Hoofdstuk 2 Energie en technologie

• Nask / Techniek
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Hoofdstuk 2

Energie en technologie

Vandaag 2.1 en 2.2!

Ik verwacht dat jij:

• Rustig meedoet aan de les
  
• Je hand opsteekt en wacht op je beurt als je een vraag hebt of iets wilt zeggen
  
• Niet door mij of andere mensen heen praat
  
• Aantekeningen maakt in je schrift tijdens de uitleg

Toetsing dit hoofdstuk:

• Maandag 1 december toets hoofdstuk 2 (2x)
•  Praktische opdracht (uitvoeren in de klas) (1x)
• Huiswerk cijfer (1x)

Waar komt onze energie vandaan?

Energie in huis

We gebruiken voortdurend energie: elektriciteit en aardgas

Steeds meer huizen gebruiken ook zonne-energie

Andere energiebronnen: wind, hout en stookolie

Energie in huis

Sinds 1950 stijgt het energiegebruik per huishouden.

Waarom meer elektriciteit?

Waarom minder aardgas?

Fossiele brandstoffen

In Nederland zijn we erg afhankelijk van fossiele brandstoffen.

In 2018 was slechts 10% duurzame energie.

Het probleem:

Fossiele brandstoffen raken op en zijn duur.

Eenheden energie

Eenheden: joule (J) en kilowattuur (kWh)

1 kWh = 3,6 MJ (mega joule)

Het verbranden van 1 m³ aardgas levert 32 MJ

Waarvoor gebruiken wij de meeste energie in huis?

Energiegebruik in huis

Ongeveer de helft van de energie gebruiken we voor verwarming

Ook veel voor warm water, koken en schoonmaken.

Minder voor verlichting en apparaten

Slim omgaan met warm water

Water verwarmen kost veel energie

Warmteterugwinning (WTW): hergebruikt warmte uit douchewater

Zo bespaar je energie

Rendement

Rendement = hoeveel energie nuttig wordt gebruikt

Hoog rendement → weinig verspilling

HR-ketels hebben rendement tot 97%

Soortelijke warmte

Soortelijke warmte = energie die nodig is om 1 kg stof 1°C te verwarmen

Water verwarmen kost dus veel energie

Met soortelijke warmte kunnen we de warmte berekenen:

Q = m × c × (Te − Tb)

Q de hoeveelheid warmte in J

m de massa in kg

c de soortelijke warmte (J/kg · °C)

Te de eindtemperatuur in °C

Tb de begintemperatuur in °C

Voorbeeld:

Hoeveel warmte heb ik nodig om 1 kg water van 20 °C te verwarmen naar 100 °C?

Q = m * c * (Te – Tb)

m = 1kg, c = 4 180 J/kg · °C, Tb = 20°C, Te = 100°C

Q = 1 * 4 180 * (100−20) = 334 400 J

Huiswerk

Lees en maak:

Paragraaf 1: Blok A

Paragraaf 2: Blok A en C

(extra oefenen: blok D)

Paragraaf 2.3

Energie en bewegen

Ik verwacht dat jij:

• Rustig meedoet aan de les
  
• Je hand opsteekt en wacht op je beurt als je een vraag hebt of iets wilt zeggen
  
• Niet door mij of andere mensen heen praat
  
• Aantekeningen maakt in je schrift tijdens de uitleg

Leerdoelen:

Aan het eind van deze paragraaf kan ik:

- uitleggen hoe de arbeid afhangt van de kracht en de afstand;

- uitleggen dat de bewegingsenergie van een auto verandert door arbeid;

- uitleggen hoe je het brandstofverbruik van een auto kunt verminderen;

- rekenen met arbeid, kracht en afstand;

- rekenen met brandstofverbruik, verbrandingswarmte en rendement.

Arbeid

Om iets te verplaatsen heb je energie nodig. Deze energie noemen wij arbeid.

Er is alleen arbeid als er een kracht en een verplaatsing is.

Arbeid

Arbeid zorgt voor verandering in bewegingsenergie

Optrekken → meer bewegingsenergie

Remmen → bewegingsenergie wordt omgezet in warmte

Formule arbeid

Je kan arbeid (W) berekenen met de volgende formule: 

W = F * s

W = arbeid (J)

F = kracht (N)

s = afstand (m)

Voorbeeld:

Een man duwt een blok met een  kracht van 200 N over 5 meter wat is de arbeid?

W = F * s

F = 200 N

s = 5 m

 200 × 5 = 1000 J

Energiebronnen voor vervoer

Auto’s: benzine, diesel of gas

Elektrische auto’s: accu

Waterstofauto’s: brandstofcel

Treinen: elektriciteit

Al deze energie komt uit een energiebron

Rendement van energiebronnen

Verbrandingsmotor heeft een rendement van 30–50% 

Elektromotor van 90–97% 

Brandstofcel tot 50% 

Brandstof verbruik

Verbruik in L/100 km of km/L

1 op 20 betekent 20 km per liter

Hangt af van:

snelheid

rijstijl

gewicht en luchtweerstand

Brandstofverbruik verlagen

Rustig optrekken en afremmen

Bandenspanning controleren

Minder hard rijden

Gewicht verlagen

Elektrische of hybride auto gebruiken

Huiswerk

Lees en maak:

Paragraaf 2.3, blok A en C

Paragraaf 2.4

Energie en sport

Ik verwacht dat jij:

• Rustig meedoet aan de les
• Je hand opsteekt en wacht op je beurt als je een vraag hebt of iets wilt zeggen
• Niet door mij of andere mensen heen praat
• Aantekeningen maakt in je schrift tijdens de uitleg

Leerdoelen:

Aan het eind van deze paragraaf kan ik:

• uitleggen wat het mechanisch vermogen is;
• uitleggen welke energie uit het lichaam gebruikt wordt bij sporten;
• uitleggen hoe slimme technologie ingezet wordt om sneller te bewegen;
• uitleggen dat iemand die sport ook veel warmte produceert;
• rekenen met vermogen, kracht, afstand en tijd.

Vermogen

Vermogen = hoeveelheid arbeid per seconde.

Formule: P = W / t

P = vermogen (in watt, W)
W = arbeid (in joule, J)
t = tijd (in seconden, s)

Vermogen

Een wielrenner verricht 30 000 J arbeid in 60 s, hoeveel vermogen levert de wielrenner?

P = W / t

W = 30.000 J, t = 60s

 P = 30 000 / 60 = 500 W

Soorten vermogen

Duurvermogen: vermogen dat je lang kunt volhouden.

Piekvermogen: vermogen dat je maar kort volhoudt.

Bij fietsen:

Zwaar verzet → veel kracht, langzamer trappen.
Licht verzet → minder kracht, sneller trappen.
Bij gelijke snelheid is het vermogen hetzelfde.

Energie uit voeding

Koolhydraten → snel energie.

Eiwitten → herstel en spieropbouw.

Vet → trage, maar grote energievoorraad (37 kJ per gram).

Energie tijdens inspanning

Tijdens een inspanning:

Rustig tempo: vetverbranding (langzaam, maar veel voorraad).

Intensief sporten: koolhydratenverbranding.

Als koolhydraten op zijn → hongerklop (“de man met de hamer”).

Weerstand

Weerstandskrachten: rolweerstand en luchtweerstand.

Minder weerstand = minder arbeid nodig.

10% minder luchtweerstand → 10% minder arbeid.

Huiswerk

Lees en maak:

Paragraaf 2.4, blok A en C