De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

EXTRA BLOK 7 ENERGIE Co BTn. def arbeidW=F.Δs def energievermogen om arbeid te verrichten 1 e hoofdwet (E-behoud)E voor = E na 2 e hoofdwet (warmte)bij.

Verwante presentaties


Presentatie over: "EXTRA BLOK 7 ENERGIE Co BTn. def arbeidW=F.Δs def energievermogen om arbeid te verrichten 1 e hoofdwet (E-behoud)E voor = E na 2 e hoofdwet (warmte)bij."— Transcript van de presentatie:

1 EXTRA BLOK 7 ENERGIE Co BTn

2 def arbeidW=F.Δs def energievermogen om arbeid te verrichten 1 e hoofdwet (E-behoud)E voor = E na 2 e hoofdwet (warmte)bij elk proces is warmteverlies E totaal E nuttig + Q vermogenP = W / t def rendementη = (E nuttig / E totaal ).100% KinetischeZwaarteVeerWarmte EnergieEnergieEnergieQ = F w. Δs E kin = ½ mv 2 E z = mghE veer = ½cu 2 SPIEKBRIEFJE

3 I AFVALLEN DOOR SPORTEN A Arbeid Jeroen keer stoten B Aantal gram afvallen via verbruikte chemische energie uit rendement en verbrandingswarmte C Hoeveel km fietsen op 100 gr vet D Hoeveel km hollen op 100 gr vet? W stap =F.Δs =800 (N).0,075 (m) = 60 (J) dus W lijf = n.W stap =1.250x60 = (J)=75 (kJ/km) W wind =F.Δs =8 (N)x1.000 (m) = (J)=8 (kJ/km) dus W lopen = W lijf +W wind = =83 (kJ)  E ch =5W lopen =5x83=415 kJ/km W Jeroen =F.Δs =1000x100(N)x0,5(m) = (Nm of J) = 50 (kJ) Rendement 50%  E ch =5xW Jeroen =5x 50 = 250 (kJ) M vet =E ch /E verbr = 250 (kJ)/38 (kJ/gr) = 6,6 (gr) W kmfietsen =F.Δs =10(N)x1.000(m) = (J) = 10 (kJ)  E ch = 50 (kJ/km) M vet =E ch /E verbr = 50 (kJ/km)/38 (kJ/gr) = 6,6 (gr/km) Dus 100 (gr)/ 6,6 (gr/km) = 15 (km fietsen) n = 1.000/0,80 =1.250 staps M vet =E ch /E verbr = 415 (kJ/km)/38 (kJ/gr) = 11 (gr/km)  100/11 = 9 km

4 II CATAMARAN Een catamaran heeft twee lange drijvers waarop een plateau gemonteerd is. Bij een harde wind kan de boot flink scheef hangen. De draaiing van de boot om draai- punt O, de stip in de rechterdrijver, wordt beïnvloed door de drie krachten die hiernaast zijn getekend. De massa van de catamaran is 120 kg, die van de stuurman is 60 kg. De tekening is op schaal. A Bereken het moment van F boot en F stuurman tov O. B Bereken de windkracht F wind als de catamaran in evenwicht is. M wind is met de klok mee, M stuurman en M boot zijn tegen de klok in

5 III FISCHER PRIZE A Bereken de snelheid van de kar beneden met een energie-beschouwing B Bereken uit y = 40 cm en x = 35 cm de voorwaartse snelheid C Bepaal de hoek bij neerkomen Zonder wrijving is de omzetting E z  E kin, dus Eerst valtijd uit versneld vallen over y = 40 cm: dan voorwaartse snelheid uit valtijd en x = 35 cm: Versneld omlaag vallen in 0,29 s levert Hoek uit snelheidscomponenten vyvy vyvy vxvx vxvx vxvx

6 III FISCHER PRIZE D Bereken de wrijving uit de te lage snelheid E Wat is de minimale snelheid boven? C Bepaal de hogere snelheid beneden met een energieomzetting. Met wrijving is de omzetting E z  E kin +Q, dus Het karretje mag niet te traag zijn anders is F z te groot: Energieomzetting bij omhoog gaan is : E kin  E kin ’+ E z, dus

7 IV ZALM A Hoeveel kan de zalm omhoog springen als v begin = 5,0 m/s? B Het water valt 1 m omlaag, de zalm zwemt er tegen in – startend met 5 m/s. Wat is dan de snelheid tov het meer? C Hoeveel moet de zalm omhoog springen bij een 2 m hoge waterval en met welke snelheid moet hij dan uit het water springen? Energieomzetting: E kin  E z, dus Snelheid water na 1 m vallen tov het meer gaat de zalm dus 5,0 – 4,5 = 0,5 m/s omhoog. Water heeft na 1,25 m een snelheid van 5,0 m/s. De zalm moet dus 75 cm omhoog springen, d.w.z. dat de snelheid omhoog van de zalm moet zijn:

8 V PLANK IN EVENWICHT Een homogene plank AB van 2,0 kg wordt in P ondersteund. De plank hangt in B aan een krachtmeter. AB = 200 cm en AP = 40 cm A Teken in de eerste figuur hiernaast de 3 krachten die er OP de plank werken. 8Bereken de grootte van die krachten. Z F Z omlaag B F veer omhoog P F steun omhoog P is het draaipunt Geen draaiing  hefboomwet tov P

9 A WINDENERGIE A Uit het kaartje blijkt dat de windsnelheid boven zee groter is dan boven land. Een grotere windsnelheid betekent een grotere energieopbrengst. B Voor de kinetische energie van de wind geldt: P=½·ρ·A·(v) 3. Hierin is A=π·r 2 =π·(30) 2 =2,83·10 3 m 2, ν=43/3,6=11,9 m/s en ρ=1,29 kg/m 3 Dus P=½·1,29·2,83·10 3 ·(11,9) 3 =3,1·10 6 W. C De snelheid van de lucht na de turbine is 3 maal zo klein. De kinetische energie(/s) van die lucht is dan 3 3 =27 maal zo klein. Dus de energie(/s) die aan de wind is onttrokken is: (1-1/27)·100%=96%. D De opbrengst van ‘t park is 1,1·10 15 J’, ‘n huishouden gebruikt 3·10 3 3,6·10 6 =1,08·10 10 J. Het max aantal huishoudens is dus 1,1·10 15 /(1,08·10 10 )=1,0·10 5. E Als er weinig wind staat, wordt er onvoldoende vermogen/energie geproduceerd. Of: Op piekuren van energieafname is er onvoldoende vermogen/energie beschikbaar.

10 B SOLAR IMPULSE A De afgelegde afstand is 2πr = 2 * π * (6,378 * * 10 3 ) = 4,01 * 10 7 m. Het vliegtuig vliegt 70 km/h oftewel 19,44 m/s. De tijd die dan nodig is, is: t = s / v = 4,01 * 10 7 / 19,44 = 2,06 * 10 6 s = 24 dagen B De zonnecellen leveren10 kW, en het nuttig vermogen is 60 %, dus 6,0 kW. Dit is exact het nuttig vermogen van alle motoren. Er is dus geen extra energie uit de accu's nodig. C De zonnecellen leveren10 kW. Dit is 20% van het vermogen van het zonlicht. Het vermogen van het zonlicht is dus 50 kW. Per vierkante meter is dit 50 / 200 = 0,25 kW. D De accu's leveren 10 kW aan de motoren. De tijd is dan: t = E / P = 110 / 10 = 11 uur E Het totale vermogen is te bepalen als de oppervlakte onder de grafiek. Dit oppervlak is: E = P * t = 0,5 * 180 * (10 - 6) * ( ) + 0,5 * 180 * ( ) = 1800 kWh Rendement zonnecellen is 20 %, om te vliegen blijft er dus 0,2 * 1800 = 360 kWh over. Om een etmaal te vliegen is een energie van 24 * 10 = 240 kWh over. De extra geleverde hoeveelheid energie is dus = 120 = 1,2 * 10 2 kWh.

11 C HIGHLAND GAMES A Op t = 0,35 s heeft de grafiek de steilste helling. Dit betekent dat de snelheid hier het grootst is. Bij de grootste snelheid hoort ook de grootste kinetische energie. B Het hoogste punt van de steen is 5,0 m. De zwaarte-energie is daar: E z = mgh = 25 * 9,81 * 5,0 = 1226 J. De hoogte van de steen op t = 0,35 s is 1,7 m. De zwaarte-energie is daar dan: E z = mgh = 25 * 9,81 * 1,7 = 416,9 J. Op het hoogste punt heeft de steen geen kinetische energie meer. De 1226 J is dus de totale energie. Op 1,7 meter heeft de steen zwaarte-energie (416,9 J) en voor de rest alleen kinetische energie. De maximale kinetische energie is: E k,max = ,9 = 809,1 = 0,81 kJ C Tussen t = 0,15 s en t = 0,35 s neemt de zwaarte-energie toe omdat de steen vanaf 0,40 tot 1,70 m getild wordt. De toename van de zwaarte-energie is: ΔE z = mgΔh = 25 * 9,81 * (1,7 - 0,4) = 319 J. Behalve de zwaarte-energie neemt tussen t = 0,15 en 0,35 s ook de kinetische energie toe van 0 tot 0,81 kJ. De totale toename van de energie is: ΔE mech = = 1129 J Het vermogen is de energie per seconde: P = ΔE / t = 1129 / 0,20 = 5,6 * 10 3 W

12 C HIGHLAND GAMES D E Grafiek b. Het blok valt recht naar beneden. De snelheid waarmee het blok valt zal steeds toenemen onder invloed van de zwaartekracht. De helling van de lijn in de (h,t)- grafiek moet dus steeds groter worden. Dit is alleen in grafiek b het geval. F Op tijdstip t = 1,1 s begint de steen te vallen. De snelheid neemt dan vanaf 0 toe, met een versnelling van 9,81 m s -2. De tijd die nodig is om 5 meter te vallen volgt uit: s = 0,5 * g * t 2 5 = 0,5 * 9,81 * t 2 1,019 = t 2 t = (1,019) 1/2 = 1,01 s. De snelheid na 1,01 s vallen is: v = g * t = 9,81 * 1,01 = 9,9 ms -1. In de grafiek hiernaast is dit al ingetekend.

13 D ZONNETOREN A EnviroMission verwacht een opbrengst van 700 GWh/jaar = 700/365 = 1,92 GWh/dag. De omzet is 200 MWh/u, dus moet de centrale 1920/200 = 9,59 u/ dag werken. B Straal glasplaat 2,5 km, dus oppervlak onder plaat π·r² = π·(2,5·10³)² = 2,0·10 7 m². Vermogen van 1,3·2,0·10 7 = 2,6·10 7 kW, energie per minuut 60·2,6·10 7 = 1,2·10 9 kJ. Per kg lucht is dat 1,2·10 9 /4,3·10 7 = 28 kJ. Omdat c lucht 1 kJ/kg K, zal de lucht met 28 kJ toevoer met28 graden per minuut stijgen. C De lucht onder de plaat en in de toren warmt op en zet dus uit. Hierdoor wordt de lucht lichter en stijgt dus op, waardoor de toren lucht aanzuigt van onder de plaat. D Per seconde stroomt er π·R²·v = π·(65)²·54 = 7,2·10 5 m³ door de buis. p·ΔV = n·R·T, dus n = p·ΔV/R·T = 1,02·10 5 ·7,2·10 5 /8,31·(80+273) = 2,49·10 7 mol. Dus de massa van de lucht is m = 29·2,49·10 7 = 7,22,49·10 8 g = 7,2,49·10 5 kg. De kinetische energie is dus: E = 0,5·m·v² = 0,5·7,22,49·10 5 ·54² = 1,1·10 9 J.

14 E SPRINGSTOK A Om de diameter te berekenen, gebruiken we de formule ∆p = F / A. We willen hiermee de oppervlakte berekenen, dus we moeten de andere twee grootheden weten: ∆p = 4,3· ,0·10 5 Pa = 3,3·10 5 Pa en F = F z = mg = 42 · 9,81 = 412 N. De oppervlakte is dus: A = F / ∆p = 412 / (3,3·10 5 ) = 0,00125 m 2. De straal volgt uit A = πr 2 : r = √(A/π) = √(0,00125/3,14) = 0,020 m = 2,0 cm. De diameter is twee keer de straal: d = 2·r = 4,0 cm. B We gebruiken de wet van Boyle omdat de temperatuur constant is p 1 V 1 = p 2 V 2. Vóórdat Thomas op de springstok gaat staan is de druk p 1 = 3,0·10 5 Pa en het volume in de cilinder is V = 0,34 m · A. Als hij erop staat is de druk p 2 = 4,3·10 5 en het volume is V 2 = L 2 · A. Invullen van p 1 V 1 = p 2 V 2, geeft: 3,0·10 5 · 0,34 m · A = 4,3·10 5 · L 2 · A. L 2 = (3,0·10 5 · 0,34 m) / 4,3·10 5 = 0,24 m = 24 cm. De cilinder is verschoven over ∆L = L 1 - L 2 = cm = 10 cm. C We gebruiken de eerste hoofdwet: ∆Q = ∆E + W. Omdat er geen warmte-uitwisseling plaatsvindt is ∆Q = 0. De arbeid die wordt verricht door Thomas op de cilinder is gelijk aan W = p∆V. Het volume neemt tijdens zijn sprong toe, dus ∆V is positief, de arbeid dus ook. Nu is er nog één term over: ∆E. Deze is gelijk aan ∆E = 0 - W = -W. De kinetische energieverandering is dus negatief. Dit betekent dat de deeltjes in het gas minder gaan bewegen en dit betekent dat de temperatuur afneemt.

15 E SPRINGSTOK D Voordat hij op het hoogste punt was, had hij een positieve snelheid; erna heeft hij een negatieve snelheid. Hij bevindt zich dus op het allerhoogste punt op t = 0,54 s. E Om de versnelling uit de (v,t)-grafiek te halen op t = 0,90 s, moeten we de helling op dat punt bepalen. We kiezen nu 2 handige punten, het beste zo ver mogelijk uit elkaar en van het punt af, om in te vullen in de formule: a = ∆v/∆t = (1, ,0) / (0,96 - 0,85) = 23 m/s 2. F Thomas laat op iedere voetsteun de helft van zijn zwaartekracht werken. De kracht op één voetsteun (in het punt R) is dus: F R = ½F z = ½·42·9,81 = 206 N. De cilinder oefent vervolgens een kracht uit op de voetsteun om deze zwaartekracht op de voetsteun op te heffen. We kunnen de hefboomwet gebruiken om de kracht van de cilinder op de voetsteun te vinden: F cil ·r QD = F R ·r RD. Hierbij zijn r QD = 1,0 cm en r RD = 3,0 cm. Alles invullen geeft ons de kracht van de cilinder op de voetsteun: F cil ·1,0 cm = 206 · 3,0 cm. Dus F cil = 206 · 3,0 = 618 N.

16 F STRATEGIE WIELRENNEN A De gemiddelde kracht is ongeveer 2,0 * 10 2 N. Het vermogen kan berekend worden met P = F.v. Hierin is v de snelheid. De omlooptijd van één voet kan afgelezen worden uit figuur 3. Dit geeft ongeveer 0,70 s. De snelheid kan dan bepaald worden met v = 2πr / T. Voor het vermogen (van 2 voeten) geldt dan: P = F.v = 2 * 2,0 * 10 2 * 2 * π * 0,175 / 0,70 = 6,3 * 10 2 W. B Het topvermogen van 0,60 kW moet Alberto trappen bij een snelheid van 6,5 m/s. In figuur 4 is de som van P hoogte en P wrijving immers gelijk aan 0,60 kW. Dit topvermogen houdt Alberto 7,5 minuut vol. Voor de afstand vind je dan: s = v * t = 6,5 * 7,5 * 60 = 2,9 km

17 EINDE


Download ppt "EXTRA BLOK 7 ENERGIE Co BTn. def arbeidW=F.Δs def energievermogen om arbeid te verrichten 1 e hoofdwet (E-behoud)E voor = E na 2 e hoofdwet (warmte)bij."

Verwante presentaties


Ads door Google