Natuurkunde Samenvatting Hoofstuk 3 Vwo 3

Beoordeling 0
Foto van een scholier
  • Samenvatting door een scholier
  • 3e klas vwo | 1541 woorden
  • 14 juni 2022
  • nog niet beoordeeld
  • Cijfer
  • nog niet beoordeeld

Taal
Nederlands
Vak
Methode
ADVERTENTIE
Studententijd zomerspecial

Heb jij de Zomerspecial van Studententijd de podcast al geluisterd? Joes, Steie, Dienke en Pleun nemen je mee in hun zomer vol festivals, vakanties en liefde. En kijken ook alvast vooruit naar de introductietijd van het nieuwe collegejaar. Luister lekker mee vanaf je strandbedje, de camping of onderweg. 

Luister nu!

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



Isoleren



Als de temp. in huis hoger is dan buiten, verliest het huis voortdurend warmte aan de omgeving. Dat gaat het snelst als het waait, doordat de wind de warmere lucht in en rond het huis meeneemt. Maar ook als het windstil is, lekt er de hele tijd warmte weg. Dat gebeurt door: geleiding, stroming en straling.



Geleiding


Bij geleiding verspreidt de warmte zich door een stof, zoals baksteen of glas. Dat komt doordat de moleculen in de stof onophoudelijk met elkaar botsen. Daarbij geven ze hun bewegingsenergie aan elkaar door. Zo verspreidt de warmte zich van de plaats waar de temp. het hoogst is naar weer de temp. lager is.



Stroming


Als je een vloeistof of een gas verwarmt, kan er een stroming ontstaan. 



Straling


Alles om je heen en ook je eigen lichaam zendt straling uit: kleine pakketjes stralingsenergie verplaatsen zich naar de omgeving. Hoe hoger het temp.verschil tussen een voorwerp en de omgeving, hoe meer stralingsenergie het voorwerp uitzendt.



Geleiding, stroming en straling zijn heel verschillende processen. Alle drie hebben ze wel hetzelfde effect: warmte verspreidt zich van de plaats met de hoogste temp. naar plaatsen met een lagere temp.



De muren van een huis worden vaak van baksteen gemaakt. Dit bouwmateriaal is een relatief goede warmtegeleider. Dat betekent dat er door de muren van een huis veel warmte naar buiten kan verdwijnen. 



De hoeveelheid warmte die per seconde door een wand wegstroomt kun je berekenen met de formule:


Qw= U x A x ΔT



  • Qw het warmteverlies per seconde, in joule per seconde

  • U de U-waarde van de muur, in W

  • A de oppervlakte van de muur, in vierkante meter

  • ΔT het temperatuurverschil tussen binnen en buiten, in graden Celsius



Rendement



Aan de formule E= P x t kun je zien dat je op 2 manieren energie kan besparen. 



  • Je kunt P kleiner maken: energiezuinige apparaten kopen.

  • Je kunt ook t kleiner maken: Minder vaak of minder lang het apparaat gebruiken.



Een spaarlamp zet 25% om in licht en de rest in warmte. Het rendement van de spaarlamp is dan 25%. Een led lamp zet 50% om in licht en heeft dus een rendement van 50%.



Rendement bereken 



  • η het rendement in procenten (%)

  • Enut de hoeveelheid energie die nuttig wordt gebruikt in joule (J)

  • Etot de hoeveelheid energie die in totaal wordt omgezet in joule (J)



Bij de Pnut en Ptotaal geldt hetzelfde alleen hebben we het nu over vermogen i.p.v. energie.


VB:



Als de zon volop schijnt , is het ingestraalde vermogen bij een berghut 1000 W/m². Een zonnepaneel met een oppervlakte van 1,8m² levert dan een maximaal vermogen van 288 W


Bereken het rendement van dit zonnepaneel.



Gegevens Ptot  = 1,8 x 1000 = 1800 W


                  Pnut = 288 W



Gevraagd  η = ?



Uitwerking η = Pnut : Ptot x100% = 


            288 : 1800 x 100% = 16%



In de verwarmingsketel van een cv-installatie wordt aardgas verbrand. De hete verbrandingsgassen die daarbij ontstaan, stromen langs buizen waar water doorheen stroomt: de warmtewisselaar. Ze staan daarbij een deel van hun warmte aan het water af. De overblijvende warmte verdwijnt met de verbrandingsgassen naar buiten. Door de stand van de klep te veranderen kan water voor de warmwaterkraan en douche in de tappot worden verwarmd.



Om Etot van een ketel te bepalen, moet je weten hoeveel warmte het verbrande aardgas heeft geleverd. Om dat te kunnen berekenen heb je twee gegevens nodig: het volume van het aardgas dat is verbrand en de stookwaarde van deze brandstof. Het aardgas in Nederland heeft een stookwaarde van 32 MJ/m³. Dat betekent dat er 32 MJ warmte vrijkomt als je 1 m³ aardgas verbrandt.



Om Enut te bepalen, moet je weten hoeveel warmte door het water is opgenomen. Om daarachter te komen, meet je de massa m en de temperatuurstijging ΔT van het verwarmde water. Daarna kun je de hoeveelheid warmte die het water heeft opgenomen berekenen met Q= c x m x ΔT.



Als je Etot en Enut kent, kun je ten slotte het rendement van de cv-ketel berekenen.


Vb:




Een combiketel verbrandt 0,12 m³ aardgas en verwarmt daarmee 11 L water van 18 *C tot 72 *C


Berekenen het rendement van de combiketel.



1 Berekenen Etot =hoeveel warmte het aardgas heeft geleverd.


gegevens     Er is 0,12 m³ aardgas verbrandt


    De stookwaarde van aardgas is 32 MJ/m³ 


gevraagd     Etot = ? 



uitwerking     Etot = 0,12 x 32 = 3,84 MJ



2 Berekenen Enut   = hoeveel warmte het water heeft opgenomen.


gegevens     De massa m van 11 L water                 =1,1x10⁴


    De temperatuurstijging ΔT         =72 - 18 = 54 *C


    De soortelijke warmte c van water       =4,2 J/(g *C)


gevraagd     Enut = ? 



uitwerking     Enut = Q = c x m x ΔT = 4,2 x 1,1 x 10⁴ x 54


= 2,49 x 10⁶ = 2,49 MJ


3 Berekenen het rendement van de combiketel



gegevens             Etot = 3,84 MJ


    Enut= 2,49 MJ


gevraagd     η = ?


uitwerking     η = Enut : Etot x 100% = 2,49 : 3,84 x 100% = 65%

REACTIES

Er zijn nog geen reacties op dit verslag. Wees de eerste!

Log in om een reactie te plaatsen of maak een profiel aan.