5. Elektriciteit in huis Beknopt

Elektriciteit is een vorm van energie
1
Heel veel van onze apparaten werken op elektriciteit
2
Al deze elektrische energie moet worden opgewekt
3
Voor het opwekken van elektrische energie is altijd een andere energiebron nodig
4
1 / 26
next
Slide 1: Slide
Natuurkunde / ScheikundeMiddelbare schoolvmbo b, g, tLeerjaar 3

This lesson contains 26 slides, with text slides.

time-iconLesson duration is: 120 min

Items in this lesson

Elektriciteit is een vorm van energie
1
Heel veel van onze apparaten werken op elektriciteit
2
Al deze elektrische energie moet worden opgewekt
3
Voor het opwekken van elektrische energie is altijd een andere energiebron nodig
4

Slide 1 - Slide

  • Niet vernieuwbaar
  • Raakt dus op
  • Niet duurzaam
  • Vervuilend

  • Fossiele brandstoffen
  • Aardgas, aardolie en steenkool
  • CO2-uitstoot
  • Klimaatverandering
  • opwarming van de aarde

  • Kernenergie
  • Stralingsgevaar
"Oude" energie
1
2

Slide 2 - Slide

"Nieuwe" energie
  • Vernieuwbaar
  • raakt nooit op
  • Duurzaam
  • Niet (minder) milieubelastend
zon
wind
water
aardwarmte
getijden
kernfusie

Slide 3 - Slide

Elektriciteitverbruik
  • Elektrische apparaten verbruiken elektrische energie
  • Elektrische apparaten leveren andere energiesoorten
  • Elektrische apparaten zetten energie om
    bv.
  • Een mixer zet elektrische energie om in beweging
  • Een waterkoker zet elektrische energie om in warmte
  • Een lamp zet elektrische energie om in licht
  • Een luidspreker zet elektrische energie om in geluid
  • etc.

  • Bij iedere energieomzetting gaat er energie "verloren"
  • Meestal in de vorm van warmte
  • energieomzettingen
  • veerenergie

Slide 4 - Slide

Vermogen en energie
  • De hoeveelheid energie die een apparaat per seconde opneemt noemen we vermogen
  • De hoeveelheid energie drukken we uit in Joule
  • Het vermogen drukken we uit in Watt
  • 1 Watt = 1 joule per seconde

  • Een rekenvoorbeeld:
    Een magnetron heeft een vermogen van 600 W
    De magnetron staat 30 seconde aan om een klontje boter te laten smelten.
  • Hoeveel energie wordt er verbruikt?

  • Energie = vermogen x tijd
  • dus
    Energie = 600 W x 30 s
  • dus
    Energie = 1800 Ws = 1800 J
energie
vermogen
tijd

Slide 5 - Slide

Meer vermogen en energie
  • Nog een rekenvoorbeeld
  • Een koelkast heeft een vermogen van 50W
    de koelkast slaat gemiddeld per dag 12 uur aan
    Hoeveel energie verbruikt de koelkast per jaar?

  • Energie = vermogen x tijd
  • de tijd is 365 dagen x 12 uur x 3600s = 15.768.000s
  • dus
    Energie = 50W x 15.768.000 = 788.400.000 Joule
  • da's best veel en een onhandig getal:
  • Daarom doen we dit anders
  • E = P x t
  • dus
    E = 0,05 kW en t = 365 x 12 = 4380 uur

    E = 0,05 kW x 4380 h = 219 kWh

  • animatie

Slide 6 - Slide

Nog meer vermogen en energie
  • In de natuurkunde zijn de S.I. eenheden voor
    energie, vermogen en tijd:
    Joule (J), Watt (W) en seconde (s)
  • In het dagelijks leven zijn andere eenheden "handiger":
    kilowattuur (kWh) kilowatt (kW) en uur (h)

  • 1 uur = 3600 seconden
  • 1 kilowatt = 1000 Watt
  • 1 kilowattuur = 3.600.000 Joule

Slide 7 - Slide

De kosten van Elektrische energie
  • De prijs van een kWh is op dit moment ongeveer € 0,25

  • Terug naar ons rekenvoorbeeld?
  • Een koelkast heeft een vermogen van 50W
    de koelkast slaat gemiddeld per dag 12 uur aan
    Hoeveel energie verbruikt de koelkast per jaar?
  • E = P x t
    dus
    E = 0,2 kW en t = 365 x 12 = 4380 uur
    E = 0,05 kW x 4380 h = 219 kWh
  • Totale kosten zijn dan:
    219 x € 0,25 = € 54,75
.... en dat is alleen nog maar de koelkast.

Slide 8 - Slide

Rendement
  • Energie is dus duur en het is daarom belangrijk het zo efficiënt mogelijk te gebruiken.
  • Hoe goed een apparaat dat doet geven we aan met het rendement
  • Ieder apparaat kan slecht een deel van de energie die erin gaat omzetten in de vorm die je wilt hebben
  • Ouderwetse gloeilampen zetten maar 5% van de energie die erin gaat om in licht
  • Gloeilampen zijn daarom tegenwoordig verboden.
    Ook halogeenlampen zijn per
    1 september 2018 verboden

Slide 9 - Slide

Rekenen met rendement
het rendement is de verhouding tussen de energie die je ergens instopt en de nuttige energie die je daarvoor terug krijgt
  • Een auto met een verbrandingsmotor rijdt op benzine
  • de benzine bevat chemische energie
  • deze wordt in de motor omgezet in beweging en warmte
  • om de warmte heb je niet gevraagd, dat is dus geen nuttige energie
  • Stel:
    er gaat 100.000 joule chemische energie in
    je krijgt daarvoor 30.000 joule bewegingsenergie terug.
    Wat is het rendement? 
het rendement is de verhouding tussen de energie die je ergens instopt en de nuttige energie die je daarvoor terug krijgt
  • Ein,totaal = 100.000 joule
  • Euit,nuttig = 30.000 joule

  • rendement = (30.000 : 100.000)  x 100%
  • rendement = 30%

Slide 10 - Slide

Spanning
Bouw van de materie
1
3
2
dus...
4
5
6
7

Slide 11 - Slide

Spanningsbronnen
phet





dus..
  • Een spanningsbron "pompt" elektronen door een circuit
  • De hoogte van de spanning bepaalt hoeveel energie elk elektron meekrijgt
  • De spanning geven we aan in de eenheid Volt

Slide 12 - Slide

Spanningsbronnen (2)
  • Het stopcontact of lichtnet
  • Wisselspanning
  • 230 V (in andere landen vaak 110 V)

  • Batterijen en accu's
  • Gelijkspanning
  • altijd 1,5 V of een veelvoud daarvan

  • Batterijen schakelen
  • Serie
  • Totale spanning is de optelsom


  • Parallel
  • Spanning blijft hetzelfde

Slide 13 - Slide

Elektrische stroom
  • Als gevolg van een spanning kan
    er een (elektronen-)stroom gaan lopen

  • Hiervoor is een gesloten circuit nodig

  • De spanningsbron geeft energie mee
    aan de elektronen
    (hoe groter de spanning, hoe meer energie)

  • De elektronen geven de energie onderweg
    af aan bv een lamp

  • In de lamp wordt de elektrische energie
    omgezet in stralings-energie (licht en warmte)

Slide 14 - Slide

Geleiders en isolatoren
Een isolator is een stof waarin de elektronen niet kunnen stromen
1
Een geleider is een stof waarin de elektronen kunnen stromen
2
De elektronen "springen" als het ware van het ene atoom naar het andere
3

Slide 15 - Slide

Stroomsterkte
  • De stroomsterkte is de hoeveelheid lading
    die per seconde door de kring stroomt.
  • We meten de stroomsterkte in Ampère (A)
  • 1 Ampère = 1 Coulomb per seconde
  • 1 Coulomb = 6,3 x 10^19 elektonen
  • da's 63.000.000.000.000.000.000
  • da's best veel

  • De stroomsterkte wordt door 2 factoren bepaald.
  1. De Spanning
    Hoe groter de spanning, hoe groter de stroom
  2. De weerstand
    Hoe gemakkelijker de elektronen door de kring kunnen, hoe groter de stroom
Phett

Slide 16 - Slide

Meters aansluiten

Slide 17 - Slide

Schakelsymbolen
  • Het is lastig om steeds lampjes, batterijen, koelkasten en elektromotoren te tekenen.
  • Daarom gebruiken we daarvoor symbolen



  • In dit plaatje de belangrijkste
  • In je BINAS staan er nog veel meer



  • Dat waren er wel heel erg veel
  • Gelukkig hoef je die niet allemaal uit je hoofd te kennen

Slide 18 - Slide

Schakelschema's
teken met potlood de basis.
een mooie rechthoek
1
teken de batterij
2
teken het lampje
3
teken de schakelaar
4
nu alleen nog de aansluitdraden
5
Teken een batterij, een lamp en een schakelaar in serie

Slide 19 - Slide

Iets lastiger
Teken een parallelschakeling van een weerstand en een lampje,
waarin de stroom door het lampje wordt gemeten
Begin weer met de basis
1
In de opdracht staat geen batterij, maar zonder spanning geen stroomkring dus ...
2
Teken de lamp en de weerstand in aparte stroomkringen
3
Teken de stroommeter in de kring van het lampje
4
en als laatste weer de draadjes.
5

Slide 20 - Slide

Rekenen met spanning en stroom
  • Wet van Ohm (phett) (edumedia)    

      
  • Ken je er twee dan kun je de derde uitrekenen 
     
  • Door een weerstand van 100 Ohm loopt een stroom van 2,3 Ampère.
    Hoe groot is de spanning?

  • Op een batterij van 12 V wordt een weerstand aangesloten van 8 kOhm.
    Hoe groot wordt de stroom? 

  • Jan meet een spanning van 24 V en een stroom van 6 mA.
    Hoe groot is de weerstand? 

Slide 21 - Slide

Vervangingsweerstand 1
Hoe groot is de vervangingsweerstand van 
R1 en R2 samen?

  • gegeven
  • U = 12 V en I = 3 A

  • gevraagd
  • Rv

  • uitwerking
  • U = I x R
  • R = U : I
  • R = 12 V : 3 A 
  • Rv = 4 ohm

  • Hoe groot R1 en R2 afzonderlijk zijn weet je niet .

Slide 22 - Slide

Vervangingsweerstand 2
Hoe groot is weerstand R2?

  • gegeven
  • U = 6 V, I = 3mA = 0,003A, R1 = 12 ohm

  • gevraagd 
  • R2

  • uitwerking
  • Rv = R1 + R2
  • Rv = U : I 
  • Rv = 6 : 0,003
  • Rv = 200 ohm

  • 200 = R1 + R2
  • 200 = 12 + R2
  • R2 = 200 - 12 = 188 ohm 

Slide 23 - Slide

Vervangingsweerstand 3
Hoe groot is de spanning van de batterij?
  • gegeven
  • R1 = 6 ohm, R2 = 12 ohm, I = 20 mA = 0,02 A

  • gevraagd


  • uitwerking 
  • U = I x Rv
  • tussenvraag: hoe groot is Rv?
  • in parallelschakeling geldt:
  • 1/Rv = 1/R1 + 1/R2
  • 1/Rv = 1/6  + 1/12 = 2/12 + 1/12 = 3/12
    dus
  • 1/Rv = 3/12  dan Rv = 12/3 = 4 ohm
    dus
  • U = 0,02 x 4 = 0,08V
  • batterij van niks! vervangen maar. 

Slide 24 - Slide

Elektriciteit handig ..
... maar
  • Een AA-batterijtje is niet gevaarlijk.
  • De spanning en het vermogen zijn gering
  • Anders wordt het met zwaardere batterijen en accu's

Slide 25 - Slide

Oppassen dus ... en
veiligheidsmaatregelen nemen
Zorg ervoor dat de ontwikkelde warmte weg kan.
Als er teveel warmte wordt ontwikkeld of de warmte niet weg kan
Zorg ervoor dat de stroom niet te groot kan worden
Zorg ervoor dat de stroom niet te groot kan worden.
Verdeel daarvoor de stroom over meerdere groepen.
Aardlekschakelaar

Slide 26 - Slide