In deze video met uitleg voor natuurkunde gaat we het hebben over energie en rendement. Eerst gaan we energie en vermogen bespreken. Daarna gaan we het hebben over rendement en hoe we dit kunnen berekenen. Tot slot behandelen we de energiekring in een huishouden. Hierbij bespreken we de belangrijke componenten in een stroomkring die de veiligheid in een huis garanderen, zoals zekeringen en schakelaars.
3. Energie, rendement en huishouden
Gegeven door:
Felix Kuyken
Beschrijving
Begrippen
Examenvragen
Elektrische energie
Energie die een voorwerp heeft dankzij haar elektrische lading. Vorm van potentiële energie.
kilowattuur
Eenheid van energie die vaak wordt gebruikt bij het rekenen met huidhoudelijke apparaten
Vermogen
Natuurkundige eenheid voor energie per tijdseenheid
Rendement
Percentage wat aangeeft hoeveel van de totale energie nuttig wordt gebruikt.
Aardlekschakelaar
Een automatisch werkende schakelaar die een elektrische installatie spanningsloos maakt zodra een lekstroom vanaf een bepaalde grootte optreedt.
Zekering
Metaaldraad in de stroomkring die bij overbelasting stroom onderbreekt.
De Nederlandse marine heeft een artikel uitgebracht over de energievoorziening van marineschepen. In dit artikel wordt de vergelijking gemaakt tussen het elektrisch energieverbruik van een marineschip en dat van huishoudens. Eén huishouden gebruikt per jaar gemiddeld 3,5∙103kWh . Het vrachtschip verbruikt ongeveer 3000 keer zoveel als een gemiddeld huishouden. Uit deze gegevens volgt dat het elektrisch vermogen van het marineschip 1,2∙106W is.
1.Toon dat aan met een berekening.
Op het marineschip wordt elektriciteit opgewekt met een dieselmotor. Deze motor verbrandt stookolie en drijft een generator aan. Het rendement van de dieselmotor is 35%. Het rendement van de generator is 80%.
Dus de verloop van energie is als volgt: Stookolie --> Dieselmotor (rendement 35%) --> Generator (rendement 80%) --> energie.
2.
Bereken het volume van de stookolie in m3 dat het schip per 24 uur gebruikt om elektriciteit op te wekken.
1.
Het vermogen wordt berekent met de formule P=E/t . We willen de energie per jaar weten en dan ook delen door een jaar tijd. Invullen geeft P=3000∗3,5∗103∗3600∗103/(3600∗24∗365)=1,2∗106W .
Hierin is de verminigvuldiging van 3000 het gevolg van het gegeven dan het schip ongeveer 3000 keer zoveel als een huishouden verbruikt. De vermenigvuldiging van 3600 en 103 is omdat het in kilowattuur staat. We willen eigenlijk naar Joule toe. Dus dan moeten we van kilowattuur naar wattseconde (want dat is hetzelfde als joule).
Vervolgens delen door het aantal seconden in een jaar.
2.
Dit is een lange vraag met veel rekenwerk. Laten we logisch beginnen. Het gaat om het volume wat in 24 uur wordt verbruikt. Een logische eerste stap is om te berekenen hoeveel energie de boot per 24 uur nodig heeft.
Dat berekenen we als volgt: E=P∗t=1,2∗106∗3600∗24=1,04∗1011J .
Deze energie werd opgewekt door een generator met een rendement 80%. Dat betekent dat deze 1.04*10^11J dus 80% is van de energie die in de generator ging. De totale energie in de generator is dan 1,04∗1011/80∗100=1,3∗1011J .
Dit was op zijn beurt weer 35% van de energie die in de dieselmotor ging. Deze totale energie is vergelijkbaar te berekenen met 1,3∗1011/80∗100=3,7∗1011J .
Dit is de totale energie die de stookolie moet opwekken. Nu resteert het laatste onderdeel waarin we de stookwaarde van de brandstof opzoeken en gebruiken om het volume te berekenen.
Estookolie=rv∗V−−>V=Estookolie/rv=3,7∗1011/(40∗109)=9,3m3 .
Hierin is de waarde van rv=40∗109 opgezocht in de BiNaS.
E1: Gebruik van elektriciteit
1. Lading, Spanning en Stroomsterkte
2. Weerstand en schakelingen
3. Energie, rendement en huishouden
4. Theorie van elektriciteit
5. Theorie van weerstand
6. Oefenopgave: een waterkoker
7. Oefenopgave: een batterij
8. Oefenopgave: serie en parallelschakeling
9. Oefenopgave: twee lampjes
10. Oefenopgave: weerstand van een draad
11. Oefenopgave: een schuifweerstand
12. Oefenopgave: speciale weerstand
13. Oefenopgave: een schuifweerstand
