Energie

Paragraaf 1: energie omzetten.

• Energiesoorten:

-> Bewegingsenergie: dit is de energie die elk bewegend voorwerp heeft.
-> Stralingsenergie: dit is de energie in straling zoals zichtbaar licht, IR- en UV- straling.
-> Zwaarte-energie: dit is de energie die elk voorwerpt heeft als het zich boven of onder een vooraf afgesproken hoogte bevindt.

• Energiebronnen.

-> Energiebron: een opslagplaats van energie.
-> Energie wordt geleverd door een energiebron.
-> Voorbeelden van energiebronnen: de zon, en fossiele brandstoffen

• Energie-omzetters.

-> Je merkt pas iets van energie als energie wordt omgezet van het ene soort in de andere.

-> Als zo’n omzetting plaats vind, werkt het apparaat.
-> Voorbeeld: zo werkt een föhn doordat elektrische energie wordt omgezet in

Bewegingsenergie (van de weggeblazen lucht in warmte van de gloeispiraal. Een föhn is dus een energieomzetter.

-> Je kunt bij elke energieomzetter een energiestroomdiagram tekenen.

Stoomdiagram = een tekening waarin is aangegeven welke energiesoorten een rol spelen bij de omzetting en hoe groot hun aandeel is.

• De kwaliteit van energie.

-> Bij veel energieomzettingen verdwijnen waardevolle soorten energie.
-> Daarvoor in de plaats krijg je vaak soorten energie waar je verder niet veel mee kunt.
-> Je zegt dan dat de kwaliteit van energie is gedaald.

-> Voorbeeld: Bij een gloeilamp gaat een waardevolle energie verloren dat is warmte, daar kun je niet veel mee. Er zijn geen apparaten die werken op de warmte van een gloeilamp.

• De eenheid van energie.

-> Alle soorten energie worden gemeten in dezelfde eenheid: de joule (J).
-> I J is maar een heel kleine hoeveelheid. In plaats van de joule wordt dan ook vaan de

kilojoule (kJ) en de megajoule (MJ) gebruikt:

1 kJ = 1000 J

1 MJ = 1000000

• James Prescott Joule.

-> De eenheid van energie is genoemd naar James Prescott Joule.

-> Deze Engelse amateur-natuurkundige is beroemd geworden door de proeven waarmee hij de omzetting van zwaarte-energie in warmte heeft gemeten.

Paragraaf 2: elektrische energie omzetten in warmte.

• Elektrische energie meten in joule.

-> Je doet E = P x t het vermogen invullen in watt en de tijd in seconden. Je vind dan de elektrische energie in joule.

-> Voorbeeld:

Op een koffiezetapparaat staat 600 W. Hoeveel energie verbruikt het apparaat in 20 min?

20 min = 1200 sec.

formule E= P x T.

P = 600 en T = 1200. 1200 x 600 = 720 000 J = 720 kJ

Dus het apparaat wordt volledig omgezet in 720 Kj.

• Joule en Kilowattuur.

-> Bij het meten van elektrische energie wordt nog steeds de eenheid kWh gebruikt.

-> 1 kWh = 1000 watt x 1 h = 1000 J/s x 3600 s = 3.6 MJ

-> De gemiddelde meter in nederland geeft nog altijd elk jaar meer aan dan het jaar ervoor. Dat komt onder meer door sluipverbruik = dat er meer elektrische apparaten bijkomen.

• De warmtemeter.

-> Hoeveel warmte nodig is voor het verwarmen van water kun je meten met een warmtemeter.

-> de warmtemeter is een goed geïsoleerd bakje daardoor wordt vrijwel alle warmte die het verwarmingselement produceert, door het water opgenomen en gaat er geen water verloren.

• Soortelijke warmte.

-> Cwater= 4.2 J/g C

-> Uit de defintie van soortelijke warmte kun je de volgende formule afleiden:

Q = c x m x T

hierin is:

- Q de hoeveelheid toegevoerde of afgevoerde warmte. (Joule).

- m de massa van de stof.

- T het temperatuur verschil tussen de eindsituatie en de beginsituatie.

-> soortelijke warmte is een stofeigenschap: elke stof heeft zijn eigen soortelijke warmte.

• Rekenen met soortelijke warmte

-> Als je ervan uit mag gaan dat ij het verwarmen van stoffen alle warmte uit het verwarmingsapparaat in de stof gaan zitten (geen warmtelek) dan kun je gaan rekenen.

1. Bereken de hoeveelheid warmte dat het apparaat moet leveren.
2. Bereken de benodigde tijd.

Paragraaf 3: chemische energie omzetten in warmte.

• Verbrandingswarmte.

-> Er zijn nogal wat warmtebronnen die warmte leveren door een brandstof te verbranden: een gaskachel, een theelichtje, een open haard enz.

Daarbij wordt de chemische energie van de brandstof omgezet in warmte.

-> Vaak is het handig te weten hoeveel warmte een bepaalde hoeveelheid brandstof kan leveren. Je moet dan de verbrandingswarmte van de brandstof kennen.

• Rendement.

-> Als een deel van de warmte niet nuttig wordt gebruikt noem je rendement.

-> zo heeft een verwarmingsketel een rendement van 85 %. Ze staan een deel van de warmte af tijdens het verwarmen en verdwijnt met de rookgassen naar buiten.

-> Je kunt het rendement berekenen met de formule:

Hoeveelheid nuttig gebruikte energie

Rendement = Totale hoeveelheid omgezette energie x 100%

• Het rendement van een geiser bepalen.

-> Je moet de geiser daarvoor enkele minuten laten werken

- Op de gasmeter kun je aflezen hoeveel m3 aardas verbrand is.
- Op de schaalverdeling van het bekerglas kun je aflezen hoeveel L water opgewarmd is.
- Met de thermometer kun je meten hoeveel Celsius het water in temperatuur stijgt door

door de temperatuurstijging van het water op te meten.

Paragraaf 4: elektriciteit opwekken.

• De elektriciteitscentrale.

-> De elektrische energie die je thuis gebruikt, wordt opgewekt in de elektriciteitscentrale.
-> De chemische energie wordt uiteindelijk omgezet in elektrische energie en warmte.

• De werking van een elektriciteitscentrale

1) Door de branders wordt een brandstof verbrand, met de vrijkomende warmte wordt het water in de ketel verhit, op die manier ontstaat stoom.

2) De stoom spuit met grote snelheid tegen de schoepen van een turbine, daardoor gaat de as van de turbine ronddraaien.

3) Aan de as van de turbine is een generator gekoppeld, als de as van de turbine draait, wordt er in de generator stoom opgewekt.

4) De ‘afgewerkte’ stroom (die inmiddels een veel lagere temperatuur en druk heeft gekregen) wordt naar de condensor geleid, daar condenseert de stoom.

5) Het water wordt vervolgens naar de ketel teruggepompt, in de condensor wordt koelwater gebruikt om de stoom te laten condenseren. Dat koelwater wordt meestal uit een rivier of een meer gehaald.

6) Op plaatsen waar niet genoeg water is wordt het koelwater steeds opnieuw gebruikt. In dat geval laat men het koelwater na gebruik afkoelen in de koeltorens, daarin staat het koelwater zijn warmte af aan de lucht..

• Het rendement van een elektriciteitscentrale.

-> De meeste elektriciteitscentrales hebben een rendement van ongeveer 40 %

-> Dat wil zeggen dat 40 % van de chemische energie die erin gaat uiteindelijk wordt omgezet in elektrische energie. De resterende 60 % wordt als afvalwater door het koelwater afgevoerd.

-> In sommige steden wordt die afvalwarmte gebruikt voor de stadsverwarming.

-> Als een fabriek afvalwater gebruikt dan maakt die fabriek gebruik van warmtekrachtkoppeling.

-> Door stadsverwarming en warmtekoppeling kan het totale rendement van een centrale meer dan tweemaal zo hoog komen te liggen

• Brandstoffen voor centrales.

-> In Nederland worden allerlei energiebronnen gebruikt voor het opwekken van elektriciteit.

-> Het belangrijkst zijn op dit moment fossiele brandstoffen, deze zijn aantrekkelijk omdat ze een grote energiedichtheid hebben.

-> Energiedichtheid = is de hoeveelheid energie die een energiedrager (benzine, accu, enz) per kilogram kan leveren.

• Kernbrandstoffen

-> Bij sommige kerncentrales gebruiken ze uranium, bij kernreacties in het uranium ontstaat warmte die wordt gebruikt om stroom te maken.

-> Het materiaal dat na gebruik over blijft is zeer radioactief.

• Duurzame energiebronnen

-> Duurzame energiebronnen zijn wind, waterkracht en zonlicht.
-> Duurzaam = dat deze bronnen niet opraken.
-> Maar het is wel op dit moment vrij duur om deze energie in elektrische energie om te zetten.

• Wind

-> In een windmolen wordt de bewegingsenergie van lucht gebruikt om een generator te laten draaien.

-> Er worden in Nederland steeds meer windmolens geplaatst, ook in zee.

• Waterkracht

-> In een waterkrachtcentrale wordt de zwaarte-energie van water gebruikt.

-> Terwijl het water van een hoge naar een lagere plek gaat, breng het enkele waterturbines in beweging.

-> Het opgewekte vermogen hangt af van het verval (het hoogteverschil van het water voor en na de centrale)

• Zonlicht.

-> De meest gebruikte zonnecel bestaat uit 2 lagen silicum.

-> Het zonlicht dat op een cel valt wordt (voor een deel ) omgezet in elektrische energie doordat er elektronen van de ene laag naar de andere laag oversteken.

-> Hierdoor ontstaat er spanning tussen de boven – en de onderkant en kan de zonnecel net als een batterij elektrische energie opleveren.

-> Dit proces heet fotovoltaïsche omzetting.