Leerpad elektrisch energie en vermogen
In dit leerpad kom je meer te weten over elektrische energie, elektrisch verbruik en vermogen.
Vul tijdens het doorlopen van dit leerpad de cursus p. 43 tot 58 aan. Je wordt hierbij ondersteunt door extra informatie en beeldfragementen.
Elektrische toestellen
Inleiding
Met elektrische energie zetten we elektrische toestellen aan het werk om andere vormen van energie te produceren zoals bewegingsenergie (ook wel kinetische energie genoemd), lichtenergie, chemische energie, geluidenergie ...
Naast deze vormen van energie wordt vaak ook warmte geproduceerd.
Voorbeeld - De elektrische boormachine
Door het aansluiten van een elektrische boormachine op het elektriciteitsnet zal deze beginnen draaien en kunnen we een gat boren in een stenen muur. Op dat ogenblik levert de boormachine voor ons, mensen, arbeid. Om deze arbeid te kunnen leveren, verbruikt de boormachine elektrische energie die omgezet wordt in bewegingsenergie en warmte.
Opdracht
Vul met deze informatie paragraaf 6.1 op p. 43-44 in de cursus zelf aan.
Elektrische energie of elektrisch verbruik
Inleiding
Bekijk onderstaand beeldfragement.
Meer of minder licht? Over het verbruik van energie
Wat is elektrische energie?
Elektrische energie is de energie die door een elektrisch toestel omgezet wordt in een andere vorm van energie. Het is eveneens de arbeid die door dat toestel geleverd kan worden.
| Grootheid |
Symbool |
Eenheid |
Symbool eenheid |
| Elektrische energie |
E |
Joule |
J |
Opdracht
Vul met deze informatie paragraaf 6.2 op p. 44 in de cursus zelf aan.
Het Joule-effect
Inleiding
Bekijk onderstaand beeldfragment.
Het Joule-effect in een koperdraad
Wat is het Joule-effect?
Wanneer er gedurende een bepaalde tijd een elektrische stroom door een geleider (= weerstand) vloeit, ontstaat er in deze geleider ( =weerstand) warmte. Men spreekt van het Joule-effect.
Bij toestellen, waarbij het Joule-effect beoogd wordt, wordt een metaaldraad spiraalvormig rond een isolator gewonden. De isolator is opgebouwd uit een materiaal dat bestand is tegen zeer hoge temperaturen. Wordt er een elektrische stroom door deze metaaldraad ( =verwarmingsweerstand) gestuurd dan zal deze opwarmen. Dit noemt men ook gloeien.
Opdracht cursus p. 45
Geef enkele voorbeelden van toestellen die hoofdzakelijk warmte produceren.
Vermogen
Inleiding
Vorig jaar leerden jullie dat vermogen de arbeid is die per tijdseenheid geleverd wordt of
P = W / Δt met P = vermogen (W)
W = arbeid (J)
Δt = tijd (s)
De arbeid die door een elektrisch toestel geleverd wordt, noemen we de elektrische energie E.
Brengen we deze kennis samen dan komen we tot de basisformule om het elektrisch vermogen van een toestel te kunnen berekenen.
Formule
Basisformule
P = E / Δt met E = elektrische energie (W)
W = arbeid (J)
Δt = tijd (s)
Omgevormde formules
E = P . Δt
Δt = E / P
Definitie
Het vermogen van een elektrisch toestel komt overeen met de hoeveelheid elektrische energie die per tijdseenheid door dat toestel omgezet wordt in een andere vorm van energie.
OF
Het vermogen van een elektrisch toestel komt overeen met de arbeid die per tijdseenheid door dat toestel geleverd wordt.
| Grootheid |
Symbool |
Eenheid |
Symbool eenheid |
| Elektrische Vermogen |
P |
Watt |
J/s of W |
Opdracht
Vul met deze informatie paragraaf 6.3 op p. 45-46 in de cursus zelf aan.
Het elektrisch verbruik
Inleiding
Wat de werking en de efficiëntie van een toestel betreft, wordt vaak gekeken naar het vermogen. Als het op het betalen van de energierekening aankomt, kijkt men vooral gekeken naar het elektrisch verbruik.
In die context drukken energieleveranciers het energieverbruik op langere termijn en op grotere schaal (bv. energieverbruik per jaar in een gezinswoning) vaak uit in de meer praktische eenheid kilowattuur (kWh) in plaats van in de S.I. eenheid Joule (J).
Hoe het elektrisch verbruik van een toestel bepalen?
Om het elektrisch verbruik van een toestel te kunnen bepalen, is het belangrijk om het vermogen van dat toestel te kennen. Dat staat vermeld op het typeplaatje van het toestel en wordt uitgedrukt in W of kW.
Weten we hoe lang het toestel werkt dan kunnen we door het omvormen van de basisformule het elektrisch verbruik van dat toestel bepalen.
P = E / Δt
E = P . Δt
In welke eenheden wordt het elektrisch verbruik uitgedrukt?
Het elektrisch verbruikt uitgedrukt in S.I.- eenheden
Formule
E = P . Δt
Eenheden
[E] = W . s
[E] = J/s . s
[E] = J
Het elektrisch verbruikt uitgedrukt door energieleveranciers
Formule
E = P . Δt
Eenheden
[E] = W . s
[E] = kW . h
[E] = kWh of kilowattuur
Hoe omzetten van kWh naar Joule en omgekeerd
1 kWh = 1 kW . 1 h
1 kWh = 1000 W . 3600 s
1 kWh = 3 600 000 W . s
1 kWh = 3 600 000 J/s . s
1 kWh = 3 600 000 J
Wat betekent '1kWh'?
1 kWh komt overeen met de energie die gedurende 1 uur verbruikt wordt door een elektrisch toestel met een vermogen van 1000 W of 1 kW.
Hoe meet de energieleverancier het elektrisch verbruik?
Om het totale elektrische verbruik te kunnen meten, plaatsen energieleveranciers een kWh-teller in elke woning.
Een kWh-teller is een meettoestel dat de totale energie meet die door de verbruiker uit het elektriciteitsnet gehaald wordt.
Hoeveel kost het mij om een elektrisch toestel te laten werken?
Om de weten wat het mij kost om een elektrisch toestel te laten werken zijn dus 3 factoren belangrijk.
- Wat is het vermogen van het toestel dat ik wil laten werken?
- Hoe lang wil ik het toestel laten werken?
- Welke eenheidsprijs rekent de energieleverancier mij aan voor de elektrische energie die hij levert?
Dit leidt tot volgende formule
KP = E . EP met KP = kostprijs (€)
E = elektrisch verbruik (kWh) en E = P . Δt
EP = eenheidsprijs van de elektrische energie (€/kWh)
Merk op
Zorg er bij het berekenen van de kostprijs steeds voor dat het elektrisch verbruik uitgedrukt wordt in kWh. Dit kan je bekomen door het vermogen steeds uit te drukken in kW (en dus niet in W) en de tijd in uur (en dus niet in s)!
Voorbeeldoefeningen
Klik op onderstaande link en volg het stappenplan van de uitgewerkte voorbeeldoefeningen.
Het verband tussen vermogen, spanning en stroomsterkte
Definitie
Definitie
Om een elektrisch toestel te laten werken is er stroom nodig. Om deze stroom te laten vloeien, is er een drijvende kracht nodig. En deze drijvende kracht is de spanning.
Het vermogen van een toestel hangt dus zowel af van de spanning die over het toestel staat als van de stroom die door het toestel vloeit.
Formule
Basisformule
P = U . I met P = vermogen (W)
U = spanning (V)
I = stroomsterkte (A)
Afgeleide formules
U = P / I
I = P / U
Voorbeeldoefeningen
Klik op onderstaande link en volg het stappenplan van de uitgewerkte voorbeeldoefeningen.
Voorbeeldoefeningen elektrisch verbruik en kostprijs
