even snel.

Het vermogen berekenen

Voor elektrische apparaten geldt hetzelfde als voor de ballon in afbeelding 2. De spanning en de stroomsterkte bepalen samen hoe groot het overgebrachte vermogen is. Je ziet dat terug in de formule om het vermogen te berekenen:

vermogen = spanning × stroomsterkte

met daarin

• het vermogen in watt (W);

• de spanning in volt (V);

• de stroomsterkte in ampère (A).

Vul in tabel 1 de ontbrekende gegevens in.

Voorbeeldopdracht 1

gegevens: 

spanning = 12 V 

stroomsterkte = 220 mA = 0,22 A 

gevraagd: 

vermogen = ? 

uitwerking: 

vermogen = spanning × stroomsterkte 

= 12 × 0,22  

= 2,64 W  

Dit klopt met de waarde die op de website vermeld staat.

 

Op een website kun je ledlampen kopen voor decoratief gebruik. 

Controleer of het vermogen van de lamp in juist is berekend. 

Welk apparaat heeft het kleinste vermogen?

1. boormachine
2. elektrische tandenborstel
3. tv-toestel
4. wasdroger

De lampen in een klaslokaal werken op een spanning van 230 V. Als alle lampen aanstaan,
is de totale stroomsterkte 4,0 A
Hoe groot is het vermogen van alle lampen bij elkaar?

Gebruik het antwoord uit de vorige vraag
In het lokaal hangen twintig lampen.
Hoe groot is het vermogen van één lamp?

Gebruik de gegevens uit vraag 26.
Leg uit dat de stroomsterkte door één lamp 0,2 A is

Vermogen, tijd en energieverbruik

Een apparaat, bijvoorbeeld een mobiele telefoon of een tablet, kan maar een bepaalde tijd op de batterij werken. Hoe groter het vermogen van het apparaat, hoe sneller de batterij leeg zal zijn. Er zijn daarom allerlei manieren bedacht om het vermogen van een apparaat laag te houden.

  

Een apparaat bestaat uit verschillende onderdelen, die allemaal hun eigen vermogen hebben. Het vermogen van het apparaat is de optelsom van de vermogens van al die verschillende onderdelen. De ontwerpers van zo’n apparaat kiezen daarom onderdelen met een laag vermogen. Als twee beeldschermen ongeveer dezelfde prestaties hebben, kiest de ontwerper het beeldscherm met het laagste vermogen. Dat gebruikt namelijk minder energie (afbeelding 3).

Vermogen

Als je een mobiele telefoon of een tablet even niet gebruikt, schakelt het apparaat zo veel mogelijk onderdelen uit. Het beeldscherm gaat bijvoorbeeld al na korte tijd op zwart. Hierdoor daalt het totale vermogen van het apparaat meteen.

Aan het verlagen van het vermogen zit een grens. Daarom proberen onderzoekers om de opslagcapaciteit van batterijen en accu’s te vergroten. Als een batterij meer elektrische energie kan opslaan, kan een apparaat er – bij hetzelfde vermogen – langer op werken.

PLUS Energieverbruik berekenen

Als een apparaat aanstaat, verbruikt het een hoeveelheid elektrische energie. Je kunt berekenen hoeveel elektrische energie een apparaat verbruikt in een bepaalde tijd. 

Het vermogen is de hoeveelheid energie die een apparaat in een seconde verbruikt. Het energieverbruik kun je dus berekenen door het vermogen van het apparaat te vermenigvuldigen met de tijd dat het heeft aangestaan.

Dat kun je weergeven in de volgende formule:

energieverbruik = vermogen × tijd

met daarin

• het energieverbruik in kilowattuur (kWh);

• het vermogen in kilowatt (kW);

• de tijd in uur (h).

Voorbeeldopdracht 

Joep werkt 1,5 uur met een accuboormachine (afbeelding 4). De boormachine heeft een vermogen van 60 W. Bereken het energieverbruik.

gegevens: 

tijd = 1,5 h

vermogen = 60 W = 0,060 kW

gevraagd: 

energieverbruik = ?

uitwerking: 

energieverbruik = vermogen × tijd

= 0,060 × 1,5

= 0,090 kWh

Het energieverbruik van de accuboormachine is 0,090 kWh. 

Een elektrische verwarmingsplaat heeft een vermogen van 900 W.
Bereken het energieverbruik in kWh als de plaat een halfuur aan staat

Op de achterkant van een bureaucomputer zit een metalen plaatje waarop staat: 230 V - 70 W. Vader Smit schat dat het gezin in een jaar € 100,00 kwijt is aan het energieverbruik van de computer. Zijn dochter Babette gaat dit eens narekenen. Op de energienota ziet zij dat 1 kWh € 0,23 kost
Hoeveel kilowattuur energie verbruikt de computer in een jaar?

Opdrachten maken

Wat: lees paragraaf 4.4  

Hoe: helemaal stil! muziek mag in!    

Hulp: Geen    

Tijd:  ???? minuten lang    

Huiswerk: opdrachten 1 tm 15 van paragraaf 4.4 & Test jezelf   

Klaar?: ga bezig met een ander vak!