Thema: Elektriciteit - kopie 1

Elektriciteit

Leerdoelen

Opwekking:

  • Je kunt de volgende energiesoorten beschrijven: bewegingsenergie, zwaarte-energie, kernenergie, elektrische energie, chemische energie, warmte, licht en straling.
  • Je kunt in alledaagse situaties energieomzettingen herkennen. Ook kun je drie voorbeelden van energieomzettingen noemen.
  • Je kunt de volgende energiebronnen beschrijven: brandstoffen (kolen, olie, gas, hout, biomassa), water(kracht), wind en zon.
  • Je kunt uitleggen dat in een elektriciteitscentrale bewegingsenergie wordt omgezet in elektrische energie d.m.v. een dynamo bestaande uit een magneet en een spoel.


Transport:

  • Je kunt uitleggen dat elektrische energie door elektriciteitsleidingen wordt getransporteerd van de elektriciteitscentrale naar het stopcontact. Je kunt uitleggen dat een transformator bestaande uit twee spoelen hierbij de hoogspanning transformeert naar de benodigde spanning voor gebruik in huis.
  • Je kunt uitleggen dat zekering en aardlekschakelaar een elektrische huisinstallatie beveiligen. Je kunt uitleggen dat de zekering beschermt tegen doorbranden en overbelasting en dat de aardlekschakelaar beschermt tegen lekstroom. Je kunt uitleggen dat te veel elektrische stroom door het lichaam kan leiden tot elektrocutie.
  • Je kunt het verband tussen stroomsterkte en spanning met het waterkraanmodel beschrijven.
  • Je kunt het verschil tussen een serie- en parallelschakeling m.b.v. een plaatje visueel beschrijven.
  • Je kunt benoemen dat de spanning gemeten wordt met een voltmeter en de stroomsterkte met een ampèremeter.


Opslag:

  • Je kunt uitleggen dat een batterij chemische energie omzet in elektrische energie.
  • Je kunt benoemen dat geleiders stroom geleiden en dat isolatoren geen stroom geleiden.


Verbruik:

  • Je kunt aan de hand van de energielabels aangeven welk apparaat het minste energie verbruikt.
  • Je kunt energiegebruik beschrijven als product van vermogen en tijd, en vermogen als product van stroomsterkte en spanning.

Inleiding

Dity is een aangepast thema van John.

Elektriciteit. Je gebruikt het elke dag. Zonder elektriciteit zou je leven koud, stil en donker zijn.

In dit thema leer je wat er allemaal komt kijken tot het uit het stopcontact en in de batterij van je smartphone stroomt. Van opwekking tot transport tot verbruik.

Mindmap

Maak een mindmap over elektriciteit.
Groepeer in opwekking, transport, opslag en verbruik.

Gereedschapskist: Mindmap maken

Tip!
Heb je hulp nodig?
Maak eventueel gebruik van de volgende begrippen:

Elektriciteitscentrale, brandstoffen, gas, energie, omzetten, beweging, olie, kolen, stroom, hoogspanning, transformator, dynamo, batterij, telefoon, e-bike, verbranding, rendement, vermogen, rekening, spanning, weerstand, stopcontact, meterkast, zekering, aardlekschakelaar, energielabel.

Logboek Google drive

Afbeeldingsresultaat voor google drive logoBinnen het dit thema maken we gebruik van een logboek. Dit logboek is als Googledocument beschikbaar.

De opdrachten in het logboek maak je in tweetallen.

Om het logboek in te kunnen vullen, maak je een kopie van het Googledocument en plaats je het in je eigen Google-omgeving. Aan het eind van het thema deel je het logboek met je docent.

Ga naar: Logboek 'Elektriciteit' - Googledoc

Planning

Het thema ‘Elektriciteit’ bestaat uit de volgende onderdelen:

Onderdeel Tijd in uren
Inleiding 1
Opwekking 6
Transport 2 à 3
Opslag 3 à 4
Verbuik 2 à 3
Afsluiting 1
Totaal 15 à 18

 

Opwekking

Inleiding

Ik ben Michael Faraday. Mijn ontdekkingen hebben als basis gediend voor onze energiehuishouding. Ik ben beroemd geworden met onderzoek naar het verband tussen elektriciteit en magnetisme. Dankzij dit verband is de wereld niet meer de koude, stille en donkere plek die ze ooit was.

Al in de Griekse oudheid werden waarnemingen op het gebied van elektriciteit gedaan. Barnsteen bleek in staat om veertjes en blaadjes aan te trekken. Dit is vergelijkbaar met wat er gebeurt als je je trui uitdoet en dat je haar eraan blijft plakken en wordt statische elektriciteit genoemd. Latere onderzoekers ontdekten dat er twee soorten leken te zijn: aantrekking en afstoting, en dat elektriciteit leek te kunnen stromen.

Dezelfde Grieken beschreven ook magnetische verschijnselen. Bepaalde materialen konden metalen aantrekken. Latere onderzoekers ontdekten dat de aarde als een grote magneet werkt.

Mijn collega André-Marie Ampère (1775-1836) ontdekte dat een stroom lading, een kompasje kon beïnvloeden. Ik liet zien dat het omgekeerde ook het geval bleek te zijn! Een bewegende magneet kan een elektrische stroom veroorzaken. Zo kan beweging (van de magneet) dus omgezet worden in elektriciteit!

Dit verband tussen elektriciteit en magnetisme wordt elektromagnetisme genoemd en dit is een belangrijk principe dat de basis is van onze energiehuishouding. Maar hoe werkt het precies? Kijk je mee?

Wil je meer weten?
Bekijk dan de volgende filmpjes.

Waarnemen

Je kunt het je bijna niet voorstellen, maar in 2016 hadden 1,2 miljard mensen geen toegang tot een elektriciteitsnet.

Help ze om zelf elektriciteit op te wekken.

Ontwerp een apparaat waarmee je met spierkracht, windenergie, waterkracht of een andere veel voorradige vorm van energie in 3ewereldlanden, elektriciteit kunt opwekken. Daarbij neem je waar hoe beweging wordt omgezet in elektriciteit.

Gebruik de ontwerpcyclus.

Maak de opdrachten in het Logboek.

Verklaren

Maak de volgende vragen:

Theorie

Energie komt in verschillende vormen voor.

Voorbeelden van energiesoorten zijn:

  • warmte
  • elektrische energie
  • stralingsenergie
  • bewegingsenergie
  • chemische energie.
  • Zwaarte-energie
  • kernenergie

Bij het opwekken van energie maak je gebruik van verschillende bronnen van energie. Als voorbeelden zou je kunnen noemen, de wind, de zon, fossiele brandstoffen zoals olie, aardgas en steenkool. Wat ook energiebronnen zijn en waar je niet zo snel aan denkt is voedsel, brandend hout, uranium en magneten.

Bij veel processen wordt energie omgezet.

Voorbeelden:

  • Een lamp bijvoorbeeld zet elektrische energie om in warmte en licht (stralingsenergie).
  • In een windturbine wordt windenergie via bewegingsenergie van de wieken omgezet in elektrische energie.
  • In een accu wordt bewegingsenergie omgezet in chemische energie.
  • In een elektromotor wordt de elektrische energie omgezet in arbeid en warmte.

Een elektriciteitscentrale is in feite een hele grote dynamo en werkt dankzij het principe van elektromagnetisme. Door een spoel om een magneet te laten bewegen wordt een stroom opgewekt.

Verwerken

Transport

Inleiding

Ik ben Nikola Tesla. Ik emigreerde in 1884 naar Amerika en kreeg daar in New York een baan aangeboren bij het bedrijf van Edison. Edison ken je wellicht als de bedenker van de gloeilamp. Dit was een tijd van zeer spannende ontwikkelingen. We stonden aan voet van een revolutie met een nieuwe krachtbron: elektriciteit.

Elektriciteit leek het antwoord op alles. Met elektriciteit konden we onze huizen en steden verlichten, ons zware werk doen en over grote afstanden communiceren. Een hoop moest echter nog uitgezocht worden. Hoe moest deze krachtbron veilig vervoerd worden, bijvoorbeeld?

Edison en zijn bedrijf General Electric gebruikten gelijkstroom als basis voor de elektriciteitsvoorziening. Westinghouse, een andere Amerikaan, gebruikte wisselstroom als basis. Ik (Tesla) werkte inmiddels niet meer voor Edison maar voor Westinghouse. Dankzij mijn uitvindingen bleek wisselstroom een beter en veiliger systeem te zijn en won Westinghouse deze “War of the currents”.

Eén van de uitvindingen die ik deed, was die van de transformator. Deze transformator is cruciaal in het transporteren van elektriciteit van centrales naar onze woningen. Hoe dat precies zit bekijken we in deze paragraaf.

Waarnemen

In het vorige deel heb je geleerd dat je m.b.v. een magneet en een spoel, stroom kunt opwekken. Dit is de basis voor onze gehele elektriciteitsvoorziening. Een elektriciteitscentrale is in feite een hele grote dynamo. Maar hoe wordt deze stroom nou getransporteerd tot het stopcontact thuis?

Bekijk de volgende filmpjes:

 

Opdracht
Vat de filmpjes in eigen woorden samen. Besteed hier ongeveer een drie kwartier aan.

Kijk thuis naar de meterkast. Maak een foto van de aardlekschakelaar en de zekeringen.
Vraag aan je ouders wat de functie hiervan is.

TIP!
Wil je meer weten over de werking van de transformator?
Bekijk dan het volgende filmpje:
 

Wil je meer weten over elektriciteit?
Bekijk dan het volgende filmpje. De eerste zes minuten zijn zeer de moeite waard.
 

Verklaren

Theorie

Voor het transport van elektriciteit gebruik je transformatoren.
Een transformator zet een hoge spanning om in een lage spanning of omgekeerd. Een transformator bestaat uit twee spoelen met een verschillend aantal windingen. Een transformator wordt gebruikt om de hoogspanning die van de elektriciteitscentrale komt, om te zetten in laagspanning voor gebruik in huis.

Bij overbelasting gaat er te veel stroom door de huisinstallatie. Bijvoorbeeld omdat er te veel elektrische apparaten worden gebruikt. Overbelasting kan brandgevaar opleveren doordat de elektriciteitsdraden te warm worden. De zekering in de meterkast reageert bij overbelasting en zorgt voor onderbreking van de stroom.

Het kan ook voorkomen dat er kortsluiting ontstaat. Dit gebeurt bijvoorbeeld als je beide gaten van het stopcontact direct met elkaar verbindt. Gelukkig schakelt de zekering in de meterkast dan direct de stroom uit.

Een aardlekschakelaar meet de ingaande stroom en de uitgaande stroom in huis. Is die niet even groot dan is er sprake van lekstroom. Dan zorgt de aardlekschakelaar dat de stroom wordt uitgeschakeld.

Elektrocutie betekent dat het menselijk lichaam in aanraking komt met stroom. Een klein beetje stroom voelen wij niet of nauwelijks. Maar hogere stromen kunnen leiden tot ademhalingsproblemen, verbranding en ernstige hartritmestoornissen.

Apparaten kun je in serie zetten of parallel aansluiten.

In deze serieschakeling zijn de lampjes in dezelfde stroomkring opgenomen.
In deze parallelschakeling heeft elk lampje zijn eigen stroomkring. Huishoudelijke apparaten zijn parallel geschakeld.

De apparaten kun je onafhankelijk van elkaar bedienen. Zou je de apparaten in serie schakelen, dan gaat alles uit als je één van de apparaten uitzet.

De spanning meet je met een voltmeter.
Het symbool van spanning is U.
De eenheid van spanning is volt (V).
De stroom meet je met een ampèremeter.
Het symbool van stroom is I.
De eenheid van stroom is ampère (A).

 

Verwerken

Opslag

Inleiding

Ik ben Alessandro Volta en woonde en werkte in Italië in de 18e eeuw. In mijn leven stond de studie naar elektriciteit nog in de kinderschoenen. Van elektromagnetisme had nog nooit iemand gehoord en we waren nog lang niet zo ver dat we elektriciteit konden benutten om ons zware werk te doen.

Sterker nog, elektriciteit was in mijn tijd nog een erg ongrijpbaar fenomeen. We kenden alleen de statische elektriciteit: elektriciteit die ontstaat als voorwerpen gewreven worden.

Daar heb ik verandering in gebracht. Dankzij mijn ontdekking hadden we voor het eerst de beschikking over een continue elektrische stroom. Ik ontdekte de batterij!

Mijn collega Luigi Galvani had ontdekt dat de poten van een dode kikker gingen trillen als ze in contact kwamen met twee verschillende metalen. Hij dacht dat elektriciteit een biologisch verschijnsel was en werd opgewekt in spieren. Ik toonde aan dat elektriciteit niet in de spieren werd opgewekt, maar ontstond in contact met twee verschillende metalen. Ik liet dit zien door een stapel te bouwen met afwisselend koperen en zinken platen met tussen de platen steeds een zoute oplossing. Wat bleek: deze zuil genereerde stroom! En daar kwam geen kikkerpoot aan te pas.

Voor het eerst beschikten we over een continue spanningsbron: mijn ‘batterij’. Dit opende onmiddellijk een nieuw onderzoeksveld, die van de elektrochemie. Door zo’n batterij aan water aan te sluiten werd ontdekt dat water bestaat uit twee verschillende gassen! In korte tijd werden tientallen nieuwe elementen ontdekt en werd ontdekt dat stroom ‘in’ atomen zit. Sterker nog, dat de elektrische krachten atomen bij elkaar houden.

En dit allemaal dankzij de batterij.

Waarnemen

Eerder in dit thema heb je een dynamo gemaakt. Dankzij deze dynamo kun je elektriciteit opwekken met bijvoorbeeld spierkracht, waterkracht of zonnekracht.

Stel nu dat er even geen zonne-energie of windenergie voorradig is. En je bent te lui om met spierkracht elektriciteit op te wekken. Hoe moet je dan je mobiel opladen?

Ontwerpopdracht:

Ontwerp iets dat chemische energie omzet in elektrische energie. Ontwerp een batterij.
Je doorloopt hierbij weer de ontwerpcyclus.
Maak de opdrachten in het Logboek.

TIP!

Volta zijn manier: met koper en zink:
Zelf een batterij maken - www.sciencespace.nl

 

Met een citroen:

 

Vuurtje stoken:

 

Nog vier mogelijkheden:
Make a homemade battery - www.wikihow.com

 

Verklaren

Theorie

Elektriciteit wordt geleverd door een elektriciteitsbron of spanningsbron.

Voorbeelden van spanningsbronnen zijn:

  • een batterij
  • een dynamo
  • een zonnecel
  • een elektriciteitscentrale

In een dynamo wordt bewegingsenergie omgezet in elektrische energie. In een zonnecel wordt lichtenergie omgezet in elektrische energie. In een batterij wordt chemische energie omgezet in elektrische energie.
Een herlaadbare batterij gebruik je voor de opslag van energie.

Elektriciteitsdraden zijn meestal van koper gemaakt. Koper is een goede geleider voor elektrische stroom, dat wil zeggen dat koper een stof is die de elektrische stroom goed doorgeeft.
Ook andere metalen zijn goede geleiders.

Hout is geen goede geleider. Hout laat de stroom slecht door.
Je noemt hout een isolator. Andere isolatoren zijn plastics, glas, textiel.

Verwerken

Verbruik

Inleiding

Ik ben Wubbo Ockels. Ik ben geboren in Almelo en maakte als eerste Nederlander een vlucht door de ruimte. De aanblik van de aarde vanuit de ruimte heeft van mij een ander mens gemaakt. Om vanuit de koude ruimte onze aarde te zien… Zo fragiel en moederziel alleen in de kosmos, beschermd door slechts een flinterdunne atmosfeer.

In mijn latere leven heb ik mij dan ook voor onze aarde ingezet. Ik ontwierp bijvoorbeeld de superbus, een duurzaam elektrisch voortbewogen voortuig die een topsnelheid van 250 km per uur kan bereiken. Ook bouwde ik zelf een duurzame zeilboot waarmee ik wilde laten zien dat luxe en duurzaamheid elkaar niet uitsluiten.

Gelukkig gebeurt er meer op het gebied van duurzaamheid. Eén initiatief is het zogenaamde “energielabel”. Op dit label is te zien hoe zuinig elektrische apparaten zijn. Dankzij dit energielabel kunnen we bewustere keuzes maken tussen diverse apparaten. Welke keuze maak jij?

Waarnemen

Waarnemen doe je door een aantal opdrachten over energielabels te maken.
Deze opdrachten vind je in het Logboek.
 

Laat je logboek beoordelen door je docent.

Verklaren

Samenvatting
Maak een samenvatting waarin in ieder geval de volgende punten terugkomen:

  • Wat is een energielabel?
  • Waar is het voor?
  • Wat voor informatie staat erop?
  • Wat betekent energieverbruik?
  • Hoe kun je het energieverbruik uitrekenen. Geef een voorbeeld.

Wat kun je met zo’n label? Geef een voorbeeld.

Theorie

Op veel elektrische apparaten zit het energielabel. Dat laat in een oogopslag zien of het apparaat zuinig is met energie. Eén van de dingen die op het energielabel vermeld wordt is het verwachtte energiegebruik per jaar. Dit wordt weergegeven als kWh/annum.

Met het vermogen en de tijd dan kun je het energieverbruik uitrekenen: energieverbruik = vermogen x tijd

De hoeveelheid energie die het apparaat in één seconde omzet, noem je het vermogen. Het vermogen van een apparaat zegt dus iets over het energieverbruik van het apparaat. Het vermogen staat altijd op het typeplaatje vermeld.

  • Het symbool voor energie is de letter E.
    De eenheid van energie is Joule (J) of kiloJoule (kJ).
    1 kJ = 1000 J.
  • Het symbool voor vermogen is de letter P (van het Engelse Power).
    De eenheid van vermogen is Watt (W) of kiloWatt (kW).
    Eén Watt staat gelijk aan één Joule per seconde.
    1 kW = 1000 W

Bekijk een rekenvoorbeeld met het energieverbruik

Vraag:
Een stofzuiger heeft een vermogen van 1200 W. Je stofzuigt twee uur lang. Hoeveel energie heeft de stofzuiger verbruikt?

Antwoord:
Het energieverbruik kun je uitrekenen met de formule: energieverbruik = vermogen x tijd.

Het vermogen van de stofzuiger is 1200 W. Dat staat gelijk aan 1,2 kW.

Het energieverbruik in die twee uur is dan 1,2 x 2 = 2,4 kWh.

Er wordt dus in totaal 2,4 kWh verbruikt.


Het vermogen van een elektrisch apparaat kun je berekenen als je de spanning en de stroomsterkte weet:

Vermogen = spanning x stroomsterkte.

P = U x I

In de formules is:
P het vermogen in Watt (W), U de spanning in Volt (V) en I de stroomsterkte in Ampère (A).

Bekijk een rekenvoorbeeld met het vermogen

Vraag:
Een wasmachine werkt op een spanning van 230 V en een stroomsterkte van 11 A. Wat is het vermogen van deze wasmachine?

Antwoord:
Het vermogen kun je uitrekenen met de formule:
Vermogen = spanning x stroomsterkte.

De spanning van de wasmachine is 230 V. De stroomsterkte is 11 A.

Het vermogen is dan 230 x 11 = 2700 W.

Verwerken

Afsluiting

Samenvatten

Toets:Opwekking - Samenvatten

Toets:Transport - Samenvatten

Toets:Opslag - Samenvatten

Toets:Verbruik - Samenvatten

Evalueren

Oefentoets

  • Het arrangement Thema: Elektriciteit - kopie 1 is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Lex van den Nieuwenhuizen
    Laatst gewijzigd
    11-09-2018 17:07:44
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Leerniveau
    VMBO gemengde leerweg, 3; VMBO theoretische leerweg, 4; VMBO theoretische leerweg, 3; VMBO gemengde leerweg, 4;
    Leerinhoud en doelen
    Natuurkunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    18 uur 0 minuten

    Bronnen

    Bron Type
    https://youtu.be/WGuFofNF1Pk?rel=0
    https://youtu.be/WGuFofNF1Pk?rel=0     		Video

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    VO-content NaSk. (2025).

    Thema 2: Elektriciteit

    https://maken.wikiwijs.nl/121430/Thema_2__Elektriciteit

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    Oefeningen en toetsen

    Opwekking - Verklaren

    Opwekking - Verwerken

    Transport - Verklaren

    Transport - Verwerken

    Opslag - Verklaren

    Opslag - Verwerken

    Verbruik - Verwerken

    Opwekking - Samenvatten

    Transport - Samenvatten

    Opslag - Samenvatten

    Verbruik - Samenvatten

    Evaluaren

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    QTI

    Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat alle informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen punten, etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.

    Versie 2.1 (NL)

    Versie 3.0 bèta

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Wikiwijs is een dienst van