H1.2 Elektrische energie deel 2
H1.2 Elektrische energie
Lesduur is: 45 minOnderdelen in deze les
H1.2 Elektrische energie
Open met het herkenbare idee dat apparaten stroom verbruiken, maar dat je dat alleen kunt berekenen als je vermogen en tijd samenneemt.
H1.2 Elektrische energie
deel 2
Beheersen
Deze slide heeft geen instructies
Leerdoelen
Na afloop van deze les beheers je:
de formule E = P × t en kan je hiermee berekenen hoeveel elektrische energie een apparaat gebruikt, zowel in joule en in kWh.
De gebruiker gaf meerdere doelen. Voor deze les is één overkoepelend doel gekozen dat het best de andere onderdelen verbindt: om met vermogen te rekenen moeten leerlingen ook weten waarin elektrische energie wordt omgezet en waarvan energieverbruik afhangt.
Wat is elektrische energie?
Elektrische energie is de energie die apparaten omzetten
Voor het energiegebruik heb je 2 dingen nodig:
- het vermogen van het apparaat
- de tijd dat het aanstaat
Meer vermogen of meer tijd betekent meer energieverbruik
Leg nadruk op het verschil tussen vermogen en energie: vermogen zegt hoe snel energie wordt omgezet; energie zegt hoeveel in totaal.
Vermogen en energie
Een apparaat van 1 watt zet elke seconde 1 joule energie om.
Daarom geldt:
1 W = 1 J/s
Een apparaat van 150 W gebruikt dus elke seconde 150 J.
In 60 s is dat:
60 × 150 J = 9000 J
Veel leerlingen halen W en J door elkaar. Benadruk: watt is per seconde, joule is de totale hoeveelheid energie.
De energieformule (herhaling)
De formule voor elektrische energie is:
E = P × t
Daarin is:
E de energie in joule (J)
P het vermogen in watt (W)
t de tijd in seconde (s)
De eenheden moeten goed bij elkaar passen.
Noem dat deze vorm gebruikt wordt als energie in joule moet worden berekend.
Rekenen met joule
Voorbeeld:
Een speaker heeft een vermogen van 0,25 W en staat 10 minuten aan. Berekening de hoeveelheid energie in Joule die omgezet wordt.
Wijs erop dat minuten eerst naar seconden moeten als je met watt en joule werkt.
Rekenen met joule
Antwoord:
Een speaker heeft een vermogen van 0,25 W en staat 10 minuten aan. Bereken de hoeveelheid energie die omgezet wordt.
Zet eerst om: 10 min = 600 s (dus omrekenen naar de juiste eenheid)
Gebruik de formule: E = P × t
E = 0,25 × 600 = 150 J
De speaker levert dus 150 joule energie.
Wijs erop dat minuten eerst naar seconden moeten als je met watt en joule werkt.
Vermogen berekenen
Je kunt de formule ook omdraaien als je het vermogen zoekt.
Voorbeeld:
energie: 60 000 J
tijd: 20 min = 1200 s
Wat is het vermogen?
Laat zien dat vermogen betekent: hoeveel energie per seconde wordt omgezet.
Vermogen berekenen
Je kunt de formule ook omdraaien als je het vermogen zoekt.
Antwoord:
energie: 60 000 J
tijd: 20 min = 1200 s
Wat is het vermogen?
P = E / t = 60 000 / 1200 = 50 W
Het apparaat heeft dus een vermogen van 50 W.
Laat zien dat vermogen betekent: hoeveel energie per seconde wordt omgezet.
Rekenen met kWh
De energiemeter thuis meet vaak in kilowattuur
kWh betekent: kilowatt × uur
Dus niet: kilowatt per uur
Je gebruikt dezelfde formule:
energie = vermogen × tijd
Benadruk het veelgemaakte misverstand: kWh is een eenheid van energie, niet van vermogen.
Wanneer gebruik je kWh?
Als je met kWh rekent, moeten de eenheden passen:
vermogen in kilowatt (kW)
tijd in uur (h)
energie in kilowattuur (kWh)
Je hoeft dan de tijd niet eerst om te rekenen naar seconden.
Koppel dit expliciet aan de eerdere formule in joule: zelfde formule, andere passende eenheden.
Voorbeeld met kWh
Een apparaat heeft een vermogen van 2500 W en staat 2 uur aan.
Bereken de hoeveelheid energie die omgezet wordt in kWh.
2500 W = 2,5 kW (omrekenen naar de juiste eenheid)
E = P × t
E = 2,5 × 2 = 5 kWh
Het apparaat verbruikt dus 5 kWh.
Noem dat omrekenen naar kilowatt nodig is vóór de berekening.
Joule en kWh omrekenen
Tussen joule en kWh geldt een vaste omrekening:
1 kWh = 3,6 miljoen J = 3,6 × 106 J
Daarmee kun je energie in beide eenheden met elkaar vergelijken.
In de natuurkunde is joule de officiële eenheid van energie.
Dit is een belangrijk controlemoment: kWh wordt in het dagelijks leven veel gebruikt, maar in natuurkunde blijft joule de SI-eenheid.
Energiegebruik per jaar
Op een energielabel staat vaak het verbruik in kWh per jaar
Dat is een schatting bij gemiddeld gebruik
Apparaten kunnen sterk verschillen in zuinigheid
Een zuinige koelkast gebruikt veel minder dan een onzuinige
Gebruik het voorbeeld uit de bron: koelkast met vriezer 125 kWh tegenover 475 kWh per jaar.
Zelf jaarverbruik schatten
Je kunt het jaarverbruik van een apparaat zelf bepalen:
schat hoeveel uur per jaar het apparaat aanstaat
zoek het vermogen op het apparaat
bereken de energie met E = P × t
Een andere manier is meten met een energiemeter en de meting omrekenen naar een jaar.
Noem dat je een weekmeting met 52 kunt vermenigvuldigen voor een schatting van het jaarverbruik.
Wat kost een apparaat?
Om kosten te berekenen werk je meestal met kWh:
kosten = aantal kWh × prijs per kWh
Als 1 kWh € 0,20 kost, dan kun je het verbruik direct omzetten naar geld.
Zo zie je welke apparaten echte energievreters zijn.
Verbind dit aan energiebesparing thuis: eerst kijken naar apparaten met hoog vermogen of lange gebruiksduur.
Voorbeeld: avondje gamen
Rekenvoorbeeld 3
Spelcomputer: 200 W
Scherm: 100 W
Samen is dat 300 W = 0,300 kW.
Bij 3 uur gamen:
E = 0,300 × 3 = 0,9 kWh
Kosten:
0,9 × € 0,20 = € 0,18
Laat leerlingen zien dat een concreet dagelijks voorbeeld met kleine bedragen toch op jaarbasis kan oplopen.
Van jaarverbruik naar tijd
Soms ken je het energieverbruik en het vermogen, en zoek je de tijd (rekenvoorbeeld 5)
Voorbeeld:
computer: 240 W = 0,24 kW
jaarverbruik: 180 kWh
t = E / P = 180 / 0,24 = 750 uur per jaar
per dag: 750 / 365 ≈ 2,1 uur
Benadruk dat de formule in alle richtingen bruikbaar is: E, P of t kunnen worden uitgerekend.
Grote en kleine getallen
micro (μ) = 0,000001
milli (m) = 0,001
kilo (k) = 1000
mega (M) = 1 000 000
giga (G) = 1 000 000 000
3 μA = 3 × 0,000001 A = 0,000003 A
2,5 MW = 2,5 × 1 000 000 W = 2 500 000 W
2500 W = 2,5 kW
Met deze voorvoegsels kun je grote en kleine waarden overzichtelijk opschrijven.
Beperk je hier tot de voorvoegsels die in de bron staan en die leerlingen nodig hebben voor W, kW en MW.
Belangrijke inzichten
Joule is de officiële eenheid van energie
kWh is ook een eenheid van energie
kWh betekent kilowatt keer uur
Voor energiegebruik geldt steeds: E = P × t
Let altijd goed op de juiste eenheden
Dit is de inhoudelijke samenvatting vóór de begrippenlijst. Hier kun je veelgemaakte fouten nog één keer benoemen.
Huiswerk
Leren H1.2
Maken oprachten 20, 23, 25, 28 en 30
Deze slide heeft geen instructies
Begrippenlijst
elektrische energie - energie die door elektrische apparaten wordt omgezet
vermogen - hoeveelheid energie die een apparaat per seconde omzet
watt (W) - eenheid van vermogen; 1 W = 1 J/s
joule (J) - officiële eenheid van energie
kilowatt (kW) - 1000 watt
kilowattuur (kWh) - eenheid van energie; kilowatt keer uur
energieformule - formule om energie te berekenen: E = P × t
Deze slide heeft geen instructies
Begrippenlijst
energiemeter - meter die het energieverbruik van een apparaat of huis meet
energielabel - label met informatie over het geschatte energiegebruik van een apparaat
jaargebruik - hoeveelheid energie die een apparaat in een jaar verbruikt
milli - voorvoegsel voor 0,001
micro - voorvoegsel voor 0,000001
mega - voorvoegsel voor 1 000 000
giga - voorvoegsel voor 1 000 000 000
Deze slide heeft geen instructies
