Materie, energie en leven

Presentatie over: "Materie, energie en leven"— Transcript van de presentatie:

1 Materie, energie en leven
7 Elektrische energie Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

2 Materie, energie en leven
7.1 Van elektrische energie naar comfort lift elektrolysezaal gloeilamp Elektrische energie kan worden omgezet in mechanische energie, warmte-energie, lichtenergie, chemische energie calorimeter Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

3 Materie, energie en leven
7.1.1 Van elektrische energie naar warmte-energie: het joule-effect Omzetting naar warmte-energie gewenst Omzetting naar warmte-energie niet gewenst Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

4 Materie, energie en leven
7.1.2 Van elektrische energie naar lichtenergie: de gloeilamp 2,5% van elektrische energie omgezet in licht, de overige 97,5% in warmte Gloeidraad (wolfraam) = één meter Waarom inert gas (Ar) en geen lucht? wolfraam zou verbranden vanwege het zuurstofgas aanwezig in de lucht Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

5 Materie, energie en leven
7.2 Energie en vermogen van elektrische stroom 7.2.1 Elektrische energie E Experimentele afleiding van elektrische energie E Experiment 1 Benodigdheden: een regelbare spanningsbron, 2 lampjes, een voltmeter en een ampèremeter, verbindingsdraden A 6 V I = 0,1 A L1 Stroomsterkte Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

6 Materie, energie en leven
Experimentele afleiding van elektrische energie E Experiment 2 A U2 = 6 V I = 0,1 A L1 L2 U1 = 6 V 12 V In experiment 2 is de geproduceerde energie dubbel zo groot als in het eerste proefje. E en U zijn recht evenredig met elkaar E ~ U Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

7 Materie, energie en leven
Experimentele afleiding van elektrische energie E Experiment 3 I = 0,2 A L2 A 6 V L1 I1 = 0,1 A I 2= 0,1 A In het derde proefje is de geproduceerde energie (lichtenergie) dubbel zo groot als in het eerste proefje E en I zijn recht evenredig met elkaar E ~ I Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

8 Materie, energie en leven
Experimentele afleiding van elektrische energie E Experiment 4 E van verschillende huishoudtoestellen meten E ~ t Besluit van de vier experimenten James Prescott Joule (1818 – 1889) E=U∙I ∙t SI-eenheid voor energie 1 Joule = 1 J Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

9 Materie, energie en leven
7.2.2 Elektrisch vermogen (P ) Definitie Vermogen is de geleverde arbeid (W) per tijdseenheid James Watt (1736 – 1819) SI-eenheid voor vermogen 1 watt = 1 W = 1V x 1 A 1 kilowatt (kW) = 10³ W 1 megawatt (MW) = 106 W Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

10 Materie, energie en leven
7.2.3 Elektrische energie en elektrisch vermogen in het dagelijkse leven Het verbruik van elektrische energie wordt aangegeven in kWh (kilowattuur) E = P ∙ t 1 J = 1 W.s 1 kWh = (1000 W)(3600 s) = J Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

11 Materie, energie en leven
Vragen Vraag 1 Gegeven Gloeilamp P = 60 W Spaarlamp P= 12 W t = 3h/dag kostprijs c€ 15,64/kWh Gevraagd Verschil in kostprijs Oplossing Gloeilamp 0,060 kW ∙ 3h∙ 365 ∙ € 0,1564/kWh = € 10,28 Spaarlamp 0,012 kW ∙ 3h∙ 365 ∙ € 0,1564/kWh = € 2,06 Verschil = € 10,28 - € 2,06 = € 8,22 Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

12 Materie, energie en leven
Vraag 2 Bereken voor elk van onderstaande toestellen de stroomsterkte en de weerstand op basis van de gegevens in kolom 2 I = 6,36 A R= 34,6 Ω I = 2,50 A R= 88,0 Ω I = 0,114 A R=1930 Ω Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

13 Materie, energie en leven
Vraag 3 Een gloeilamp is geconstrueerd voor een netspanning van 220 V en een stroomsterkte van 0,50 A. Bereken de kostprijs voor 24 h belichting door deze lamp, als de kostprijs c€ 15,64/kWh is Gegeven U = 220 V I = 0,50 A t = 24h kostprijs c€ 15,64/kWh Gevraagd Kostprijs 24h Oplossing [(220V∙ 0,50 A)/1000] ∙ 24h ∙ c€ 15,64/kWh = c€ 41,3 Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

14 Materie, energie en leven
7.3 Hoe gevaarlijk/veilig is elektrische stroom? 7.3.1 Gevaren van elektrische stroom 1 Kortsluiting en elektrocutie Hoe ontstaat kortsluiting ontstaat? Kortsluiting ontstaat wanneer twee of meer draden van een elektrische stroomkring met elkaar in aanraking komen alvorens de stroom de verbruikstoestellen bereikt. Wat betekent kortsluiting elektrisch? Kortsluiting betekent dat de stroom dan een kortere weg volgt met een te geringe weerstand zodat de stroomsterkte zeer hoog wordt, wat in bepaalde gevallen tot gloeien van de draden kan leiden met brand tot gevolg. Hoe voorkomt men kortsluiting? Om kortsluiting te voorkomen zijn de elektrische draden met een isolerende stof omwonden. Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

15 Materie, energie en leven
Wat men verstaat onder elektrocutie? Elektrocutie is het overlijden tengevolge van een te grote elektrische stroom die door het lichaam loopt. 2 Overbelasting een te hoge stroom door de huisinstallatie Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

16 Materie, energie en leven
3 Overschrijden van de toegestane stroomsterkte Maximale toegestane stroomsterkte in de kabelleidingen volledig afgerold → I = 6,0 A. opgerolde kabel → 2,75 A In opgerolde toestand is de warmteafgifte aan de omgeving minder. Bij te grote stroomdoorgang zou de isolatie smelten. Vragen Mag je een boormachine van 400 W aansluiten op de kabelhaspel in opgerolde toestand? I= P/U = 400 W/220 V = 1,82 A Ja Mag je een straalkachel van 1000 W aansluiten op de kabelhaspel in opgerolde toestand I=P/U =1000 W/220 V = 4,55 A Nee Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

17 Materie, energie en leven
4 Welk zijn de gevaren in volgende situaties? Situatie 1 De kok heeft in de ene hand de watersproeier. Als hij de broodrooster,die aangesloten is op het elektriciteitsnet, aanraakt, is er een gevaar voor elektrocutie. Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

18 Materie, energie en leven
Situatie 2 Er is hier gevaar voor overbelasting Vermeld een veiligere oplossing: contactdozen gebruiken Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

19 Materie, energie en leven
Situatie 3 Beschadigde isolatie kan kortsluiting veroorzaken, (links en midden), losliggende kabels kunnen beschadigd worden met kortsluiting als gevolg, de verdeelstekker (‘kattekop’) kan overbelasting veroorzaken (rechts). Wees Voorzichtig! Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

20 Materie, energie en leven
7.3.2 Smeltveiligheden of zekeringen 1 Werkingsprincipe zekering in een auto Een  zekering heeft een smeltdraad Bij een te hoge stroomsterkte smelt de draad door. automatische zekering Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

21 Materie, energie en leven
2 Experiment met een smeltveiligheid Benodigdheden: Platte batterij (4,5 V) of ronde batterij (1,5 V), een aangepast lampje, verbindingssnoeren, een ijzeren spijker, een houten plankje, twee punaises, een geleidend draadje en doorzichtige kleefband Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

22 Resultaat experiment met een smeltveiligheid
Zonder spijker Met spijker Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

23 Materie, energie en leven
3 Opgaven a) In de keuken zijn het koffiezetapparaat (800 W), de koelkast (300 W) en de vaatwasmachine (2000 W) op 1 stroomkring aangesloten en beveiligd met een smeltveiligheid met nominale waarde 16 A. Bereken of de smeltveiligheid al dan niet zal doorsmelten als al deze toestellen in werking zijn Gegeven P (koffiezetapparaat) = 800 W P (koelkast) = 300W P (vaatwasmachine ) = 2000W Imax = 16 A Gevraagd Zal de smeltveiligheid doorsmelten? Oplossing Koffiezetapparaat : I = 800 W / 220V = 3,64A Itot = (3,64 + 1,36 + 9,09) A =14,09 A (parallelschakeling) Koelkast: I = 300 W / 220V = 1,36 A Vaatwasmachine: I = 2000 W / 220V = 9,09A Antwoord De smeltveiligheid zal dus niet doorsmelten. Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

24 Materie, energie en leven
b) Ga na of het naar veiligheid verantwoord is extra een frituurketel (2000 W) op dezelfde stroomkring aan te sluiten als al deze toestellen in werking zijn Oplossing Frituurketel: I = 2000 W/220 V = 9,09 A Itot =14,09 A + 9,09 A = 23,18 A > 16 A De smeltveiligheid zal doorsmelten. FYSICA VOOR HET LEVEN = TE ONTHOUDEN Men mag nooit een veiligheid van hogere nominale waarde aanbrengen. Een gesmolten veiligheid mag men nooit herstellen. Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

25 Materie, energie en leven
7.4 Netstroom versus batterijen 7.4.1 Kostprijsberekening van een batterij Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

26 Materie, energie en leven
Opdracht Wat is de betekenis van 2300 mAh? 2300 mAh (milli-ampère-uur = I x t) is de opgeslagen hoeveelheid elektriciteit Q E = Q x U = 2300 mAh x 1,5 V = 3450 mWh Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

27 Materie, energie en leven
Bereken de kostprijs per kWh. Houd er wel rekening mee dat er vier batterijen in deze aanbieding zitten en dat de batterijen tot 1000x oplaadbaar Opgeslagen hoeveelheid elektriciteit Q = 4 x 2300 mAh = 9200 mAh. 1000 x opladen ⇒totale hoeveelheid opgeslagen elektriciteit Q = 1000 x 9200 mAh = 9200 Ah E = Q x U = 9200 Ah x 1,5 V = Wh = 13,8 kWh . Prijs per kWh = 25 euro/13,8 kWh = 1,81 euro/kWh Vergelijk deze prijs met de prijs die je thuis moet betalen per kWh Afhankelijk van de verdeler. ~ c€ 14,0/kWh Natuurwetenschappen Materie, energie en leven

28 Materie, energie en leven
7.4.2 Mileuaspecten van batterijen vzw BEBAT (Fonds Ophaling Batterijen) Ingezamelde batterijen x 1000 Natuurwetenschappen Materie, energie en leven