Hoofdstuk 8

NaSk Samenvatting Hoofdstuk 8 Energie

8.2 Energie: bronnen en soorten

Een voorwerp of een stof heeft energie nodig om:

• Iets anders kan laten bewegen;
• Iets anders kan vervormen;
• Iets anders kan verwarmen;
• Iets anders kan laten stralen (licht geven).

 Een energiebron is een voorwerp of een stof waarin energie is opgeslagen. Deze energie kan worden afgegeven. Er zijn onder andere chemische en elektrische energiebronnen.

 Energie is een grootheid

De energie in een bron is te meten. Energie is een natuurkundige grootheid. Het symbool van energie is E. De eenheid die bij energie hoort, is de joule met het symbool J. Een joule is een kleine hoeveelheid energie. Je hebt ongeveer 1 J energie nodig om een appel die op de grond ligt, op de tafel te leggen. Vaak wordt dan ook de kilojoule (kJ) gebruikt: 1,0 kJ = 1,0 x 10³ J. Op een pak halfvolle melk staat bijvoorbeeld: 'Bevat 200 kJ per glas van 100 ml.'

De energie E is een grootheid met als eenheid de joule (J).

Een energiesoort is een meer algemene term voor een bepaalde vorm van energie. Voorbeelden zijn chemische energie, stralingsenergie, bewegingsenergie, elektrische energie, kernenergie en warmte. De naam zegt iets over de oorzaak of het ontstaan van de energie. Een energiesoort kan in verschillende energiebronnen voorkomen.

Calorie

Een oude eenheid van energie die nog wel gebruikt wordt, is de calorie. Vooral bij voedingsmiddelen en voor mensen die willen lijnen is deze eenheid erg belangrijk. Kijk maar eens op een pak melk of bij een ander dieet. Er geldt: 1 calorie = 4,2 joule en 1 kCal = 4,2 kJ

8.3 Energieomzettingen

Een apparaat of toestel is door mensen gemaakt om de ene soort energie in een andere soort om

te zetten. Met een blokschema kan deze omzetting schematisch worden weergegeven.

Rendement

Elektrische energie wordt in een gloeilamp omgezet in stralingsenergie en warmte. Hoe goed een omzetter de energiesoort omzet in de gewenste soort geef je aan met een percentage: het rendement. Het rendement kan maximaal 100% zijn, als alle energie die er ingestopt wordt in nuttige energie wordt omgezet.

Het rendement van een fietslampje

Na een minuut fietsen is 600 J elektrische energie door je voorlamp omgezet. Je achterlicht is kapot. In je voorlamp is in diezelfde tijd 560 J warmte ontstaan. Aan stralingsenergie (licht) komt 40 J vrij. Bereken het rendement van de omzetting in twee significante cijfers.

Uitwerking:

Van de toegevoerde energie van 600 J, is 40 J nuttig gebruikt. Bij een rendement van 1% zou 6 J nuttig gebruikt zijn, bij 2% is de nuttige energie 12 J enzovoorts.

Bij deze omzetting is 40 : 6 = 6,6667% nuttig gebruikt.

Antwoord:

Het rendement is 6,7%.

Het rendement van een apparaat geeft aan welk percentage van de toegevoerde energie wordt omgezet in de gewenste energiesoort.

Kilowattuur

Het stopcontact is net als een dynamo, batterij of accu een bron van elektrische energie. Aan het energiebedrijf betaal je voor elke joule die in huis door een apparaat wordt omgezet. Dat zijn al gauw miljoenen joules! Daarom gebruiken we voor elektrische energie vaak een andere eenheid met een bijzondere naam: de kWh. Het gebruik van elektrische energie in huis wordt met een kilowattuurmeter (kWh-meter) bijgehouden. Deze meter bevindt zich vaak in de meterkast.

8.4 Waterstromen

Om stromen eerlijk te vergelijken kun je bereken hoeveel water er in precies 1 seconde langs stroomt. Deze grootheid nomen we de stroomsterkte. Je deelt dan het watervolume door de tijd die het water stroomde. Deze berekening kun je als een formule schrijven:

stroomsterkte  =  volume

                               tijd

De stroomsterkte van water is het volume water dat in een tijdsduur van 1 s ergens door een leiding stroomt. De eenheid van (water)stroomsterkte is m³/s.

Meer stromen tegelijk

Met een kraan kun je de stroomsterkte van het uistromende water regelen. Bij het gelijktijdig openen van twee kranen kan het volgende gebeuren: uit de ene kraan stroomt 0,6 L per seconde en uit de andere kraan stroom 0,3 L per seconde. Uit beide kranen samen stroomt dan elke seconde 0,6 L + 0,3 L = 0,9 L.

Dan moet er elke seconde 0,9 L water uit het waterleidingnet naar het huis worden aangevoerd. Deze stroom noemen we de hoofdstroom. De stroom uit de twee kranen zijn deelstromen.

Waterstroom

Een kraan druppelt. In 24 s is een maatcilinder tot een stand van 10 ml volgelopen. Bereken de stroomsterkte in twee significante cijfers.

Uitwerking:

De stroomsterkte is het volume dat per seconde uit de kraan stroomt. In 24 s is 10 ml = 10 cm³ eruit gestroomd.

Tijd en volume zijn recht evenredig. In precies 1 s is 10/24 = 0,416667 cm³ water uitgestroomd.

Antwoord:

De stroomsterkte = 0,42 cm³/s.

8.5 Elektrische stromen

Stroomkringen

Bij een waterleiding stroomt het water uiteindelijk via de afvoer weg. Maar bij een centrale verwarming krijgt het water in de ketel weer nieuwe warmte en wordt hetzelfde water opnieuw gebruikt. Er is bij een cv sprake van een gesloten stroomkring. Het hart van de cv is de ketel. Daarin verwarmt brandend gas koud water. Een pomp zorgt ervoor dat het water door leidingen geperst wordt. Het water komt in de radiator waar het zijn warmte afgeeft aan de metalen wanden.

In een cv wordt warm water van de ketel naar de radiator gepompt. Het mindere warme water stroomt weer terug naar de ketel. Daar wordt het opnieuw verwarmt.

Kijk voor meer info over dit systeem in het boek          Blz. 143

Geleiding

Net als bij een cv heb je in een elektrische schakeling ‘leidingen’ nodig. Alle stoffen die bij een elektrische stroom als ‘leiding’ kunnen werken, noemen we geleiders (alle metalen en koolstof bijvoorbeeld.). Materialen zoals plastic, steen en hout kunnen dat niet. Zulke stoffen noemen we isolatoren. Bij een simulatie gebruik je geen echte componenten, maar bootst het progamma de eigenschappen ervan na. Je kunt bij een simulatie ook zelf gemakkelijk een schakeling in elkaar zetten. Maak je een fout en gaat een component ‘kapot’, dan is dat niet erg.

Met een computerprogramma kun je de werkelijkheid nabootsen. Dat heet een simulatie.

In een elektrische stroomkring wordt met de elektrische stroom elektrische energie van de spanningsbron naar een omzetter gepompt. Die zelfde stroom gaat met minder elektrische energie langs een andere weg terug naar de bron. Daar krijgt de stroom weer nieuwe energie.