Embedded Files
We weten dat levende wezens, door de spierkracht die ze ontwikkelen, voorwerpen kunnen verplaatsen, springen, rennen, ... of kort gezegd: "veranderingen van toestand" veroorzaken. Niet-levende voorwerpen kunnen ook in bepaalde omstandigheden "veranderingen van toestand" veroorzaken.
OEFENING
Geef een aantal mogelijkheden van wat de volgende dingen kunnen doen. Ga dus na welke "verandering van toestand" ze kunnen (dus niet noodzakelijk zullen) veroorzaken.
Stromend water kan steen uit rotsen wegschuren.
Een batterijtje kan ...
De wind kan ...
Een stuk brandend hout kan ...
Een staaf dynamiet kan ...
Een vallende steen kan ...
Een opgespannen boog kan ...
Het water van de Colorado heeft er miljoenen jaren over gedaan om de Grand Canyon uit te schuren in de rotsen.
De mogelijkheid (!) hebben om "iets te doen", om "verandering van toestand" te veroorzaken, bepaalt wat er kan gebeuren. Dat is in de natuurwetenschappen en de techniek zó belangrijk dat daar een apart woord voor is: ENERGIE (E).
De hoeveelheid energie die je hebt, is dan gelijk aan hoeveel verandering je KAN veroorzaken. Hoe meer energie, hoe meer je kan doen.
Of strikter geformuleerd: de hoeveelheid energie die je hebt, is gelijk aan hoeveel arbeid je KAN verrichten. Hoe meer energie, hoe meer arbeid je kan verrichten.
Uiteraard drukken we de hoeveelheid energie, net als de arbeid, ook uit in joule (J).
Energie hebben = "iets kunnen doen"
Energie hebben = "iets kunnen doen"
GROOTHEID - ENERGIE
De energie (E) die een voorwerp bezit, is een maat die uitdrukt hoeveel "verandering van toestand" dat voorwerp KAN (!) veroorzaken.
De energie (E) die een voorwerp bezit, geeft aan hoeveel arbeid dat voorwerp KAN (!) verrichten.
S.I.-EENHEID - JOULE
Een hoeveelheid energie drukken we uit in joule (J) :
Je kan de redenering ook omdraaien.
Om een bepaalde "verandering van toestand" te veroorzaken moet je arbeid verrichten.
Als je weet hoeveel arbeid je moet verrichten om een bepaalde "verandering van toestand" te veroorzaken, dan weet je hoeveel energie je daarvoor nodig hebt.
Enkele voorbeelden.
Om een elektron los te maken uit een H-atoom is iets meer dan 2 x 10-18 J nodig. [ BRON ]
In theorie krijgt een m2 aardoppervlak elke seconde 1361 J stralingsenergie van de zon. Daarmee wordt de aarde opgewarmd.
C-Power installeerde in de Noordzee windturbines die elke seconde meer dan 6 MJ elektrische energie opleveren.
Een mens heeft dagelijks ongeveer
10 MJ (10000 kJ) energie nodig. [ BRON ]Een gemiddeld Belgisch gezin gebruikt jaarlijks ongeveer12,6 GJ elektrische energie. [ BRON ]
Arbeid & energie
Arbeid & energie
Merk op dat, als een voorwerp arbeid verricht, dit voorwerp energie verliest.
Een batterij die 70 kJ (chemische) energie bevat, kan voor 70 kJ "veranderingen van toestand" veroorzaken. Als die batterij dus 70 kJ arbeid heeft verricht is ze "leeg".
Een voorwerp dat arbeid levert, verliest energie.
met:
W de arbeid die het voorwerp levert.
∆E de verandering van de energie van dat voorwerp.
Merk op dat in de bovenstaande formule W en ∆E een gelijke grootte hebben maar een tegengesteld teken. Dat is logisch want als een voorwerp 1 J arbeid levert (W = 1 J) dan verliest het 1 J energie (∆E = - 1J).
W = - ∆E dus.
OEFENING
Is energie (E) een scalaire of een vectoriële grootheid?
OPLOSSING
Het is een scalaire grootheid.
Als ik alles wil weten over de energie, dan heb ik alleen de grootte van de energie nodig.
(Ik kan NIET wijzen en zeggen: "3 kilojoule naar die kant.")
Ook logisch: arbeid leveren is energie veranderen dus energie is scalair omdat arbeid dat ook is.
Andere eenheid: calorie
Andere eenheid: calorie
De standaard eenheid (S.I.-eenheid) van energie is de joule.
In de voedingsindustrie gebruiken ze nog vaak de (oude) eenheid calorie (cal). Er zijn verschillende definities voor de calorie, die telkens een nét iets andere waarde opleveren.
In deze lessen hanteren we de volgende omzetting:
OEFENING
Een mens heeft per dag ongeveer 10 MJ energie nodig. Hoeveel kilocalorieën (kcal) is dat?
OPLOSSING
E = 2381 kcal
OEFENING
100 g mayonaise levert ons 741 kcal energie. Hoeveel kilojoule (kJ) is dat per 100 g?
OPLOSSING
E = 3112 kJ
Andere eenheid: kilowattuur
Andere eenheid: kilowattuur
De elektriciteits- en gasmaatschappijen gebruiken de kilowattuur (kWh) om uit te drukken hoeveel energie ze je hebben geleverd.
De definitie van de kilowattuur volgt later. Dit is de conversie tussen kilowattuur en joule:
OEFENING
Een zonnepaneel met piekvermogen 250 W levert in België jaarlijks ongeveer 220 kWh elektrische energie op. Hoeveel energie is dat, uitgedrukt in joule? (En hoeveel zonnepanelen heb ik nodig als mijn jaarverbruik 3500 kWh is?)
OPLOSSING
E = 7,9 x 108 J
(Ik heb 16 panelen nodig.)
OEFENING
Een windturbine met piekvermogen 2 MW levert in de Kempen elk jaar ongeveer 1,3 x 1013 J elektrische energie. Hoeveel energie is dat, uitgedrukt in kilowattuur? (En hoeveel gezinnen kan je daarmee bevoorraden als een gemiddeld jaarverbruik 3500 kWh per gezin is?)
OPLOSSING
E = 3,6 x 106 kWh
(Je kan daarmee iets meer dan 1000 gezinnen bevoorraden als een gemiddeld jaarverbruik 3500 kWh per gezin is.)
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
Page updated
Report abuse