2 de - 79 - hoofdstuk 8 : arbeid – vermogen - energieusers.telenet.be/nele.vanderbusse/cursus...
TRANSCRIPT
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 79 -
Arbeid
In het dagelijks leven zeggen we dat we arbeid verrichten als we ons door een inspanning
vermoeien.
In 1637 schreef de nederlander Huygens : “ Dezelfde inspanning die een gewicht van 200
pond tot op één voet hoogte kan hijsen, kan een gewicht van 400 pond slechts tot op een
halve voet hoogte brengen.”
Het drong dus vlug tot de mens door dat het product van kracht en verplaatsing in de
richting van de kracht een belangrijke rol speelde in de fysische verschijnselen. Men
heeft er dan ook een specifieke naam aan gegeven nl: ARBEID
Definitie
Arbeid = kracht x verplaatsing (gemeten langs de werklijn van de kracht)
W = F x ∆s (W : work)
W : arbeid
F : kracht
∆s: verplaatsing
Eenheid van arbeid
Eenheid van arbeid = eenheid kracht x eenheid verplaatsing
= Nm
= J (Joule)
J.P. Joule (1818 - 1889)
In de fysica is arbeid een veel enger begrip want zonder verplaatsing is er
geen arbeid.
Een joule is de arbeid die geleverd wordt door een kracht van één Newton, waarvan het
aangrijpingspunt een verplaatsing van een meter in de riching van de kracht ondergaat.
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 80 -
Fz
verplaatsing
Verricht een kracht steeds arbeid?
Voorbeeld 1:
Een knikker rolt eenparig over een horizontale tafel:
De zwaartekracht werkt voordurend in verticale richting.
De verplaatsing is horizontaal.
De zwaartekracht levert dus GEEN arbeid!
Voorbeeld 2:
Grafische voorstelling van arbeid:
In het geval een constante kracht F een verplaatsing ∆s teweegbrengt, wordt de
geleverde arbeid gegeven door de formule: W = F . ∆s en stelt men die waarde van
F grafisch voor in een F,s-diagram dan krijg je een horizontale rechte.
De grootte van de oppervlakte van de gekleurde rechthoek is een maat voor de arbeid
F
s
∆s
W = F . ∆
Als een ruimtestation zijn rondjes afwerkt wordt er geen arbeid
verricht daar de verplaatsing steeds loodrecht staat op de
cirkelvormige baan.
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 81 -
M
M
L
L
B
B’
A’ A
S
Wet van behoud van arbeid bij een hefboom:
Bij de hefbomen hebben we reeds opgemerkt dat er met een winst aan kracht een
evenredig verlies aan afgelegde weg gepaard gaat.
M . BB’ = L . AA’ => W macht + W last = 0
Hier is er sprake van het behoud van arbeid. (Dit geldt voor alle werktuigen!!!!)
Veralgemening:
Algemeen kunnen we zeggen dat, als F en ∆s een hoek α met elkaar vormen, men de
arbeid berekent door de verplaatsing ∆s te vermenigvuldigen met de component F1
van de kracht volgens richting van de verplaatsing.
Vraagstukjes:
1. Een jongen van 50 kg klimt 9 m hoog op een ladder. Bereken de geleverde arbeid.
(Oplossing: 4,41 103 J)
2. Een vliegtuig met een totale massa van 20 ton, lading inbegrepen, stijgt tot een
hoogte van 1020 m. Hoeveel arbeid leveren de motoren voor dit stijgen?
(Oplossing: 2,00 108 J)
3. Een kracht verricht op een lichaam met massa 12 kg een arbeid van 120 J.
Gedurende de arbeid wordt het lichaam 25 m door de kracht verplaatst. Hoe groot
is die kracht? ( Oplossing: 4,8 N)
∆s
α
1Fr
Fr
Fr
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 82 -
Vermogen
Bij prestatie speelt dus niet alleen de geleverde arbeid een rol maar ook de tijdsduur
nodig om die arbeid te leveren. We noemen deze grootheid vermogen.
Formule: tijdsduur
arbeid vermogen =
Definitie:
Eenheid vermogen:
oop tijdsverleenheid
arbeid eenheid vermogen eenheid =
(watt) W
s
J
=
=
Twee wielrenners met gelijke massa beklimmen de
“Koppenberg”.
Dit betekent dat ze evenveel arbeid moeten verrichten.
Er kan echter maar één winnaar zijn!
De winnaar is eerste boven en levert dus een grotere
prestatie.
De verhouding tussen de geleverde arbeid en de tijd daarvoor nodig noemen we het
vermogen.
t
W P
∆= ( P: Power)
P : Vermogen ( eenheid : W)
W : Arbeid ( eenheid : J )
∆t : Tijdsverloop ( eenheid : s)
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 83 -
Voorbeeld:
Een man van 75 kg klimt met een zak aardappellen van 45 kg op zijn rug in 20,0 s 9,0m
hoog op een ladder. Bereken de arbeid en het vermogen.
Geg: ........................................................
........................................................
........................................................
........................................................
Gevr : .....................................................
.....................................................
Oplossing: Formules Arbeid: …………………………..
Vermogen: …………………………..
Berekening W= .....................................................
P = ....................................................
Antwoord: ..................................................................................
JAMES WATT (1736-1819) wordt beschouwd als de uitvinder van de stoommachine.
De allereerste stoommachine was echter al rond 1700 gemaakt. Het was
een pomp die in de mijnen werd gebruikt om grondwater uit de
mijnengangen te pompen.
In 1765 moest de monteur James Watt één van deze stoommachines
repareren. Hij verbeterde toen zoveel aan de machine dat men hem de
uitvinder is gaan noemen van de stoommachine.
In zijn machines werd de stoom buiten de cilinder gecondenseerd en
verder veranderde hij de heen en weer gaande beweging in een
roterende. Daardoor kon de machine ook gebruikt kon worden in de
nijverheid (omstreeks 1785).
James Watt gebruikte trouwens voor het eerste de term paardenkracht
(horse power) om het vermogen van een machine aan te duiden.
Al snel paste men deze uitvinding toe op andere zaken.
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 84 -
Gevolg :
• Afgeleide formule (voor arbeid ):
t
W P =>∆
= t . P W ∆=
• Afgeleid eenheid voor arbeid:
1 kWh ( kilowattuur - vooral gebruikt in de elektriciteit )
1 kWh = ……………W ● ………….s = …………….. J
Samenvatting:
Definitie arbeid:
……………………………………………………………………
…………........................................................................................
Formule Arbeid : W = ………….
F : …………………………… (eenheid …….)
∆s: ………………….……….. (eenheid ….....)
W : ……………………..…….(eenheid …..…)
Definitie Vermogen:
……………………………………………………………………
…………........................................................................................
Formule Vermogen : P =
W : ……………………… ……(eenheid …….)
∆t : ………………….………… (eenheid …....)
P : ……………………………..(eenheid ….…)
Afgeleide eenheden voor Vermogen: 1 kW = ……….W
1 MW = …..…..W
Afgeleide formule voor arbeid: W = ..........................................
Afgeleide eenheid voor arbeid: 1kWh = ………….J
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 85 -
Enkele weetjes (gemiddelde vermogens van enkele “toestellen”):
Boeiing 747 2,1 . 10 8 W
Toaster 1 . 10 3 W
Atleet 3 . 10 2 W
Gloeilamp 1 . 10 2 W
Vliegende bij 2 . 10 –2
W
Licht uitgezonden door een atoom 1 . 10 –10
W
Invallend zonlicht per m2 op Aarde 1,4 . 10
3 W
Grote radiozender 1 . 10 5 W
Wervelstorm 2 . 10 13
W
Grote elektrische centrale 1 . 10 9 W
Menselijk hart 1,5 W
Denk na en antwoord:
Arbeid? Enkele voorbeelden
Ja Neen
Duw een auto, hij komt niet in beweging. Lever je
arbeid op die auto?
Duw een auto, hij komt wel in beweging. Lever je
arbeid op die auto?
Til je boekentas op van de grond. Lever je arbeid op de
boekentas?
Hou de boekentas vast op constante hoogte boven de
grond. Lever je arbeid op de boekentas?
Een auto wordt aangedreven door zijn motor. De rijdt op
een vlakke weg met constante snelheid. Levert de motor
arbeid op de auto?
Een auto wordt aangedreven door zijn motor. De auto
rijdt met constante snelheid een helling op. Levert de
motor arbeid op de auto?
Een slede glijdt wrijvingsloos over een volkomen glad
oppervlak. Wordt er arbeid geleverd op de slede?
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 86 -
Vraagstukjes:
1. Twee mannen zagen houtblokken met een boomzaag. Om de zaag over en weer te
trekken is een kracht nodig van 245 N. De mannen trekken de zaag 20 maal heen
en weer per minuut. De verplaatsing in elke zin is 90cm. Bereken de door elke
man verrichte arbeid per uur alsook het ontwikkelde vermogen.
(Oplossing: 2,65 . 105J, 73,5 W).
2. Bereken het vermogen van een machine die 15 ton kolen per uur uit een mijn van
150m diep kan ophalen. (Oplossing: 6,12 kW).
3. Een jongen met massa 60 kg loopt in 12 s een 10 m hoge trap op.Bereken het
ontwikkelde vermogen. (Oplossing: 4,90 102 W)
4. Een lading van 1000 kg wordt door een kraan 10 m opgetild in 25s. Bereken het
vermogen van de kraan. ( Oplossing: 3,92 kW)
5. Iin de Niagarawatervallen vallen ongeveer 700 000 ton water per minuur over een
afstand van ongeveer 50 m naar beneden. Bereken het ontwikkelde vermogen.
(Oplossing: 5,72 105 kW)
6. Hoelang doet een electrische motor met netto-vermogen 25kW erover om een
massa van 1000 kg 20 m hoog te brengen ( Oplossing: 7,85 s)
7. Uit een waterval van 20 m hoogte valt elke minuut 45 m3 water naar beneden.
Bereken:
a. de geleverde arbeid in joule en kWh ( Oplossing: 8,33 106 J; 2,45 kWh)
b. welk vermogen men maximaal uit deze waterval kan halen
(Oplossing: 1,47 102 kW)
8. Het water in een bergmeer bevindt zich 600m boven een electrische centrale die
een vermogen van 706 kW kan leveren. Hoeveel liter water moeten hiertoe
minimum door de turbines verwerkt worden per minuut? (Oplossing: 7,20 103 l)
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 87 -
h
m
m
Energie
Definitie :
Energie kan dus in arbeid worden omgezet en omgekeerd. Het zijn gelijkwaardige
of equivalente grootheden.
Eenheid Energie:
Eenheid Energie = eenheid arbeid
= J (joule)
Soorten Energie:
1. Mechanische Energie : De materie verandert niet.
a. Potentiële Energie : E p
Potentiële energie is energie die te wijten is aan een speciale stand van het
voorwerp.
•
E p = W
= Fz . ∆s
= m . g. h
E p = m . g. h
Een motor heeft brandstof (energie) nodig om arbeid te
kunnen leveren.
Na sport (inspanning) hebben we honger want onze
energie is opgebruikt.
Een lichaam dat zich op een bepaalde hoogte in het
zwaarteveld bevindt is in staat arbeid te leveren.
Een voorwerp bezit energie als het arbeid kan verrichten
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 88 -
• Veer van een speelgoedtreintje. Als deze veer opgewonden is , kan
zij het treintje in gang zetten.
Hierbij is de stand van de moleculen t.o.v. elkaar gewijzigd en de
cohesiekracht tracht deze moleculen weer naar haar inwendige
toestand te brengen. Daarom spreekt men in dit geval van
inwendige Potentiële Energie.
De eenheid voor potentiële energie : J (joule)
b. Kinetische Energie of Bewegingsenergie : E k
Kinetische energie is de energie die een lichaam bezit dat in beweging is.
Naarmate het voorwerp een grotere massa heeft en een grotere snelheid
heeft zal de kinetische energie toenemen.
( )
( )
2
2
2
2
1
2
1
2
1.
vm
tam
taam
sF
WEk
=
∆⋅⋅⋅=
∆⋅=
∆⋅=
=
De eenheid voor kinetische energie : J (joule)
∆s
v
m
v0 = 0
Fr
m
Het water van een waterval kan arbeid verrichten
dank zij haar beweging.
Men zegt dat de waterval kinetische (bewegings)
energie bezit.
De veer bezit energie door haar
gespannen toestand.
2
2
1vmEk =
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 89 -
2. Thermische Energie (Warmte)
3. Chemische Energie
Kenmerk: De materie verandert.
4. Elektrische energie
We hebben het dan over elektrische energie.
5. Stralingsenergie
Wanneer licht op het molentje valt zal dit draaien.
Het molentje draait met de verzilverde kant vooruit.
Stralingsenergie wordt omgezet in kinetische energie.
6. Kernenergie
Vorm van energie die wordt uitgewisseld tussen lichamen met
een verschillende temperatuur. Warmtetransport kan optreden
door warmtestraling, warmtegeleiding of convectie.
De warmte die de gloeidraad doet gloeien is afkomstig van de
electrische stroom die erdoor loopt.
De Radiometer van Crookes bestaat uit een zeer licht molentje,
waarvan de vleugeltjes langs één zijde verzilverd en langs de andere
zijde met roet bedekt zijn. Om de wrijving gering te houden hangt het
molentje in een glazen bol, waarin de lucht sterk verdund is (niet
volledig luchtledig).
Bij een kernreactor wordt warmte verkregen uit kernergie,
die ontstaat uit splijting van uraniumkernen.
Kernergie is een niet hernieuwbare energievorm.
Door verbranding kan een stof arbeid leveren. De
verbranding is een chemisch proces. Als een stof
arbeid kan leveren door een chemisch proces bezit
ze chemische energie.
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 90 -
Omzetting van energie:
De verschillende energievormen kunnen in elkaar overgaan. Energie kan van het ene
voorwerp op het andere overgaan.
Voorbeelden:
Een toestel is dus geen energieverbruiker maar een energieomzetter
Energie kan noch ontstaan, noch verdwijnen: energie kan alleen doorgegeven of omgezet
worden.
Opmerking:
De Wet van het behoud van energie is even fundamenteel voor de fysica als de wet van
behoud van massa (wet van Lavoisier) voor de chemie.
Einstein (1879 – 1955) heeft er op gewezen dat beide wetten afzonderlijk onjuist zijn,
aangezien massa in energie kan worden omgezet en omgekeerd, volgens de formule
E = m . c 2, waarbij E de energie is, m de overeenkomstige massa en
c (=300 000 km/s) de lichtsnelheid in het luchtledige is.
De wet zou dus moeten luiden: het geheel van massa en energie blijft constant.
Voor wat de klassieke fysica en chemie betreft kunnen we ons echter aan de wet van het
behoud van energie en de wet van het behoud van massa houden.
Batterij: omzetting van electrische energie naar kinetische
energie
Boormachine : Omzetting van electrische energie in
kinetische energie
Wet van Behoud van energie:
Energie kan wel van één vorm in een andere overgaan of van één lichaam
van een ander overgedragen worden, maar de som van alle energieën
verandert daarbij niet (in een afgesloten systeem).
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 91 -
Ep = 7 500 J
Ek = 2 500 J
Ep = 5 000 J
Ek = 5 000 J
Ep = 2 500J
Ek = 7 500 J
Ep = 0 J
Ek = 10 000 J
Ep = 10 000 J
Ek = 0 J
Behoud van mechanische energie bij een vallend voorwerp
De mechanische energie (de som van potentiële en kinetische energie) blijft behouden:
Einstein, Albert (Ulm 14 maart 1879 -Princeton, N.J., 18
april 1955), theoretisch fysicus, een van de grootste fysici
aller tijden, vooral beroemd geworden door zijn
relativiteitstheorie. Deze theorie bracht niet alleen een
totale omwenteling teweeg in de fysica, maar had door zijn
nieuwe opvattingen over ruimte en tijd ook daarbuiten
enorme invloed.
In 1933 bij het aan de macht komen van de nazi's, deed
Einstein, jood en zionist zijnde, afstand van het Duits
staatsburgerschap, trok zich terug uit de Berlijnse
Akademie en vestigde zich na een kort verblijf in België en
Engeland in de Verenigde Staten, waar hij hoogleraar in
de theoretische fysica werd aan het Institute for Advanced
Study te Princeton, N.J., tot zijn emeritaat in 1945. In 1941
werd hij genaturaliseerd tot burger van de Verenigde
Staten. In 1905, op 26-jarige leeftijd, publiceerde Einstein de
Annalen der Physik.
In 1922 kreeg hij de Nobelprijs voor natuurkunde voor
1921 toegekend.
In 1916 verscheen Die Grundlagen der allgemeinen
Relativitätstheorie.
Bij een valbeweging in het luchtledige
• Wordt de potentiële energie van het
lichaam omgezet in kinetische energie;
• Is de toename aan kinetische energie
gelijk aan de afname van potentiële
energie: ∆E k = - ∆E p
• Blijft de som van de kinetische en
potentiële energie onveranderd:
E k + E p = C ste
Wet behoud van mechanische energie :
E k + E p = C ste
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 92 -
Rendement
Voorbeeld:
Bij energieomzettingen is het de bedoeling om vertrekkend van een zeker energievorm,
zoveel mogelijk nuttige energie te bekomen, dus het rendement zo groot mogelijk te
maken
1 energie rde toegevoe
energie nuttige ≤=η
Opmerking: De warmteverliezen ontstaan door wrijving en straling.
Instromende
energievorm
(= toegevoerde)
Energie
omzetter
Uitstromende of
nuttige energie
Warmte
(verlies ?!)
+
De electrische energie in een boormachine wordt grotendeels
omgezet in kinetische energie of bewegingsenergie, maar er
ontstaat eveneens een hoeveelheid warmte die we niet kunnen
benutten.
De nuttige energievorm is hier bewegingsenergie, de vrijgekomen
hoeveelheid warmte is in dit geval een vorm van verlies. De som
van de bewegingsenergie en de warmte is gelijk aan de hoeveelheid
omgezette elektrische energie.
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 93 -
SCHOORSTEEN (1) Bij de verbranding van aardgas, aardolie of
steenkool komen gassen vrij. Een van de
belangrijkste gassen die vrijkomen is
koolstofdioxide. Dit is een (broeikas)gas dat
bijdraagt aan het broeikaseffect.
Via de schoorsteen komen alle afvalgassen in
de lucht. Het broeikasgas dus ook
VLIEGASVANGER (2) Door het verbranden van de steenkool
ontstaat er as. Die wordt in deze
vliegasvanger opgevangen waarna enkel de
rook doorgaat naar de schoorsteen en de as
achterblijft.
BRANDSTOFINVOER (3) Het water in de ketel moet heel erg heet
gemaakt worden. Hiervoor wordt meestal
aardgas, aardolie of steenkool verbrand. Via
de brandstofinvoer worden deze fossiele
brandstoffen naar de juiste plaats gebracht.
KETEL (4) In de ketel van een elektriciteitscentrale
wordt water heel erg heet gemaakt. Om dit
water zo heet (wel 1200 graden Celsius) te
maken wordt aardolie, aardgas of steenkool
verbrand. Omdat het water heel erg heet
wordt, wordt het water stoom. Deze stoom
gaat via grote stoompijpen naar de turbine.
Rationeel energieverbruik en alternatieve energievormen
Sedert de energiecrisis en de contestatie van de kernenergie maakt men bij het
produceren van elektrische energie steeds meer gebruik van STEG (steam & gas)
centrales op aardgas met warmtekoppeling (WKK). Het is hierbij de bedoeling om een zo
hoog mogelijk rendement te halen waarbij zo weinig mogelijk warmteverontreiniging in
het milieu terecht komt.
Werking van een elektriciteits – centrale
TURBINE (5) Een turbine is een rad met schoepen. Het wordt aan het draaien gebracht doordat er stoom tegenaan wordt geblazen. De turbine brengt
de generator aan het draaien, waardoor er elektriciteit wordt opgewekt. Samen met de generator zou je het de dynamo van de
elektriciteitscentrale kunnen noemen.
CONDENSATOR (6) Als de stoom door de turbine is gegaan kan het niet meer gebruikt worden. De stoom wordt dan in de condensator afgekoeld door
koelwater tot het ketelwater is. Het ketelwater wordt dan naar de ketel gepompt. Daar wordt het opnieuw heel heet gemaakt en wordt
het weer stoom
GENERATOR (7) In de generator zitten grote magneten. Als deze magneten ronddraaien wordt er energie (elektriciteit) opgewekt. De magneten in de
generator gaan pas draaien als het schoepenrad van de turbine draait. Daarvoor is stoom nodig dat tegen de schoepen wordt
aangeblazen.
De werking in de centrale is dus te vergelijken met een grote fietsdynamo: De stoom is te vergelijken met een bewegend fietswiel,
terwijl de turbine net het wieltje van de dynamo is. In de generator zit net als in de dynamo een magneet. Als die magneet ronddraait,
wordt energie opgewekt.
KOELTOREN (8) Soms kan het koelwater niet op een rivier geloosd worden. Het koelwater is dan te warm en zou de rivier te veel opwarmen. Het
koelwater gaat dan naar de koeltorens. Daar wordt het warme water gekoeld door de lucht. Daarbij ontstaat de stoom die je vaak ziet
boven koeltorens
KOELWATER rivier/zee (9) Voor het afkoelen van de stoom gebruiken de elektriciteitscentrales oppervlaktewater. Daarom staat een centrale meestal aan een rivier, zee, meer of kanaal. Het koelwater loopt door leidingen in de condensor en koelt de stoom af. Pijpleidingen met het
warmere koelwater, ongeveer 5 tot 6 graden Celsius, komen uit op het oppervlaktewater.
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 94 -
In de toekomst zal men ook steeds meer aandacht moeten besteden aan
“milieuvriendelijke” energievormen.
Zonne-energie
Het proces waarmee een zonnecel werkt heet fotovoltaïsche omzetting: de omzetting van
licht naar elektriciteit. Veelgebruikt is de afkorting "PV", dat stamt van het Engelse
‘photovoltaic’.
De meest gebruikte zonnecel is gemaakt van silicium. Dat silicium bestaat uit twee lagen,
de zogenaamde N-laag en P-laag. Het verschil in de twee lagen ontstaat door kleine
chemische toevoegingen. Hierdoor ontstaat een spanningsverschil over het
scheidingsvlak vergelijkbaar met de plus en de min van een batterij. Onder invloed van
licht worden er extra elektronen in de zonnecel losgemaakt. Door een verbinding tussen
beide lagen te maken, gaat er een elektrische stroom lopen. Voor het op gang komen van
het fotovoltaïsche proces is niet alleen felle zon nodig. Ook op een bewolkte dag kan een
zonnecel elektriciteit leveren.
Aardwarmte
Hiervan wordt in de “geothermische centrale” gebruik gemaakt om in het inwendige van
de Aarde water in stoom om te zetten die naar de centrale wordt vervoerd.
Iedereen kent de energie die via de
vulkanen en geisers van diep uit de
aarde aan het oppervlak komt. Daarbij
geldt: hoe verder richting het middelpunt
van de aarde, hoe hoger de temperatuur
van de aardkorst. De temperatuur binnen
de aardkorst stijgt met 3.3oC per 100m
diepte. De kern van de aarde ligt op
6.370 kilometer van het aardoppervlak.
Schattingen van de temperatuur in het
centrum lopen uiteen van 2.000 tot
12.000 °C.
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 95 -
Windenergie
De energie van de wind wordt reeds eeuwen in windmolens aangewend. Thans stelt men
geperfectioneerde windmolens op voor electriciteitsproductie.
Getijde energie
In de baai van Mont St.Michel zijn de getijde zeer groot. In de monding van de rivier
werd een stuw gebouwd, waardoor bij vloed het water in de rivier door de turbines van de
stroomgeneratoren, laat binnenstromen. Bij ebbe stroomt het water doorheen diezelfde
turbines weer naar buiten.
Energie uit bio-massa
Door de gisting van biologische afvalstoffen worden gassen geproduceerd, zoals
waterstofgas en methaan, die als brandstof voor electrische centrales gebruikt wordt
Onder invloed van zonlicht wordt CO2 uit
de atmosfeer vastgelegd in plantaardig
materiaal (fotosynthese). De CO2 wordt
in de vorm van allerlei
koolstofverbindingen vastgelegd (C). Bij
dit proces komt zuurstof vrij (O2). Het
plantaardig materiaal kan direct als
energiebron dienen. Snelgroeiende
gewassen zoals de populier, de wilg en
olifantsgras kunnen speciaal voor dit doel
worden geteeld (energieteelt).
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 96 -
Samenvatting:
Energie = …………………………………………………………
Mechanische energievormen:
1. Potentiële energie :
.……………………………………………………….
Inwendige potentiële energie : …………………………
Formule potentiële energie : Ep =………………………….
m: ……………………(eenheid : ………….)
g : ……………………(eenheid : ………….)
h : ……………………(eenheid : ………….)
2. Kinetische energie: ………………………………….
Formule kinetische energie : Ek = ………………………….
m : ……………………(eenheid : ………….)
v : ……………………(eenheid : ………….)
3. Behoud van mechanische energie: ……………………….
4. Behoud van energie : …………………………………………
……………………………………………………………………
5. Rendement:
……………………………………………………………
6. Andere soorten energie :
a. ................................
b. ................................
c. .................................
d. ................................
e. ................................
f. .................................
g. ................................
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 97 -
………………………………………………………...
………………………………………………………...
………………………………………………………...
………………………………………………………...
………………………………………………………...
………………………………………………………...
………………………………………………………...
………………………………………………………...
………………………………………………………...
Denk na en antwoord
1. In een proppenschieter is voordat een projectiel afgeschoten wordt, energie
opgestapeld. Waar en hoe?
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
2. Het lopen van een koekoeksklok is te wijten aan potentiële energie. Waar zetelt
die?
3. Waar zetelt de energie bij een polshorloge?
4. Wie levert de energie voor een polsuurwerk, dat automatisch opgedraaid wordt?
5. Waar blijft de kinetische energie van een trein als hij in het station loopt?
………………………………………………
………………………………………………
………………………………………………
………………………………………………
2de
jaar – 2de
graad (1uur)
Hoofdstuk 8 : Arbeid – vermogen - energie
- 98 -
Vraagstukjes:
1. Bereken de potentiële energie van een persoon van 60 kg die een toren van 50m
beklimt. (Oplossing: 2,94 x 10 4 J)
2. Een auto van 3000 kg ondervindt gedurende 5 s een versnelling van 1,5 m/s2.
Bereken de kinetische energie. (Oplossing: 8,44 x 10 4 J )
3. Tot welke hoogte moet men een bal van 320 g omhoogwerpen om hem een
potentiële energie van 127 J te geven.(Oplossing: 39,2 m)
4. Een atleet (massa 81 kg) springt met zijnpolstok 5,02 m hoog. Hoe groot is zijn
potentiële energie op het ogenblik dat hij over de lat gaat?
(Oplossing: 4,01 x 10 3 J)
5. Een kracht van 1470 N is genoeg om een wagen van 1600 kg met een constante
snelheid van 90 km/h te laten rijden. Bereken de kinetische energie en het
ontwikkelde vermogen. (Oplossing: 5 x 10 5 J ; P = 3,67 x 10 kW)
6. Een heilblok heeft een massa van 1 ton en wordt tot op een hoogte van 6,0 m
opgeheven. Bereken zijn potentiële energie.
Bereken de kracht op een paal uitgeoefend indien deze 18,0 cm in de grond
gedreven wordt en men aanneemt dat de helft van de energie bij het vallen
verloren gaat.(Oplossing: 5,88 x 10 4 J; 1,63 x 10
5N)
7. Een machine ontvangt 5 kJ energie. Er gaat 800 J verloren. Bereken het
rendement. (Oplossing: 0,84)
8. In een elektriciteitscentrale wordt 300kJ energie toegevoerd. Het rendement
bedraag 32%. Hoeveel elektrische energie kan hieruit geproduceerd worden,
hoeveel warmte gaat in het koelwater verloren? (oplossing: 96kJ, 204 kJ)