Natuurkunde Samenvatting Hoofstuk 3 Vwo 3

Hoofdstuk 3 Energie 

Alles wat een bruikbare soort energie kan leveren, noem je een energiebron.

Meestal gebruik je een apparaat dat de energiesoort van de bron omzet in een andere soort energie:

-Zonnecel-stralingsenergie-elektrische energie

-Windmolen-bewegingsenergie-elektrische energie

-Gasfornuis-chemische energie-warmte

In Nederland gebruiken we 6 energiebronnen:

• Fossiele brandstoffen (91,4%)

Aardolie, aardgas en steenkool leveren chemische energie.

Worden op grote schaal in transport gebruikt.

• Biomassa(4,5%)

Materiaal dat van planten en dieren afkomstig is. 

snoei- en afvalhout, plantenresten, mest, koolzaad en maïs leveren chemische energie.

• Wind(1,7%)

De wieken in een windmolen of windturbine drijven een generator aan. 

Zo wordt bewegingsenergie omgezet in elektrische energie.

• Kernsplijting(1,4%)

Bij splijten van een atoomkern komt veel energie vrij in warmte. In een kerncentrale wordt die warmte gebruikt om stoom te maken. De stoom spuit met grote snelheid tegen de schoepen van een turbine, die aan een generator is gekoppeld. De generator zet bewegingsenergie om in elektrische energie.

• Zon(0.6%)

De zon is een bron van stralingsenergie. Een zonnecollector zet de stralingsenergie van de zon om in warmte waarmee water wordt verhit. Zonnecellen zetten stralingsenergie om in elektrische energie.

• Aardwarmte (0,2%)

Hoe dieper je in de aarde komt, des te hoger de temp. wordt.

Voor de winning van deze aardwarmte worden twee putten gebruikt. Via de eerste put wordt het grondwater uit de diepte omhoog gepompt. Dit grondwater kan vervuild zijn en zouten bevatten. Het hete grondwater wordt door een warmtewisselaar geleid, waar het een deel van zijn warmte aan koud water afgeeft. Daarna wordt het grondwater via de tweede put weer terug de bodem in gepompt.

Energietransitie:

De ideale energiebron is onuitputtelijk, altijd beschikbaar, milieuvriendelijk en goedkoop.

Maar die is er niet. Aardgas werd eerst gezien als de ideale energiebron, omdat bij de verbranding van aardgas alleen waterdamp en koolstofdioxide ontstaan. Koolstofdioxide is reukloos en niet giftig, en werd daarom als onschadelijk beschouwd. Pas later ontstond het besef dat koolstofdioxide een schadelijke broeikasgas is en een bedreiging voor het klimaat vormt.

Het overschakelen op een andere, "klimaatneutrale" energiebron noem je energietransitie.

Er moet een nieuw energiesymsteem komen met de volgende vier kenmerken:

Duurzame energiebronnen

Energiecentrales zijn gesloten of draaien op biomassa en de meeste voertuigen rijden op elektromotoren. Huizen worden verwarmd door warmtepompen of met aardwarmte of restwarmte van de industrie.

Efficiënt energiemanagement

Het gebruik van de energie is zoveel mogelijk beperkt. Gebouwen zijn goed geïsoleerd en apparaten zijn efficiënt, zoals ledlampen en energiezuinige stofzuigers en koelkasten.

Grootschalige energieopslag

Er zijn mogelijkheden om op een efficiënte manier grote hoeveelheden energie op te slaan. De energiebronnen wind en zon zijn immers lang niet altijd beschikbaar.

Lokale productie van energie

De energievoorziening is meer lokaal geregeld. Energie wordt bijvoorbeeld opgewekt door zonnepanelen op daken van gebouwen en door kleine windturbineparken die zijn verspreid over het land. Grote energiecentrales zijn minder belangrijk.

Vermogen van een windmolen:

Het vermogen van een windmolen, oftewel de hoeveelheid elektrische energie per seconde wordt opgewekt kun je als volgt berekenen.

P= k x v³

• P het vermogen in W;
• k een constante die afhangt van onder andere de diameter van de wieken en de dichtheid van de lucht die erlangs stroomt;
• v de windsnelheid in m/s

Verwarmen

In een elektrische boiler zit een verwarmingselement. Door het verwarmingselement loopt een elektrische stroom die ervoor zorgt dat het verwarmingselement warm wordt.

Daarbij wordt elektrische energie omgezet in warmte. Dit kan je weergeven in een energiestroomdiagram.

Bij een energieomzetting verandert er niks met de kwantiteit (hoeveelheid).

Er verdwijnen soorten energie, andere soorten energie komen daarvoor in de plaats, maar de totale hoeveelheid blijft het hetzelfde.

Dit heet de wet van behoud van energie.

Wat wel verandert, is de kwaliteit van de energie. 

Warmte verspreidt zich als vanzelf over de omgeving. Daardoor neemt de kwaliteit af: de energie is er nog wel, maar je kunt er niets meer mee. 

Voor elke joule verbruikte energie krijg je een andere soort energie voor terug.

Met een warmtemeter kun je meten hoeveel warmte je nodig is voor het verwarmen van een bepaalde hoeveelheid water.

E= P x t  

• E de hoeveelheid energie die wordt gebruikt
• P het vermogen van het apparaat
• t   de tijd in seconde 

De hoeveelheid warmte die nodig is om 1g van een stof 1*C in temp. te laten stijgen, noem je de soortelijke warmte van die stof. De soortelijke warmte van water is 4,2J/(g*C). 

Voor soortelijke warmte wordt het symbool c gebruikt.

Om te berekenen hoeveel warmte je nodig hebt om iets te verwarmen tot een gewenste graden gebruik je de formule:

Q=c x m x ΔT

• Q de warmte in Joule 
• c de soortelijke warmte in joule per gram en per graad Celsius
• m de hoeveelheid stof in gram
• ΔT= T eind - T begin de gewenste temperatuurstijging in graden Celsius