## Deel 1: Onderzoek

POTENTIËLE ENERGIE

In de natuurkunde kennen verschillende soorten van energie. Twee van die soorten zijn potentiële energie en kinetische energie. Het is eenvoudig te bekijken met het volgende voorbeeld:

Als er een dakpan op dak ligt blijft hij als het goed is netjes liggen. Maar zodra deze, om welke reden dan ook, naar beneden valt dan valt deze hard. Een dakpan die op dak ligt heeft dus een hoeveelheid potentiële energie. Zolang deze blijft liggen houdt hij die energie. Zodra de dakpan loskomt valt deze naar beneden. De pan komt in beweging en zal met een klap op de grond vallen. Die noemt men kinetische energie.

Zoek in een woordenboek de woorden potentieel en kinetisch op. Kloppen die beschrijvingen met bovenstaand voorbeeld?

Potentiële energie kun je uitrekenen met de volgende formule:

Epot = m . g . h

Epot = potentiële energie [J]

m = massa [kg]

g = valversnelling [m/s2] In berekening: g = 9,81 m/s2

h = hoogte [m]

Voorbeeld:

Stel de dakpan heeft een massa van 2 kg en hij ligt op 6 m hoogte. Hoeveel potentiële energie heeft deze pan ?

Antwoord:

Epot = 2 * 9,81 * 6 = 117,72 J

NEERSLAG METEN

Iedere streek in Nederland heeft zijn kenmerken ten aanzien van neerslag, zonuren en wind. Op de site van de KNMI kun je die allemaal bekijken. Zeer interessant. In onderstaande link kun je de verdeling zien van neerslag over Nederland.

Zoek in onderstaande link hoeveel regen er valt in 't Horntje, Texel.

Gemiddelde jaar neerslag Nederland [KNMI]

Als je het 'ongeveer' goed bekeken hebt valt er gemiddeld tussen 800-825 mm neerslag in 't Horntje, Texel.

De eenheid mm geeft aan hoeveel mm water er valt op 1 m2 oppervlakte. Als je uit gaat rekenen hoeveel liter water er dan is gevallen op een m2 dan kom je tot de ontdekking dat:

1 mm neerslag → 1 liter per m2

Voorbeeld:

Op een platdak van een autostalling valt op een dag 23 mm regen. Het oppervlakte van dat dak is 35 m2. Hoeveel liter water is daar dan op gevallen?

Vwater = 23 * 35 = 805 l

(In de volgende link staat achtergrond informatie over het meten van regen met de regenmeter)

Regenmeter achtergrond [Wikipedia]

Als je meer in detail wilt weten over zonuren, neerslag en dergelijke: dan kom je via de volgende link op de juiste pagina van de KNMI.

Maandgegevens in detail [KNMI]

VAN VOLUME NAAR ENERGIE

Je kunt dus uitrekenen hoeveel liter water er op een dak valt. Maar hoe reken je dat nu om naar energie?

Om potentiële energie uit te rekenen heb je massa nodig. Om volume om te rekenen naar massa geldt de volgende formule:

m = ρ . V

m = massa [kg]

ρ = soortelijke massa [kg/m3]

V = volume [m3]

Soortelijke massa kan ook in de eenheid kg/dm3. Het volume moet dan met de eenheid dm3 ingevuld worden. Soortelijke massa van water kun je vinden in je Binas.

Voorbeeld:

Op een dak van 11 meter hoog is in totaal 5800 liter water gevallen. De soortelijke massa van water is 0,998 kg/m3. Hoeveel massa water ligt er daar op dat dak? Hoeveel potentiële energie heeft dat water?

m = 0,998 * 5800 = 5788,4 kg water ligt op het dak

Epot= 5788,4 * 9,81 * 11 = 624626,244 J

Joule is een eenheid voor energie. Onze regenpijp gaat elektrische energie leveren. De eenheid voor elektrische energie is kWh. kWh staat voor kilo-watt-uur.

kWh en Joule kun je naar elkaar omrekenen. Dat gaat met de volgende formule:

1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 MJ (megajoule)

1 J = 2,7778.10-7 kWh of 1.000.000 J = 0,27778 kWh

De potentiële energie van water kun je omrekenen naar elektrische energie. Als alle energie eruit gehaald kan worden dan hebben we een rendement van 100 %. Zou geweldig zijn.

De potentiële energie (624.626,244 J)uit bovenstaand voorbeeld wordt omgerekend naar kWh:

624626,244 J = 624626,244 * 2,7778.10-7 =

OPDRACHTEN

1. Bereken de oppervlakte van de daken van Helicon Boxtel in m2.
2. Hoeveel regen valt er gemiddeld per jaar in Boxtel in mm?
3. Hoeveel regen valt er gemiddeld per jaar op het dak van Helicon Boxtel in m3?
4. Hoeveel massa water valt er gemiddeld per jaar op het dak van Helicon Boxtel in kg?
5. Hoeveel potentiële energie heeft het water op het dak per jaar in J? En in kWh?
6. Vind jij dit de moeite waard om die energie om te gaan zetten naar elektrische energie?
7. Maak een overzicht van manieren hoe energie uit een regenpijp gehaald kan worden. Maak daar een keurige presentatie van.
8. Maak een rapport over het bovenstaande.