Elektrische energie In huishoudens is elektrische energie de meest gebruikte vorm van energie. In Nederland zijn bijna alle huizen aangesloten op het netwerk van elektriciteitskabels. Achter elk stopcontact lijkt een eindeloze voorraad energie te zitten. In de elektriciteitscentrale wordt de energie uit kolen en gas omgezet in elektrische energie. energie01 (1 min, 47 sec) Kolen, gas en aardolie worden fossiele brandstoffen genoemd omdat het resten zijn van planten en dieren. Met behulp van kolen, gas of olie kan water zolang worden verhit dat er stoom ontstaat. De fossiele energie is nu omgezet in warmte. De stoom gaat door dikke buizen naar een groot schoepenwiel, de turbine. Doordat de stoom met grote kracht tegen de schoepen blaast, gaat de turbine draaien. De warmte is nu omgezet in bewegingsenergie. De as van de turbine is verbonden met een heel grote generator. De generator doet in het groot hetzelfde als de dynamo op je fiets. Door de generator kan de bewegingsenergie van de as worden omgezet in elektrische energie. In een elektriciteitscentrale zie je dus na elkaar de volgende energieomzettingen: fossiele energie
⇒ warmte ⇒
bewegingenergie ⇒
elektrische energie
Bij het verbranden van kolen en gas wordt lang niet alle fossiele energie omgezet in elektrische energie. De eenvoudigste manier van verbranden is een open kampvuur. Zo’n vuurtje is erg gezellig, maar niet erg praktisch. Heel veel warmte gaat verloren en verdwijnt met de rook in de lucht. Dat kan ook gebeuren in een elektriciteitscentrale. Ook de aandrijving van de turbine en de overbrengingen naar de generator vragen veel energie. Uiteindelijk wordt maar 40% van de fossiele energie omgezet in elektrische energie. De rest wordt voor het grootste deel omgezet in warmte en wrijvingsenergie. We zeggen ook wel dat het rendement 40% is. Moderne elektriciteitscentrales doen er veel aan om de verliezen te beperken en de warmte zo nuttig mogelijk te gebruiken. Om de verbranding zo volledig mogelijk te laten
verlopen, wordt extra zuurstof toegevoerd. Ook de warmte die met de rookgassen ontsnapt, wordt nog gebruikt. Door deze maatregelen kan er meer elektrische energie uit de fossiele brandstoffen worden gehaald. Dat gebeurt bijvoorbeeld in de elektriciteitscentrale in de buurt van Roermond. Daar wordt een rendement van 43% gehaald.
Bij elke omzetting van energie ontstaat dus nuttige energie, de energie die we willen hebben, en niet-nuttige energie. Je voert in een apparaat een hoeveelheid energie toe en er komt nuttige en niet-nuttige energie uit. De verhouding tussen de gebruikte energie en de toegevoerde energie in een apparaat noemen we het rendement van het apparaat. We gebruiken ook wel de term nuttig effect. We geven dat als volgt aan. nuttige energie
Rendement =
__________________________________
toegevoerde energie Omdat het rendement (of nuttig effect) vaak in procenten wordt aangegeven, rekenen we deze breuk in een percentage om. Dit doen we door de breuk te vermenigvuldigen met 100%. De formule wordt dan: nuttige energie Rendement = __________________________________ X 100 % toegevoerde energie
Verliezen door stand-by
Spaarlamp als verspiller
Een heel ander soort verlies ontstaat door het stand-by zetten van apparaten terwijl dat lang niet altijd nodig is. In veel bedrijven en gezinnen staat de computer, de tv of de stereotoren de hele dag aan. Op het beeldscherm is niets te zien en er komt geen geluid uit de boxen. Slechts een klein groen of rood lichtje verraadt dat het apparaat al half is opgestart. Alle apparaten samen verslinden zo een berg energie. Onderzoekers hebben berekend dat er elke dag een complete elektriciteitscentrale nodig is om alle apparaten die stand-by staan van elektrische energie te voorzien.
De hoeveelheid elektrische energie die gebruikt wordt, is de laatste tientallen jaren steeds groter geworden. Vaak worden wel energiezuinige apparaten gekocht, maar gaan mensen daar niet zuinig mee om. Een goed voorbeeld is de spaarlamp. Omdat een spaarlamp minder energie gebruikt, laten veel mensen zo’n lamp de hele nacht branden. Het energiezuinige gebruik verandert daardoor in verspilling van energie. Bijna alle mensen vinden: “energiezuinig moet”, maar blijkbaar moet de buurman daar als eerste mee beginnen.
Spaarlamp met geïntegreerd voorschakelapparaat
Elektronisch voorschakelapparaat van een compacte fluorescentie lamp
Energierekening Voor alle energie die we in huis gebruiken moeten we betalen. Het gasverbruik wordt bijgehouden door de gasmeter. Het elektriciteitsverbruik door de energiemeter of kWh-meter. (Het symbool kWh staat voor de energie-eenheid kilowattuur.) Deze meters kun je in de meterkast vinden. De meteropnemer noteert in principe elk jaar de standen van de meters. In sommige gemeentes moet je de meterstand zelf doorgeven. Zo kan het energiebedrijf berekenen hoeveel er in het afgelopen jaar is gebuikt. De energierekening bevat allerlei bedragen. Niet alleen voor gas en elektriciteit, maar ook voor water, kabel en een aantal heffingen als belastingen. De energierekening is per gemeente verschillend.
*
Maak opgave 4 t/m 11.
Deze opgaven (4 t/m 11) gaan over: elektrische energie; chemische energie; nuttige en niet-nuttige energie; rendement; de energierekening. Opgave 4
a. b. c. d. e. f. g. h.
In de volgende zinnen ontbreken woorden. Vul die in. Kies uit: elektrische enerige (2x), chemische energie (2x), warmte (2x), stopcontact, rendement, nuttige energie (2x), niet-nuttige energie, gasmeter, kWh-meter, energierekening, verband. In huis gebruiken we vooral .............................. via het stopcontact en .............................. uit aardgas. Het .............................. is als het ware het doorgeefluik voor de .............................. Het aardgas moet worden .............................. om de .............................. te kunnen gebruiken. Deze energiesoorten leveren beide onder andere .............................. op. Deze .............................. is bijvoorbeeld bij een schemerlamp .............................., maar bij een gasfornuis juist .............................. De verhouding tussen de hoeveelheid .............................. en de toegevoerde energie in een apparaat, noemen we het .............................. De hoeveelheid elektrische energie en de hoeveelheid aardgas worden gemeten met een .............................. en een .............................. We vinden de kosten van het gebruik terug op de ..............................
Opgave 5 Hier staan enkele beweringen. Geef aan of ze waar of niet waar zijn. a. Chemische energie kunnen we halen uit aardgas. Waar/Niet waar. b. Een stopcontact is een energiebron. Waar/Niet waar. c. In een bureaulamp wordt elektrische energie alleen omgezet in licht. Waar/Niet waar. d. In een wasmachine wordt chemische energie omgezet. Waar/Niet waar. e. Alle energie die we in een apparaat stoppen, wordt omgezet in andere soorten energie. Waar/Niet waar. f. De hoeveelheid nuttige energie is altijd groter dan de hoeveelheid niet-nuttige energie. Waar/Niet waar. g. Aardolie levert elektrische energie. Waar/Niet waar. h. Bij een nachtlampje is warmte nuttige energie. Waar/Niet waar. i. Bij een infraroodlamp is warmte nuttige energie. Waar/Niet waar. j. We gebruiken geen energie, we verbruiken het. Waar/Niet waar. k. Hoe hoger het rendement, des te zuiniger gaan we met de energie om. Waar/Niet waar.
Opgave 6 a. Wat verstaan we onder het rendement van een apparaat? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. b. Welke formule geldt voor het rendement? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. c. Wat is nuttige energie? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. d. Wat betekent: Een apparaat heeft een rendement van 70%? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. e. Betekent ‘energiezuinig’ dat het apparaat een hoog of een laag rendement heeft? Verklaar je antwoord. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Opgave 7 Een fietsdynamo heeft een rendement van 80%. a. Welke energieomzetting vindt er plaats? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. b. Wat is de nuttige energie bij deze omzetting? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. c. Welke niet-nuttige energie ontstaat er bij deze omzetting? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. d. Hoeveel procent niet-nuttige energie ontstaat er? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. ..............................
Opgave 8
a.
b.
In een stofzuiger wordt door een elektromotor elektrische energie omgezet in bewegingsenergie. Daardoor kun je stofzuigen. Bij een stofzuigerbeurt wordt 0,2 kWh aan energie gebruikt om te stofzuigen. De kWh-meter geeft aan dat de stofzuiger 0,5 kWh aan elektrische energie heeft opgenomen. Hoeveel niet-nuttige energie moeten we toch betalen? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Bereken het rendement van het apparaat. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. ..............................
Opgave 9
Bekijk de kWh-meter achter in het technieklokaal goed. De kWh-meter meet de elektrische energie die aan alle elektrische apparaten in huis wordt toegevoerd.
Hoeveel omwentelingen maakt de schijf als er 1 kWh energie is afgegeven? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. ..............................
Opgave 10
Je gaat een onderzoek doen naar het energiegebruik door de week. Daarvoor noteer je zes dagen lang op dezelfde tijd – bijvoorbeeld ’s middags om zes uur – de stand van de kWh-meter. De gegevens noteer je in de tabel.
Dagnummer 0 1 2 3 4 5 6 a.
b.
c.
d.
b.
c.
Daggebruik
Bereken hoeveel elektrische energie in zes dagen is gebruikt. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Bereken het gemiddelde energiegebruik per dag. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Bereken het energiegebruik per jaar (365 dagen per jaar). .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Bereken de kosten per jaar (1 kWh = 22 eurocent). .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. ..............................
Opgave 11
a.
Stand van de kWh-meter
We willen nagaan of elektrisch verwarmen goedkoper of duurder is dan met gas verwarmen. Daarvoor meten we de hoeveelheid energie weten die uit 1 m3 kan ontstaan en we moeten weten hoeveel m3 aardag we moeten verbranden om 1 kWh aan energie te krijgen. Als we een m3 aardgas verbranden, ontstaat 32 MJ aan energie. Bereken hoeveel J gelijk is aan een kWh. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Reken deze hoeveelheid J om in MJ. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Bereken hoeveel m3 aardgas moet worden verbrand om een kWh energie te krijgen. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. ..............................
d. e.
f.
g.
Ga in de energierekening na wat de prijzen zijn voor 1 m3 aardgas en 1 kWh elektrische energie. 1 m3 aardgas: .............................. 1 kWh: .............................. Wat is dus goedkoper als je alleen kijkt naar de prijs en de hoeveelheid energie? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Welke andere kosten brengt de energieleverancier in rekening? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. Wat is het voordeel van een nacht- en dagtarief voor elektrische energie? .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. .............................. ..............................
