Embedded Files
DE WET VAN BEHOUD VAN ENERGIE
is misschien wel de belangrijkste ontdekking ooit in de natuurwetenschappen.
EXPERIMENT
We trekken een slinger uit evewicht en laten die los zonder er tegen te duwen. We meten de hoogte die de slinger bereikt als hij aan de andere kant even stil staat.
Welke energieomzetting vindt plaats bij de slinger?
Wat valt je op aan de hoogte die de slinger bereikt?
Wat zou er gebeuren als geen wrijving zou zijn in het contactpunt en als er ook geen luchtweerstand zou zijn?
De energiebalans: zwaarte-energie ➡ bewegingsenergie ➡ zwaarte-energie ➡ bewegingsenergie ➡ ...
Na elke slingerbeweging komt de slinger weer een beetje minder hoog.
Als geen wrijving zou zijn in het contactpunt en als er ook geen luchtweerstand zou zijn, dan zou de slinger bij elke beweging steeds weer even hoog eindigen als waar hij begon.
EXPERIMENT
We trekken een massa aan een veer uit evewicht en laten die los zonder er tegen te duwen. We meten de positie die de massa bereikt telkens ze terug beneden is.
Welke energieomzetting vindt plaats bij dit veersysteem?
Wat valt je op aan de positie die de massa bereikt?
Wat zou er gebeuren als geen warmteontwikkeling zou zijn in de veer en als er ook geen luchtweerstand zou zijn?
De energiebalans: elastische energie ➡ bewegingsenergie ➡ elastische energie ➡ bewegingsenergie ➡ ...
Na elke beweging op en neer komt de massa weer een beetje minder ver t.o.v. de evenwichtspositie.
Als geen warmteontwikkeling zou zijn in de veer en als er ook geen luchtweerstand zou zijn, in het contactpunt en als er ook geen luchtweerstand zou zijn, dan zou het veersysteel bij elke beweging steeds weer even hoog eindigen als waar het begon.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Energie schaatpark.
Welke energieomzetting vindt plaats?
Wat valt je op aan de hoogte die de skater bereikt? Met en zonder wrijving?
De energiebalans: zwaarte-energie ➡ bewegingsenergie ➡ zwaarte-energie ➡ bewegingsenergie ➡ ...
Na elke beweging komt de skater weer een beetje minder hoog ... tenzij je de wrijving op nul zet!
(Met de luchtweerstand is in deze simulatie geen rekening gehouden.)
De wet van behoud van energie
De wet van behoud van energie
Zonder wrijving, interne weerstand of luchtweerstand, zouden in de vorige voorwerpen de energie-omzettingen zonder verlies plaatsvinden. De totale energie van het voorwerp zou in dat geval constant blijven.
Als er wél wrijving, interne weerstand of luchtweerstand is, dan wordt tijdens het "veranderen van toestand" telkens warmte-energie geproduceerd. En die warmte kan ontsnappen.
Als we onze slinger, ons veersysteem, onze skater samen met de omringende lucht in een doos zouden plaatsen waaruit geen massa en geen energie kan ontsnappen (we noemen dit een geïsoleerd systeem), dan is de totale hoeveelheid energie in deze doos wél constant. Dit noemen we de wet van het behoud van energie.
DE WET VAN BEHOUD VAN ENERGIE
In een geïsoleerd systeem blijft de totale hoeveelheid energie constant.
En wat dat betekent?
Energie gebruiken wil zeggen dat je ergens energie vandaan haalt en die dan omzet of doorgeeft. Je eindigt altijd met even veel energie als waarmee je vertrok.
Maar altijd is een deel van die energie omgezet naar warmte, waarmee je niets bent. We spreken dan vaak over energieverlies maar een correcter woord is energiedissipatie.
DE WET VAN BEHOUD VAN ENERGIE - in eenvoudige taal
Energie verdwijnt NIET of wordt NIET bijgemaakt. Energie wordt WEL doorgegeven en/of omgezet in een andere energievorm.
OEFENING
We brengen een bal van 1 kg naar een hoogte van 1 m. (A)
Dan laten we hem vallen. (B)
We veronderstellen dat er geen luchtweerstand is.
Welke kracht verricht hier arbeid tijdens het vallen van de bal? Is die negatief of positief?
Bereken de hoeveelheid zwaarte-energie die de bal heeft op 1 m hoogte.
Hoeveel kinetische energie heeft de bal dan bij contact met de grond?
Hoe groot is de snelheid van de bal dan bij contact?
De zwaartekracht verricht hier de arbeid. Die is positief want de verplaatsing en de kracht hebben dezelfde richting en zin.
De kinetische energie bij contact met de grond is gelijk aan de zwaarte-energie bovenaan. Zwaarte-energie (= potentiële energie) werd omgezet in kinetische energie.
De snelheid van de bal is dan bij contact:
Uit de vorige oefening leer je dat bij een voorwerp dat valt de zwaarte-energie (= potentiële energie) wordt omgezet in kinetische energie omdat de zwaartekracht arbeid levert.
Als we veronderstellen dat er geen luchtweerstand is, dan kunnen dat formeel noteren als:
waardoor ook
met W de arbeid die de kracht (hier: de zwaartekracht) verricht, ∆Ek het verschil in kinetische energie van het voorwerp en ∆Epot,G het verschil in potentiële energie (hier: zwaarte-energie) van het voorwerp.
OEFENING
Kan de zwaartekracht negatieve arbeid leveren?
ANTWOORD
Ja dat kan!
Als ik een voorwerp naar omhoog gooi, dan zal de zwaartekracht de snelheid van dat voorwerp verminderen tot het op zijn hoogste punt komt.
De zwaartekracht werkt dan tegengesteld aan de zin van de verplaatsing (∆x) en de arbeid is dan negatief.
Merk op dat de formules hierboven dan nog steeds juist zijn:
Speel nogmaals me de simulatie Energy forms and changes en let nu vooral op het energieverlies dat plaatsvindt.
Professor Walter Lewin heeft veel vertrouwen in de wet van behoud van energie (Kijk op YouTube).
Efficiëntie, rendement
Efficiëntie, rendement
Bij (bijna) ELKE energieomzetting op aarde is er een verlies. (Bijna) ALTIJD als energie wordt doorgegeven is er verlies. Er is (bijna) altijd wel een deel van je energie die niet wordt omgezet in de energievorm die je wil. Of een deel van de energie komt niet terecht waar je wil.
Sommige toestellen zijn efficiënter in het omzetten van energie dan andere. Om die efficiëntie uit te drukken berekenen we het rendement (η).
GROOTHEID - RENDEMENT
Het RENDEMENT (η) is de verhouding tussen de energie die een machine nuttig heeft gebruikt en de totale energie die gebruikt is.
Het RENDEMENT (η) is de verhouding tussen het vermogen dat een machine nuttig heeft ontwikkeld en het totale ontwikkelde vermogen.
EENHEID - GEEN (dimensieloos)
Het rendement heeft géén eenheid omdat het een verhouding is tussen twee dezelfde grootheden. Je kan het als een percentage uitdrukken.
OEFENING
In de volgende figuren zie je enkele toestellen en hun typisch vermogen en rendement.
Ga na hoeveel energie nuttig wordt besteed en welke energie-omzetting precies plaatsvindt.
OEFENING
Klopt het rendement in de volgende tekst?
"Het zonnepanelen rendement (efficiëntie zonnepanelen) ligt ongeveer tussen 15% en 22%. Hiermee bedoelt men dat een zonnepaneel tussen 15% en 22% van het beschikbare zonlicht kan omzetten in elektriciteit. Bijvoorbeeld: op een zonnepaneel van 1,5m² met een vermogen van 250 Wp (Wp staat voor Wattpiek, maximaal vermogen) straalt de zon met een vermogen van 1300 Wp." (BRON)
Perpetuum mobile? There is no free energy device!
Perpetuum mobile? There is no free energy device!
Uitvinders zijn al duizenden jaren op zoek naar een machine die blijft werken zonder dat je er extra energie insteekt. Of zelfs een machine waar je voor altijd meer energie uithaalt dan je erin steekt. Een machine dus die de wet van behoud van energie tegenspreekt en die geen last heeft van energieverlies.
Ondertussen vinden we op het internet duizenden films waarin mensen beweren dat ze zo'n machine hebben gemaakt. Ze gaan er alle energieproblemen in de wereld mee oplossen. Of toch niet?
"There is no free energy!"
"Keep looking for the energy source!"
En kijk ook deze video bij ElectroBoom. Als je het nu nog niet door hebt, legt Mehdi Sadaghdar het nog eens uitstekend uit: there is no free energy device!
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
"My name is VALERIY IVANOV. I do models. You like them. Most of you. This channel is created for the popularization of science. I made all machines that you see here as an educational tool. Old and new concepts of working Perpetual Motion Machines (PMM). Medieval engineering inventions. Kinetic Art objects. Models of Da Vinci inventions. Marble machines. My models of PMMs are of motorized versions that were built to illustrate how they were supposed to work in the minds of Inventors. ..."
Page updated
Report abuse