Natuurkunde uitleg voor VWO 3 over energie (test)

1. Werk (of Arbeid)
De “moeite” die je moet doen om een proces te laten verlopen
Iets versnellen Iets optillen Iets vervormen

2. Energie
Dat wat nodig is om werk te verrichten
Chemische Energie
Iets
versnellen
Iets
vervormen
Iets
optillen

3. Er zijn veel verschillende soorten energie
Chemische energie
Bewegingsenergie
(kinetische energie)
Hoogte-energie
(potentiële energie)
Veerenergie
Elektrische energie
Lichtenergie
(straling)
Warmte Kernenergie

4. Wet van Behoud van Energie
Bij alle processen blijft de totale hoeveelheid energie gelijk
Energie kan niet Energie kan wél
verdwijnen worden gemaakt
Input
worden omgezet
Output
Omzetting

5. 1 cal =
De calorie (cal)
is de oudste eenheid die hoort bij de grootheid energie
1 g water
1 kcal = 1000 cal = 1 Cal
1 liter water, +1 ºC
1 calorie = 4,2 Joule
+1 ºC,

6. 1 J = 10 MJ =
De Joule (J)
is de SI-eenheid die hoort bij de grootheid energie
100 g
1 meter
Met 1 Joule kun je 100 gram
(Fz
= 1 N) 1 meter optillen
Met 10 MJ kun je een mens
24 uur laten leven

7. De soortelijke warmte (c)
van een materiaal geeft aan hoe moeilijk je het kan opwarmen
100 J
+25 ºC
+250 ºC
1 g water
grote c
kleine c
1 g koper

8. c
Soortelijke
warmte
[J / kg / K]
De energie (warmte) die nodig is om een bepaalde massa een
bepaald temperatuurverschil te geven, bereken je met behulp
van de soortelijke warmte
Q
Energie
[J]
m
Massa
[kg]
ΔT
Temperatuur-
verschil
[ºC of K]

9. Oplossingsstrategie in 5 stappen
Opdracht
In een klaslokaal zit 100
m3
lucht (c = 1,0 J/g/K).
Hoeveel Cal heb je nodig
om het lokaal 1ºC op te
warmen?
1. Gevraagd 2. Gegegeven
3. Kennis 5. Antwoord4. Oplossen
● Hoeveel energie is nodig voor
een temperatuurverschil van
1 ºC?
● Volume V = 100 m3
● Soortelijke warmte c = 1,0
J/g/K
● Q = m • c • ΔT
= 100•1000 g • 1,0 J/g/K • 1 K
= 105
J
= (105
/ 4200 ) Cal
= 24 Cal
● Je hebt 24 Cal nodig om het
lokaal 1ºC op te warmen
● 1 kg = 1000 g
● 1 m3
lucht = 1 kg = 1000 g
● Q = m • c • ΔT
● Δ1º C = Δ1K
● 1 Cal = 4200 J
Significantie?
Antwoord?
Logisch?
Eenheid?

10. Temperatuur
zegt iets over de snelheid waarmee moleculen bewegen
ºCGraden Celcius
-273
20
0
100
water
kookt
kamer-
temperatuur
water
bevriest
absolute
nulpunt
293
273
373
0
KKelvin
ΔT = 80 ºC ΔT = 80 K

11. kilowattuurkilowattuur1
1 •1000 J/s • 3600 s=
3,6•106
J/s • s=
3,6•106
J=
3,6 MJ=
De eenheid kilowattuur hoort bij de grootheid energie
3600000 J/s • s=
P = E / t
E = P • t

12. Uitleg
Opdracht maken
Vastlopen Klaar zijn
Informatie zoeken Nakijken
Niet
gevonden
Fout Goed
Nieuwe opdracht
kiezen
Gevonden
Uitleg vragen
Practice makes Perfect
Van afsnijden leer je niks

13. Oplossingsstrategie in 5 stappen
Opdracht
Een wasmachine moet 3,0 L
water in vijf minuten kunnen
verwarmen van 20 ºC tot 100
ºC. Bereken welk vermogen, in
MW, de verwarmings-
elementen minstens moeten
hebben.
1. Gevraagd 2. Gegegeven
3. Kennis 5. Antwoord4. Oplossen
● Wat is het vermogen van de
verwarmingselementen?
● V = 3,0 L
● t = 5 min = 300 s
● ΔT = 100 ºC - 20 ºC = 80 ºC
● P = Q / t
= (m • c • ΔT) / t
= (3000 g • 4,2 J/g/K • 80 ºC) /
300 s
= 1008000 J / 300 s
= 3360 J/s = 3360 W
= 0,00336 MW
● Het verwarmingselement
moet minstens 0,00336 MW
leveren
● P = E/t
● E = Q = m • c • ΔT
● 1 L water = 1000 g
● cwater
= 4,2 J/g/ºC
Significantie?
Antwoord?
Logisch?
Eenheid?

14. Het kost een bepaalde hoeveelheid energie om boven te komen
Vermogen (P)
De hoeveelheid energie (E) die per seconde wordt omgezet
E
Langzaam
Zet weinig energie per seconde om
Laag vermogen
Snel
Zet veel energie per seconde om
Hoog vermogen

15. Vermogen (P)
De hoeveelheid energie (E) die per seconde wordt omgezet
P
E
t
Vermogen
[J/s of W]
Energie
[J]
Tijd
[s]

16. Rendement (η)
Geeft aan welk percentage van de energie nuttig wordt gebruikt
Weinig nuttige energie Veel nuttige energie
Laag rendement Hoog rendement

17. η
Pnuttig
Ptotaal
of
Rendement (η)
Percentage van de energie of vermogen dat nuttig wordt gebruikt
η
Enuttig
Etotaal
Rendement
[%]
Nuttige of totale
energie
[J]
Rendement
[%]
Nuttig of totaal
vermogen
[J/s of W]

18. Waterstof Hout

19. Verbrandingswarmte
De hoeveelheid energie die vrijkomt bij verbranding van een stof
hout
15 MJ/kg
diesel
45 MJ/kg
waterstof
140 MJ/kg

20. E m sM
Vaste stof
Verbrandingswarmte
De hoeveelheid energie die vrijkomt
bij verbranding van een bepaalde massa of volume van een stof
Energie
[MJ]
of
E
Energie
[MJ]
V sV
Vloeistof of gas
Massa
[kg]
Verbrandings-
warmte
[MJ/kg]
Volume
[m3
]
Verbrandings-
warmte
[MJ/m3
]

21. Brandstof
Verbranden
Warmte
Stoommaken
Bewegende
lucht
Turbine
aandrijven
Bewegende
draai-as
Dynamo
aandrijven
Elektrische
energie
Energiecentrale

22. Oplossingsstrategie in 5 stappen
Opdracht
Hardlopen kost 500 W. Hoeveel
minuten lang moet je
hardlopen om de
energie-inhoud van een liter
cola (44 kcal per 100 mL) te
verbruiken?
1. Gevraagd 2. Gegegeven
3. Kennis 5. Antwoord4. Oplossen
● Wat is de tijd die je moet
hardlopen om een
hoeveelheid energie te
gebruiken?
● P = 500 W
● V = 1 L = 1000 mL
● SV
= 44 kcal per 100mL
= 0,44 kcal per mL
● t = E / P
= (V • SV
) / 500 W
= (1000 mL • 0,44 kcal/mL •
4200 J/kcal) / 500 W
= 1.848.000 J / 500 J/s
= 3696 s
= 62 minuten
● Je moet 62 minuten
hardlopen om de energie van
1 L cola te verbruiken
● E = P • t
○ t = E / P
● E = V • SV
● 1 kcal = 4200 J
Significantie?
Antwoord?
Logisch?
Eenheid?

23. Bij warmte-overdracht koelt één voorwerp af
om een ander voorwerp op te warmen
Het hout krijgt een
lagere temperatuur
door warmte over te
dragen aan de pot
De pot krijgt een
hogere temperatuur
door de warmte van
het hout
De omringende lucht
krijgt een hogere
temperatuur door de
warmte van het hout
(“warmteverlies”)

24. De hoeveelheid opgenomen warmte hangt af van de
afgestane warmte en het rendement
Qopgenomen
Opgenomen
warmte
[J]
Rendement van
overdracht
[%]
ηQafgestaan
Afgestane
warmte
[J]

25. Intensiteit
De hoeveelheid vermogen dat een oppervlak bereikt
Lage intensiteit Hoge intensiteit

26. I
P
A
Intensiteit
[W/m2
]
Vermogen
[W of J/s]
Oppervlak
[m2
]
Intensiteit
De hoeveelheid vermogen dat een oppervlak bereikt

27. De Aanbevolen Dagelijks Hoeveelheid (ADH) energie
verschilt per persoon
Gemiddeld voor volwassenen
2000 kcal 2500 kcal
Extra sporten vergroot de ADH
kcal per uur bron: Harvard Health Publications
1000800700
600500250

28. Onze organen delen de energie uit ons voedsel
Skeletspieren
(22%)
Brein
(20%)
Lever
(18%)
Hart
(9%)
Nieren
(8%)
Weefsel
(6%) Overig (19%)

29. Fossiele brandstof
Eindige voorraad chemische energie die gedurende miljoenen jaren
in de grond is opgeslagen uit plantaardig en dierlijk materiaal
Olie Aardgas Kolen

30. Duurzame energiebronnen
Vormen van energie die niet op kunnen raken en waarvan het gebruik
geen negatief effect heeft op de generaties na ons
Zonne-energie Windenergie Waterkrachtcentrale