Arbeid en Energie versie 2

Arbeid en Energie versie 2

Introductie

Energie is een essentieel onderdeel van ons dagelijks leven en speelt een cruciale rol in alles wat we doen. Denk maar eens aan je ochtend: de wekker die je wakker maakt, het ontbijt, de fietstocht naar school en traplopen naar de 2e verdieping met een tas vol schoolspullen voor de les natuurkunde. Al deze activiteiten vereisen energie. Maar wat is energie precies? Energie gebruik je bijvoorbeeld om arbeid te verrichten of warmte te leveren. Het komt in verschillende vormen voor, zoals bewegingsenergie, zwaarteleenergie, thermische energie (warmte), chemische energie en elektrische energie.

In deze module leer je hoe energie wordt omgezet van de ene vorm naar de andere. Bijvoorbeeld, wanneer je fietst, zet je chemische energie uit je lichaam om in bewegingsenergie. Of denk aan je smartphone: de batterij slaat chemische energie op, die wordt omgezet in elektrische energie om je telefoon te laten werken. Het begrijpen van energie en de verschillende vormen ervan helpt je niet alleen om beter te presteren in natuurkunde, maar ook om bewuster om te gaan met energie in je dagelijks leven. Hoe kun je bijvoorbeeld energie besparen thuis of op school? Door deze vragen te onderzoeken, krijg je een dieper inzicht in de wereld om je heen en de rol die energie daarin speelt.

 

bron: XP - Energie - Wikiwijs Maken

 

Doelgroep

Deze module is bedoeld voor leerlingen in leerjaar 4 en 5 van Havo. De stof die behandeld wordt in deze module past bij het domein C2 uit de syllabus voor natuurkunde havo.

De module is ontwikkeld voor zelfstandig plaats en tijd onafhankelijk de stof eigen te kunnen maken. De stof wordt geïntroduceerd, uitgelegd en omvat interactieve elementen waarmee het begrip van de stof getest kan worden. Aan het einde van de module kan bij afsluiting een uitgebreide test gemaakt worden.

 

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/evgenit-4930349/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3048651">Evgeni Tcherkasski</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3048651">Pixabay</a>
Afbeelding van Evgeni Tcherkasski via Pixabay
​​​​​

 

Leerdoelen

In deze module werk je aan de volgende leerdoelen:

  1. Energiesoorten
    - Je kan uitleggen wat energie is
    - Je kan een aantal soorten energie noemen en deze herkennen in verschillende contexten
    - Je kan rekenen met de formules voor bewegingsenergie (kinetische energie), zwaarte energie en chemische energie
  2. Energie opwekken
    - Je kan uitleggen wat de nadelen zijn van energieopwekking met behulp van fossiele brandstoffen
    - Je kan uitleggen wanneer een vorm van energieopwekking duurzaam is
    - Je kan voorbeelden van duurzame energie noemen
    - Je kan enkele voor- en nadelen noemen van de verschillende vormen van energieopwekking
    - Je kan voorbeelden noemen van actuele innovatieve oplossingen voor de opslag van energie
  3. Arbeid
    - Je kan uitleggen wat het begrip arbeid is
    - Je kan rekenen met arbeid, kracht en verplaatsing
    - Je kan in verschillende situaties uitleggen of de arbeid positief, negatief of nul is
  4. Behoud van energie
    - Je kan van verschillende energieomzettingen een energiestroomdiagram maken
    - Je kan de wet van behoud van energie toepassen
    - Je kan rekenen aan bewegingen met de wet van behoud van energie
    - Je kan het verband tussen arbeid en bewegingsenergie toepassen
  5. Vermogen en rendement
    - Je kan uitleggen wat het begrip vermogen is en hiermee berekeningen maken
    - Je kan uitleggen wat het begrip rendement is en hiermee berekeningen maken
    - Je kan het verband tussen vermogen, kracht en snelheid toepassen
    - Je kan berekeningen uitvoeren aan de omzetting van energiesoorten

 

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/terovesalainen-809550/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=2077020">Tero</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=2077020">Pixabay</a>
Afbeelding van Tero via Pixabay

 

1. Energiesoorten

Op deze pagina werk je aan de volgende leerdoelen:

- Je kan uitleggen wat energie is
- Je kan een aantal soorten energie noemen en deze herkennen in verschillende contexten
- Je kan rekenen met de formules voor bewegingsenergie (kinetische energie), zwaarte energie en chemische energie

Energie

Voorwerpen in beweging brengen of optillen. Iets verwarmen of het produceren van licht en geluid. Voorbeelden waarbij energie nodig is. Energie geeft de mogelijkheid arbeid te verrichten.

Energie is er in verschillende soorten. Voorbeelden van energie zijn:

Energiesoort Bijvoorbeeld
Stralingsenergie Zichtbaar licht, röntgenstraling
Warmte Terras-heater, de zon
Elektrische energie Zonnepanelen
Chemische energie Voedsel, accu
Bewegingsenergie (kinetische energie) Alles wat snelheid heeft
Zwaarte-energie Alles wat kan vallen

 

Energie wordt gemeten in newtonmeter (Nm) of in Joule(J). 1 Nm = 1 J.

Energiesoorten kunnen in elkaar worden omgezet. Zo wordt bijvoorbeeld de chemische energie in de accu omgezet naar elektrische energie zodat je telefoon functioneert. Het omgekeerde gebeurt wanneer je de accu laadt.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/colin00b-346653/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3104355">Colin Behrens</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3104355">Pixabay</a>
Afbeelding van Colin Behrens via Pixabay

 

 

Energiesoorten

Een aantal energievormen nader bekeken.

Chemische energie

Chemische energie (Ech) is een enrgievorme die vrijkomt bij een chemische reactie. Voor het fietsen naar school en helder  na te kunnen denken heeft je lichaam energie nodig. Deze energie haalt je lichaam uit eten. De voedingsstoffen uit het eten worden in je lichaam met een chemische reactie omgezet waarbij energie beschikbaar komt.
Naast voeding zijn bijvoorbeeld gas, benzine en diesel brandstoffen waarbij de chemische energie vrijkomt bij verbranding in een motor. De chemische energie die vrijkomt wordt dan omgezet naar vooral warmte en bewegingsenergie.

Hoeveel chemische energie er vrijkomt bij de verbranding van 1 kg of 1m3 brandstof noemen we stookwaarde. Deze waarde veschilt per brandstof. De stookwaarde kan je van verschillende stoffen vinden in Binas tabel 28B.

Hoeveel chemische energie er vrijkomt bij de verbranding van een hoeveelheid brandstof kan worden berekend met 2 formules:

\(E_{ch}=r_v \, * V\)

Ech Chemische energie in joule (J)
rv Stookwaarde in joule per kubieke meter (J/m3)
V

Volume van de brandstof in kubieke meter (m3)

 

 

 

 

\(E_{ch}=r_m \, * m\)

Ech Chemische energie in joule (J)
rm Stookwaarde in joule per kilogram (J/kg)
M Massa van de brandstof in kilogram (kg)

 

 

 

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/pexels-2286921/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1846059">Pexels</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1846059">Pixabay</a>
Afbeelding van Pexels via Pixabay

 
Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/_alicja_-5975425/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=2939915">Alicja</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=2939915">Pixabay</a>
Afbeelding van Alicja via Pixabay

 
Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/roumanetd-49470/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=175122">David ROUMANET</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=175122">Pixabay</a>
Afbeelding van David ROUMANET via Pixabay

 
Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/markxpcourse-19203366/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=5771424">Mark Wilson</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=5771424">Pixabay</a>
Afbeelding van Mark Wilson via Pixabay

 

 

Bewegingsenergie (kinetische energie)

Bewegingsenergie wordt ook wel kinetische energie (Ek) genoemd.

Een voorwerp versnellen of vertragen tot een bepaalde snelheid vraagt energie. Hoe groter de snelheid, hoe groter de bewegingsenergie. Niet alleen de snelheid maar ook de massa van het voorwerp speelt een rol. Een vrachtwagen vanuit stilstand versnellen tot 25 km/h vraagt meer energie dan een fiets tot deze zelfde snelheid brengen.

Voor het berekenen van de bewegingsenergie wordt gebruik gemaakt van de volgende formule:

\(E_{k}=\frac{1}{2}\,m \, * v^2\)

Ek Kinetische energie in joule (J)
m Massa in kilogram (kg)
v Snelheid in meter per seconde (m/s)

 

 

 

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/herbert2512-2929941/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=2784250">Herbert Aust</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=2784250">Pixabay</a>
Afbeelding van Herbert Aust via Pixabay

Zwaarte-energie

Ieder voorwerp met een hoogte groter dan 0 meter heeft zwaarte-energie (Ez).
Wordt de hoogte groter dan neemt de zwaarte-energie toe.

Bij een voorwerp dat valt neemt de hoogte en dus de zwaarte-energie af. De afgenomen zwaarte-energie gaat dan over in voornamelijk bewegingsenergie. Dit is zichtbaar in dat het voorwerp dat valt een steeds grotere snelheid krijgt.

Zwaarte-energie wordt berekend met de volgende formule:

\(E_{z}=\,m \, *g *h\)

Ez Zwaarte-energie in joule (J)
m Massa in kilogram (kg)
g Gravitatieversnelling in meter per seconde kwadraat (m/s2)
h Hoogte in meter (m)

 

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/alexas_fotos-686414/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1996281">Alexa</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1996281">Pixabay</a>
Afbeelding van Alexa via Pixabay

Warmte

Bij veel vormen van energieomzetting komt ook warmte vrij. Bij lichaamlijk inspannen stijgt de temperatuur net als een automotor warm wordt bij presteren. Op aarde ondervinden voorwerpen vaak wrijving van een oppervlak of van de lucht tijdens bewegen. Bij wrijving vindt een omzetting naar warmte plaats. Valt een voorwerp van een hoogte door lucht naar de grond dan wordt de zwaarte-energie tijdens de val kleiner. De zwaarte-energie wordt dan niet alleen omgezet naar bewegingsenergie maar een klein gedeelte, door wrijving met de lucht, naar warmte. Omdat een deel van de zwaarte-energie naar warmte is omgezet zal de snelheid waarmee het voorwerp de ondergrond treft kleiner zijn dan wanneer het voorwerp door het luchtledige zou vallen.

In opgaven wordt aangegeven wanneer er rekening gehouden moet worden met wrijving/warmte.

In berekeningen wordt warmte aangegeven met het symbool Q.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/withplex-1636156/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3756103">withplex</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3756103">Pixabay</a>
Afbeelding van withplex via Pixabay

 

2. Energie opwekken

Op deze pagina werk je aan de volgende leerdoelen:

- Je kan uitleggen wat de nadelen zijn van energieopwekking met behulp van fossiele brandstoffen
- Je kan uitleggen wanneer een vorm van energieopwekking duurzaam is
- Je kan voorbeelden van duurzame energie noemen
- Je kan enkele voor- en nadelen noemen van de verschillende vormen van energieopwekking
- Je kan voorbeelden noemen van actuele innovatieve oplossingen voor de opslag van energie

Energie opwekken

Bij energie opwekken gaat het meestal om een energieomzetting naar elektrische energie. Als het gaat om energie opwekken in Nederland komen vaak termen als zonne-energie en windenergie voor. Deze termen zijn geen natuurkundige energiesoorten maar geven een hint over de manier van opwekken. Bij zonne-energie zetten zonnecellen stralingsenergie van de zon om naar elektische energie. Bij windenergie zijn het windmolens die kinetische energie in de luchtstromen (wind) omzetten naar elektrische energie met behulp van turbine.

Minder bekend in Nederland is energie opwekken met waterkrachtcentrales. Bij deze vorm van opwekken van elektrische energie wordt zwaarte-energie of kinetische energie van water gebruikt. Deze manier wordt vooral toegepast in gebieden waar veel hoogteverschillen zijn. Nederland is voor deze vorm van energie opwekken te vlak.

Nederland is een delta-land. Rivieren met zoet water komen in Nederland uit op de Zee. Dit maakt dat in Nederland zoet- en zout zeewater dicht naast elkaar voorkomt. In Nederland loopt dan ook een project op de afsluitdijk genaamd Blue Energy. Het doel is elektrische energie opwekken uit het samenbrengen van zoet- en zout water met gebruik van membranen.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/seagul-191369/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1989416">Maria Maltseva</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1989416">Pixabay</a>
Afbeelding van Maria Maltseva via Pixabay

 

Energietransitie

Een groot deel van de elektrische energie wordt nu nog opgewekt met behulp van fosiele brandstoffen. Fosiele brandstoffen worden gewonnen uit de grond. Voorbeelden hiervan zijn aardgas, aardolie en steenkool. Deze brandstoffen worden gevormd in de aardkorst onder grote druk en temperatuur in miljoenen jaren. Deze brandstoffen worden uit de bodem gehaald sneller dan er nieuwe gevormd worden. Fossiele brandstoffen raken hierdoor uiteindelijk op. Dit wordt uitputting genoemd.

Naast het opraken van de voorraden fossiele brandstoffen in de aardbodem komt er bij de verbranding onder andere CO2 vrij. Deze koolstofdioxide is een broeikasgas. De toename van deze broeikasgassen in de atmosfeer van de aarde zorgt voor meer vasthouden van de warmte van de zon. De aardatmosfeer warmt hierdoor op waardoor het klimaat veranderd en bijvoorbeeld de zeespiegel stijgt door smeltende ijskappen, oceaanstromingen verstoren, exteme weerstverschijnselen zich voordoen en bepaalde dier- en plantsoorten uitsterven.  

Voor het zoveel mogelijk beperken van de gevolgen van het gebruik van fossiele brandstoffen wordt gezocht naar vormen van duurzame energieopwekking. Een wijze van opwekken van energie is pas duurzaam wanneer het voldoet aan een aantal voorwaarden:

- Het proces van opwekken is lang mogelijk zonder dat er iets opraakt
- Bij het proces zijn de schadelijke effecten voor mens en milieu klein
- Economisch is het proces rendabel

Naast het opwekken van energie op een duurzame wijze helpt energiebesparing het tegengaan van de schadelijke effecten. Dit is mogelijk door apparaten zuiniger te maken door het rendement te verhogen en apparaten uit te schakelen wanneer deze niet strict noodzakelijk zijn.

De geleidelijke overstap van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen wordt energietransitie genoemd. Nederland heeft als doelstelling in het jaar 2030 55% minder CO2 uit te stoten dan in het jaar 1990. In 2050 wil Nederland klimaatneutraal zijn met een netto uitstoot van nul. Dit houdt in dat de uitstoot die er dan nog is gecompenseerd moet worden met maatregelen die juist CO2 vastleggen zoals het aanplanten van bomen.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/intermalte-1666512/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=5806920">Malte Reimold</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=5806920">Pixabay</a>
Afbeelding van Malte Reimold via Pixabay


 

NOS explainer; Raakt de olie op?

Kernenergie

Naast de opwek van energie uit fossiele brandstoffen en duurzame bronnen als zon en wind wordt er energie gewonnen in kerncentrales. In kerncentrales splijten uraniumkernen in kleinere kernen. Deze kleinere kernen hebben gezamelijk een iets kleinere massa dan de oorspronkelijke uraniumkern. Dit verschil in massa is in het proces omgezet in andere vormen van energie. Er komt bij dit proces veel warmte-energie vrij. Deze warmte wordt vervolgens gebruikt in het opwekken van elektriciteit.

Kernenergie heeft een aantal voordelen. Zo komt er geen CO2 vrij tijdens het splijtingsproces. Ook is de energiedichtheid van uranium vele malen groter dan die van bijvoorbeeld steenkool. 1 kg Uranium kan veel meer energie leveren dan 1 kg steenkool.

Er zijn echter ook nadelen aan kernenergie. De kleinere kernen die vrijkomen bij het splijtingsproces zijn verschillend van elkaar. In dit splijtingsproduct komen hoogradioactieve stoffen voor en stoffen die tot wel meer dan 1000 jaar radioactief zijn. Dit splijtingsproduct moet na gebruik in de kerncentrale daarom voor lange tijd veilig worden opgeborgen.

Naast het splijtingsproduct bestaat er ondanks de vele veiligheidsmaatregelen kans op ongelukken met een kerncentrale. In 1986 explodeerde de kerncentrale in Tsjernobyl in Oekraïene waarbij radioactief materiaal in de lucht met de wind werd meegevoerd over Europa.

Lees hier enkele fragmenten uit het boek: Nacht in Tsjernobyl geschreven door Adam Higginbotham

Een ander voorbeeld is het meer recentelijk ongeluk in 2011 in de kerncentrales in Fukushima Japan. Na een aardbeving ontstond een tsunami die de kerncentrales beschadigde en radioactief materiaal het milieu in bracht.
Kijk de documentaire gemaakt door het Klokhuis over de ramp in Fukushima. Bij het bekijken van deze video is goed te weten dat volgens het RIVM de achtergrondstraling in Nederland gemiddeld 0,037μsv/h.


 

Duurzame energiebronnen

In Nederland zijn inmiddels een aantal vormen van duurzame energie opwekking in gebruik.

Biomassa

Een deel van de energie in Nederland wordt opgewekt door het verbranden van organischmateriaal ook wel biomassa genoemd. Het verbranden van dit materiaal zorgt voor een besparing op de verbranding van fossiele brandstoffen. Nadeel is wel dat bij deze verbranding CO2 vrijkomt.
Deze wijze van energie opwekken staat ter discussie. Voorstanders benoemen dat de uitgestoote CO2 voor de verbranding juist uit de atmosfeer is opgenomen door de plantmaterialen in de biomassa en daarmee de netto uitstoot nul zou zijn. Tegenstanders benoemen juist dat het opnemen van CO2 uit de atmosfeer door het organische materiaal juist teniet wordt gedaan door het weer terug in de atmosfeer te brengen.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/recyclind-216767/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=334549">recyclind</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=334549">Pixabay</a>
Afbeelding van recyclind via Pixabay

Windenergie

De wind is een onuitputtelijke bron van energie. In Nederland worden daarom steeds meer windmolens geplaatst. Vaak staan deze molens in zogenaamde windmolenparken. Naast op land worden windmolenparken ook op zee of in meren geplaatst. Het lastige aan windmolens is dat er alleen elektrische energie wordt opgewekt als het waait. De opbrengst is afhankelijk van de windkracht terwijl de vraag naar elektrische energie daarmee vaak niet overeen komt.

Een windmolen heeft wieken aan een windturbine die in beweging wordt gezet door de luchtstroom. De bewegingsenergie in de turbine wordt in de gekoppelde generator omgezet in elektrische energie.

Zonne-energie

In weilanden, op daken en zelfs drijvend op meren komen zonnepanelen steeds meer voor in Nederland. Een zonnepaneel is een samenstelling van een groot aantal fotovoltaïsche cellen. Deze celen zijn gekoppeld in panelen en panelen tot een zonne installatie die is aangesloten op een omvormer. De omvormer is een systeem dat de binnenkomde elektrische energie met een zo groot mogelijk rendement omzet naar bruikbare elektrische energie.

Naast de omzetting naar elektrische energie worden zonnecollectoren gebruikt voor de omzetting van de stralingsenergie van de zon naar warmte. Deze warmte wordt doorgaans gebruikt voor de verwarming van water voor de verwarming van een gebouw en warmwater uit kranen. De warmte uit straling van de zon bespaart dan aardgas die niet verbrandt wordt in een cv-installatie.

Waterkrachtcentrales

Door een stuwdam te bouwen ontstaat een stuwmeer. Water uit een stuwmeer kan vervolgens door buizen onder invloed van de zwaartekracht omlaag stromen. Door dit water langs een waterturbine te laten gaan wordt zwaarte-energie en kinetische energie via een generator omgezet in elektrische energie.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/wallner-974517/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=5422929">Margit Wallner</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=5422929">Pixabay</a>
Afbeelding van Margit Wallner via Pixabay

 

Transport

Opgewekte elektrische energie in een centrale moet vervolgens nog vervoerd worden naar bedrijven en woningen. In Nederland gebeurt de transport over grote afstand middels hoogspanningskabels. Deze zijn in het landschap goed te herkennen aan de rijen masten met meerdere dikke kabels. De naam hoogspanningskabel geeft al aan dat de elektrische energie vervoerd wordt met een hoge spanning. Stroomsterkte in kabels zorgt voor warmte ontwikkeling. Deze warmte is een ongewenste energieomzetting die tenkoste gaat van de elektrische energie die bij de eindgebruiker aankomt. Door de spanning omhoog te transformeren kan bij hetzelfde vermogen met een lagere stroomsterkte en dus minder warmte ontwikkeling elektrische energie worden getransporteerd. In het hoogspanningsnet wordt gewerkt met een spanning van 110kV of hoger.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/reginal-2222037/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3823741">Reginal</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3823741">Pixabay</a>
Afbeelding van Reginal via Pixabay

 

Opslag en afstemming gebruik en opwek

Elektrische energie laat zich lastig opslaan. Dit gebeurd al wel in accu's in apparaten als smartphones en elektrische auto's. Het rendement bij het opladen van de accu's is laag. Ondertussen wordt de vraag naar opslag groter.

Bij een groter wordende vraag naar elektrische energie kunnen conventionele gascentrales opschalen. Omgekeerd kan deze afschalen als de vraag afneemt. Het aandeel elektrische energie uit bijvoorbeeld wind en zon wordt in het kader van de energietransitie steeds groter. Deze bronnen laten zich echter niet op- of afschalen naar de vraag maar leveren afhankelijk van het weerbeeld.

Op een zonnige dag is er veel opwek met zonnepanelen overdag. Veel woningen vragen nu geen elektrische energie omdat veel mensen naar het werk zijn. Wanneer de in de namiddag de opwek van zonnepanelen afneemt komen veel mensen thuis. In de huizen wordt de verlichting aangezet, gaat de tv aan, wordt gekookt en laden elektrische auto's.
Dit is een voorbeeld van een misalignment van vraag en aanbod in elektrische energie.

Aan oplossingen wordt gewerkt. Zo worden moderne apparaten thuis steeds slimmer. Bijvoorbeeld de wasmachine die start pas als de zonnepanelen veel elektrische energie produceren. Steeds meer worden thuisaccus geïnstalleerd om elektrische energie die overdag wordt opgewekt op te slaan voor gebruik in de avond.

Op grotere schaal wordt waterstof geproduceerd. Met behulp van elektrolyse wordt water omgezet in waterstof en zuurstof. In een waterstofcel kan deze waterstof vervolgens weer worden omgezet in elektriciteit waarbij water vrijkomt. Een andere optie is de waterstof te verbranden waarbij ook voornamelijk water vrijkomt. Deze toepassing wordt onderandere in de vervoerssector al toegepast.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/Waterstofeconomie.svg
Silver Spoon Sokpop, CC0, via Wikimedia Commons

 

3. Arbeid

Op deze pagina werk je aan de volgende leerdoelen:

- Je kan uitleggen wat het begrip arbeid is
- Je kan rekenen met arbeid, kracht en verplaatsing
- Je kan in verschillende situaties uitleggen of de arbeid positief, negatief of nul is

Arbeid, kracht en verplaatsing

Stel dat je een verhuisdoos met studieboeken vast houdt. De verhuisdoos is daarbij los van de grond. Jouw lichaam oefent een kracht uit op de verhuisdoos zodat deze niet terug valt naar de grond. Wanneer je deze verhuisdoos naar een hogere verdieping brengt kost dit je meer energie. Moet de doos naar nog hoger gelegen verdiepingen dan gaat dit al maar meer energie kosten. Deze energie die je moet leveren voor het verplaatsen van de verhuisdoos noemen we arbeid.

Hoeveel arbeid je moet leveren hangt samen met de massa van de doos. Immers hoe meer boeken in de verhuisdoos, hoe groter de massa, hoe meer energie het je kost deze verhuisdoos te verplaatsen. Naast massa hangt arbeid, zoals zojuist beschreven, af van de afstand waarover de verplaatsing plaats vindt.

Arbeid is dus de hoeveelheid werk die een kracht heeft geleverd bij de verplaatsing van een voorwerp. Voor het rekenen met Arbeid geldt:

\(W=F*s\)

W de verrichte arbeid in newtonmeter (Nm)
F de kracht in newton (N)
s de verplaatsing in meter (m)

 

De eenheid voor arbeid is hier in newtonmeter. Dit valt af te leiden uit de vergelijking omdat je een kracht in newton vermenigvuldigd met verplaatsing in meter. In eenheden beschouwd ziet dat er uit als volgt:

\([Nm]=[N]*[m]\)

 

Afbeelding van Subhro Paul via Pixabay

Eenheden uitgelicht

Wanneer de verplaatsing bijvoorbeeld in centimeter (cm) wordt uitgedrukt en deze waarde in centimeter wordt vermenigvuldigd met de kracht in newton ziet de eenheden beschouwing er als volgt uit:

\([Ncm]=[N]*[cm]\)

In deze situatie is de eenheid voor arbeid dan in newtoncentimeter. Dit is niet onjuist maar kan wel belangrijk zijn bij vervolgstappen in het oplossen van een opgave. Het is dus belangrijk bij het rekenen de eenheden van de grootheden goed voor ogen te houden. Wanneer nodig eerst de grootheden cenverteren naar andere eenheden.

De basiseenheid voor Arbeid is newtonmeter (Nm). Het gaat hier over geleverde energie. Uit de eerste paragraaf heb je geleerd dat energie wordt uitgedrukt in joule (J). 1Nm staat gelijk aan 1J.

 

Richting van de verplaatsing en de kracht

In veel situaties werkt de kracht in de richting tegensteld aan de richting van de verplaatsing. Weerstandskrachten werken altijd tegen de bewegingsrichting in. De arbeid is in deze gevallen negatief.

Als de richting van de kracht tegengesteld is aan de verplaatsingsrichting geldt:

\(W=-F*s\)

W de verrichte arbeid in newtonmeter (Nm)
F de kracht in newton (N), in tegengestelde richting van de verplaatsing
s de verplaatsing in meter (m)

 

Voorbeeld:

Een bal die recht omhoog wordt geschoten verliest in de vlucht steeds meer snelheid. Immers de zwaartekracht op de bal is omlaag gericht terwijl de verplaatsing omhoog gericht is. In deze situatie is verricht de zwaartekracht negatieve arbeid. Het resultaat van deze negatieve arbeid is de vermindering van de bewegingsenergie van de bal en daarmee de vermindering van de snelheid. Uiteindelijk is de bewegingsenergie van de bal nul joule en heeft de bal het hoogste punt bereikt waarna de bal zich nu omlaag gaat bewegen. De zwaartekracht en verplaatsing zijn nu wel in overeenkomende richting. De door de zwaartekracht verrichtte arbeid is nu positief. Het resultaat is een toename van bewegingsenergie en dus een toename van de snelheid van de bal.

 

Staat de richting van de kracht loodrecht op de richting van de verplaatsing dan wordt er door de kracht geen arbeid verricht. Bij iemand die fietst op een horizontale weg zal de zwaartekracht en normaalkracht geen arbeid verrichten.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/saxonrider-85297/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=829184">Frank Liebmann</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=829184">Pixabay</a>
Afbeelding van Frank Liebmann via Pixabay

Totale arbeid

In veel gevallen van verplaatsing werken er tegelijk meerdere krachten. Al deze krachten, mits loodrecht op de verplaatsingsrichting, verrichten arbeid. Bij de fietser zorgen de beenspieren voor een voortwaardse kracht en daarmee een positieve arbeid. Tijdens het fietsen zijn er ook weerstandskrachten (luchtweerstand, rolweerstand) die een negatieve arbeid leveren. Wanneer deze postieve en de negatieve arbeid even groot zijn en de som van beide nul dan zal de snelheid niet veranderen. De snelheid is dan constant.

Inplaats van de arbeid te berekenen van iedere kracht waarna de totale arbeid wordt berekend kan ook eerst de resulterende kracht worden bepaald. De resulterende kracht kan worden bepaald door alle krachtvectoren op te tellen. Vervolgens kan de totale arbeid worden berekend met:

\(W_{tot}=F_{res}*s\)

 

Fietst de fietser 100m met er een constante snelheid dan is bij deze verplaatsing over 100m de totale arbeid 0 Nm. Immers de arbeid verricht door de fietser is postief maar even groot als de negatieve arbeid verricht door de weerstandskrachten. Dit voelt wellicht niet logisch want een stuk fietsen vraagt van de fietser toch energie? Het is in deze situatie belangrijk te begrijpen dat de postieve arbeid door de fietser uiteindelijk door spierkracht wordt geleverd. Deze arbeid is verricht door een andere kracht dan de kracht die zorgt voor de negatieve arbeid. De negatieve arbeid wordt verricht door weerstandskrachten zoals rolweerstandskracht en luchtweerstandskracht. Deze krachten worden niet door de fietser zelf verricht. In de gehele beweging kan de totale arbeid dus 0 Nm zijn. Terwijl als we alleen naar de fietser als persoon kijken deze wel een arbeid groter dan nul heeft geleverd.

4. Behoud van energie

Op deze pagina werk je aan de volgende leerdoelen:

- Je kan van verschillende energieomzettingen een energiestroomdiagram maken
- Je kan de wet van behoud van energie toepassen
- Je kan rekenen aan bewegingen met de wet van behoud van energie
- Je kan het verband tussen arbeid en bewegingsenergie toepassen

Energieomzettingen

Een bal die je omhoog gooit en terugvalt op de grond in het zand. Een voorbeeld waarbij nogal wat energieomzettingen plaats vinden.

Chemische energie uit voeding zorgt ervoor dat dat je met je spieren de bal bewegingsenergie kan geven.
Naarmate de bal meer hoogte krijgt neemt de snelheid en daarmee de bewegingsenergie af maar neemt de zwaarte-energie toe. Op het hoogste punt heeft de bal geen bewegingsenergie meer en is deze volledig omgezet in vooral zwaarte-energie.
De bal valt vervolgens terug naar de grond. Hierbij wordt de hoogte steeds kleiner en daarmee dus ook de zwaarte-energie. Deze zwaarte-energie wordt vooral omgezet in bewegingsenergie wat zichtbaar is aan de toenemende snelheid.
Op het moment van raken van de grond heeft de bal geen hoogte meer en dus geen zwaarte-energie meer. Deze is nu vooral omgezet naar bewegingsenergie. De bal raakt de grond en in korte tijd heeft gaat de bal van een hoge snelheid naar stilstand. De beweginsenergie wordt volledig omgezet in onderandere warmte. De bal en de grond zal iets warmer worden.

In het bovenstaande voorbeeld doen zich allerlei energieomzettingen voor. Energie ontstaat niet uit het niets en gaat ook niet verloren. Energie komt dus voort uit omzettingen van de ene soort energie in de andere. De hoeveelheid energie voor en na blijft ten allen tijde gelijk. Dit wordt de wet van behoud van energie genoemd.

 

Hieronder vind je een simulatiespel. Hierin kan je experimeteren met de wet van behoud van energie. Creëer verschillende situaties waarin je kan zien hoe groot op de zwaarte-energie en bewegingsenergie is op ieder moment en op verschillende plekken in het traject. Opmerking bij deze simulatie: bewegingsenergie wordt hier kinetische energie genoemd, zwaarte-energie wordt hier potentiële-energie genoemd en warmte wordt hier thermische-energie genoemd.

Bron: Phet.colorado.edu 

Energieomzettingen komen vooral voor in apparaten. Een apparaat moet worden voorzien van een energievorm. Deze toegevoerde energie wordt in het apparaat omgezet naar de gewenste vorm van energie. Dit wordt ook wel nuttige energie genoemd. Bij deze omzettingen wordt een deel van de toegevoerde energie omgezet naar een energievorm die niet gewenst is. Hoe kleiner het deel dat in de niet gewenste vorm wordt omgezet hoe hoger het rendement van het apparaat.

Een voorbeeld apparaat is een lamp in huis. De toegevoerde energie is elektrische energie. De lamp zet dit om in licht, de nuttige energie. De lamp wordt ook warm. Hiervoor is de lamp niet bedoeld. De warmte is dan de ongewenste energie.
Vroeger gebruikte men vooral gloeilampen. Bij een gloeilamp wordt 100 joule toegevoerde elektrische energie omgezet naar ongeveer 5 joule licht en 95 joule warmte. Bij moderne ledverlichting wordt 100 joule toegevoerde elektrische energie omgezet naar ongeveer 50 joule licht en 50 joule warmte. Bij eenzelfde hoeveelheid licht-energie van 5 joule is bij een gloeilamp dus 100 joule nodig en bij een ledlamp slechts 10 joule. Omdat gloeilampen zoveel meer energie nodig hebben voor de zelfde hoeveelheid licht is sinds 2012 de verkoop van gloeilampen in Europa niet meer toegestaan.

Voor een visueel overzicht van de energieomzetting door een apparaat wordt een energie-stroomdiagram gemaakt. Hieronder het voorbeeld voor een gloeilamp en een spaarlamp.

Links van het apparaat staat de toegevoerde energie in de vorm van de staart van een pijl. Rechts van het apparaat staan de energievormen die uit het apparaat voortkomen. Deze hebben de vorm van de kop van een pijl. Volgens de wet van behoud van energie is het noodzakelijk dat de totale toegevoerde energie even groot is als het totaal aan uitkomende energie. De dikte van de pijlen illustreren de hoeveelheid energie. De visuele weergave geeft snel inzicht hoe een apparaat energie omzet.

bron: Natuurkunde.nl - energiestroomdiagram tekenen.


Kijk voor het zelf maken van een energie-stroomdiagram de volgende instructie-video:

 

Je kan van verschillende energieomzettingen een energiestroomdiagram maken

Hieronder een oefening met een energiestroomdiagram. Sleep de begrippen naar de juiste plek. Klik de controleerknop zodat je kan zien hoe je de opdracht gedaan hebt.

 

 

Nog een oefening met een energiestroomdiagram.

Je kan de wet van behoud van energie toepassen

Claus heeft de verlichting van zijn slee vernieuwd. Voorop de slee was een gloeilamp gemonteerd. Deze is nu vervangen door een LED-lamp. Claus verwacht nu minder energie uit de accu nodig te hebben voor dezelfde hoeveelheid licht gedurende de nacht.

Met een energiemeter controleert Claus het energiegebruik. Deze meter meet helaas geen elektrische energie maar is alleen geschikt voor het meten van afgegeven warmte. Het blijkt dat de LED-lamp 312 joule warmte afgeeft in de nacht.

In de specificaties bij de LED-lamp wordt aangegeven dat deze een rendement van 40% heeft. Dit houdt in dat bij de omzetting 40% naar licht wordt omgezet. Eventuele warmteverliezen naar de omgeving mag je negeren.

Aan jou de taak de juiste energiehoeveelheden in het energiestroomdiagram naar de juiste plek te slepen. Ben je klaar, klik dan op de controleerknop voor het resultaat. Heb jij gevonden hoeveel elektrische energie de lamp gebruikt?

 

Nog een oefening over dit onderwerp:

Je kan de wet van behoud van energie toepassen

Meer elektrische auto’s verkocht wereldwijd

De verkoop van elektrische auto’s (EV) groeit snel. In 2023 werden er 40% meer elektrische auto’s verkocht dan in 2022. Vooral in China, Europa en de VS zijn ze populair.

De groei komt door betere technologie en meer laadstations. Ook worden batterijen goedkoper. Veel autofabrikanten maken nu meer elektrische modellen.

Experts denken dat tegen 2030 veel meer mensen elektrische auto’s zullen kopen.

 

Dit nieuwsartikel gaat over EV's. Deze auto's worden niet meer aangedreven met energie uit fossiele brandstoffen.

Hieronder zie je een energiestroomdiagram over de aandrijving van een EV. Aan jou de taak de juiste begrippen op de juiste plek te zetten.

 

Nog een opgave om na te gaan of je de stof begrepen hebt en kan toepassen:

 

Arbeid en beweging

De arbeid die iets of iemand verricht op een voorwerp heeft invloed op de beweging van dat voorwerp.

Als voorbeeld kijken we naar een catapult. Hiermee kunnen we een steentje weg schieten.

Wanneer we het elastiek van de catapult spannen en het steentje voor het elastiek plaatsen heeft dat steentje nog geen snelheid en dus ook geen bewegingsenergie.

Laten we nu het elastiek los dan zal deze een kracht op het steentje uitoefenen over een afstand tot het elastiek terug ontspannen is. Het elastiek levert hier een arbeid. De grootte van deze arbeid valt te berekenen met de vergelijking:

\(W=F_{gem}*s\)

Hierin is:

W Arbeid geleverd door het elastiek in Nm
Fgem De gemiddelde kracht dat het elastiek op het steentje uitoefent
s De afstand waarover het elastiek de kracht op het steentje uitoefent

 

Bij dit verrichten van arbeid op het steentje veranderd de energie van het steentje. Het steentje krijgt een snelheid en daarmee bewegingsenergie. Wanneer we hierbij eventuele omzettingen van energie naar bijvoorbeeld geluid en warmte niet meerekenen geldt:

\(W=\Delta E_k\)

waarbij \(\Delta E_k \) het verschil in bewegingsenergie is.

Dit verschil in bewegingsenergie kan zowel positief als negatief zijn. Vervolgens kan met de volgende vergelijking bepaald worden wat de nieuwe snelheid wordt in deze situatie:

\(\Delta E_k = {1 \over 2}mv_e^2 - {1 \over 2}mv_b^2 \)

Hierin is:

ve Eindsnelheid in m/s
vb Beginsnelheid in m/s

 

Een voorbeeld is het stoppen van een auto. Stel een auto heeft een massa van 1000kg en rijdt met een snelheid van 20 m/s. De bestuurder trapt op de rem en brengt de auto tot stilstand.

De bewegingsenergie van de auto voordat hij stop is:

\(E_k={1 \over 2}mv^2={1\over2}*1000 * 20^2 =200000J\)

Wanneer de auto tot stilstand komt, is de snelheid 0 m/s. De bewegingsenergie is dan 0J. Der verrichte arbeid door de remmen om de auto te stoppen is gelijk aan het verschil in bewegingsenergie:

\(\Delta E_k=E_{k, eind}-E_{k, begin} = 0J -200000J = -200000J\)

Wanneer ook de remkracht van de remmen bekend is met als voorbeeld 4000N. Dan kan met de vergelijking voor arbeid bepaald worden wat de remweg is geweest voor deze auto:

\(W=\Delta E_k \to W=F*s \rightarrow s={W \over F}\)

\(s={W\over F} ={200000J \over 4000N}=50m\)

De remweg is dan 50 meter.

Een vraag die je jezelf hierbij kan stellen: Als de auto nou zwaarder is dan 1000kg wordt de remweg toch langer. In de vergelijking voor arbeid zie ik de massa niet terug. Hoe kan dit?
Het antwoord op deze vraag is dat de massa al meegenomen is in de bepaling van het verschil in bewegingsenergie. Bij een grotere massa zal ook het verschil in bewegingsenergie groter zijn en daarmee ook de arbeid die de remmen leveren. Bij gelijke remkracht zal uit de vergelijking voor arbeid dan een langere remweg volgen.

5. Vermogen en rendement

Op deze pagina werk je aan de volgende leerdoelen:

- Je kan uitleggen wat het begrip vermogen is en hiermee berekeningen maken
- Je kan uitleggen wat het begrip rendement is en hiermee berekeningen maken
- Je kan het verband tussen vermogen, kracht en snelheid toepassen
- Je kan berekeningen uitvoeren aan de omzetting van energiesoorten

Energiegebruik

Apparaten die energie omzetten zoals bijvoorbeeld een smartphone, auto of een lamp hebben een bepaald vermogen. Vermogen is de hoeveelheid energie die een apparaat opneemt per tijdseenheid. In de natuurkunde wordt voor vermogen het symbool P gebruikt met de eenheid watt (W). Hierbij is goed te weten dat 1 watt gelijk is aan 1 joule per seconde (J/s).

Ook mensen zetten energie om. Bij sportprestaties en de warmteafgifte wordt regelmatig het begrip vermogen gebruikt. Er wordt dan de prestatie of energie per seconde gemeten. Bij een mens wordt chemische energie uit voeding omgezet naar arbeid en warmte.

Het vermogen berekenen gebeurt door de toegevoerde energie of arbeid te delen door de tijd.

\(P={E \over t}\)

of

\(P={W \over t}\)

P vermogen in watt (W) of joule per seconde (J/s)
E energie in joule (J)
W arbeid in newtonmeter (Nm) of Joule (J)
t tijd in seconde (s)

 

Voorbeeldopgave:

Je hebt een smartphone die je regelmatig moet opladen. De lader van je smartphone levert een vermogen van 10 watt en de batterij van je smartphone kan 36000 joule energie opslaan.

Berekenen hoe lang het duurt om je smartphone volledig op te laden.

Gevraagd: 

-Tijd (t)

Gegeven: 

- Vermogen (P) = 10 W

- Energie (E) = 36000 J

Formule:

\(E=P*t \) --> \(t = {E \over P}\)

Rekenen:

\(t={E \over P} = {36000 \over 10} = 3600 \) seconde

Conclusie:

De tijd die nodig is voor het volledig opladen van de smartphone batterij is 3600 seconde. Dit komt overeen met 60 minuten.

 

Rendement

Een apparaat zet een energievorm om naar een aantal andere energievormen. Idealiter zet een apparaat alle toegevoerde energie om naar de gewenste vorm van energie. In de praktijk komt dit niet voor. Bij veel apparaten zoals een automotor worden fabrikanten uitgedaagd het apparaat door te ontwikkelen zodat deze een steeds groter deel van de toegevoerde energie omzet naar de nuttige energievorm.

Een oudere versie van een auto vervoert je bijvoorbeeld 13 km per 1 liter benzine. De volgende versie haalt 15 km per 1 liter benzine.

Het percentage van de toegevoerde energie dat omgezet wordt naar de gewenste vorm van energie wordt het rendement genoemd. Hoe hoger het rendement hoe meer de toegevoerde energie naar de gewenste energie wordt omgezet. De gewenste vorm van energie wordt ook wel nuttige energie genoemd.

Het rendement kan worden berekend met:

\(\eta = {E_{nuttig} \over E_{in}}*100 \text %\)

η rendement in %
Enuttig nuttige energie in joule (J)
Ein toegevoerde energie in joule (J)

 

Het rendement kan ook worden berekend met behulp van het vermogen. Deze berekening verschilt nauwelijks van de bovenstaande. Bij vermogen rekenen we ook met energie, maar hierbij in de tijd van 1 seconde.

\(\eta = {P_{nuttig} \over P_{in}}*100 \text %\)

η rendement in %
Pnuttig nuttige vermogen in watt (W)
Pin toegevoerde vermogen in watt (W)

 

 

Vermogen en snelheid

Bij auto's wordt de maximale prestatie van de motor vaak in paardekracht (pk) aangegeven. Deze eenheid is een verouderde eenheid. Toch komen we deze eenheid nog regelmatig tegen bij bijvoorbeeld autoverkoopadvertenties. Er wordt dan meestal ook een maximale vermogen in kilowatt (kW) aangegeven. Volgens Binas tabel 5 staat 1pk gelijk aan 0,75 kW.

Te koop: Splinternieuwe 2024 Zenith XLR

Ben je op zoek naar een unieke rijervaring? Zoek niet verder! De gloednieuwe 2024 Zenith XLR is hier om je hart te veroveren.

 

Specificaties:

  • Merk: Zenith (niet bestaand merk)
  • Model: XLR
  • Bouwjaar: 2024
  • Vermogen: 300 pk (220 kW)
  • Kleur: Midnight Black
  • Transmissie: Automatisch
  • Brandstof: Elektrisch
  • Kilometerstand: 0 km

Kenmerken:

  • Luxe lederen bekleding
  • Geavanceerd infotainmentsysteem met touchscreen
  • Adaptieve cruisecontrol
  • Panoramisch zonnedak
  • 360 graden camera
  • Lane assist en dodehoekdetectie

Prijs: €45.000

 

Mis deze kans niet om de trotse eigenaar te worden van de allereerste Zenith XLR! Neem vandaag nog contact met ons op voor een proefrit en ervaar zelf de ongeëvenaarde prestaties en luxe van deze unieke auto.

 

Contactgegevens:

Telefoon: 012-3456789

E-mail: info@zenithxlr.com

Wees er snel bij, want deze auto gaat als warme broodjes over de toonbank!

 

Heb je nog andere vragen of wil je meer details? Laat het me weten!

Afbeelding gegenereerd met AI- Copilot Designer DALL-E3

 

De motor levert een kracht. Via de aandrijving wordt uiteindelijk de kracht via de banden op de ondergrond uitgeoefend. Het is mogelijk met de gegevens en bekende vergelijkingen deze kracht te berekenen. Hiervoor combineren we een aantal vergelijkingen zodat een nieuwe vergelijking ontstaat. We noemen dit substitutie. In de volgende stappen ontstaat deze vergelijking:

1. Met deze maximale prestaties wordt aangegeven hoeveel arbeid de motor kan leveren per seconde. We zien dit terug in de vergelijking:

\(P={W \over t}\)

Hierin is:

P vermogen in Watt
W arbeid in Nm
t tijd in seconde

 

2. Arbeid (W) kennen we in de vergelijking:

\(W=F*s \)

3. Door deze vergelijkingen te combineren, ofwel substitueren ontstaat de vergelijking:

\(P={F*s \over t} \) --> \(P= F* {s \over t}\)

4. Het element \(s \over t \) kennen we uit \(v= {s \over t}\) als de vergelijking voor snelheid. In de bovenstaande vergelijking vervangen we dan het element \(s \over t \)door v.

 

Dit maakt dat we tot een vergelijking komen met het verband tussen vermogen, kracht en snelheid:

\(P=F*v \)

P nuttige vermogen in watt (W)
F kracht in newton (N)
v snelheid in meter per seconde (m/s)

 

Met deze vergelijking is het mogelijk bijvoorbeeld de motorkracht te bepalen op topsnelheid bij een bekend nuttig vermogen. Een ander toepassing is voor het afstellen van een motor de auto op een rollerbank zetten. De auto staat dan op rollen waarmee bij verschillende snelheden de kracht van de motor geleverd via de banden te meten valt.

Afbeelding van <a href="https://pixabay.com/nl/users/toby_parsons-4634294/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3695424">Toby Parsons</a> via <a href="https://pixabay.com/nl//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=3695424">Pixabay</a>
Afbeelding van Toby Parsons via Pixabay

 

Afsluiting

  • Het arrangement Arbeid en Energie versie 2 is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Jan Gooitzen van Assen
    Laatst gewijzigd
    2024-09-23 09:48:23
    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:

    Toelichting
    Dit is een arrangement voor plaats en tijd onafhankelijk werken aan de leerdoelen bij Arbeid en energie. De inhoud sluit aan bij gelijknamige thema in Havo 4 Natuurkunde.
    Leerniveau
    HAVO 4;
    Leerinhoud en doelen
    Energie; Kracht en beweging; Energieomzettingen bij beweging minimaal in de contexten energiegebruik, energiebesparing in het verkeer, de bewegende mens; Kinetische energieomzettingen; Natuurkunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

    Bronnen

    Bron Type
    NOS explainer; Raakt de olie op?
    https://youtu.be/Ukt19coCeFo?si=3EaDOphsrnvadPYc     		Video

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    van Assen, Jan Gooitzen. (z.d.).

    Arbeid en Energie

    https://maken.wikiwijs.nl/207580/Arbeid_en_Energie

  • 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

    Afsluitende toets Arbeid en Energie

    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.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van