Hoofdstuk 6 Paragraaf 5

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 3

Vervoer in de toekomst

Hoofdstuk 6

Paragraaf 5

HAVO VWO 3

Herhaling H6.1 en H6.2

Een föhn heeft een rendement van 70%. De föhn gebruikt 1,4 kWh aan nuttige energie. Wat is het totale energieverbruik?

Een strijkbout van 500 W wordt 4 uur lang op het lichtnet aangesloten (230V). Bovendien brandt er ook 35 minuten lang een badkamerkachel van 1500 W. Bereken hoeveel energie het lichtnet heeft geleverd.

Situatie opgave 3

Ruben moet een container op de laadklep van een vrachtwagen zetten. Om dit mogelijk te maken rijdt Ruben de container op een (versterkte) plank naar boven. Zie de figuur hiernaast. De laadklep bevindt zich 1,2 m boven de grond. De plank is 4,0 m lang. De container heeft een massa van 86 kg en ondervindt tijdens het rijden geen wrijving. Bereken de arbeid die Rubens duwkracht moet verrichten.

Een steen met een massa van 0,30 kg ligt op de rand van een dakgoot. De steen heeft een zwaarte-energie van 29,4 J ten opzichte van de grond.
Bereken de hoogte van de steen boven de grond

Een vogel geeft de steen van de vorige opgave een klein zetje waardoor deze naar beneden valt. Bereken met welke snelheid de steen de grond raakt. Verwaarloos hierbij de beginsnelheid van de steen en de luchtwrijving die de steen tijdens het vallen ondervindt.

Een helikopter hangt op 1600 m stil boven het aardoppervlak. Er valt een klein voorwerp (800 gram) uit de helikopter. Bereken de snelheid waarmee dit voorwerp op het aardoppervlak terecht zou komen, indien het géén wrijving zou ondervinden.

TIP: Ez = Ek

Leerdoelen

1. Ik kan in eigen woorden uitleggen hoe een verbrandingsmotor werkt
2. Ik kan in eigen woorden uitleggen hoe een elektrische aandrijving werkt
3. Ik kan in eigen woorden uitleggen wat een hybride auto inhoudt. 

Een verbrandingsmotor

In een cilinder wordt een gasmengsel verbrand, waardoor een zuiger heen en weer gaat bewegen

De heen en weer gaande beweging van de drijfstang wordt door de krukas omgezet in een draaiende beweging. 

Op dit moment wordt benzine als brandstof gebruikt. In de toekomst zal dit ook alcohol, of houtafval kunnen worden.

De 4 slagen van een verbrandingsmotor

1. Er wordt een mengsel van benzinedamp en lucht in een cilinder gespoten. De zuiger beweegt daarbij omlaag. 
2. Als de zuiger vervolgens omhoog beweegt wordt het gasmengsel samengeperst. 
3. Een vonk uit de bougie ontbrandt het gasmengsel en de zuiger wordt met een grote kracht omlaag bewogen.
4. De zuiger beweegt omhoog waarbij de reactieproducten uit de cilinder geblazen wordt. daarna volgt weer stap 1.

Een elektrische aandrijving

Een elektrisch voertuig wordt aangedreven door een elektromotor. Een accu of een brandstofcel levert de elektriciteit 

Een elektromotor

Een elektromotor werkt als volgt: 

Doordat er stroom door een spoel wordt geduwd, gaat deze spoel die tussen twee magneten staat ronddraaien.

Bij een elektromotor in een voertuig is het probleem de stroomvoorziening. Het is lastig om stroom door de spoel te duwen.

Oplossing stroomvoorziening

De volgende oplossingen zijn bedacht:

1. Gebruik maken van accu's. De elektrische energie wordt opgeslagen in accu's. Helaas kan een accu maar beperkte hoeveelheid energie opslaan, zodat de actieradius (de afstand die je op een tankt kunt afleggen) beperkt is. Daarnaast kost het opladen van accu's ook veel tijd.
2. een brandstofcel gebruiken. Een brandstofcel is een bijzondere vorm van een batterij. In een batterij vinden chemische reacties plaats. Bij het omzetten van de beginstof in de reactieproducten ontstaat elektrische energie. Bij een brandstofcel kunnen de beginstoffen continu aangevoerd worden en worden de reactieproducten afgevoerd.

Een brandstofcel

• In een brandstofcel zijn waterstof en zuurstof de beginstoffen. Het reactieproduct is water
• Helaas heb je voor een brandstofcel wel een dure katalysator nodig, zodat de reactie sneller zou verlopen
• Bovendien moet het waterstofgas onder zeer hoge druk in cilinders worden opgeslagen. 
• Daarnaast blijft de actieradius van een brandstofcel minder dan bij een benzinemotor.
• 
  

Een brandstofcel scooter

• Hiernaast is een scooter te zien, die op een brandstofcel werkt. 
• In de scooter zit een tank waarin het waterstof onder hoge druk is opgeslagen. 
• Waterstof ontstaat door elektrolyse. Water wordt door middel van elektriciteit ontleed.  

• Op dit moment zijn er ook brandstofcellen in ontwikkeling, die alcohol als brandstof gebruiken. Het grote voordeel hiervan is: Je kunt gemakkelijk alcohol in een tank opslaan

Leg in eigen woorden uit wat een hybride auto inhoudt.

Een hybride auto

• Een rijdende auto heeft bewegingsenergie (Ek). Bij het afremmen wordt die bewegingsenergie omgezet in warmte. Deze warmte gaat verloren.
• 
  
• Een hybride auto heeft naast een benzinemotor ook nog een elektromotor met accu's. 
• De elektromotor werkt als een dynamo, waardoor bij het afremmen de accu oplaadt. 
• Bij het optrekken van de auto helpt de elektromotor, waarbij minder benzine nodig is. Op deze manier rijdt een auto 25% zuiniger dan een gewone auto

Huiswerk paragraaf 6.5

Paragraaf 5