Energie & vermogen

Inhoud

Arbeid, energie & vermogen (herhaling)

Om het volgende deel goed te begrijpen moet je weten wat we bedoelen met arbeid, energie en vermogen.

Wij kunnen, door spierkracht te ontwikkelen, voorwerpen verplaatsen, springen, rennen, ... . Om het met fysica-taal te zeggen: wij kunnen arbeid leveren.

De formule voor arbeid (W) is:

Arbeid drukken we uit in joule (J).

Ook niet-levende voorwerpen bezitten vaak de mogelijkheid om arbeid te leveren. Stromend water kan steen uit rotsen wegschuren. Een batterijtje kan een stuk speelgoed laten bewegen. De wind ontwortelt bomen of laat een windmolen draaien. Een stuk hout brandt en laat daardoor water verdampen. Een bewegende biljartbal kan een andere biljartbal wegschieten ...

De mogelijkheid hebben om arbeid te verrichten (zeg: om iets te doen) bepaalt wat er kan gebeuren. Dit is in de natuurwetenschappen en de techniek zó belangrijk dat daar een woord voor is: ENERGIE. De hoeveelheid energie is dan de hoeveelheid arbeid die een voorwerp kan verrichten. Daarom wordt een energiehoeveelheid dan ook steeds uitgedrukt in joule.

Kan een voorwerp arbeid (W) leveren? Dan bezit het energie (E). De hoeveelheid energie druk je uit in joule (J).

Wanneer je tennis gaat spelen beschik je in ‘t begin over aanzienlijke hoeveelheden energie. Je gaat immers behoorlijk wat arbeid verrichten op de bal. Na een hele tijd spelen word je zó moe dat je alleen nog door iets te eten volledig kan herstellen. Door arbeid te verrichten is je (lichaams)energie duidelijk afgenomen. De bal zélf komt keer op keer vanuit rust in beweging. Eenmaal in beweging kan die bal ook arbeid verrichten (bv. een ruit breken). De energie van de bal neemt dus toe als hij vanuit rust in beweging komt.

Een (stilstaande) rots kan in stukken worden geblazen door explosieven. Explosieven bezitten dus een grote hoeveelheid energie die letterlijk in één klap wordt vrijgemaakt. Tijdens de explosie wordt veel warmte aan de omgeving afgestaan. Bovendien wordt er arbeid verricht op de stukken rots. Die krijgen daardoor plotseling een hoeveelheid energie (want op hun beurt kunnen ze nu arbeid verrichten).

Arbeid leveren is:

In een formule:

Je kan snel werken, je kan traag werken. De ene grasmaaier kan op een uur een voetbalveld maaien, de andere komt niet verder dan een klein gazonnetje. Om de tijd in rekening te brengen spreken we over het vermogen (P) van een toestel.

Met het vermogen (P) van een machine geef je

De formules voor vermogen (P) zijn:

Vermogen drukken we uit in watt (W).

Het joule-effect

EXPERIMENT

We steken een lader in het stopcontact en observeren die met een IR-camera. We kijken met de IR-camera naar de monitor van een computer. Of naar andere elektrische toestellen die aanstaan.

Wat zien we?

Elk elektrisch toestel dat aanstaat heeft een temperatuur die hoger is dan de omgevingstemperatuur.

We zien dus dat het toestel ook steeds elektrische energie omzet naar warmte-energie.

TERMINOLOGIE

Als een elektrische stroom doorheen een weerstand (een toestel dus) gaat, wordt er warmte gecreëerd. Dat verschijnsel heet HET JOULE-EFFECT. 

OPDRACHT

Som een aantal toestellen op die echt de bedoeling hebben om elektrische energie om te zetten naar warmte-energie.

Waterkoker, elektrisch formuis, strijkijzer ...

Elektrische energie

Het joule-effect toont op overtuigende wijze aan dat elektriciteit een energievorm is.

OPDRACHT

Vandaag heb jij al heel wat elektriciteit gebruikt. Welke toestellen heb je gebruikt? Welke energieomzetting vond hierbij plaats?

Dit is een rolletje weerstandsdraad. Die is gemaakt van een materiaal dat dient om te verhitten door er een elektrische stroom te laten doorlopen.

Elke meter van deze draad heeft een weerstand van 3,90 ohm. (Zie je op de sticker waar dat staat?)

Een elektrische stroom bezit duidelijk een hoeveelheid energie. Je kan er immers dingen mee doen. En als je elektriciteit gebruikt, dan zet je elektrische energie om in een andere energievorm die je op dat moment nodig hebt.

ELEKTRISCHE ENERGIE GEBRUIKEN = ENERGIE OMZETTEN

Elektrisch vermogen

Elk elektrisch toestel heeft een eigen tempo waaraan het elektrische energie omzet. Elk elektrisch toestel heeft dus een eigen vermogen.

OPDRACHT

Maak een lijstje van een aantal toestellen die je thuis hebt en schrijf er telkens het vermogen bij. (Het staat op het toestel maar je kan het natuurlijk ook online opzoeken.)

Valt je iets op aan de vermogens van die toestellen?

Merk je op dat de toestellen met de grootste vermogens vaak de toestellen zijn die gemaakt zijn om warmte te produceren?

Elke vorm van energie heeft zijn eigen setje formules. Voor elektrische energie kan je het vermogen berekenen met deze handige formule:

OEFENING

Kan je de juistheid van deze formule bewijzen op basis van de informatie over spanning en stroomsterkte die je in deze cursus vindt?

OEFENING

We sluiten een toestel aan op een autobatterij (12 V). We meten dat de stroomsterkte dan 1,5 A is. Bereken hoe groot het vermogen is van het toestel.

OPLOSSING

P = U . I = 12 V . 1,5 A = 18 VA = 18 W

Merk op: 1 VA = 1 W.

Op sommige toestellen staat het vermogen inderdaad aangegeven in VA in plaats van in W.

OEFENING

Op de stroomkring van de slaapkamer zit een zekering van 16 A. We gaan nu tegelijk een oude stofzuiger van 2300 W en een stoomstrijkijzer van 2200 W gebruiken. Kan dat of zal de zekering afspringen?

OPLOSSING

I = 19,6 A

⌂ Elektriciteit thuis

Sluipverbruik is het verbruik van elektrische toestellen die je niet aan het gebruiken bent.

OEFENING

"In de 'gewone' standby-stand gebruikt een tv heel weinig stroom, namelijk maximaal 0,5 watt. Maar het standby-verbruik kan door bepaalde functies een stuk hoger zijn. Bijvoorbeeld als je tv via een netwerkverbinding oproepbaar is of een quick-start functie heeft." (Bron: milieucentraal.nl)

Reken met die 0,5 watt. Hoeveel sluipverbruik heb je dan (ongeveer) gedurende een jaar?

We merkten al dat een lader die in het stopcontact blijft zitten steeds een klein beetje elektrische energie gebruikt en warm wordt. Dat is niet de bedoeling. Ook andere aparaten staan soms niet helemaal uit en zorgen onbedoeld voor verbruik van elektrische energie. Dat noemen we SLUIPVERBRUIK.

Hoeveel sluipverbruik een gezin heeft is moeilijk te vinden. Bronnen op het internet maken melding van 10% van het jaarverbruik elektrische energie.

EXTRA OEFENINGEN

... VIND JE IN JE WERKBOEK.