Natuurkunde: energie, rendement en transport
Het natuurkundedeel van NLT toetst of je energie- en transportprocessen kwantitatief kunt analyseren in een technische context: rendement, warmtepompen, elektrische schakelingen, krachten en trillingen. Je werkt vaak met een systeemgrens: wat gaat erin, wat komt er nuttig uit, en waar verdwijnt de rest?
Energie en rendement
- Behoud van energie: E_in = E_nuttig + E_verlies, met η = E_nuttig/E_in (maal 100%).
- Warmtepomp: COP = Q_afgegeven / W_elektrisch. Bij verwarmen is de COP altijd groter dan 1; een COP van 3,6 betekent 3,6 kWh warmte per kWh stroom.
- De COP hangt sterk af van het temperatuurverschil ΔT tussen bron en afgifte: hoe groter ΔT, hoe lager de COP.
- In serie is de stroom overal gelijk; parallel is de spanning overal gelijk.
Uitgewerkt voorbeeld
Een woning verliest continu 9,0 kW warmte bij ΔT = 20 K. Een warmtepomp met COP = 3,6 moet dat leveren. Het elektrisch vermogen is P_el = Q/COP = 9,0/3,6 = 2,5 kW. Een cv-ketel met η = 0,90 zou 9,0/0,90 = 10 kW aan gasvermogen vragen. De besparing in primaire energie is dus een factor 4. Zakt de buitentemperatuur en daalt de COP naar 2,0, dan wordt P_el = 4,5 kW: bijna een verdubbeling van het elektrisch vermogen. De conclusie uit de eerste berekening geldt dus alleen bij die specifieke omstandigheden.
Valkuilen
- kW (vermogen) en kWh (energie) verwisselen.
- Een rendement boven 100% rapporteren doordat je de verliezen bij E_nuttig optelt.
- De COP als constante behandelen bij wisselende temperaturen.
- Tussenantwoorden te ver afronden; rond pas aan het eind af op het juiste aantal significante cijfers.