Leerdoel 3 - energieomzettingen

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

Leerdoel 3

energieomzettingen

Lesplanning:

1. Uitleg energieomzettingen
2. Starten met leerdoel 3
3. Uitleg rekenen met het rendement
4. Verder werken aan leerdoel 3
5. Proef: Je eigen vermogen - metingen
6. Uitleg zwaarte-energie
7. Aan de slag met:
   - Proef: Je eigen vermogen - uitwerken
   - opgaven §5.1 afronden

§5.1 Energieomzettingen

Aan het einde van deze paragraaf  ...

• Kan je energieomzettingen in een energiestroomdiagram weergeven;
• weet je wat het rendement is;
• kan je rekenen met het vermogen en het rendement van een apparaat.

Welke vormen van energie
ken jij?

Wet van behoud van energie

• Energie kan niet verdwijnen of gemaakt worden.
• Energie kan wel worden omgezet.

Energie-

omzettingen

Energiestroomdiagram

Welke energieomzetting heb je in een zonnepaneel?

1. Elektrische energie in licht en warmte
2. Warmte in licht en elektrische energie
3. Licht in elektrische energie en warmte
4. Licht in chemische energie en elektrische energie

Rendement

Het rendement geeft aan hoeveel procent nuttig gebruikt wordt. 

De lampen geven evenveel licht. 

Wat is de nuttige energie van deze centrale?

1. chemische energie
2. elektrische energie
3. warmte
4. straling

Wat is de nuttige energie van dit apparaat?

1. chemische energie
2. stralingsenergie
3. bewegingsenergie
4. elektrische energie

In je kamer staat een lamp. Deze lamp zet van elke 150 J die aangevoerd wordt 15 J om naar licht, de rest wordt omgezet naar warmte. Wat is het rendement van de gloeilamp?

1. 20%
2. 10%
3. 50%
4. 90%

Aan de slag

In je schrift maken en nakijken

§5.1 opgave 1 t/m 4

Het vermogen is ...

Vermogen

De energie die per seconde
wordt geleverd of gebruikt,
uitgedrukt in Watt.

Herhaling

Vermogen

E(J)=P(W)⋅t(s)

E(kWh)=P(kW)⋅t(h)

1 kWh = 3 600 000 J

Herhaling

Een wasmachine met een gemideld vermogen van 700 W staat 1 uur en 8 min aan. Bereken het energieverbruik in kWh.

1. Energie = 0,7 x 1,13 = 0,79 kWh
2. Energie = 0,7 x 1,8 = 1,26 kWh
3. Energie = 700 x 1,13 = 791 kWh
4. Energie = 700 x 1,8= 1260 kWh

Rendement

Het rendement geeft aan hoeveel procent nuttig gebruikt wordt. 

Rendement berekenen

η=​E​totaal​​​​E​nuttig​​​​⋅100

η=​P​totaal​​​​P​nuttig​​​​⋅100

%

%

η = 

η = 

8%

18%

20%

26%

74%

80%

η=​E​totaal​​​​E​nuttig​​​​⋅100

η=​8000​​5900​​⋅100=74

η=​40​​8​​⋅100=20

Een mixer heeft een vermogen van 400 W en staat 10 seconden aan. Er wordt 1000 J omgezet in bewegingsenergie. Hoe groot is het rendement van de mixer?

1. 25%
2. 30%
3. 35%
4. 40%

Uitwerking

η=​E​totaal​​​​E​nuttig​​​​⋅100

%

η=​4000​​1000​​⋅100=25

P = 400 w 

t = 10 s

E = P * t = 4000 W

Een gloeilamp heeft een vermogen van 50 W en staat 2 uur aan. Het rendement van de lamp is 7,0 %
Bereken hoeveel nuttige stralingsenergie ontstaat.

Gegevens

P = 50 W = 0,05 kW

t = 2 h = 7200 s

rendement = 7,0%

E_nut = ?

Een zonnepaneel vangt zonlicht op en produceert 300 Watt aan elektrisch vermogen. 900 Watt van het zonlicht wordt niet omgezet in elektrische energie. Wat is het rendement?

1. 25%
2. 33%
3. 300%
4. 10%

Een zonnepaneel vangt zonlicht op en produceert 300 Watt aan elektrisch vermogen. 900 Watt van het zonlicht wordt niet omgezet in elektrische energie. Wat is het rendement?

η=​P​totaal​​​​P​nuttig​​​​⋅100

%

η=​1200​​300​​⋅100=25

%

Maken en nakijken in je schrift

§5.1  opgave 6, 7 en 9

Klaar: ga verder met 8, 10, 11 en 12

Proef - Je eigen vermogen

metingen uitvoeren (trap op rennen)

Zwaarte-energie

%

E​z​​=m⋅g⋅h

E​z​​(J)=m(kg)⋅9,81⋅h(m)

Voorbeeldopgave

James Watt bepaalde dat een paard, dat een minuut lang trok, een voorwerp met een massa van 115 kg ongeveer 39 m omhoog kon trekken. Het geleverde vermogen hierbij noemde hij 1 pk. Bereken met hoeveel watt 1 pk overeenkomt.

• P = ... W
• E = P * t --> P = E / t
• P (W) = E (J) / t (s)
  
  
• E = Ez 
  
• Ez = m * g * h = 115 * 9,81 * 39
          = 43997,9 J
  
  
• P = E / t = 43997,9 / 60 = 733 W
  
  
• 1 pk komt overeen met 733 W

Een lift heeft een rendement van 28%. De lift heeft een massa van 400 kg en gaat in 8 seconden
9 meter omhoog. Bereken de nuttige energie die de motor van de lift levert.

1. Enut = 8 * 9 = 72 J
2. Enut = 400 * 9,81 * 9 * 0,28 = 9,9 kJ
3. Enut = 400 * 9 * 0,28 = 1,0 kJ
4. Enut = 400*9,81*9 = 35 kJ

Vraag

Een lift heeft een rendement van 28%. De lift heeft een massa van 400 kg en gaat in 8 seconden 

9 meter omhoog. Bereken de nuttige energie die de motor van de lift levert. 

Oplossing

• Enut = Ez
• Ez = m * g * h
• Ez = 400 * 9,81 * 9 
• Ez = 35316 J
• Ez = 35 kJ 

Een lift heeft een rendement van 28%. De lift heeft een massa van 400 kg en gaat in 8 seconden 9 meter omhoog.
Bereken het totale vermogen van de lift.
Tip: Ez = 35316 J

Tip

Bereken eerst de totale energie met het rendement en de nuttige energie.

Gegevens
η = 28%

m= 400 kg 

t = 8 s

h = 9 meter 

P_totaal = ?

Tip: Ez = 35316 J

Gegevens
Een lift heeft een rendement van 28%. De lift heeft een massa van 400 kg en gaat in 8 seconden 9 meter omhoog. 

Bereken het vermogen van de motor van de lift.

Tip: Ez = 35316 J

Oplossing 1

• 28 = 35316 / E_tot * 100%
• 0,28 = 35316 / E_tot
• E_tot = 35316 / 0,28 = 126128 J
• E (J) = P (W) * t (s)
    P = E / t = 126128 / 8 = 15766 W 
  
• P = 16 kW

η=​E​totaal​​​​E​nuttig​​​​⋅100

Gegevens
Een lift heeft een rendement van 28%. De lift heeft een massa van 400 kg en gaat in 8 seconden 9 meter omhoog. 

Bereken het vermogen van de lift.

Tip: Ez = 35316 J

Oplossing 2

• E (J) = P (W) * t (s) 
  P_nut = E_nut / t = 35316/ 8 = 4414 W 
  
  
  
  
• 28 = 4414 / P_tot * 100%
• 0,28 = 4414 / P_tot
• _Ptot = 4414 / 0,28 = 15766 W
• P = 16 kW

η=​P​totaal​​​​P​nuttig​​​​⋅100

Huiswerk:

§5.1 

opgave 

6 t/m 12

Proef - Je eigen vermogen

1. Ren zo snel mogelijk één verdieping omhoog (h = 4,4 m) op de trap. Meet hoelang je hierover doet. t = ... s
2. Weeg je massa m.b.v. de weegschaal.
   m = ... kg
3. Bereken het mechanisch vermogen dat je hebt geleverd. Ga uit van een ideale situatie, rendement van 100%.
   P = ... kW

Tip

Bij een rendement van 100% geldt dat de zwaarte-energie gelijk is aan de totale energie die je levert. 

Reizen Waes  seizoen 3 

aflevering 2  minuut 23

Overzicht

• Vermogen - Energie per seconde
    E = P * t
• Rendement
  n = E_nut/E_tot * 100%           n = P_nut/P_tot * 100%     
• Zwaarte-energie
   Ez = m * g * h 

      Ez = m(kg) * 9,81 * h

§4.3 veiligheidsmaatregelen in het verkeer

Aan het einde van deze uitleg kan je vijf veiligheidsmaatregelen in een auto noemen en uitleggen hoe ze werken.

Vervolgens ga je dit zelf toepassen op een vallend ei.

Veiligheidsmaatregelen
in het verkeer

Botskracht

• Botskracht is de kracht die de auto afremt bij een botsing.
• Negatieve arbeid 
  

of geen kreukelzone

Kreukelzone

Kooiconstructie

Waarvoor dienen de plastic dopjes onder de hakken?

Veiligheidsmaatregelen in de auto hebben als doel:

• vergroten stopafstand en op die manier de stopkracht te verkleinen;
  
  
• oppervlakte vergroten zodat de druk kleiner wordt.

Veiligheidsgordels

Airbags

Hoe beschermt een helm bij een botsing?

Helm

• Vervorming; vergroten stopafstand
• groter oppervlakte; kleinere druk 

De eierproef

classroom