2. Milieu

Samenvatting voor NaSk 1: Milieu en gezondheidseffecten

Milieu en gezondheidseffecten 

Met de manieren hoe we momenteel energie opwekken zijn er verschillende milieu- en gezondheidseffecten die kunnen optreden. We gaan nu degenen die jullie moeten kennen behandelen en doornemen. Let goed op, want er is een grote kans dat dit terug komt op jullie eindexamen. 

Luchtverontreiniging

De eerste die we gaan bespreken is luchtverontreiniging. Als we praten over luchtverontreiniging, dan hebben we het over schadelijke stoffen die we tegen komen in de lucht. Dit zijn bijvoorbeeld stikstofdioxide en zwaveldioxide. Hoe meer schadelijke stoffen, hoe slechter voor de gezondheid van de mensen, dieren en planten. Deze schadelijke stoffen kunnen zowel door de mens als door de natuur in de lucht terecht komen. Met een vulkaanuitbarsting komen er bijvoorbeeld veel schadelijke stoffen in de lucht, maar natuurlijk ook door onszelf, door de auto’s waarin we rijden, het vliegen met het vliegtuig en door de industrie. Deze stoffen in de lucht zijn schadelijk voor onze gezondheid. Zo krijgen mensen last van irritatie en beschadiging van de slijmvliezen, ogen en luchtwegen. 

Zure regen

De tweede die jullie moeten kennen is zure regen. De stoffen waar we het net over hebben gehad kunnen zorgen voor zure regen. Zure regen ontstaat als bijvoorbeeld stikstofdioxide of zwaveldioxide oplossen in de regenwolken. Hierdoor raakt de grond verzuurd, hetgeen weer schadelijk is voor zowel de landbouw als het milieu. 

Broeikaseffect

Gassen zoals koolstofdioxide (CO2) zorgen ervoor dat de warmte die van de aarde opstijgt vast gehouden wordt en binnen de atmosfeer blijft hangen. De zon verwarmt de aarde en de aarde neemt warmte op, maar kaatst warmte ook weer terug de atmosfeer in. Deze warmte blijft nu langer op de aarde hangen, door de hoeveelheid CO2 in de lucht. Daarom ook de naam broeikas; het is net als een tuinkas waar de warmte wordt binnen gehouden. Doordat wij als mensen veel fossiele brandstoffen gebruiken, versterken we dit effect. De aarde warmt langzaam op, en dit zorgt voor klimaatverandering en bijvoorbeeld smeltende ijskappen of het ontstaan van meer woestijn in Afrika. In het kort: het broeikaseffect ontstaat door koolstofdioxide in de lucht en zorgt ervoor dat de warmte niet meer de atmosfeer kan verlaten, maar juist wordt vastgehouden, waardoor de aarde opwarmt. 

Thermische verontreiniging

Als we spreken over thermische verontreiniging, gaat het over de vervuiling van water. Doordat er water afkomstig van industriële processen wordt geloosd in gewoon water zoals rivieren en meren, gaat de kwaliteit van het water er op achteruit. Logisch. Het water - afkomstig van deze industriële processen - zorgt ervoor dat het gewone water opwarmt. Dit heeft uiteraard ver gaande gevolgen voor de dieren die afhankelijk zijn van dit water. Thermische verontreiniging is simpel gezegd de verwarming van oppervlakte water door de lozing van water afkomstig uit industriële processen. 

Energievormen

Dan gaan we nu verder met het bespreken van verschillende vormen van energie. We behandelen in het kort bewegings-, zwaarte-, elektrische-, chemische-, warmte-, stralings-, kern- en veerenergie. Op je examen moet je deze kennen. 

Chemische energie

Als we over chemische energie spreken, dan bedoelen we de totale energie-inhoud van een stof. Deze energie is opgeslagen tussen de atomen van een stof. Chemische energie is dus opgeslagen in een stof en kan vrij komen als warmte energie of als stralingsenergie. Warmte energie is dus ook een vorm van energie. 

Elektrische energie

Als we het hebben over elektrische energie, dan hebben we het over voorwerpen die elektrisch geladen zijn. Op het voorwerp staat dus elektrische spanning. Deze energie is opgeslagen in een spanningsbron. Voorbeelden van een spanningsbron zijn een batterij, accu of bijvoorbeeld een dynamo. 

Stralingsenergie

Stralingsenergie is een bijzondere vorm van energie, omdat er geen direct contact aan te pas komt. Stralingsenergie is de energie die in elektromagnetische straling zit. Ieder object zendt als gevolg van zijn temperatuur warmtestraling uit: dit noemen we elektromagnetische straling. Dus als we spreken van stralingsenergie, dan bedoelen we de energie die vrijkomt vanuit de uitstoot van warmte. 

Kernenergie

Als we spreken van kernenergie, dan moeten veel mensen meteen denken aan Tsjernobyl. Toch is kernenergie een stuk minder schadelijk voor het milieu dan we vaak denken. Bij kernenergie wordt er in een kerncentrale een uraniumkern gesplitst. De vrij gekomen energie wordt opgevangen en kan gebruikt worden. Dit doen we in een kernreactor. 

Veerenergie

Veerenergie klinkt misschien een beetje gek, maar is heel simpel. Stel je een veer voor; zo een die weg schiet als je hem indrukt. De energie die je in een veer stopt als je hem indrukt of als je hem uit elkaar trekt, noemen we veerenergie.

Bewegingsenergie

Bewegingsenergie noemen we ook wel kinetische energie. Bewegingsenergie is de energie die een voorwerp heeft doordat hij beweegt; deze energie ontstaat zodra het voorwerp snelheid heeft. Op het eindexamen is het belangrijk dat jullie de bewegingsenergie kunnen berekenen. Om deze bewegingsenergie te berekenen hebben we de massa van het voorwerp in kg’s nodig: dit geven we aan met de m van massa. Ook heb je de snelheid van het voorwerp nodig: dit geven we aan met de letter v. V staat voor de snelheid in meters per seconde. De formule is als volgt:

Ebew = 0,5 keer de m van massa keer de v van snelheid in meters per seconde de v gaat dan in het kwadraat. Oftewel: Ebew = 0,5 x m x v²

Ebew staat dus voor de hoeveelheid kinetische energie. Ebew drukken we uit in Joule, dus als je de formule invult krijg je de bewegingsenergie in Joule. Laten we een oefenvraag samen doen. Een heipaal wordt de grond in geslagen met een heiblok. Het heiblok heeft een massa van 1500kg. Het heiblok raakt de paal met een snelheid van 4 meter per seconde. Hoe groot is de bewegingsenergie dan van het heiblok? 

We weten dat de massa 1500 is en dat we op de v 4, want 4 meter per seconde, moeten invullen. 

Ebew = 0,5 x 1500 x 4²

Ebew = 750 x 16 = 12000 dus Ebew is 12000 Joule. 

Probeer hier een paar oefenopdrachten mee te maken zodat je goed weet hoe het werkt op je eindexamen. Hetzelfde geldt voor de volgende energie vorm!

Zwaarte-energie

Zwaarte-energie is de energie die een voorwerp naar de aarde toe trekt door zwaartekracht. Ook om de zwaarte-energie te berekenen hebben we een formule die ik met jullie door wil nemen. Je berekent zwaarte-energie met de formule: Ez = m x g x h

Ez is hierbij de zwaarte-energie, en dat drukken we natuurlijk ook uit in Joule. De m kennen we nu wel; die staat voor massa. Er zitten ook twee nieuwe letters tussen die jullie moeten kennen. Met g bedoelen we de versnelling van het voorwerp doordat hij valt: dit noemen we valversnelling en drukken we uit in meter per seconde. De valversnelling op aarde is 9.807 meter per seconde, afgerond 10. De hoogte waarvan het voorwerp valt geven we aan met h. 

Laten we oefenen. Een steen valt vanaf 5 meter naar beneden de steen weegt 2.5 kg. Wat is dan de zwaarte-energie? 

Ez = 2.5 x 10 x 5

Ez = 25 x 5

Ez = 125 Joule

Wet van behoud van energie

We gaan verder met de wet van behoud van energie. De wet van behoud van energie is een natuurwet, of meer specifiek een behoudswet, die stelt dat de totale hoeveelheid energie in een geïsoleerd systeem te allen tijden constant blijft. Wel kun je energie in de ene vorm omzetten naar een andere vorm van energie. Dat noemen we energieomzetting. De hoeveelheid energie blijft behouden, dus de som van energieën blijft gelijk. Laten we een voorbeeld nemen. Je houdt een steen vast in je hand. Doordat de steen wordt aangetrokken door de zwaartekracht, heeft het zwaarte-energie. Als je de steen dan los laat, wordt de zwaarte-energie omgezet in bewegingsenergie. De totale som energie blijft hetzelfde. 

Rendement

Als we het hebben over energieomzetting, betekent dit niet dat deze energie altijd nuttig is. Neem een brandende lamp. De elektrische energie uit het stopcontact wordt omgezet in licht, stralingsenergie, maar ook in warmte. Van onze lamp hebben we eigenlijk geen warmte nodig. Dit noemen we dan verloren energie, al gaat deze energie natuurkundig gezien natuurlijk niet verloren. Het is alleen een energievorm die niet nuttig is. Het percentage van de energie die wel nuttig is, noemen we rendement. Rendement geven we aan met een soort letter n: ƞ. Dit noemen we Éta. Er zijn twee formules waarmee je het rendement kunt berekenen: de ene is met de totale omgezette energie in Watt en de andere met Joule. 

Ŋ staat dus voor het totale rendement in procenten. E_nuttig is de energie die nuttig wordt gebruikt in Joule of Watt. Als we het over Watt hebben, dan bedoelen we de hoeveelheid vermogen per tijdseenheid. Joule is de natuurkundige, internationale eenheid voor energie. E_in is de totale energie die wordt gebruikt in Joule of Watt.

Rendement in Joule = E_nuttig / E_in x 100%

Rendement in Watt = P_nuttig / P_in x 100%

Het stukje ‘nuttig’ gaat over de nuttig gebruikte energie, de P_in of de E_in gaat over de totale energie. Het rendement drukt dus uit in Watt of Joule hoeveel van de ingestopte energie ook daadwerkelijk nuttig gebruikt wordt. 

Laten we samen een oefenopdracht doen. Een koffiezetapparaat heeft een vermogen van 1000 w. Bij het zetten van koffie wordt 150 w nuttig gebruikt. Wat is dan het rendement van het koffiezetapparaat?

P_nuttig is dus 150 en P_in is 1000.

Dus 150 / 1000 = 0,15 x 100 = 15. Het koffiezetapparaat heeft dus een rendement van 15%.