NA - H3 & 2.1 + 2.2 - TW2

Energie en apparaten

Een energiebron is alles wat bruikbare energie kan leveren. Er zijn 7 soorten energie: warmte, elektrische energie, bewegingsenergie, stralingsenergie, chemische energie, kernenergie en zwaarte-energie.

We gebruiken de volgende energiebronnen in Nederland:

• Fossiele brandstoffen: chemische energie uit aardolie, steenkool, enz.

• Biomassa: chemische energie uit biologisch afval (dode takken, bladeren)

• Windenergie: bewegingsenergie door de wind

• Kernenergie: energie door het splijten van atomen

• Zonne-energie: stralingsenergie. Een zonnecollector gebruikt zonne-energie voor warmte, en een zonnecel voor elektriciteit.

• Aardwarmte: warmte vanuit de aarde. Warm water wordt omhoog gepompt, waarna het via een warmtewisselaar ander water opwarmt.

Een apparaat zet energie om in (een) andere vorm(en). In een energiestroomdiagram laat zien in welke vorm(en) energie wordt omgezet, zoals het energiestroomdiagram hiernaast van een lamp. De totale hoeveelheid energie veranderd na een energieomzetting niet: de wet van behoud van energie. De kwaliteit van energie kan wel veranderen.

De energietransitie en windmolens

Doordat er steeds meer broeikasgassen in de lucht zitten, warmt de aarde op. Veel van deze broeikasgassen zitten in de lucht door het gebruik van fossiele brandstoffen. Daarom moeten we overstappen naar andere energiebronnen: de energietransitie. Het nieuwe energiesysteem moet aan 4 kenmerken voldoen: fossiele brandstoffen vervangen, energiegebruik beperken, energie opslaan en energie lokaal produceren.

In een windturbine wordt bewegingsenergie uit de wind, omgezet in elektrische energie. Je kunt het vermogen van een windturbine bepalen met de formule hiernaast.

Soortelijke warmte

De soortelijke warmte is de hoeveelheid energie die nodig is om 1 gram van een materiaal 1 °C te verwarmen. De soortelijke warmte van water is 4,2 J/g/°C.

Met een calorimeter kun je de soortelijke warmte van een stof bepalen.

Isolatie en warmtetransport

Warmte wordt uitgewisseld op 3 manieren: geleiding, stroming en straling.

Geleiding vindt plaats als 2 materialen elkaar direct aanraken. Stroming (of convectie) vindt plaats in vloeistoffen en gassen. Als deze warmer worden, zetten ze uit, waardoor het gaat stromen. Straling vindt plaats omdat elk voorwerp constant infrarode straling uitzendt.

Warmte gaat altijd van een plek met een hoge temperatuur naar een plek met een lage.

Bij een dynamisch evenwicht verandert de toestand van een systeem niet, maar er gaan wel steeds “dingen” in en uit. Een huis verliest constant warmte, maar hij produceert ook constant warmte. Hierdoor blijft de temperatuur binnen ongeveer hetzelfde. Door goed te isoleren, kun je warmteverlies tegengaan.

Het warmteverlies per seconde is de warmtestroom. Dit meet je in watt (hetzelfde als joule per seconde). De warmtegeleidingscoëfficiënt laat zien hoe goed de oppervlakte geïsoleerd is.

Rendement

Om energie te besparen kun je zorgen dat apparaten een lager vermogen hebben, en je kunt ze korter gebruiken. Het percentage van de totale energie die nuttig wordt gebruikt, is het rendement. De nuttige energie is alle energie die wordt “goed” wordt gebruikt, dus stralingsenergie bij een lamp, en bewegingsenergie bij een ventilator. De totale energie is alle energie die het apparaat omzet. Je kunt het rendement ook berekenen met het nuttige vermogen en het totale vermogen.

De stookwaarde van een brandstof geeft aan hoeveel energie er vrijkomt als je 1 m³ van de brandstof verbrandt. Aardgas in Nederland heeft een stookwaarde van 32 MJ/m³.

Krachten en soorten

De massa van een voorwerp geeft aan uit hoeveel stof het object bestaat. Het gewicht is de kracht waarmee een voorwerp op de grond staat.

Een kracht heeft 3 effecten op een voorwerp: het kan de snelheid aanpassen, de richting van de snelheid aanpassen en de vorm aanpassen. Een vervorming kan elastisch (niet blijvend) of plastisch (wel blijvend).

Een kracht heeft altijd een bepaalde grootte, richting en aangrijpingspunt. Het aangrijpingspunt is het punt waar de kracht op het voorwerp werkt.

Er zijn verschillende soorten krachten:

• F_spier: spierkracht; alle krachten gemaakt door spieren

• F_v: veerkracht; alle krachten door veerachtig materiaal

• F_span: spankracht; alle krachten bij het trekken aan kabels en touwen

• F_z: zwaartekracht; kracht die alles naar beneden trekt

• F_mag: magnetische kracht; krachten tussen magneten

• F_n: normaalkracht; kracht die loodrecht vanuit een oppervlakte op een voorwerp werkt

Zwaartekracht en -punt

De zwaartekracht kun je berekenen met de formule hiernaast. De g-waarde op aarde is 9,81 N/kg.

Het aangrijpingspunt van de zwaartekracht is altijd het zwaartepunt: het punt met de gemiddelde massa.

Krachten kun je tekenen met behulp van een vector (een pijl). De lengte van de pijl geeft aan hoe groot de kracht is, de richting van de pijl geeft de richting van de kracht aan, en het beginpunt geeft het aangrijpingspunt aan. Een krachtenschaal bepaalt de lengte van de pijl, zoals 1 cm ≙ 5 N (1 cm komt overeen met 5 N).

Evenwicht en veerkracht

Als krachten in evenwicht zijn, gebeurt er niets, zoals in de afbeelding hiernaast.

De veerconstante geeft aan hoeveel newton de veer levert bij elke meter uitrekking. De uitrekking is het aantal meter dat de veer uitrekt, tegenover de nulstand.

De resultante is de optelsom van alle krachten samen. Als de krachten in evenwicht zijn, is de resultante 0 N.