Embedded Files
"Moeite doen", "arbeid verrichten", een "verandering van toestand" veroorzaken, "energie gebruiken" is hetzelfde als ervoor zorgen dat energie wordt doorgegeven en/of wordt omgezet.
Ga je tennis spelen? Zorg dan dat je lichaam veel energie heeft. Je gaat immers veel "verandering van toestand" veroorzaken (= arbeid verrichten). Na een tijd spelen word je zó moe dat je alleen nog door iets te eten volledig kan herstellen. Je hebt veel energie gebruikt.
Door moeite te doen is je (lichaams)energie afgenomen. De bal zélf komt elke keer vanuit rust in beweging. En eenmaal in beweging kan die bal zelf ook dingen doen (bv. een ruit breken). Bij elke slag vermindert jouw energie en maak je de energie van de bal weer groter.
Dit is het (vereenvoudigde) energieschema:
chemische energie (van mij)
⬇
bewegingsenergie (van de bal)
Je kan een (stilstaande) rots in stukken breken met explosieven. Die explosieven bezitten dus heel veel energie die in één klap vrijkomt.
Tijdens de explosie krijgt de omgeving veel warmte. Bovendien veroorzaken de explosieven duidelijk "verandering van toestand" (= ze verrichten arbeid) bij de stukken rots. Die krijgen daardoor energie want op hun beurt kunnen ze nu iets doen.
Dit is het (vereenvoudigde) energieschema:
chemische energie (van de springstof)
⬇
bewegingsenergie (van de stukken rots)
Een voorwerp/wezen dat "moeite doet" (= arbeid verrichten) , zal energie verliezen. Het voorwerp/wezen waarop die arbeid wordt verricht, zal energie krijgen.
Verder merken we dat er verschillende redenen zijn waarom een voorwerp energie kan hebben. We spreken daarom over verschillende vormen van energie. De voorbeelden laten zien dat je niet noodzakelijk (meestal zelfs niet) eindigt met de energievorm waarmee je begon.
Energie doorgeven en omzetten
Energie doorgeven en omzetten
"Moeite doen", een "verandering van toestand" veroorzaken, ARBEID (W) verrichten, is
energie doorgeven van het ene lichaam op het andere.
energie omzetten van de ene vorm in de andere.
Herinner je: het VERMOGEN (P) is het tempo waaraan een ding energie gebruikt, het tempo waaraan "verandering van toestand" wordt veroorzaakt, het tempo waaraan een ding arbeid (W) verricht.
Het vermogen is dus ook het tempo waaraan een ding zijn energie kwijtraakt (en dus het tempo waaraan een ander ding energie bijkrijgt.)
Het VERMOGEN (P) van een voorwerp geeft
het tempo waaraan dat voorwerp arbeid (W) verricht.
het tempo waaraan dat voorwerp energie doorgeeft.
het tempo waaraan dat voorwerp energie omzet van de ene vorm in de andere.
Voor dat voorwerp geldt:
met:
W de arbeid die het voorwerp zelf verricht.
∆E de verandering van de energie van dat voorwerp.
Voor een gewoon toestel schrijven we meestal de bovenstaande formule zonder min-teken:
Soms schrijven we zelfs gewoon zó:
We bedoelen dan simpelweg de hoeveelheid energie die dat toestel omzet en/of doorgeeft.
Een waterkoker van 2000 W neemt bijvoorbeeld elke seconde 2000 J elektrische energie van het stroomnet, zet die om naar warmte-energie en geeft die door aan het water.
Een voorwerp kan pas "iets doen" als het energie heeft. En als het "iets doet" geeft het die energie door.
Daarom mag je ENERGIE zien als een soort geld waarmee je in de natuur betaalt
Wil je iets veranderen? Dan kost dat joule!
We spreken meestal van energie verbruiken.
Maar energie verbruik je eigenlijk niet! Je zet energie om van de ene energievorm in de andere en/of geeft energie door. (Zoals geld dus.)
Je kan dus beter spreken over energie gebruiken.
OEFENING
Een helikopter hangt stil in de lucht. Dat kan uiteraard alleen als de opwaartse kracht van de motor perfect de zwaartekracht tegenwerkt. ➡
Beoordeel nu de volgende uitspraak. Is die juist of niet? En waarom?
"De motor oefent een kracht uit op de helikopter. Toch is er geen beweging. De geleverde arbeid is dus nul. Het vermogen dat de motor ontwikkelt is dus ook nul. Hoera! De helikopter verbruikt op dat moment geen energie!"
OPLOSSING
Vooral die laatste zin ("De helikopter verbruikt op dat moment geen energie") is verdacht. Dat zou willen zeggen dat dat ding oneindig lang in de lucht zou kunnen hangen. Dat komt niet overeen met onze ervaring.
De oplossing van het probleem is als volgt.
Om in de lucht te blijven hangen moet de opwaartse kracht van de motor perfect de zwaartekracht tegenwerken. Dat is eigenlijk niet juist.
Die opwaartse kracht komt niet van de motor! Die komt van de lucht! De wieken van de helikopter duwen lucht naar beneden, waardoor die lucht de wieken (en dus de helikopter) omhoog duwt. Die kracht noemen ze soms de "LIFT".
De motor drijft dus de wieken aan, die de lucht kinetische energie geven. De motor verricht dus wel degelijk arbeid en zet energie uit de brandstof om in kinetische energie van de lucht (en warmte).
OPDRACHT
FACT OR FAKE? ➡
Is dit een echte foto van een NASA heli-explorer die boven het oppervlak van de maan vliegt?
ANTWOORD
Het is een helikopter ... en op de maan is er een vacuüm.
Dus ... FAKE!
De energiebalans
De energiebalans
"Moeite doen", "arbeid verrichten", een "verandering van toestand" veroorzaken is hetzelfde als energie doorgeven en omzetten.
Met een ENERGIEBALANS geven we schematisch weer hoe de ENERGIESTROOM verloopt.
OEFENING
Ik klop met een hamer op een plank. We observeren met een IR camera dat de temperatuur van de plank verhoogt. Welke omzettingen van energie hebben er plaatsgevonden?
Een vereenvoudigde energiebalans kan er zo uitzien:
CHEMISCHE ENERGIE (van mij) ➡ BEWEGINGSENERGIE (van de hamer) ➡ THERMISCHE ENERGIE (van de plank, de omgeving, de hamer) ➡ STRALINGSENERGIE
OPDRACHT
Creëer met de simulatie energy forms and changes vier verschillende systemen. Maak telkens een screenshot van je systeem en stel de energiebalans op van dit systeem.
OPDRACHT
Gebruik de simulatie wrijving om na te gaan wat er gebeurt met de energie wanneer 2 objecten tegen elkaar wrijven. Stel de energiebalans op van dit systeem.
Hoeveel energie heeft een mens (ongeveer) nodig?
Hoeveel energie heeft een mens (ongeveer) nodig?
Je lichaam is voortdurend bezig met "veranderingen van toestand". Je moet immers ademen, je hart moet je bloed rondpompen, je cellen moeten werken, kinderen moeten groeien, oude cellen moeten vervangen worden ... En om goed te werken moet je lichaam een temperatuur van 37 °C hebben. Je lichaam werkt dus ook als een verwarmingstoestel. Al die essentiële functies noemen we het basaal metabolisme.
Het vermogen (P) om het basaal metabolisme te onderhouden ligt rond de 100 W, waarvan bijna de helft voor de werking van het brein, de lever en de milt.
Het basaal metabolisme is voor elke mens anders maar een richtwaarde is dat een mens een basaal vermogen ontwikkelt van 100 W.
Onze lichaamsprocessen hebben heel wat energie nodig. Daar komt nog bij dat we ook energie nodig hebben om andere dingen te doen. De volgende tabel geeft hiervan een idee.
Vermogen en zuurstofverbruik van een man van 76 kg met een normaal metabolisme.
OEFENING
Gebruik de gegevens uit de tabel en maak een grafiek van de zuurstofconsumptie in functie van het ontwikkelde vermogen van een mens.
Wat valt je op?
ANTWOORD
De zuurstofconsumptie en het ontwikkelde vermogen van een mens zijn recht evenredig met elkaar.
Het meten van de zuurstofconsumptie (en de CO₂-productie die daaruit volgt) van een mens wordt dan ook gebruikt voor het meten van het ontwikkelde vermogen. Bijvoorbeeld bij professionele sporters.
OEFENING
Als een persoon een basaal vermogen heeft van 100 W, hoeveel energie heeft die persoon dan elke dag nodig voor zijn normale lichaamsfuncties?
ANTWOORD
E = 8,64 MJ
OEFENING
Bereken hoeveel energie een man van 76 kg nodig heeft om 20 minuten schoolslag te zwemmen.
ANTWOORD
In de tabel vinden we dat die man dan een vermogen (P) ontwikkelt van 475 W.
∆E = - P ∙ ∆t = 475 J/s ∙ 20 ∙ 60 s = - 570 kJ
Het lichaam van de man verliest tijdens het zwemmen 570 kJ energie.
Een mens heeft energie nodig om dingen te kunnen doen maar ook voor de noodzakelijke lichaamsfuncties.
Alles samen heeft een mens ongeveer 10 MJ energie per dag nodig.
Die energie halen we uit onze voeding. Een mens werkt dus op chemische energiebronnen en zet die chemische energie om in andere energievormen (en geeft die energie ook door).
STEM PROJECT - ENERGIEBRONNEN
We zoeken bij STATBEL en bij EUROSTAT naar gegevens over energieproductie en energieconsumptie in België en vergelijken die met andere landen.
NAAR HET STEM PROJECT [ LINK INVOEGEN ] ⧉
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
Page updated
Report abuse