METHODECONCEPT / REDACTIE
Boom voortgezet onderwijs
AUTEURS
Ton van den Broeck
Sjef Buil
Martijn Hordijk
Constance Nomden
Wianda Sanders
POLARIS
NASK 1
VMBO-KADER LEERJAAR 4
BOOM VOORTGEZET ONDERWIJS
Inhoud 7 Geluid
7.1 Geluidstrillingen 8
7.2 Geluidssterkte 14
7.3 Frequentie 20
7.4 Horen 26
Toetsvoorbereiding 32
8 Elektriciteit en magnetisme
8.1 Magneten 36
8.2 Dynamo, microfoon en luidspreker 42
8.3 Transformator 48
8.4 Bijzondere componenten 54
8.5 Automatische schakelingen 60
Toetsvoorbereiding 66
9 Energie
9.1 Soorten energie 70
9.2 Rekenen aan energie 76
9.3 Energie omzetten 82
9.4 Warmtetransport en isolatie 88
9.5 Energiegebruik en milieu 94
Toetsvoorbereiding 100
10 Krachten gebruiken
10.1 Kracht en versnelling 104
10.2 Druk 110
10.3 Veilig in het verkeer 116
10.4 Hefbomen en katrollen 122
Toetsvoorbereiding 128
Theorie 3K CE
1 Stoffen en materialen 132
2 Elektriciteit 142
4 Beweging en kracht 152
Naslag
A Practicum 164
B Grafieken 167
C Rekenen 171
D Werken met Binas 179
E Onderzoeken 180
F Ontwerpen 182
Register van begrippen 184
Verantwoording illustraties 188
9 Energie
9.1 Soorten energie 70
9.2 Rekenen aan energie 76
9.3 Energie omzetten 82
9.4 Warmtetransport en isolatie 88
9.5 Energiegebruik en milieu 94
Toetsvoorbereiding 100
9.1
Soorten energie
DOEL Je leert verschillende soorten energie kennen.
Energiesoorten Om te bewegen en jezelf warm te houden, heb je energie uit voedsel nodig. Elektrische apparaten werken met energie uit een stopcontact, een accu of een batterij. Zonnepanelen gebruiken de energie van de zon. Er zijn dus verschillende soorten energie (figuur 9.1):
Chemische energie: in brandstoffen en voedsel is chemische energie opgeslagen. Die energie komt vrij bij verbranding. Ook in batterijen is chemische energie opgeslagen. Die energie komt vrij door een chemische reactie.
Elektrische energie: een wasmachine werkt op elektrische energie uit een stopcontact. Ook batterijen, accu’s en dynamo’s leveren elektrische energie.
Zwaarte-energie: een parachutist die uit een vliegtuig springt, heeft zwaarteenergie. Hoe hoger de parachutist is, hoe meer zwaarteenergie hij heeft.
Bewegingsenergie: alles wat snelheid heeft, bezit bewegingsenergie. Een auto die rijdt, heeft bewegingsenergie. Wind is bewegende lucht en heeft dus ook bewegingsenergie.
Veerenergie of elastische energie: een veer die je uitrekt, heeft veerenergie. Laat je de uitgerekte veer los, dan komt die energie weer vrij. Veerenergie noem je ook wel elastische energie.
Stralingsenergie: de zon zendt energie uit in de vorm van straling. Een deel van die straling is zichtbaar licht. Een ander deel is onzichtbaar, zoals infrarode straling en ultraviolette straling.
Kernenergie: in een kerncentrale wordt kernenergie opgewekt. Die energie komt van de kernen van uraniumatomen.
Alle soorten energie druk je uit in dezelfde eenheid: joule (J).
Bij berekeningen met energie gebruik je vaak grote getallen. Het is dan handig om te werken met voorvoegsels of machten van tien. Zie Binas tabel 3.
9.1 De wind en de wieken hebben bewegingsenergie. Er valt stralingsenergie van de zon op de zonnepanelen en de panelen wekken elektrische energie op.
Oefenen
1 a Noteer vijf soorten energie. R
b Noteer de eenheid van energie. R
2 Welke soort energie zit in een accu? R
A Elektrische energie
B Bewegingsenergie
C Stralingsenergie
D Chemische energie
3 Welke soorten energie heeft een vliegende vogel? T1
A Veerenergie
B Bewegingsenergie
C Stralingsenergie
D Zwaarteenergie
4 Afbeelding A
In afbeelding A zie je een boogschutter.
Welke soort energie heeft de uitgerekte pees van de boog? T1
5 Noteer de juiste energiesoorten. T1
a De …… van de zon verwarmt de aarde.
b De draaiende wieken van een windmolen hebben
c Met zonnepanelen en windmolens wordt opgewekt.
d De motor van een benzineauto werkt op
e Een laadpaal voor een elektrische auto levert
6 Binas tabel 3
Een huishouden gebruikt gemiddeld per dag 140 000 000 J energie uit aardgas.
a Hoeveel megajoule is 140 000 000 J? Gebruik zo nodig Naslag C1 – Voorvoegsels T1
b Bereken hoeveel energie uit aardgas door dit huishouden per jaar wordt gebruikt. Geef je antwoord in GJ. T2
c Zet de hoeveelheden energie in volgorde van klein naar groot. Gebruik zo nodig Naslag C2 –Machten van tien T2 10 kilojoule − 1 000 000 J − 0,1 MJ − 11 · 103 J
7 Binas tabel 2
De eenheid van elektrische energie is joule, maar ook kWh.
a Hoeveel joule is 2,0 kWh? Gebruik zo nodig
Theorie 3K – 2.4 T1
b Hoeveel kWh is 36 MJ? T2
Warmte en temperatuur De meeste huizen worden verwarmd met centrale verwarming. De radiatoren in een ruimte geven warmte af. Hierdoor stijgt de temperatuur in huis. Warmte is een energiesoort. De eenheid van warmte is daarom ook joule (J). De temperatuur geeft aan hoe warm of koud het is. Temperatuur meet je met een thermometer. De eenheid van temperatuur is graad Celsius (°C). Een andere eenheid van temperatuur is kelvin (K).
Verbrandingswarmte Hout en aardgas zijn brandstoffen. Als je deze stoffen verbrandt, ontstaat er warmte. Die kun je gebruiken om je huis te verwarmen of water te laten koken. De hoeveelheid warmte die vrijkomt als je 1 g van een stof verbrandt, noem je de verbrandingswarmte. Dit is een stofeigenschap. De verbrandingswarmte van hout is bijvoorbeeld 16 000 J/g. Dit betekent dat er 16 000 J warmte vrijkomt, als je 1 gram hout verbrandt.
In Binas tabel 19 vind je de verbrandingswarmte van een aantal stoffen. Bij vaste stoffen wordt de verbrandingswarmte in J/g gegeven, bij vloeistoffen en gassen in J/cm3. Bij berekeningen met verbrandingswarmte kun je verhoudingen gebruiken. Zie Naslag C5 – Rekenen met verhoudingen
Voorbeeld [1] Bereken hoeveel warmte er vrijkomt als je 1,0 L aardgas verbrandt. Geef je antwoord in kilojoule.
Gegeven: 1,0 L aardgas
Gevraagd: de warmte die vrijkomt bij de verbranding van 1,0 L aardgas
Berekening: 1 Zoek in Binas tabel 19 de verbrandingswarmte van aardgas op: 32 J/cm3
2 Reken L om naar cm3: 1,0 L = 1000 mL = 1000 cm3 (zie Binas tabel 2 en Naslag C3 – Eenheden omrekenen)
3 Bereken de warmte die vrijkomt: Bij verbranding van 1 cm3 komt 32 J vrij. Dus hier komt vrij: 1000 × 32 = 32 000 J = 32 kJ
Antwoord: Er komt 32 kJ warmte vrij.
9.2 Als je de thermostaat hoger zet, worden de radiatoren warmer en wordt er meer warmte afgegeven aan de kamer. Hierdoor stijgt de temperatuur in de kamer.
Oefenen
8 Waar of niet waar? R
a De eenheid van warmte is °C.
b Temperatuur is een vorm van energie.
c Een eenheid van verbrandingswarmte is J/g.
d Een eenheid van verbrandingswarmte is J/cm3
9 Binas tabel 19
a Zoek in Binas de verbrandingswarmte van hout op en noteer de waarde. T1
b Je verbrandt 5 kg hout in een houtkachel. Bereken hoeveel energie hierbij vrijkomt. T1
10 Binas tabel 2, 3 en 19
In de cvketel van een woonhuis wordt jaarlijks ongeveer 1200 m3 aardgas verbrand.
a Bereken hoeveel cm3 aardgas er per jaar verbrand wordt. T1
b Bereken hoeveel warmte vrijkomt bij de verbranding van 1200 m3 aardgas. T1
c Reken je antwoord op vraag b om naar gigajoule (GJ). T2
11 Binas tabel 19
Om een pan met water aan de kook te brengen, is 1,4 MJ aan warmte nodig. Als je kampeert, kun je hiervoor een benzinebrander gebruiken. Van de warmte die de brander produceert, wordt 25% gebruikt voor het verwarmen van de pan met water. De rest gaat verloren.
a Laat met een berekening zien dat de brander 5,6 MJ warmte moet produceren om de pan met water te laten koken. T2
b Bereken hoeveel cm3 benzine daarvoor nodig is. T2
12 Afbeelding B
Een leerling onderzoekt hoe snel kokend water afkoelt. In afbeelding B zie je een diagram met de meetresultaten.
a Wanneer geeft het water de meeste warmte af aan de omgeving? T2
A In de eerste 10 minuten
B In de periode van 30 tot 40 minuten
C In de periode van 90 tot 100 minuten
D In elke periode evenveel
b Wat is de temperatuur in het practicumlokaal waar de leerling het onderzoek doet? T2
c Reken de temperatuur van vraag b om naar kelvin (K). Gebruik zo nodig Theorie 3K – 1.1. T1
Paragraafopgaven
13 Welke energiesoort levert de generator in een energiecentrale? T1
A Bewegingsenergie
B Chemische energie
C Elektrische energie
D Stralingsenergie
14 Afbeelding C
Welke energiesoort heeft het uitgerekte elastiek in afbeelding C? T1
A Bewegingsenergie
B Chemische energie
C Veerenergie
D Warmte
15 Binas tabel 3 en 19
Uit een aardgasveld wordt per jaar 21,6 · 109 m3 aardgas gehaald. Een gemiddeld huishouden in Nederland gebruikt per jaar 48 GJ energie uit aardgas.
a Reken 21,6 · 109 m3 om naar cm3 I
b Bereken hoeveel huishoudens per jaar energie uit dit aardgasveld kunnen gebruiken. T2
16 Binas tabel 3 en 19
In een afvalverwerkingsbedrijf wordt afval verbrand. De warmte die daarbij vrijkomt, wordt gebruikt om een woonwijk te verwarmen. In een jaar wordt 315 134 ton afval verbrand. Daarbij komt 2048 TJ aan warmte vrij.
a 1 ton = 1000 kg. Reken de massa van het verbrande afval om naar g. T1
b Reken 2048 TJ om naar J. Gebruik in je antwoord een macht van tien. I
c Laat met een berekening zien dat de verbrandingswarmte van het afval 6500 J/g is. T2
Heb je het leerdoel bereikt?
R Ik ken de volgende begrippen:
Chemische energie
Elektrische energie
Zwaarteenergie
Bewegingsenergie
Veerenergie of elastische energie
Stralingsenergie
Kernenergie
Warmte
Temperatuur
Verbrandingswarmte
T1 Ik kan de verschillende energiesoorten herkennen en ik kan berekenen hoeveel energie er vrijkomt bij de verbranding van een brandstof.
T2 Ik kan berekenen hoeveel brandstof nodig is voor een bepaalde hoeveelheid energie.
I Ik kan in berekeningen met verbrandingswarmte machten van tien gebruiken.
Examentraining
17 Afbeelding D
De accu in een ledlamp wordt opgeladen door de lamp op een laadstation te plaatsen. Dit laadstation wordt aangesloten op het lichtnet.
a Welke soort energie levert het lichtnet? T1
b Welke soort energie wordt in de accu opgeslagen? T1
Naar examen vmbo-KB 2016 – II
18 Afbeelding E / Binas tabel 19
Henk klust graag in zijn loods. Om daar in de winter te kunnen werken heeft hij een verrijdbare kachel gekocht, een ‘Master Heater’. De kachel van Henk verbrandt petroleum.
De inhoud van de tank van de kachel is 25 L (1 L = 1 dm3). Bereken hoeveel energie de kachel heeft omgezet als 25 L petroleum is verbrand. Gebruik bij je berekening de tabel ‘Verbrandingswarmte van enkele stoffen’ in Binas T1
Naar examen vmbo-KB 2012 – I
19 Werkblad 9.19
Tim heeft een glas ijsthee. De temperatuur van de ijsthee op het tijdstip t = 0 is 0 °C. Na 30 minuten is de ijsthee opgewarmd tot 18 °C . Dat is de temperatuur in de kamer.
a Reken de temperatuur van de kamer om naar kelvin (K). T1
b Schets in het diagram op het werkblad de grafiek van het verloop van de temperatuur van t = 0 tot t = 50 minuten. I
Naar examen vmbo-KB 2018 – I
9.2 Rekenen aan energie
DOEL Je leert rekenen met bewegingsenergie en zwaarte-energie.
Bewegingsenergie Een pijl die wegschiet uit een boog, heeft bewegingsenergie (figuur 9.3). De bewegingsenergie van een voorwerp hangt af van de massa en de snelheid van het voorwerp. De bewegingsenergie Ebew bereken je met deze formule:
Ebew = 1 2 · m · v2
Ebew bewegingsenergie in J m massa in kg v snelheid in m/s
Zwaarte-energie De skater bovenaan de halfpipe in figuur 9.4 staat 5,0 m boven het laagste punt. De skater heeft dan zwaarteenergie. Elk voorwerp op een bepaalde hoogte heeft zwaarteenergie. Hoe groter de massa van het voorwerp is, hoe groter de zwaarteenergie. De zwaarteenergie is ook evenredig met de hoogte waarop het voorwerp zich bevindt.
De zwaarteenergie E z bereken je met deze formule:
E z = m · g · h
E z zwaarteenergie in J m massa in kg g constante die op aarde 10 N/kg is h hoogte in m
Voorbeeld [2] Bereken de zwaarteenergie van de skater in figuur 9.4.
Gegeven: m = 40 kg h = 5,0 m
Gevraagd: Ez in J
Berekening: Vul de formule in:
E z = m g h → E z = 40 × 10 × 5,0 = 2000 J
Antwoord: De zwaarteenergie van de skater is 2000 J.
9.3 De bewegende pijl heeft bewegingsenergie.
masssa = 40 kg hoogte = 5,0 m
9.4 De skater bovenaan de halfpipe heeft zwaarteenergie.
Oefenen
20 a Welke twee grootheden heb je nodig om de bewegingsenergie te berekenen? R
b Welke drie grootheden heb je nodig om de zwaarteenergie te berekenen? R
21 a Een pijl van 100 g verlaat een boog met een snelheid van 70 m/s. Bereken de bewegingsenergie van de pijl. T1
b Een vogel van 180 g vliegt op 150 m hoogte. Bereken de zwaarteenergie van de vogel. T1
22 Afbeelding A
Een basketbal wordt in de basket geworpen.
In afbeelding A zie je de plaats van de bal op verschillende momenten.
Op welke plaats is de zwaarteenergie van de bal het kleinst? Noteer het juiste nummer. T1
23 Het hoogste punt van een achtbaan is 65 m.
Een karretje op deze achtbaan heeft op dit punt een zwaarteenergie van 143 kJ.
Hoe groot is de massa van dit karretje? T1
A 0,22 kg
B 2,2 kg
C 22 kg
D 220 kg
24 Een speedboot met een volle tank heeft een massa van 3862 kg. De topsnelheid van de speedboot met volle tank is 71 km/h.
a Laat met een berekening zien dat de bewegingsenergie van de boot op topsnelheid 751 kJ is. T1
b Wanneer de tank van de speedboot bijna leeg is, weegt de boot nog 2456 kg.
De bewegingsenergie van de boot is nog steeds even groot als bij vraag a.
Bereken de topsnelheid van de boot als de tank bijna leeg is. Geef je antwoord in km/h. Gebruik zo nodig Naslag C8 – Rekenen met kwadraten en wortels T2
25 Een heteluchtballon vliegt op een hoogte van 80 m.
Wat gebeurt er met de zwaarteenergie als de ballon naar een hoogte van 160 m stijgt? T2
A Die blijft gelijk.
B Die wordt twee keer zo groot.
C Die wordt vier keer zo groot.
Bewegingsenergie naar zwaarte-energie en omgekeerd
In figuur 9.5 zie je wat er gebeurt met de energie van een bal die je omhooggooit. Op het moment dat je de bal loslaat, heeft deze 30 J bewegingsenergie. Daarna beweegt de bal omhoog. Daarbij wordt de bewegingsenergie van de bal steeds kleiner en krijgt de bal steeds meer zwaarteenergie. Halverwege zijn de bewegingsenergie en de zwaarteenergie beide 15 J. Op het hoogste punt staat de bal stil. De bewegingsenergie is daar 0 J en de zwaarteenergie 30 J. Je ziet dat de totale energie steeds even groot is, namelijk 30 J.
Bij berekeningen kijk je vaak alleen naar de situatie aan het begin en de situatie aan het einde van een beweging. De zwaarteenergie in de ene situatie is dan gelijk aan de bewegingsenergie in de andere situatie. In voorbeeld 3 zie je hoe je dat doet.
Voorbeeld [3] Een dakpan valt van een dak. De massa van de dakpan is 4 kg en voor de val lag hij op een hoogte van 5 meter. Bereken de snelheid waarmee de dakpan de grond raakt.
Gegeven: m = 4 kg
h = 5 m
g = 10 N/kg
Gevraagd: v in m/s
Berekening: 1 Bereken de zwaarteenergie voor de dakpan valt:
E z = m · g · h → E z = 4 × 10 × 5 = 200 J
2 Als de dakpan de grond raakt, is de bewegingsenergie gelijk aan de zwaarteenergie voor de val:
Ebew = 200 J
3 Bereken de snelheid:
Ebew = 1 2 · m · v2 → 1 2 × 4 × v2 = 200 → 2 × v2 = 200
Deel links en rechts door 2:
v2 = 100
Neem de wortel van 100:
v = √100 = 10 m/s
Antwoord: De snelheid waarmee de dakpan de grond raakt, is 10 m/s.
h = 5 m h = 2,5 m
hoogste punt bewegingsenergie = 0 J
zwaarte-energie = 30 J
halverwege bewegingsenergie = 15 J
zwaarte-energie = 15 J
h = 0 m
laagste punt bewegingsenergie = 30 J
zwaarte-energie = 0 J
9.5 De totale energie van de bal is steeds
30 J.
Oefenen
26 Een reiziger gaat op station Amersfoort met een roltrap naar de grote hal, 5 meter hoger. De massa van de reiziger is 75 kg.
Bereken met hoeveel J de zwaarteenergie van de reiziger toeneemt. T1
27 a Je gooit een bal 4 m omhoog. De zwaarteenergie van de bal op het hoogste punt is 25 J. Bereken de massa van de bal. T1
b Leg uit hoe groot de bewegingsenergie van de bal was toen je hem omhooggooide. T1
c Bereken de snelheid waarmee je de bal omhoog hebt gegooid. T1
28 Een schoonspringer springt van een springplank in een zwembad. De massa van de schoonspringer is 75 kg. De springplank is 8 meter hoog.
Bereken de snelheid waarmee de schoonspringer in het water landt. T2
29 Een voetballer schiet een bal met een massa van 400 g met een snelheid van 12 m/s recht omhoog. Bereken hoe hoog de bal komt. T2
30 Een basejumper met een massa van 75 kg. springt van een 80 m hoge klif.
a Bereken hoeveel meter de basejumper gevallen is als hij op een hoogte van 60 m is. T1
b Bereken de snelheid van de basejumper op 60 meter hoogte. De parachute is dan nog niet geopend. T2
31 Afbeelding B
Bij de sloop van een gebouw wordt een zware sloopkogel gebruikt met een massa van 1900 kg. De kogel wordt opzij getrokken en komt daardoor 2 m hoger te hangen.
a Laat met een berekening zien dat de zwaarteenergie van de kogel hierbij met 38 000 J toeneemt. T1
b De kogel wordt losgelaten. Welke energiesoort(en) heeft de kogel als hij 1 m is gedaald? T1
A Alleen bewegingsenergie
B Alleen zwaarteenergie
C Bewegingsenergie en zwaarteenergie
c Bereken met welke snelheid de kogel de muur van het gebouw raakt. T2
2 m
Paragraafopgaven
32 Een zwemmer (massa 45 kg) springt van de duikplank. Bij de landing in het zwembad heeft de zwemmer een bewegingsenergie van 3150 J.
a Bereken de snelheid bij het raken van het wateroppervlak. T1
b Bereken de hoogte waarvan de zwemmer springt. T2
33 Afbeelding C
In het diagram in afbeelding C zie je de snelheid van een remmende auto. De massa van de auto is 1250 kg.
a Bereken de bewegingsenergie van de auto voor het remmen. T1
b Op t = 4 s is de snelheid van de auto gehalveerd. Wat geldt dan voor de bewegingsenergie van de auto? I
A Die is de helft van de energie aan het begin.
B Die is een kwart van de energie aan het begin.
C Die is driekwart van de energie aan het begin.
34 Een skater staat bovenaan een halfpipe. Wanneer hij beneden is, heeft de skater een snelheid van 9,2 m/s. Bereken hoe hoog de halfpipe is. I
Heb je het leerdoel bereikt?
R Ik ken de volgende begrippen:
Bewegingsenergie
Zwaarteenergie
T1 Ik kan rekenen aan bewegingsenergie en zwaarteenergie.
T2 Ik kan de snelheid berekenen als de zwaarteenergie gegeven is en de hoogte berekenen als de bewegingsenergie gegeven is.
I Ik kan beredeneren hoe de bewegingsenergie verandert als de snelheid verandert en ik kan rekenen met bewegingsenergie en zwaarteenergie als de massa onbekend is.
Examentraining
35 Afbeelding D
In de film Golden Eye springt geheim agent James Bond met een rubberen koord om zijn middel van een hoge dam. In afbeelding D zie je een tekening van de bungeejump van James Bond in zeven opeenvolgende situaties.
In situatie 1 staat James Bond op de rand van de dam.
Bij situatie 3 eindigt de vrije val. Daarna begint het rubberen koord op spanning te komen.
Bij situatie 5 is het koord maximaal uitgerekt. De massa van James Bond is 75 kg. Tijdens de val mag je de luchtwrijving en het gewicht van het koord verwaarlozen.
a Toon met een berekening aan dat de zwaarteenergie tijdens de vrije val met 112,5 kJ is afgenomen. T1
b Bij de vrije val wordt de afname van de zwaarteenergie volledig omgezet in bewegingsenergie. Bereken de snelheid die James Bond aan het einde van zijn vrije val (situatie 3) heeft. T2
Naar examen vmbo-KB 2010 – II
36 Afbeelding E
De Efan is een klein tweepersoons vliegtuig dat op elektriciteit werkt. Op een zeker moment heeft de Efan een bewegingsenergie van 416 000 J. De totale massa van het vliegtuig met de piloot is dan 520 kg.
Bereken de snelheid in m/s van de Efan op dat moment. T1
Naar examen vmbo-KB 2017 – I
9.3 Energie omzetten
DOEL Je leert de wet van behoud van energie toepassen en je leert rekenen met rendement.
Energieomzetting Een elektrisch apparaat neemt elektrische energie op en zet die om in een of meer andere soorten energie. Er is in het apparaat dan sprake van een energieomzetting. Een energieomzetting kun je weergeven in een energiestroomdiagram. In zo’n diagram zie je welke energiesoorten worden omgezet en hoe groot de verschillende energiesoorten zijn. In het energiestroomdiagram van figuur 9.6 zie je dat een ledlamp elektrische energie omzet in stralingsenergie en warmte. Andere voorbeelden van energieomzettingen in apparaten zijn:
Een waterkoker zet elektrische energie om in warmte.
Een boormachine zet elektrische energie om in bewegingsenergie en warmte.
Een zonnepaneel zet stralingsenergie om in elektrische energie.
Een accu zet chemische energie om in elektrische energie.
Een dynamo zet bewegingsenergie om in elektrische energie.
In Binas tabel 18 vind je meer voorbeelden van energieomzettingen.
Wet van behoud van energie In figuur 9.6 zie je dat de ledlamp 12 J elektrische energie omzet in 7 J warmte en 5 J stralingsenergie. Samen is dit weer 7 + 5 = 12 J aan energie.
De totale hoeveelheid energie voor en na de omzetting is dus gelijk. Er komt geen energie bij en er verdwijnt geen energie. Dit is de wet van behoud van energie. Deze geldt bij alle energieomzettingen.
In de vorige paragraaf heb je gezien dat zwaarteenergie omgezet kan worden in bewegingsenergie en omgekeerd. Ook daarbij geldt de wet van behoud van energie.
9.6 Energiestroomdiagram van een ledlamp
Oefenen
37 Noteer het juiste woord. R
a Een energieomzetting kun je weergeven in een
b Een waterkoker zet elektrische energie om in
c Een zet chemische energie om in elektrische energie.
38 Afbeelding A
In afbeelding A zie je het energiestroomdiagram van een boormachine.
a Leg uit welke energiesoort op de plaats van het vraagteken hoort. T1
b Bereken de grootte van deze energiesoort. T1
c De boormachine kun je op een hoger toerental instellen. De geluidsenergie neemt dan toe met 5 J en de bewegingsenergie met 475 J. De hoeveelheid energie van de energiesoort die hoort bij het vraagteken, verandert niet. Bereken de elektrische energie die de boormachine dan opneemt. T1
39 Afbeelding B
Afbeelding B is het energiestroomdiagram van een elektrische racewagen bij de start. Bij de start zijn de volgende vier energiesoorten van belang: warmte, bewegingsenergie, elektrische energie en geluidsenergie. Van de energiesoorten is geluid de kleinste en de bewegingsenergie de op een na grootste.
Geef aan welke energiesoorten horen bij de letters A, B, C en D. T1
40 Werkblad 9.40
Vul in de tabel op het werkblad voor elk apparaat in welke energiesoort het opneemt en welke energiesoort(en) het afgeeft. T1
41 De motor van een elektrische auto heeft een vermogen van 187,5 kW. De massa van de auto is 1200 kg. De auto kan in 8 s zijn topsnelheid bereiken.
a Laat met een berekening zien dat de elektromotor in die 8 s een energie levert van 1500 kJ. Gebruik zo nodig Theorie 3K – 2.4. T1
b Ga ervan uit dat 90% van de energie die de elektromotor levert wordt omgezet in bewegingsenergie.
Hoe groot is de topsnelheid van de auto? T2
A 35 m/s
B 50 m/s
C 1225 m/s
D 2500 m/s
Rendement Een lamp gebruik je om bijvoorbeeld een kamer te verlichten. Lampen zetten elektrische energie niet alleen om in stralingsenergie, maar ook in warmte. De stralingsenergie is nuttig, maar de warmte niet. Het percentage van de opgenomen energie dat bij een energieomzetting in nuttige energie wordt omgezet, noem je het rendement. In Binas tabel 18 vind je het rendement van een aantal apparaten.
Het rendement η (spreek uit: èta) bereken je met deze formule:
η = Eaf E op × 100%
η rendement in %
Eaf afgegeven nuttige energie in J
E op opgenomen energie in J
Je kunt het rendement ook berekenen door te kijken naar de energie die per seconde wordt omgezet. Dat is het vermogen P. Zie figuur 9.7.
De formule ziet er dan zo uit:
η = Paf P op × 100%
η rendement in %
Paf afgestaan nuttig vermogen in W
P op opgenomen vermogen in W
Voorbeeld [4] In figuur 9.8 zie je het energiestroomdiagram van een zonnepaneel. Bereken het rendement van het zonnepaneel.
Gegeven: E op = 200 J (stralingsenergie)
Eaf = 60 J (elektrische energie)
Gevraagd: η in %
Berekening: Vul de formule in:
η = Eaf E op × 100% → η = 60 200 × 100% = 30%
Antwoord: Het rendement van het zonnepaneel is 30%.
P = E t
P vermogen in W
E energie in J
t tijd in s
9.7 Zo bereken je het vermogen.
energie 60 J
energie 200 J
9.8 Energiestroomdiagram van een zonnepaneel
Oefenen
42 Binas tabel 18
a Wat is het rendement van de energieomzetting in een batterij? T1
b Noteer de opgenomen energiesoort en de afgegeven energiesoort bij de energieomzetting in een raketmotor. T1
c Welke motor heeft het hoogste rendement: een benzinemotor, een dieselmotor of een elektromotor? T1
43 Een zonnepaneel neemt 300 J stralingsenergie op en produceert 70 J elektrische energie.
a Bereken hoeveel joule warmte ontstaat bij deze energieomzetting. T1
b Bereken het rendement van deze energieomzetting. T2
44 Een sprinter zet tijdens een race chemische energie om in bewegingsenergie en warmte. Als de sprinter over de finish komt, heeft deze 2950 J aan bewegingsenergie en hebben de spieren 10 900 J aan warmte ontwikkeld.
a Bereken hoeveel chemische energie er tijdens de race is omgezet. T1
b Teken het energiestroomdiagram van de energieomzetting. T1
c Bereken het rendement van de energieomzetting. T1
45 Het rendement van zonnepanelen is de laatste jaren flink verbeterd. Wat betekent dit? T2
A Dat een zonnepaneel goedkoper is geworden.
B Dat een groter deel van de stralingsenergie wordt omgezet in elektrische energie.
C Dat de hoeveelheid warmte die het paneel produceert, groter is geworden.
46 Een oplader voor een telefoon gebruikt 5 J per seconde aan elektrische energie. Het rendement van de oplader is 83%.
a Bereken de energie die de oplader afgeeft aan de telefoon. T2
b Bereken hoeveel warmte de oplader in 10 minuten produceert. T2
47 Een elektromotor heeft een rendement van 96%.
De motor produceert 20 W aan warmte en geluid. Bereken het elektrisch vermogen van de elektromotor. T2
48 Een hijskraan tilt een container met een massa van 3820 kg 12 m omhoog. De motor van de kraan levert een energie van 500 kJ.
a Wat is de nuttige energiesoort? T2
A Bewegingsenergie
B Elektrische energie
C Zwaarteenergie
b Bereken het rendement van de hijskraan. T2
Paragraafopgaven
49 Een lift gaat vanaf de begane grond naar de tweede verdieping op 6,8 m hoogte. De massa van de liftcabine is 1185 kg. Bereken de toename van de zwaarteenergie van de liftcabine. T2
50 Afbeelding C
Een stuwmeer levert energie voor een waterkrachtcentrale.
a Welke soort energie heeft het water in het stuwmeer? T1
b Welke soort energie heeft het water dat naar beneden valt? T1
c In het stuwmeer zit 28 miljard m3 water. Het meer bevindt zich gemiddeld op 1232 meter hoogte. Bereken de zwaarteenergie van het water in het stuwmeer. T2
51 Een handbalster gooit met een snelheid van 20 m/s een bal richting het doel. De bal weegt 350 gram. De spieren van de handbalster leveren tijdens het schot 103 J aan energie.
a Bereken de bewegingsenergie van de bal. T1
b Bereken het rendement van het schot. T2
c Bereken hoeveel energie verloren gaat aan warmte in de spieren. T1
Heb je het leerdoel bereikt?
R Ik ken de volgende begrippen:
Energieomzetting
Energiestroomdiagram
Wet van behoud van energie
Rendement
T1 Ik kan de wet van behoud van energie toepassen bij berekeningen aan energieomzettingen.
T2 Ik kan het rendement van een energieomzetting berekenen met energie of met vermogen.
I Ik kan in berekeningen rendement, energie en vermogen combineren.
C
Examentraining
52 Afbeelding D
Jasper doet aan triathlon. Een triathlon bestaat uit drie onderdelen: zwemmen, fietsen en hardlopen.
a Bij het zwemmen is er in het lichaam sprake van een energieomzetting. Een van de energiesoorten na de omzetting is warmte. Noteer de energiesoort voor de omzetting en de andere energiesoort na de omzetting. T1
b Bij het zwemmen leveren de spieren van Jasper 108 kJ nuttige energie. Het rendement van deze omzetting is bij Jasper 9,0%. Toon met een berekening aan dat Jasper 1200 kJ energie heeft omgezet. T2
c Voor het onderdeel fietsen neemt Jasper een knijpflesje met sportvoeding (afbeelding D). Om zijn verbruikte hoeveelheid energie aan te vullen heeft hij drie knijpflesjes nodig.
Bereken hoeveel MJ energie er in één knijpflesje zit. T1
Naar examen vmbo-KB 2015 – II
53 Veel daken zijn bedekt met zonnepanelen.
Het opgenomen vermogen per m2 van het zonnepaneel is 1000 W. Het afgestane vermogen van het zonnepaneel is 120 W. Het zonnepaneel heeft als afmeting 0,80 m × 0,50 m. Bereken het rendement van het zonnepaneel. T2
Naar examen vmbo-KB 2018 – I
54 Sterre laat een munt vallen. Deze heeft een massa van 7,5 g.
De zwaarteenergie van de munt is op het hoogste punt 0,105 J. Neem aan dat alle zwaarteenergie van de munt wordt omgezet in bewegingsenergie. Bereken de snelheid waarmee de munt op de grond terechtkomt. T2
Naar examen vmbo KB 2021 – I
9.4 Warmtetransport en isolatie
DOEL Je leert welke drie vormen van warmtetransport er zijn en hoe isolatie werkt.
Warmtetransport Een lepel in een kop hete soep kan warm worden.
Dat komt doordat er warmte van de soep naar de lepel gaat (figuur 9.9).
De temperatuur van de lepel stijgt en de temperatuur van de soep daalt. Dit gaat door tot de soep en de lepel dezelfde temperatuur hebben. Warmte kan zich dus verplaatsen van een plek met een hoge temperatuur naar een plek met een lage temperatuur. Dit verplaatsen van warmte heet warmtetransport. Er zijn drie vormen van warmtetransport: geleiding, stroming en straling.
Geleiding Een lepel in een kop soep wordt warm door geleiding.
Bij geleiding geven de moleculen van de stof de warmte door. Metalen zijn goede geleiders. De ijzeren pook in figuur 9.10 wordt dus warm door geleiding. Lucht, hout en kunststof zijn slechte geleiders. Het handvat van een pan is daarom vaak van kunststof gemaakt. Een stof die warmte slecht geleidt, noem je een isolator.
Stroming Een cvinstallatie verwarmt een huis door stroming.
Het warme water wordt door de leidingen en radiatoren gepompt.
De warme lucht boven de radiator stijgt op en verwarmt de kamer. Warmtetransport door stroming vindt plaats in gassen en vloeistoffen.
De vloeistof of het gas verplaatst zich en neemt de warmte mee.
In figuur 9.10 verwarmt het vuur de lucht erboven. De lucht stijgt op en neemt de warmte mee.
Straling De energie van de zon bereikt de aarde door straling. Hierbij is geen tussenstof nodig. Niet alleen de zon zendt straling uit. Alle voorwerpen die warmer zijn dan hun omgeving doen dat. Je voelt deze straling als warmte wanneer je bijvoorbeeld je hand bij een vuur houdt (figuur 9.10).
9.9 Warmte gaat van een plek met een hoge temperatuur naar een plek met een lage temperatuur.
straling geleiding stroming
9.10 Warmtetransport door geleiding, stroming en straling
Oefenen
55 a Noteer de drie vormen van warmtetransport. R
b Hoe noem je stoffen die warmte slecht geleiden? R
plafond
vloer
56 Afbeelding A
In een folder van een bedrijf dat verwarmingsinstallaties aanlegt, staat het plaatje van afbeelding A.
a Welke vorm van warmtetransport wordt aangegeven door de pijlen in het plaatje? R
A Stroming
B Geleiding
C Straling
b De pijlen in het plaatje zijn donker en lichter van kleur. Welke kleur staat voor warm? T1
57 De zon verwarmt het asfalt van de straat. Van welke vorm van warmtetransport is hierbij sprake? T1
A Stroming
B Geleiding
C Straling
58 Je bakt een eitje op een elektrische kookplaat. Van welke vorm van warmtetransport is hierbij sprake? T1
A Stroming
B Geleiding
C Straling
59 In opstijgende warme lucht wint een zweefvliegtuig hoogte. Van welke vorm van warmtetransport is hierbij sprake? T1
A Stroming
B Geleiding
C Straling
60 Je verwarmt een reageerbuis met water in de vlam van een brander. Welke vorm van warmtetransport vindt er vooral plaats tussen het glas van de reageerbuis en het water onder in de reageerbuis? T1
A Stroming
B Geleiding
C Straling
61 Nynthe gebruikt ovenwanten om een bakvorm met cake uit de oven te halen. Welke vorm van warmtetransport gaat Nynthe vooral tegen door ovenwanten te gebruiken? T1
A Stroming
B Geleiding
C Straling
Thermosfles Met een thermosfles of isoleerkan houd je warme dranken warm en koude dranken koud. Dat komt doordat de thermosfles warmtetransport tegengaat (figuur 9.11):
De kunststof buitenfles geleidt warmte slecht.
De glazen binnenfles heeft twee wanden. Tussen de wanden zit geen lucht. Daar kan dus geen warmte worden getransporteerd door stroming.
De buitenkant en de binnenkant van de binnenfles zijn spiegelend. Daardoor wordt straling teruggekaatst.
Isolatie Tegengaan van warmtetransport noem je isolatie
Door huizen goed te isoleren bespaar je energie en kosten. Huizen kun je op de volgende manieren isoleren:
Spouwmuurisolatie – De muren van een huis bestaan meestal uit een binnenmuur en een buitenmuur. De ruimte daartussen – de spouw –kun je opvullen met een isolerend materiaal, zoals glaswol of isolatieschuim. Door de isolatiematerialen in de spouw kan de lucht in de spouwmuur niet stromen. Bovendien is de stilstaande lucht in de isolatiematerialen een slechte warmtegeleider.
Dakisolatie – Platen van steenwol, glaswol of piepschuim kun je aan de binnenkant tegen het dak bevestigen. Zie figuur 9.12. Zo voorkom je warmteverlies door stroming en door geleiding.
Dubbelglas – Bij dubbelglas zit er een laag stilstaande lucht tussen de twee ruiten. Stilstaande lucht is een slechte warmtegeleider en gaat stroming tegen. Er zijn ook ruiten met drie lagen glas.
Vloerisolatie – Folie aan de onderkant van de vloer kaatst de warmte terug. Zo voorkom je warmteverlies door straling. De kruipruimte onder de vloer kun je opvullen met bolletjes piepschuim. Dit voorkomt warmteverlies door stroming.
Radiatorfolie – Radiatoren stralen niet alleen warmte uit naar de kamer, maar ook naar de muur achter de radiator. Radiatorfolie tussen de muur en de radiator kaatst die warmte terug.
drank
binnenfles van glas of metaal met spiegelende oppervlakken aan de binnen- en buitenkant dop van kunststof
luchtledige ruimte
buitenfles van kunststof
9.11 Doorsnede van een thermosfles
9.12 Dakisolatie
Oefenen
62 In een thermosfles kun je warme dranken warm houden.
a Hoe wordt warmteverlies door geleiding voorkomen? R
b Hoe wordt warmteverlies door stroming voorkomen? R
c Hoe wordt warmteverlies door straling voorkomen? R
d Leg uit dat je dranken ook koel kunt houden in een thermosfles. T1
63 Je kunt met verschillende maatregelen warmteverlies in huis voorkomen. Leg uit of je met de volgende maatregelen warmteverlies door straling, geleiding of stroming voorkomt. T2
a Het dichten van naden en kieren
b Het vervangen van een aluminium schuifpui door een van kunststof
c Het aanbrengen van folie achter de radiatoren
d Het isoleren van verwarmingsbuizen
64 Afbeelding B
Als het erg koud is, moet de kleding die je draagt goed isoleren om je warm te houden. De wollen muts isoleert heel goed. Tussen de haartjes van de wol zit lucht gevangen. In de gewatteerde jas zit dons, dat hetzelfde effect heeft.
a Welke vorm van warmtetransport wordt door wol voorkomen? T1
A Geleiding
B Straling
C Stroming
b Isolerende kleding bestaat vaak uit veel laagjes over elkaar. Waarom isoleren veel laagjes beter dan één dikke laag? T2
c Als je in de winter buiten sport, moet je kleding niet te goed isoleren. Leg dat uit. T2
65 Het is binnen 10 °C warmer dan buiten. Het warmteverlies door een raam van 1 m2 met enkel glas is dan 55 J per seconde. HR+++glas bestaat uit drie lagen glas en aan de binnenkant van het glas is een heel dun spiegelend metaallaagje aangebracht. Als je de ruit van enkel glas vervangt door een van HR+++glas, is het warmteverlies nog maar 5 J per seconde.
a Bereken het verschil in warmteverlies tussen enkel glas en HR+++glas. T1
b Welke vorm van warmtetransport wordt door het metaallaagje voorkomen? T2
c Bereken hoeveel keer beter HR+++glas isoleert dan enkel glas. I
Paragraafopgaven
66 Afbeelding C
Met een warmtecamera kun je warmtelekken in huis opsporen. Zie afbeelding C. Waar verlaat de meeste warmte het huis? T1
67 De slow cooking bag wordt gebruikt om voedsel gaar te laten worden. Hiermee wordt veel brandstof bespaard. Het is een stoffen tas, gevuld met wol, waarin ruimte is uitgespaard voor één of meer pannen. De pan wordt eerst verwarmd op een vuur en vervolgens in de goed afgesloten tas gezet. Na een paar uren is het voedsel gaar.
a Leg uit waarom de wol een goede isolator is. T2
b Leg uit hoe met behulp van de slow cooking bag brandstof bespaard kan worden. I
68 Afbeelding D Noppenfolie met een aluminium laagje wordt gebruikt als isolatiemateriaal. De noppen zijn kleine blaasjes gevuld met lucht. Welke vormen van warmtetransport worden door de lucht in de noppen en door de reflecterende laag vooral tegengegaan? T2
noppen reflecterende laag
A straling geleiding
B geleiding geleiding
C straling straling
D geleiding straling
Heb je het leerdoel bereikt?
R Ik ken de volgende begrippen:
Warmtetransport
Geleiding, stroming en straling
Thermosfles of isoleerkan
Isolatie en isolator
Spouwmuurisolatie
Dakisolatie
Dubbelglas
Vloerisolatie
Radiatorfolie
T1 Ik kan de verschillende vormen van warmtetransport herkennen.
T2 Ik kan aangeven welke vorm(en) van warmtetransport worden tegengegaan door een vorm van isolatie.
I Ik kan berekenen hoeveel keer beter een bepaalde isolatie is dan een andere isolatie.
Examentraining
69 Afbeelding E en F
In sommige arme landen wonen mensen in hutten. Zij koken binnen op hout. Daarbij ontstaan giftige gassen en veel rook. Philips heeft een houtbrander ontwikkeld die heel schoon brandt en zeer zuinig is. In de houtbrander worden kleine stukjes hout verbrand. Een kleine ventilator blaast lucht naar boven en zorgt voor een goede menging van het brandbare houtgas met zuurstof. Hierdoor is er sprake van een volledige verbranding.
a Bij de verbranding van het houtgas is er sprake van een energieomzetting. Noteer de energiesoort voor en na de energieomzetting bij de verbranding van houtgas.
b De houtbrander is aan de binnenkant geïsoleerd met hittebestendig vezelpapier van glas en steenwol. Welke vorm van warmtetransport wordt op deze manier sterk verminderd?
c Wat verbetert er door de isolatie van deze houtbrander?
A De ventilator hoeft niet zo hard te draaien.
B De warmteopbrengst neemt toe.
C Er is minder zuurstof nodig.
Naar examen vmbo-KB 2011 – I
Legenda:
1 = verbrandingskamer
2 = elektronische schakelaar
3 = ventilator 4 = accu
= luchtstroom
9.5 Energiegebruik en milieu
DOEL Je leert wat de milieugevolgen zijn van energiegebruik.
Fossiele brandstoffen Aardolie, aardgas en steenkool zijn fossiele brandstoffen. Ze worden veel gebruikt om warmte en energie op te wekken. Daarbij komen schadelijke stoffen vrij die zorgen voor een versterkt broeikaseffect, luchtverontreiniging en thermische verontreiniging.
Versterkt broeikaseffect Bij de verbranding van fossiele brandstoffen komt koolstofdioxide (CO2) vrij. Dit is een broeikasgas dat ervoor zorgt dat de atmosfeer de warmte van de aarde vasthoudt. Industrie en verkeer zijn steeds meer fossiele brandstoffen gaan gebruiken. Dit zorgt voor het versterkte broeikaseffect. Door het versterkte broeikaseffect stijgt de gemiddelde temperatuur op aarde.
Luchtverontreiniging Behalve koolstofdioxide komen bij de verbranding van fossiele brandstoffen ook roet, zwaveldioxide en stikstofoxiden vrij. Dit zorgt voor luchtverontreiniging die schadelijk is voor je gezondheid. Het zorgt ook voor irritatie aan je slijmvliezen, ogen en luchtwegen. Zie figuur 9.13.
Roet komt vooral voor als fijnstof in de uitlaatgassen van dieselmotoren. Daarom moeten dieselauto’s verplicht een roetfilter hebben. Dat zorgt voor veel minder uitstoot van fijnstof.
Zwaveldioxide en stikstofoxiden in de lucht zijn de oorzaak van zure regen. Beide stoffen lossen op in regenwater en tasten vervolgens bossen en gebouwen aan. Milieuregels hebben ervoor gezorgd dat zure regen een minder groot probleem is geworden.
Stikstofoxiden spelen ook een rol bij het ontstaan van smog. Smog is een geelbruine mist die vooral bij windstil weer ontstaat in grote steden en industriegebieden. Bij ernstige smog dragen veel mensen mondkapjes als ze naar buiten gaan.
Thermische verontreiniging Afvalwater van de industrie en koelwater van elektriciteitscentrales worden geloosd in rivieren en kanalen. Hierdoor warmt het oppervlaktewater op. Dit is thermische verontreiniging. Door de hogere temperatuur bevat het oppervlaktewater minder zuurstof. Dat is niet goed voor vissen en andere dieren die in het water leven.
astma en verminderde longfunctie; longkanker hart- en vaatziekten
schade aan lever en bloed hoofdpijn irritatie van ogen, neus en keel
9.13 Gezondheidseffecten van luchtverontreiniging
Oefenen
70 Waar of niet waar? R
a Hout is een fossiele brandstof.
b Door het versterkte broeikaseffect stijgt de gemiddelde temperatuur op aarde.
c Zwaveldioxide is een van de gassen die bijdragen aan de zure regen.
d Thermische verontreiniging kan worden veroorzaakt door afvalwater van de industrie.
71 Afbeelding A, B en C
Je ziet drie afbeeldingen die te maken hebben met luchtverontreiniging.
Noteer van elke afbeelding om welke vorm van luchtverontreiniging het gaat.
Kies uit: fijnstof / zure regen / smog T1
Gemiddelde temperatuur in De Bilt
jaargemiddelde trend
72 Afbeelding D
In afbeelding D zie je een grafiek van de gemiddelde temperatuur in De Bilt van 1952 tot en met 2017. De blauwe lijn in het midden heet de trendlijn.
a Bepaal met behulp van de trendlijn de stijging van de gemiddelde temperatuur in De Bilt in de periode van 1952 tot 2017. T1
b Van 1952 tot en met 1997 is de gemiddelde temperatuur in Nederland met 1,0 °C gestegen (volgens de trendlijn). In welk jaar is de gemiddelde temperatuur met 2,0 °C gestegen ten opzichte van 1952 als deze trend zich voortzet? T2
Duurzame energiebronnen Het gebruik van fossiele brandstoffen is niet duurzaam. De voorraden kunnen opraken en het gebruik ervan zorgt voor milieuproblemen. Zon, wind en water zijn wel duurzame energiebronnen. Een andere naam voor duurzame energiebronnen is hernieuwbare energiebronnen.
Zon – De zon is voor de aarde de belangrijkste duurzame energiebron. Een zonnepaneel zet een deel van de stralingsenergie van de zon om in elektrische energie. Een zonneboiler gebruikt de stralingsenergie van de zon om water op te warmen.
Wind – In een windmolen zetten wieken en een generator bewegingsenergie van de wind om in elektrische energie. Windmolens kunnen geluidsoverlast en slagschaduw veroorzaken voor omwonenden. Daarom zijn er strenge regels voor de bouw en plaatsing van windmolens.
Water – In een waterkrachtcentrale wordt de bewegingsenergie van stromend of vallend water omgezet in elektrische energie. Zie figuur 9.14. In Nederland wordt energie uit water gewonnen door gebruik te maken van het verschil in waterhoogte in een rivier.
Aardwarmte – Je kunt warmte uit de bodem halen. Deze warmte wordt gebruikt voor de verwarming van huizen, gebouwen en kassen. Hoe dieper je de bodem in gaat, hoe hoger de temperatuur is. Op een diepte van 1000 m is de temperatuur ongeveer 45 °C.
Biomassa – Biomassa bestaat uit onder andere houtafval, gftafval en mest. Het kan gebruikt worden als brandstof voor een elektriciteitscentrale. Biomassa wordt ook gebruikt om biogas te maken. De energie uit biomassa wordt vaak duurzaam genoemd, omdat biomassa niet opraakt. Er kunnen namelijk weer nieuwe planten groeien. Die nemen weer koolstofdioxide op. Maar de vraag is hoe snel dat gaat en of er echt restafval verbrand wordt.
Energietransitie Duurzame energiebronnen raken niet op en ze veroorzaken nu en later geen milieuschade. Daarom is het belangrijk om zoveel mogelijk over te stappen op duurzame energiebronnen. Dat noem je de energietransitie In figuur 9.15 zie je het totale energiegebruik in Nederland in 2018. Nog maar 5% van alle gebruikte energie was toen duurzaam opgewekt.
9.14 Een waterkrachtcentrale
9.15 Het energiegebruik van Nederland in 2018
Oefenen
73 Waar of niet waar? R
a In Nederland zijn waterkrachtcentrales een belangrijke bron van elektrische energie.
b Een zonneboiler maakt warm water.
c Twee nadelen van een windmolen zijn geluidsoverlast en vissterfte.
d Een andere naam voor duurzame energiebron is hernieuwbare energiebron.
e De overgang van duurzame brandstoffen naar fossiele brandstoffen heet de energietransitie.
74 Op het dak van een winkelcentrum liggen zonnepanelen. Het maximale stralingsvermogen dat de zon aan deze panelen kan leveren, is 114 kW. De zonnepanelen hebben een rendement van 17,5%.
a Bereken het maximale elektrische vermogen van deze zonnepanelen. T2
b Dit vermogen zou je ook kunnen opwekken met een windmolen. Noem twee voordelen van het gebruik van de zonnepanelen in vergelijking met het gebruik van windmolens. T2
75 Binas tabel 18
Welke energieomzetting vindt er plaats in de turbine van een windmolen? T1
A Bewegingsenergie → zwaarteenergie
B Bewegingsenergie → elektrische energie
C Chemische energie → elektrische energie
D Elektrische energie → bewegingsenergie
Hernieuwbare energie per technologie
biotransportbrandstoffen aardwarmte verbranding en vergisting van biomassa zonne-energie wind
76 Afbeelding E / Binas tabel 3
In afbeelding E zie je een diagram waarin je per jaar kunt zien hoeveel energie is opgewekt door de verschillende vormen van hernieuwbare bronnen. Ook is aangegeven wat de verwachtingen zijn voor 2025 en 2030.
a Langs de verticale as staat het aantal petajoules. 1 petajoule is 1015 joule. Bereken hoeveel terajoule 1 petajoule is. T2
b Bepaal hoeveel petajoule energie in 2030 wordt opgewekt door zonneenergie en windenergie. T1
c Het gebruik van biomassa neemt de komende jaren niet toe. Wat zou daarvoor de reden kunnen zijn? T1
d Een van de duurzame energiebronnen die op de vorige bladzijde zijn genoemd, vind je niet terug in het diagram. Welke? T1
Paragraafopgaven
77 Welke energiebron is niet duurzaam? R
A Waterkracht
B Biomassa
C Zonneenergie
D Benzine
E Windenergie
78 Hoe dieper je de aarde in gaat, hoe hoger de temperatuur wordt. Er is onderzocht of aardwarmte gebruikt kan worden voor het verwarmen van kassen in het Westland. Op een diepte van 2,3 km bevindt zich
water met een temperatuur van 77 °C.
De temperatuur aan het aardoppervlak is in het Westland gemiddeld 8,0 °C.
a Toon met een berekening aan dat de temperatuurstijging per 100 meter diepte 3,0 °C bedraagt. T2
b Op een diepte van 4,0 km zit ook een warme waterlaag. Wat is de temperatuur van dat water?
Je mag ervan uitgaan dat de temperatuurstijging per 100 m niet verandert. T2
Elektriciteitsproductie per bron fossiel hernieuwbaar kernenergie + overig F
79 Afbeelding F
In afbeelding F zie je een grafiek van de elektriciteitsproductie uit verschillende soorten bronnen.
Welke beweringen over de grafiek zijn juist? T2
A De totale elektriciteitsproductie was in 2021 lager dan in 2020.
B De elektriciteitsproductie uit kernenergie is vrij constant gebleven.
C De elektriciteitsproductie uit fossiele bronnen is tussen 2019 en 2021 afgenomen.
D De totale geproduceerde energie kwam in 2021 voor ongeveer één derde deel van hernieuwbare bronnen.
Heb je het leerdoel bereikt?
R Ik ken de volgende begrippen:
Fossiele brandstof
Versterkt broeikaseffect
Luchtverontreiniging
Thermische verontreiniging
Fijnstof, zure regen en smog
Duurzame of hernieuwbare energiebron
Zonnepaneel en zonneboiler
Energietransitie
T1 Ik kan een aantal duurzame energiebronnen noemen.
T2 Ik kan voor en nadelen noemen van de verschillende vormen van duurzame energiebronnen.
I Ik kan uitleggen of een maatregel bijdraagt aan de energietransitie.
Examentraining
80 Afbeelding G
De meeste auto’s gebruiken als brandstof benzine, dieselolie of LPG. Tijdens het rijden stoten deze auto’s schadelijke verbrandingsgassen uit.
a Noteer één van deze verbrandingsgassen mét het bijbehorende milieueffect. T1
b Steeds meer fabrikanten ontwikkelen elektrische auto’s. Deze stoten geen verbrandingsgassen uit. Waarom is het gebruik van elektriciteit als energiebron niet altijd goed voor het milieu? T2
c Op de Nederlandse snelwegen rijden steeds meer lange zware vrachtwagens (LZV’s). Het brandstofverbruik van een LZV is 5% groter dan van een gewone vrachtwagen. Een LZV kan tot 60% meer vracht vervoeren dan een gewone vrachtwagen. Leg uit waarom het gebruik van een LZV het milieu minder belast. I
Toetsvoorbereiding
Controleer bij elke paragraaf van dit hoofdstuk of je de leerdoelen hebt bereikt. Zo niet, lees dan de uitleg nog eens goed door of bekijk de uitlegvideo’s. Maak daarna de volgende opdrachten.
1 a Wat betekent de wet van behoud van energie? R
b Wanneer is energieopwekking duurzaam? R
c Welke energieomzetting vindt er plaats bij een windmolen? T1
2 Afbeelding A
In afbeelding A zie je twee standen van een zonnepaneel: één waarbij de zonnestralen loodrecht op het paneel vallen en één waarbij de zonnestralen een hoek van 40° maken met het paneel.
a Leg uit in welke stand het zonnepaneel de meeste elektrische energie produceert. T1
b Leg uit of zonnepanelen in Nederland plat op de grond of juist onder een hoek met de grond moeten staan. T2
3 Afbeelding B
Bij polsstokhoogspringen gebruik je een flexibele stok om over een hoge lat heen te springen. Het kost energie om de stok te buigen.
a Welke soort energie heeft een gebogen stok? T1
b Tijdens de aanloop heeft de springer een bewegingsenergie van 4630 J. De massa van springer plus stok is 60 kg. Bereken de snelheid van de springer. T2
c De springer (58 kg) bereikt een hoogte van 5,0 m. Toon met een berekening aan dat de zwaarteenergie van de springer op het hoogste punt 2900 J is. T2
4 Duurzame energiebronnen hebben veel voordelen. Maar er zijn ook nadelen. Noteer van elk van de volgende energiebronnen één nadeel. T2
a Windmolens
b Waterkracht
c Biomassa
5 Door een windmolen stroomt ieder uur 40 kg lucht met een snelheid van 12 m/s.
a Laat met een berekening zien dat de bewegingsenergie van de lucht die in een uur door de windmolen stroomt 2880 J is. T1
b Het rendement van de windmolen is 78%. Bereken hoeveel elektrische energie de windmolen in een uur kan opwekken. T2
C
7 Afbeelding D
Een biomassacentrale maakt elektriciteit met biomassa. Hierbij komt ook warmte vrij. Deze restwarmte kan worden gebruikt om huizen te verwarmen. De verbranding van biomassa levert per seconde 7,79 MJ aan energie. Het rendement van de centrale is 23%.
6 Afbeelding C
Als de zon op een spoorstaaf schijnt, warmt de spoorstaaf op.
a Door welke manier van warmtetransport komt de warmte van de zon bij de spoorstaven? T1
A Geleiding
B Straling
C Stroming
b De spoorstaaf wordt aan de bovenkant het eerst warm. Welke manier van warmtetransport zorgt ervoor dat de spoorstaaf ook aan de onderkant warm wordt? T1
A Geleiding
B Straling
C Stroming
a Bereken hoeveel elektrische energie de centrale per seconde produceert. T2
b Bereken hoeveel restwarmte de centrale per jaar produceert. T1
c Een gemiddeld Nederlands gezin gebruikt per jaar 47 GJ aan warmte.
Bereken aan hoeveel gezinnen deze centrale jaarlijks warmte kan leveren. T2
8 a Zoek de verbrandingswarmte van benzine op in Binas en noteer die waarde. T1
b Bereken hoeveel warmte er vrijkomt als je 1,0 L benzine verbrandt. T1
c Zoek het rendement van een benzinemotor op in Binas T1
d Bereken hoeveel nuttige energie er geproduceerd wordt als je 1,0 L benzine gebruikt in een benzinemotor. T2
© 2022 Boom voortgezet onderwijs, Groningen, The Netherlands
Behoudens de in of krachtens de Auteurswet van 1912 gestelde uitzonderingen mag niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elek tronisch, mechanisch door fotokopieën, opnamen of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.
Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikelen 16h t /m 16m Auteurswet 1912 jo. besluit van 27 november 2002, Stb 575, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoeding te voldoen aan de Stichting Reprorecht te Hoofddorp (postbus 3060, 2130 kb , www.reprorecht.nl) of contact op te nemen met de uitgever voor het treffen van een rechtstreekse regeling in de zin van art. 16l, vijfde lid, Auteurswet 1912. Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16, Auteurswet 1912) kan men zich wenden tot de Stichting PRO (Stichting Publicatie en Reproductierechten, postbus 3060, 2130 kb Hoofddorp, www.stichting pro.nl).
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, recording or otherwise without prior written permission of the publisher.
isbn 978 94 6442 0197 www.boomvoortgezetonderwijs.nl
Polaris is een RTTIgecertificeerde methode en onderscheidt vier soorten vragen:
R Reproductievragen
T1 Trainingsgerichte toepassingsvragen
T2 Transfergerichte toepassingsvragen
I Inzichtvragen
Voor meer informatie over de RTTIsystematiek, zie www.docentplus.nl.
Boekontwerp & omslag
René van der Vooren, Amsterdam
Tekstredactie
Charlotte Journée tekstredactie, Nijmegen
Opmaak & technische tekeningen
PPMP, Wolvega