Hoofdstuk 4

Natuurkunde H4 Energie

Paragraaf 1

-          Verschillende energiesoorten : elektrische energie, chemische energie, warmte, geluid, licht

-          Bewegingsenergie : energie die elk bewegend voorwerp heeft, ook wel kinetische energie

-          Zwaarte-energie : energie die elk voorwerp heeft die zich bevindt boven of onder nulniveau, ook wel hoogte- of potentiële energie

-          Stralingsenergie : energie in straling zoals zichtbaar licht, IR- en UV-straling

-          Energie wordt geleverd door energiebron, opslagplaats van energie (zon, fossiele brandstoffen, batterij, wind)

-          Energie pas merkbaar als het wordt omgezet van ene soort naar andere, door een energieomzetter

-          Bij energieomzetter een energiestroomdiagram tekenen : welke soorten en hun aandeel
»  Wet van behoud van massa : totale hoeveelheid voor en na omzetting gelijk

-          Vele energieomzettingen verliezen waardevolle soorten energie -> krijgen soorten waar je niet verder mee kunt : kwaliteit is gedaald

-          Om energiebronnen en energiesoorten te vergelijken wordt alles gemeten in joule (J)

Paragraaf 2

-          Meestal voor energie de eenheid kWh gebruikt, maar je kunt het ook meten in joule

» Formule E = P x t gebruiken

-          Elektrische energie onder andere gebruikt voor verwarmen van water
» Hoeveel warmte er nodig is kun je meten met een warmtemeter (calorimeter)

-          Goed geïsoleerd bakje, waarin je het water verwarmt met een elektrisch verwarmingselement

-          Uit proeven is gebleken dat 4,2 J warmte nodig is om 1 g water 1 C te laten stijgen
» Hoeveelheid warmte die nodig is om 1 g 1 C te laten stijgen : soortelijke warmte (c)
» Q = c x m x Δt ( J = J/g x gram x graden C)

-          Soortelijke warmte is een stofeigenschap, elke stof een eigen soortelijke warmte

-          Als je er vanuit kan gaan dat bij het verwarmen van stoffen alle warmte uit verwarmingsapparaat in de stof gaan zitten -> formule gebruiken

Paragraaf 3

-          Handig te weten hoeveel warmte een hoeveelheid brandstof levert : verbrandingswarmte

-          In de verwarmingsketel van een cv-installatie wordt aardgas verbrand -> verbrandingsgassen stromen langs buizen waar water doorheen stroomt : warmtewisselaar en staan een deel van de warmte af aan het water, de rest verdwijnt met rookgassen naar buiten

-          85% wordt nuttig gebruikt, het heeft een rendement van 85
» Rendement =  x 100%
» η =  x 100%

-          Eop : in het geval van verwarmingsketel de warmte die vrijkomt bij verbranding van aardgas

-          Enut : het deel van de warmte dat door het water wordt opgenomen

-          Om rendement van geiser te bepalen :
» Op gasmeter aflezen hoeveel m3 aardgas is verbrand
» Op schaalverdeling van het bekerglas aflezen hoeveel L water is opgewarmd
» Op thermometer meten hoeveel C het water stijgt door temperatuurstijging van water te meten

Paragraaf 4

-          Energie dat thuis wordt gebruikt, opgewekt in elektriciteitscentrale (energieomzetter)
» Benodigde chemische energie geleverd door fossiele brandstoffen (raken op)

-          1) Branders verbranden brandstof, vrijkomende warmte verwarmt water in ketel -> stoom ontstaat met temperatuur van 500 C bij hoge druk

-          2) Stoom spuit hard tegen schoepen van turbine -> as van turbine gaat draaien

-          3) Aan de as is een generator gekoppeld, als de as draait, wekt de generator stroom op

-          4) Stoom (met lagere temperatuur en druk) gaat naar de condensor -> stoom condenseert (door koelwater) en water gaat terug naar de ketel
» Koelwater dat opnieuw wordt gebruikt gaat na afloop in koeltorens

-          Meeste centrales een rendement van 40% (elektriciteit), 60% is afvalwarmte

-          Afvalwarmte soms voor stadsverwarming of om iets te verwarmen om elektriciteit zelf op te wekken (warmtekrachtkoppeling)

» Door stadsverwarming en warmtekrachtkopping kan het rendement 2x zoveel worden

-          In Nederland worden allerlei energiebronnen gebruikt voor opwekken van elektriciteit, belangrijkst zijn fossiele brandstoffen, grote energiedichtheid : hoeveel energie die een energiedrager per kilogram kan leveren

-          In kerncentrale soms uranium gebruikt, bij hun kernreacties ontstaat warmte die gebruikt wordt om stroom te maken
» Kernafval radioactief : zendt straling uit die gevaarlijk is voor organismen, lang en veilig worden opgeslagen

-          Wind, waterkracht en zon zijn duurzaam : raken niet op en de energie is meteen beschikbaar
» Wel duur om om te zetten in elektrische energie, nu is aandeel nog maar een paar %

-          Bewegingsenergie in windmolen draait een generator, samen wekken alle windmolens maar 230 MW, in centrales elke meer dan 1200 MW

-          Waterkrachtcentrale gebruikt zwaarte-energie van water, water van hoog naar laag -> brengt waterturbines in beweging -> drijven op hun beurt generatoren aan
» Opgewekte vermogen hangt af van verval (hoogteverschil) en debiet (hoeveelheid water die per seconde door de centrale stroomt), centrales samen in NL 37 MW

-          Meest gebruikte zonnepaneel bestaat uit twee lagen silicium

-          Zonlicht op paneel, wordt door cellen omgezet in elektrische energie (elektronen steken van de ene laag naar de andere over) -> spanning ontstaat tussen boven en onder : fotovoltaïsche omzetting

Paragraaf 5

-          Om het lichaam steeds voldoende warmte te produceren, verbrandt het voedingsstoffen : chemische energie wordt omgezet in warmte

-          Verschil lichaam en kachel : verbranding in je lichaam verloopt langzaam en zonder vlammen

-          Op veel levensmiddelen staat energiewaarde, hoeveel energie 100 g of 100 ml kan leveren

 » Vergelijkbaar met verbrandingswarmte, Light-versies van producten hebben lagere energiewaarde

-          Ook chemische energie nodig om te kunnen bewegen, spieren gebruiken energie als ze samentrekken

-          Meisje van 14 jaar ongeveer 9,8 miljoen joule per dag, jongen van 14 jaar ongeveer 12,6 miljoen joule per dag
» Voedsel moet genoeg energie leveren om aan energiebehoefte te voldoen

-          Er vormt vet als je voedsel meer chemische energie bevat dat je verbruikt