Sensor - 2A - hoofdstuk 1

Verbrandingsmotor cyclus
Voor transport is energie nodig, als je fietst zorg je zelf voor energie, in een auto zorgt een verbrandingsmotor voor de energie.

Een normale vebrandingsmotor bestaat uit vier zuigers, deze zijn verbonden met de krukas. De zuigers zorgen ervoor dat de krukas gaat draaien. De draaiende krukas kan de wielen aandrijven.

Elke zuiger beweegt in een cilinder op en neer. Boven elke zuiger zitten twee kleppen: een inlaatklep en een uitlaatklep. De beweging van de zuiger kun je in vier stappen verdelen.

1) Inlaatslag
- zuiger beweegt omlaag
- inlaatklep open
- brandstof en lucht vullen de cilinder
- inlaatklep sluit

2) Compressieslag
- zuiger gaat omhoog, mengsel wordt samengeperst
- bougie geeft een vonk
- brandstof explodeert

3) Arbeidsslag
- door explosie gaat de zuiger omhoog
- op laagste punt gaat uitlaatklep open

4) Uitlaatslag
- zuiger komt omhoog
- verbrandingsgassen worden naar buiten geduwd
- begint weer bij inlaatslag

Elektromotor
Daar zitten twee magneten en een spoel in. Magneten staan stil > stator.

De spoel draait rond tussen de magneten en heet daarom de rotor.

Door de stroom in de rotor om te draaien als hij stropt, veranderen de polen van de rotor. In een elektromotor zitten magneten en spoelen. Doordat deze elkaar voortdurend afstoten draait de as van de elektromotor rond.

In een moderne rolstoel draaien ook assen rond. In plaats van een verbrandingsmotor zit daar een elektromotor in.

In een elektromotor zitten twee magneten en een spoel. De magneten staan stil (stator). De spoel draait rond tussen de magneten (rotor). In de stator zijn de twee magneten zo gemaakt dat een noordpool tegenover een zuidpool zit. De rotor krijgt een noord- en zuidpool als er stroom op staat. De noord- en zuidpool van de rotor word afgestoten door de noord- en zuidpool van de stator. Het gevolg is dat de rotor gaat draaien. Om te zorgen dat deze blijft draaien word de de stroom van de rotor omgedraaid.

Conclusie: In een elektromotor zitten magneten en spoelen. Doordat deze elkaar voortdurend afstoten draait de as van de elektromotor rond.

De hybrideauto
Ook auto’s kun je aandrijven met elektromotoren, je moet dan wel voldoende accu’s in je auto hebben.

Voorbeeld: Je wilt minstens 250km willen rijden zonder te tanken, je wilt dan een actieradius van 250km. Met een benzineauto heb je hier 15 liter benzine voor nodig, met een elektrisch aangedreven auto minstens 250 accu’s. Daarom wordt in een hybride auto een elektomotor gecombineerd met een verbrandingsmotor. Je hebt dan twee mogelijkheden.

1. Je gebruikt een verbrandingsmotor om een generator te laten draaien. Deze generator zorgt er dan voor dat de accu’s opgeladen blijven. De elektromotor haalt dan weer energie uit die accu en drijft zo alleen de auto aan.

2. Je kunt ook van beide motoren gebruik maken. Voor het optrekken van de auto gebruik je beide motoren, zo kun je sneller optrekken. Wanneer je in een constante snelheid rijd kun je overgaan op alleen de elektromotor als aandrijving.

Bij elektrisch aangedreven auto’s zit ook nog een voordeeld. De werking van de elektromotor kan worden omgedraaid. Wanneer je remt maak je er tijdelijk een generator van. De energie word dan gebruikt om de accu op te laden.

Conclusie: In een hybrideauto zit een verbrandingsmotor + elektromotor.

De waterstofauto
Er is niet oneindig veel aardolie en aardgas. Benzine en diesel word van aardolie gemaakt, ooit zal er dus geen benzine en diesel meer zijn. Het meeste transport staat dan stil, tenzij er iets nieuws komt.

Een van deze nieuwe dingen die al bedacht is, is waterstof gebruiken als brandstof. Waterstof is een heel ijl gas dat je onder andere kunt maken uit water. Je haalt waterstofgas uit het water door er een elektrische stroom doorheen te sturen.

Als je dit waterstofgas met zuurstof laat reageren ontstaat er een explosie. Deze explosie is vergelijkbaar met de explosie met benzine. De explosie laat de zuigers in de automotor bewegen. Het voordeel is dat waterstof als uitlaatgas waterdamp heeft, en geen koolstofdioxide.

Conclusie: Een auto die rijdt op waterstofgas produceert alleen maar waterdamp als uitlaatgas.

Fijn stof: verzamelnaam voor allerlei kleine stofdeeltjes die in de lucht om je heen zweven (stuifmeel, zout, woestijnstof en roetdeeltjes). Roet komt bv. van slechtbrandende houtkachels, openhaarden en uit dieselmotoren.

Luchtwrijving
Als je door de lucht beweegt, ondervind je hiervan een tegenwerkende wrijvingskracht: de luchtwrijving. Hij hangt af van de snelheid, de grootte van het frontoppervlak en de vorm. De racht die de fietser en de auto tegenwerkt, noem je de wrijvingskracht met de lucht. De wrijvingskracht hangt van 3 zaken af:

1) De snelheid waarmee je door de lucht beweegt:
grote snelheid > veel luchtwrijving

2) De grootte van het frontoppervlak
groot frontoppervlak > veel luchtwrijving

3) De vorm
mooi gestroomlijnd > weinig luchtwrijving

Is de Cw-waarde groot, dan heeft de auto veel last van luchtwrijving.

Schuifwrijving
Zijn de oppervlakken die over elkaar heen schuiven redelijk glad, dan zijn er maar weinig uitsteeksels. Verschuiven kost dan minder kracht; de schuifwrijving is kleiner.

Het hangt van 2 zaken af: massa van schuivend voorwerp & soort contactoppervlak.

Conclusie: Als je voorwerpen over elkaar schuift, blijven die door allerlei oneffenheden aan elkaar haken. De wrijving die dan tegenwerkt heet schuifwrijving.

Rolwrijving
Als schuifwrijving te lastig is qua vervoeren van materialen, kun je rolwrijving toepassen aan de hand van ronde dingen zoals wielen. Die hebben ook last van en wrijving: rolwrijving. Rolwrijving bij de assen kun je sterk beperken door gebruik van goede lagers. Rolwrijving hangt van 2 zaken af:

1) De massa van het rollend voertuig.
zwaar voertuig > veel rolwrijving

2) De vervorming van het contactoppervlak
veel vervorming > veel rolwrijving

Conclusie: Rollende voorwerpen ondervinden rolwrijving. De grootte van de rolwrijving hangt voornamelijk af van de massa van het voorwerp en vervorming van het contactoppervlak.

Windtunnels
Een windtunnel is een grote buis waar aan een kant een aantal zware ventilatoren is gemonteerd. Deze zorgen voor snelstromende lucht. Hiermee kan je de luchtwrijving van een auto verkleinen.

De Trein
Maglevtrein: Magnetic Levitation. Aan de trein zitten permanente magneten en in de baan zitten elektromagneten. Dat zijn magneten die werken op stroom, en dus aan- en uitgezet kunnen worden. Als de stroom ingeschakeld wordt, trekken de elektromagneten de trein omhoog. Een computer zet de magneten dan steeds aan en uit, zodat de trein blijft zweven. Magneten aan zijkanten zorgen ervoor dat de trein de baan niet raakt. Als er weinig wrijving is, dan heb je maar weinig kracht nodig om de trein vooruit te krijgen.

Conclusie: Een hybride locomotief wordt aangedreven door elektromotoren en verbrandingsmotoren. Vanwege de prijs van vooral het spoortwegnet zal de hogesnelheidstrein de hybride locomotief voorlopig niet verdringen.

4. Vliegtuig en boot
Vliegtuigen worden aangedreven door straalmotoren, waarin brandstof wordt verbrandt. Hierdoor ontstaan heel hete verbrandingsgassen die sterk willen uitzetten. Die gassen botsen dan met grote kracht tegen de binnenkant van straalmotor die alleen verlaten kunnen worden via de achterkant. Het vliegtuig schiet dus naar voren

Uitstromende luchtdeeltjes oefenen kracht uit op ballon > actiekracht.

Ballon ondervindt een kracht in andere richting daardoor > reactiekracht.

Vliegtuig kan door die reactiekracht alleen nog maar vooruit en nog niet omhoog. Daar heeft het vliegtuig vleugels en kleppen voor.

Conclusie: Staalmotoren stuwen vliegtuigen vooruit; F actie = -F reactie.

De vorm van de vleugels en het gebruik van kleppen zorgen ervoor het vliegtuig kan opstijgen, kan dalen en niet omlaag valt.

Boot || Schroef van de boot duwt het water naar achteren: de actiekracht. Hierdoor ondervindt de boot kracht naar voren en gaat hij vooruit. Waterwrijving is veel groter dan luchtwrijving. Vleugel onder de draagvleugelboot heet draagvleugel.

Conclusie: een hovercraft werkt met ventilatoren. Deze tillen te boot op en blazen hem vooruit.