Energie: bronnen, omzettingen en rendement
Domein Energie: bronnen, omzettingen en rendement
Het examen vraagt hier naar energiebronnen, naar de keten van energieomzettingen in apparaten, en naar het rekenen met vermogen, energie en rendement.
Energiebronnen
Hernieuwbare bronnen vullen zichzelf aan binnen een mensenleven: zon, wind, water, biomassa en aardwarmte. Niet-hernieuwbare bronnen raken op: aardgas, steenkool en aardolie. Bij verbranding ontstaat warmte en CO2. Zonnecellen zetten licht direct om in elektrische energie; een dynamo zet beweging om in elektrische energie.
Vermogen en energie
Vermogen is energie per seconde: P = E / t, in watt (1 W = 1 J/s). Energie meet je in joule (J) of, bij apparaten thuis, in kilowattuur (kWh). 1 kWh = 3,6·10^6 J. Een apparaat van 1000 W dat één uur aanstaat, gebruikt 1 kWh. Reken bij P = E/t de tijd om naar seconden als je in joule wilt uitkomen.
Rendement
Geen enkel apparaat zet alle energie om in de nuttige vorm. De rest wordt warmte, en die warmte is bij een lamp of motor meestal verlies. Het rendement is η = (E nuttig / E totaal) × 100%. Een rendement boven 100% is onmogelijk; dat is een teken dat je verkeerd hebt gerekend.
Voorbeeld met redenering
Een waterkoker van 2000 W staat 3,0 minuten aan. De energie is E = P × t = 2000 × 180 = 360 000 J = 3,6·10^5 J. Van die energie komt 90% in het water terecht. Nuttig is dan 0,90 × 360 000 = 324 000 J; de rest, 36 000 J, gaat via de wand en de damp verloren. Let op de stappen: tijd in seconden, dan vermenigvuldigen, dan pas het percentage.
Valkuilen
- Uren invullen waar seconden nodig zijn.
- kW en kWh verwisselen: kW is vermogen, kWh is energie.
- 'Energie verdwijnt' schrijven; energie wordt omgezet, vaak in warmte.
- De verkeerde energie als 'nuttig' nemen bij het rendement.