3
Verklaring
Fiche 1 Zei je "energie"?
Je hebt drie manieren gebruikt om het molentje te laten draaien, het draadje op te rollen en zo de dop te laten stijgen: ● ● ●
Het water vloeit naar beneden door de zwaartekracht. Door te blazen krijg je een luchtverplaatsing, net zoals bij wind. Je spieren brengen je vingers in beweging.
De drie acties zorgen ervoor dat het molentje draait, en er arbeid wordt verricht. Voor arbeid is er energie nodig. Energie betekent in het Grieks “een kracht in actie”. Tijdens het experiment heb je drie verschillende soorten energie gebruikt: de energie die de zwaartekracht aan water geeft (energie uit waterkracht), de energie uit de beweging van de lucht (windenergie) en de energie afkomstig van je spieren (spierkrachtenergie).
4
“Wat een energie!” roept men uit bij sportprestaties. “Energiecrisis” kopt de krant. “Energiebesparing is noodzakelijk om de opwarming van de aarde tegen te gaan” herhalen de ecologen. Spreekt iedereen hier over dezelfde energie?
Toepassingen
We onderscheiden verschillende energievormen: ● mechanische energie, die beweging voortbrengt (zoals in de proef), bijvoorbeeld de energie uit waterkracht die wordt opgewekt door de beweging van water; de windenergie die wordt opgewekt door luchtverplaatsing en de spierkrachtenergie die wordt aangemaakt door onze spieren; ● thermische energie, bijvoorbeeld de warmte van een haardvuur; ●
elektrische energie, bijvoorbeeld bij bliksem;
●
nucleaire energie, die voorkomt uit de krachten die de deeltjes in de kern van een atoom bij elkaar houden; chemische energie, die ontstaat als de bindingen tussen atomen worden verbroken, bijvoorbeeld bij de verbranding van het gas van een fornuis of tijdens de aanmaak van elektriciteit in een batterij; stralingsenergie, bijvoorbeeld het licht dat wordt uitgezonden door de zon of door een lamp.
●
●
Heel wat energievormen kunnen voortkomen uit verschillende bronnen, zoals we hebben vastgesteld tijdens het experiment. Sommige energiebronnen zenden verschillende energievormen uit, een gloeilamp bijvoorbeeld zendt warmte (thermische energie) en licht (stralingsenergie) uit.
Wat is energie eigenlijk?
➤
1
●
Materiaal
3
Plaats het molentje dat je maakte in stap 1 op de punt van het potlood, zodat het vlot kan draaien. Hou het molentje onder een waterstraal uit de kraan, terwijl je het draadje met de dop horizontaal over je vinger laat hangen, zonder het te spannen.
1 plastic fles met dop
4
Draai de kraan dicht, rol het draadje af.
c fles 1 dop van een plasti
5 6
Blaas boven het molentje.
?
Welke energievorm zorgt ervoor dat de schroef draait en het draadje oprolt?
?
x
●
●
Rol het draadje af en duw met je vinger tegen het molentje.
potlood
●
schaar
●
dunne draad
●
passer
draad
potlood
Experiment
1
Verwijder de ring die rond de hals van de fles zit. Knip het bovenste gedeelte van de fles af op ongeveer 10 centimeter van de top van de fles. Maak met de schaar een reeks schuine, parallelle inkepingen in de hals, zoals aangeduid op de tekening. Vouw de vleugels om. Let erop dat ze even ver omgevouwen worden.
2
Schroef de dop van de fles. Maak met de punt van de passer een gaatje in het midden van de dop. Maak één uiteinde van de draad vast rond de hals van de fles (daar waar de ring van de dop rond zat). Knoop het draadje goed vast rond de hals van de fles. Bevestig het andere uiteinde van de draad aan de dop door hem door het gaatje in de dop te halen.
Illustraties : © Luis Espinoza
2
3
Verklaring
Bij elke proef smelt het kaarsvet dankzij de warmte, de thermische energie: ● De vlam brandt en verbruikt het hout van de lucifer en zuurstof uit de lucht. Hierbij komt warmte vrij die het kaarsvet doet smelten. ● De zonnestralen worden geabsorbeerd door het kaarsvet, waardoor het opwarmt en smelt. ● De elektrische energie uit de batterij brengt de ijzerwol onder een elektrische spanning. De elektrische energie verwarmt de draad en doet zo het kaarsvet smelten. De wasknijper zorgt ervoor dat je je vingers niet verbrandt.
4
Fiche 2 Bestaan er verschillende manieren om te verwarmen? De mens heeft vele verschillende systemen uitgevonden om zich te verwarmen. Sommige zijn milieuvriendelijker dan andere. Waarop moet men zich baseren bij het kiezen van een verwarmingssysteem?
Toepassingen
Tijdens het experiment worden drie verschillende bronnen gebruikt om dezelfde energievorm te genereren, namelijk warmte: ● In het eerste geval ontstaat er warmte bij de verbranding (thermische energie uit een chemische reactie). Tijdens de verbranding wordt het hout in combinatie met zuurstof uit de lucht omgezet in koolstofdioxide, waterdamp en as. Hier is de lucifer de energiebron. ● In het tweede geval is er een natuurlijke warmtebron, namelijk de zon. ● In het derde geval is er een elektrische bron, nl. de batterij. Tijdens deze proef wordt elektriciteit geproduceerd door een chemische reactie binnen in de batterij. Hoe kies je de beste energiebron om met hetzelfde resultaat te verwarmen? De lucifer heeft een korte levensduur en zorgt voor vervuilend gas en afval. ● De batterij raakt opgebruikt en er zitten vervuilende bestanddelen in. ● De energiebron die het minst schadelijk is voor het milieu en die nooit opgebruikt raakt, is de zon. ●
Er is wel een probleem. Als er tijdens de proef een wolk voor de zon verschijnt, wordt het kaarsvet niet voldoende opgewarmd en zal het niet smelten. We zien dus dat het niet altijd even gemakkelijk is om een keuze te maken. We moeten daarom goed nadenken over de voor- en nadelen van de energiebron die we gebruiken, en ons afvragen hoeveel energie en welke energie we waar en wanneer nodig hebben. We moeten ook nadenken over het rendement en de beperkingen van de toestellen waarmee we de energie verbruiken. Een laatste factor waar we rekening mee moeten houden, is het gewenste comfort. Wanneer we met al deze factoren rekening houden bij onze keuze, spreken we van rationeel energiegebruik.
Kun je aantonen dat je kaarsvet op verschillende manieren kunt laten smelten?
➤
1
Materiaal
?
Hoe verklaar je wat er met het kaarsvet gebeurt?
?
Smolt het kaarsvet even snel tijdens de drie proeven?
lsel) het aluminium omhu 1 theelichtje (zonder c omhulsel) perclip (zonder plasti ● 1 metalen pa
●
volt 1 platte batterij van 4,5
●
) ijzerwol (schuurspons
●
1 wasknijper
●
vergrootglas
●
lucifers
stukje ijzerdraad
Experiment
1
Vraag een volwassene om een lucifer aan te steken en die tegen de kaars te houden. Observeer het kaarsvet.
2
Hou het vergrootglas tussen de zon en de kaars, zodat de zonnestralen gedurende een tiental seconden op één plekje van het kaarsvet vallen. Observeer het kaarsvet.
3
Bevestig een draad van de ijzerwol aan de paperclip. Bevestig de paperclip aan een van de aansluitklemmen van de batterij. Neem met behulp van de wasknijper het andere uiteinde van de draad vast en knijp dat vast op de andere aansluitklem van de batterij. Druk de kaars tegen de ijzerwoldraad. Observeer het kaarsvet.
paperclip
wasknijper Illustraties : © Luis Espinoza
2
●
BATTE RIJ 4,5 V
3
Verklaring
Het schoepenrad brengt de as van de motor in beweging. De draaibeweging van de as zorgt ervoor dat een spoel koperdraad binnen in de motor begint te draaien. Langs de spoel staan er kleine magneten. Door de draaibeweging wekken de magneten een elektrische stroom op in de koperen spoel. Die stroom zet zich voort tot in het lampje. Dit soort toestel, dat men een stroomgenerator noemt, kan een elektrische stroom opwekken als hij aangedreven wordt door mechanische energie. Zo leveren de dynamo van een fiets en de alternator van een auto elektrische stroom.
4
Fiche 3 Energie uit waterkracht
Water wordt al sinds eeuwen gebruikt als energiebron om molens te laten draaien en op die manier graan te malen. Op het einde van de 19e eeuw werden veel molens omgebouwd om iets anders te produceren.
Toepassingen Mijn batterij is plat. Kunt je ze opladen?
MEEL
Waterkrachtcentrales gebruiken de stroming van een waterloop, het vallende water bij een stuwdam of een andere watertoevoer om het wiel van een turbine (schoepenrad) aan te drijven. De turbine laat op haar beurt de as van de generator draaien. Hoe krachtiger de waterstroom, hoe meer elektrische stroom er gegenereerd wordt. Zo kunnen verschillende woningen, een hele buurt, een stad of een aantal dorpen van elektriciteit voorzien worden. Een stuwdam kan ook schadelijk en vervuilend zijn. Het water dat door een stuwdam tegengehouden wordt, vormt een kunstmatig meer. Die meren overspoelen grote leefgebieden van mensen, dieren en planten, en zorgen ervoor dat er minder water in de benedenloop van de rivier stroomt. Kleine centrales die langs de rivieren verspreid staan hebben slechts een beperkte negatieve invloed op het milieu, zeker wanneer we dit nadeel afwegen ten opzichte van de voordelen van hernieuwbare energie.
Is het mogelijk om elektriciteit op te wekken met behulp van stromend water?
➤
1
Materiaal
●
oos) volt (zit in de energied 1 lampje (LED) van 1,5
●
c fles 1 dop van een plasti
●
grote handboor
●
2 3
dop
LED
schaar
●
1
motor
4 plastic koffielepels
●
2
Zie je het lampje branden? (Opmerking: Als je niets ziet gebeuren, wissel dan de aansluitklemmen op de motor om.)
oos) tor (zit in de energied kleine elektrische mo
lepels
passer
Experiment
Maak met de passer een klein gaatje in het midden van de dop. Maak daarna met de boor vier grote gaten in de zijkant van de dop. Knip de steel van de lepeltjes af, zodat er nog maar 2 cm overblijft. Plaats een lepeltje in elk van de vier gaten, zoals aangeduid op de tekening. Zo heb je een schoepenrad gemaakt. Maak het lampje vast aan de aansluitklemmen van de motor. Duw de as van de motor stevig in het gaatje dat je in het midden van de dop hebt gemaakt. Plaats het schoepenrad onder de waterstraal van de kraan.
werkingsschema motor
Illustraties : © Luis Espinoza
●
?
Z N
LED
spoel
magneet
3
Verklaring
De schroefbladen staan allemaal naar dezelfde kant gebogen. De wind drukt op de schroefbladen en zorgt ervoor dat ze bewegen in één richting, afhankelijk van de mate waarin ze gebogen staan. Dat zorgt ervoor dat de schroef draait en de as van de motor in beweging brengt. De beweging van de as brengt spoelen met koperdraad in de motor in beweging. De spoelen bewegen ten opzichte van een aantal kleine magneten en door die beweging ontstaat er een elektrische stroom in de koperdraad, die zich voortzet tot in het lampje.
4
Fiche 4 Windenergie
Hoe werkt een windmolen?
Toepassingen
De wieken van een windmolen laten een as draaien. Die is uitgerust met een versnellingsbak om de draaisnelheid te verhogen, net zoals de versnellingen op een fiets. De as laat de magneten van de generator draaien rond de spoelen met elektrische draad, waardoor elektriciteit wordt geproduceerd. Hoe sneller de wieken van de windmolen draaien, hoe meer elektriciteit er geproduceerd wordt. Er bestaat een besturings- en beveiligingssysteem om zo veel mogelijk stroom op te wekken, maar ook om de draaisnelheid te vertragen bij storm. De mast zorgt ervoor dat de rotor (de wieken) hoog genoeg boven de grond geplaatst kan worden, daar waar de windsnelheid hoger is. Ter hoogte van de grond wordt de windsnelheid afgeremd door obstakels zoals huizen en bomen. De hoeveelheid elektriciteit die een windmolen produceert, is afhankelijk van de grootte van de wieken. Wieken met een diameter van 1 m produceren enkele honderden watt aan elektriciteit, genoeg voor één of enkele woningen. Wieken met een diameter van 75 m produceren 1 megawatt en kunnen een kleine stad van elektriciteit voorzien. Windmolens leveren energie zonder dat er brandstof nodig is. Ze vervuilen dus niet en windenergie is bovendien onuitputbaar. Het is een heel interessante en milieuvriendelijke manier om energie op te wekken, ook al kost het veel om een windmolen te maken en vinden sommigen dat windmolens het landschap ontsieren.
Kan de wind een gloeilamp laten branden?
➤
1
Materiaal
Maak het gaatje groter met de spijker en bevestig er de as van de motor in.
oos) tor (zit in de energied kleine elektrische mo de energiedoos) ktriciteitsdraad (zit in ● 2 stukken ele energiedoos) van 1,5 volt (zit in de ● lampje (LED) es voor een fles n 1,5 liter met dop (ki ● plastic fles va ld een vig plastic, bijvoorbee die gemaakt is van ste
3
Verwijder het omhulsel rond de uiteinden van de elektriciteitsdraden. Maak telkens één uiteinde vast aan een aansluitklem van de motor en het andere uiteinde aan het lampje.
4
Zet de ventilator (of haardroger) aan. Hou de schroef voor de windstroom. Zet, indien nodig, de schroef in beweging met je hand. Kijk naar het lampje. Als er niets gebeurt, bevestig het lampje dan andersom aan de elektriciteitsdraden.
●
Je kunt het toestel ook uitproberen door het in de wind te houden op een dag dat het hard waait.
spuitwaterfles) ●
e haardroger ventilator of krachtig
●
schaar
●
passer
●
kleine spijker
?
Waarom geeft het lampje volgens jou licht?
motor haardroger
1 2
Experiment
Knip het bovenste gedeelte van de fles af. Maak vijf schuine, evenwijdige inkepingen van 6 cm lang, zoals aangeduid op de tekening. Plooi de kleppen naar buiten. Maak met behulp van de passer een gaatje juist in het midden van de dop.
Illustraties : © Luis Espinoza
2
LED
3
Verklaring
Het warme water uit het potje stijgt in wolkjes tot aan de oppervlakte. Het warme water neemt meer plaats in dan het koude water of, anders gezegd, het warme water weegt minder dan het koude water en gaat daardoor als het ware op het koude water drijven.
4
Toepassingen
Door dat principe toe te passen, maakt men in de geothermie gebruik van de warmte van de aarde die in de ondergrondse waterlagen zit. Het grondwater wordt opgevangen door twee boringen. Water wordt tot aan de oppervlakte opgeboord, men onttrekt de warmte aan het water en pompt het vervolgens weer in de ondergrond. Er bestaan twee vormen van geothermische energiewinning: de laagenergetische vorm maakt gebruik van de lagen met een temperatuur tussen 30 en 100° Celsius, die zich op een diepte van 1500 à 2000 meter bevinden. De energie heeft verschillende toepassingen: verwarming in steden, serres, thermen. Bij hoogenergetische geothermie wordt energie geproduceerd op basis van geothermische dampen. Er bestaat in feite ook nog een derde vorm, de zeer laag energetische geothermie, die met behulp van een warmtepomp de warmte uit ondiepe grondlagen haalt (gemiddeld minder dan 200 meter diepte).
Fiche 5 De warmte van de aarde
Hoe dieper we binnendringen in de aarde, hoe hoger de temperatuur is. Die warmte verwarmt ook het water dat diep in de aarde opgeslagen is. Kunnen we die warmte gebruiken?
Nog een beetje lager. Ze is bijna gaar. Ik voel het!
Vermengen twee watermassa’s met een verschillende temperatuur zich onmiddellijk als ze met elkaar in contact komen?
➤
1
Materiaal
●
de hals chtensap met een bre 1 glazen fles van vru
●
4
Hou het stokje bovenaan vast en breng zo voorzichtig het potje tot op de bodem van de fles.
?
Wat zie je in de fles gebeuren?
lmpje 1 potje van een fotofi
●
donkere inkt
●
ald houten stokje of breina
●
1 elastiekje
mengsel van inkt en warm water
Experiment
1
Verwijder het deksel van het potje. Draai het elastiekje rond het potje, zoals aangeduid op de tekening.
2
Vul de fles met koud water.
3
Vul het potje met warm water. Voeg 10 druppels inkt toe aan het warme water en meng met het stokje. Steek het stokje achter het elastiekje om het vast te maken aan het potje.
koud water
Illustraties : © Luis Espinoza
2
elastiekje
3
Verklaring
Bij opwarming wordt water in waterdamp omgezet. Waterdamp is een gas dat meer plaats inneemt dan water als vloeistof. Daarom is er te weinig plaats in de pot voor al het gas dat ontstaat, en het gas ontsnapt dan onder druk door elk gaatje dat het kan vinden. Als het gas ontsnapt, duwt het tegen de schoepjes en doet zo de lift naar boven gaan. De kookplaat heeft het water opgewarmd maar ook de snelkookpan zelf. Die heeft zo veel warmte afgegeven dat je moest opletten dat je je niet verbrandde. Al die warmte is verloren gegaan!
4
Toepassingen
De klassieke elektriciteitscentrales produceren energie volgens hetzelfde principe. Die centrales gebruiken kolen, petroleum, gas of radioactieve elementen (kerncentrales) om water op te warmen. Het water wordt omgezet in damp die door zijn kracht de generator doet draaien. De generator produceert elektriciteit.
Fiche 6 Stoomkracht
Hoe werkt een klassieke elektriciteitscentrale?
Mijnheer, niet instappen als het toestel in beweging is!!!
Om elektriciteit te produceren zijn die centrales weinig doeltreffend. Slechts een klein deel van de energie wordt gebruikt om elektriciteit te produceren, de rest van de energie gaat verloren in de vorm van warmte: in de lucht, in de waterlopen en in de oceanen. Er zijn wel centrales die het overschot aan warmte recupereren door de warmte af te leiden en er bijvoorbeeld gebouwen mee te verwarmen. Die procedure wordt warmtekrachtkoppeling (WKK) genoemd en verhoogt de doeltreffendheid van de gebruikte brandstoffen.
Kun je een lift bouwen die op stoom werkt?
➤
1
Materiaal
●
snelkookpan
●
kookplaat
aan de afgeknipte flessenhals. Knoop het touw strak vast rond de flessenhals.
enwant) ● pannenlap (ov en met dop ● 2 plastic fless ar ● scherpe scha ●
passer
●
handboor
5
Prik met de punt van de passer twee gaatjes in de flessenwand. Zorg ervoor dat de twee gaatjes zich tegenover elkaar en op dezelfde hoogte in de fles bevinden. Duw de breinaald door één van die gaatjes en daarna door de kurk met de schoepjes, zoals aangeduid op de tekening. Ten slotte duw je de breinaald door het tweede gaatje in de flessenwand.
6
Bevestig het stukje flessenhals aan het andere uiteinde van de breinaald. De breinaald moet je door de plastic dop duwen, zoals aangeduid op de tekening.
7
Vul de snelkookpan met een bodem water. Sluit de pan af en zet ze op de kookplaat om op te warmen.
8
Als het ventiel van de snelkookpan al enkele minuten beweegt, neem je het eraf met de pannenlap. Vervang het ventiel door de gemaakte opstelling, zoals aangeduid op de tekening.
?
Ging de dop aan het touwtje naar boven?
?
Hoe verklaar je dat?
?
Werd al de energie van de kookplaat gebruikt om de dop te doen stijgen?
stuk fijn touw inaald ● erg dunne bre
●
●
2
1 kurk
Experiment
1
Neem de eerste fles en knip er het bovenste stukje van de hals af. Dat stukje dient als lift om de draad op te rollen, zoals aangeduid op de tekening.
2
Neem de tweede fles en knip er de bodem af. Die bodem gebruik je om vier schoepjes te maken, zoals aangeduid op de tekening.
3
Doorboor de kurk met de handboor. Maak met behulp van een scherpe schaar vier gleuven in de zijkant van de kurk en plaats er de plastic schoepjes in.
4
Maak met de punt van de passer een gaatje in het midden van de twee flessendoppen. Draai de eerste dop op de afgeknipte flessenhals. Maak de tweede dop vast aan een stuk touw. Maak het losse uiteinde van het touw vast
Illustraties : © Luis Espinoza
Het experiment wordt uitgevoerd in het bijzijn van een volwassene.
3
Verklaring
Het stuk van 2 cent vliegt weg, in tegenstelling tot de stukken van 2 euro die bijna niet bewegen. Wat er gebeurt, is dat de bewegingsenergie van het stuk dat je schuift (het stuk van 1 cent) wordt doorgegeven van stuk naar stuk. In tegenstelling tot de stukken van 2 euro kan het laatste stuk (het stuk van 2 cent) wegspringen omdat het niet tussen twee andere stukken geblokkeerd zit en het zijn energie ook niet kan doorgeven aan een ander stuk.
4
Fiche 7 Een elektrische schok
Hoe kan een zonnepaneel elektriciteit produceren?
Toepassingen
Een zonnepaneel produceert elektriciteit op basis van het zelfde principe. De stralen van de zon bestaan uit lichtdeeltjes, die we fotonen noemen. Op het moment dat de zonnestralen het zonnepaneel bereiken, ontstaat er een elektrische schok: de fotonen komen in contact met het paneel. Het materiaal van het paneel reageert op zijn beurt door kleine deeltjes af te staan, die we elektronen noemen. De elektronen kunnen wegspringen, net zoals het stuk van 2 cent. Als veel elektronen worden afgestaan, wordt er een elektrische stroom (elektronenstroom) geproduceerd.
Ik ben helemaal opgewonden!
Silicium is een materiaal dat licht in elektriciteit kan omzetten. Zonnepanelen worden vervaardigd uit silicium en kunnen daarom stroom produceren. Zonnepanelen die elektriciteit produceren worden fotovoltaïsche panelen genoemd: foto betekent licht en voltaïsch verwijst naar elektriciteit. De panelen kunnen elektriciteit leveren voor enkele huishoudtoestellen. Ze zijn gemakkelijk te installeren, onderhoudsvriendelijk en hebben een lange levensduur, ongeveer 30 jaar! Een paneel met een oppervlakte van 1m2 levert per jaar gemiddeld 800 à 850 kWh.
Leve het vrije elektron!!!
De technologie is uiterst geschikt voor afgelegen gebieden of toestellen die niet aangesloten zijn op het elektriciteitsnetwerk: dispensaria, campings, parkeermeters in de stad, praatpalen langs de autosnelweg… zo hoeven er geen elektriciteitskabels aangelegd te worden. Wat moet je doen als er geen zon is of als je meer energie verbruikt dan de zon levert? Je kunt reserve-energie opslaan in batterijen. Je kunt je aansluiten op het elektriciteitsnetwerk: als je een overschot aan elektriciteit hebt, geef je het door aan het netwerk en als je een tekort hebt, levert het netwerk je de nodige energie.
Kun je nabootsen wat er in een zonnepaneel gebeurt?
➤
2
Materiaal
●
euro 3 muntstukken van 2
●
nt 1 muntstuk van 2 ce
●
nt 1 muntstuk van 1 ce
?
Experiment
1
Leg de drie muntstukkenstukken van 2 euro tegen elkaar op één lijn op een vlakke tafel. Achteraan leg je het stuk van 2 cent erbij, zoals aangeduid op de tekening.
2
Laat het stuk van 1 cent tegen het eerste stuk van 2 euro schuiven.
Illustraties : © Luis Espinoza
1
Wat gebeurt er?
3
Verklaring
De aansluitklemmen van de batterij zijn van koper, terwijl de paperclips van ijzer zijn. Door ze in de citroen te duwen komt het koper in contact met het zure sap van de citroen. Koper en ijzer reageren niet op dezelfde manier op het zuur. De chemische reacties die plaatsvinden, zorgen voor een verplaatsing van de elektronen in de stroomkring. Dat doet een elektrische stroom ontstaan die zich verplaatst via de elektriciteitsdraden. Op het moment dat de elektrische stroom het lampje bereikt, geeft dat licht. Hoe meer citroenen je toevoegt aan het circuit (met dezelfde opstelling: aansluitklem - draad - paperclip), hoe meer licht het lampje zal geven.
4
Fiche 8 Chemische elektriciteit
Hoe werkt een elektrische batterij?
Toepassingen
Tegenwoordig bevatten enkel autobatterijen nog een vloeistof die heel zuur is. De meeste andere batterijen zijn droge batterijen die werken op basis van chemische stoffen, die zeer vervuilend zijn. Dat zorgt voor moeilijkheden bij de verwerking van gebruikte batterijen. Er is onderzoek verricht naar oplossingen om de schade voor het milieu van die onmisbare gebruiksvoorwerpen te beperken. Momenteel bestaan er oplaadbare batterijen die meermaals gebruikt kunnen worden.
Kan je natuurlijke elektriciteit maken?
➤
1
Materiaal
●
2 citroenen
●
mes
halve citroen een aansluitklem van een batterij en een paperclip zitten. Die mogen elkaar niet raken.
4,5 volt 2 lege batterijen van c omhulsel) perclips (zonder plasti ● 3 metalen pa de energiedoos) ktriciteitsdraad (zit in ● 5 stukken ele de energiedoos) D) van 1,5 volt (zit in ● 1 lampje (LE een stevige schaar ● knijptang of
3
Breng de uiteinden van het lampje in contact met de vrije uiteinden van de draden (het langste uiteinde aan het lampje moet contact maken met de draad die bevestigd werd aan de aansluitklem). Om te verhinderen dat de draden te veel bewegen, kun je de twee vrije uiteinden van de stroomkring met plakband aan de tafel vastmaken, ongeveer 1 cm van elkaar verwijderd. Breng daarna het lampje in contact met de draden.
?
Wat gebeurt er met het lampje?
●
2
plakband
Experiment
1
Verwijder het omhulsel aan de uiteinden van de elektriciteitsdraden. Knip de vier aansluitklemmen van de batterijen af. Bevestig aan de ene kant van drie draden een paperclip en aan de andere kant een aansluitklem van een batterij (gebruik plakband om de aansluitklem aan de draad vast te maken). Maak aan de vierde elektriciteitsdraad alleen een paperclip vast en aan de laatste alleen een aansluitklem van een batterij.
2
Snij de citroenen met een mes in twee stukken. Maak vervolgens een stroomkring, zoals beschreven op het schema. Controleer goed of er in elke
Illustraties : © Luis Espinoza
●
3
Verklaring
Na een week kun je zien dat er kleine gasbelletjes uit de slang in het glas terechtkomen. Het gas duwt het water uit het glas, waardoor het waterpeil in het glas zakt. Het gas ontstaat door de gisting van de plantaardige organische stoffen in de bokaal. De gisting vindt plaats door de werking van bacteriën in afwezigheid van zuurstof (anaërobe gisting). Het gevormde gas wordt biogas genoemd.
4
Fiche 9 Biogas
Olie, steenkool en aardgas ontstaan door de afbraak van levende organismen. Is het mogelijk om gas te verkrijgen zonder miljoenen jaren te moeten wachten?
Toepassingen
Het productieproces van biogas, zoals methaan, is een natuurlijk proces. Je kunt het bijvoorbeeld observeren in moerassen of op stortplaatsen. Biogas kan echter ook kunstmatig opgewekt worden in gistingstanks. Daarvoor brengt men organisch afval en bacterieculturen samen in een gistingstank.
Als het vrijkomt, pak ik het.
Als er methaan in de atmosfeer komt, draagt dat bij tot het broeikaseffect. Als methaan verbrand wordt, heeft dat daarentegen geen invloed op het broeikaseffect en wordt er bovendien energie geproduceerd. Hierdoor moet er minder energie geput worden uit de eindige voorraden aan fossiele brandstoffen en wordt een extra uitstoot van koolstofdioxide vermeden. Vergisting is dus een CO2-neutrale technologie. Biogas kan op verschillende manieren een toegevoegde waarde leveren: het kan bijvoorbeeld verbrand worden om warmte of stoom te produceren en zo elektriciteit te genereren. Het is dus een goede methode om afval te laten renderen. De herkomst van het afval kan gevarieerd zijn: dierlijke uitwerpselen, huishoudelijk afval, slib van waterzuiveringsstations enzovoort.
Hoe kun je gas winnen uit organisch huishoudelijk afval?
➤
1
Materiaal
het papier en de rand van het glas volledig in de schaal ondergedompeld zijn. Verwijder voorzichtig het papier en zorg dat het uiteinde van het slangetje zich onder het glas bevindt.
appelschillen ● klokhuizen en t deksel ● 1 bokaal me is) ● 1 slangetje (bu ngetje) ts dikker dan het sla ● handboor (ie silicone ● sterke lijm of
3
Plaats de opstelling in de buurt van een warmtebron (bij de verwarming of in de zon). Wacht meer dan een week.
?
Blijft het glas gevuld met water?
glas arvan de hoogte de schaal (of bak) wa ● doorschijnen veer de helft is van de van de zijkanten onge hoogte van het glas uit met zijden van (knip er een vierkant ● blad papier ongeveer 15 cm)
●
lijm rond de slang voor een hermetische afsluiting
Experiment
1
Maak met de handboor een gat in het deksel van de bokaal om er de slang door te steken. Wrijf lijm of silicone rond de slang zodat het gat met de slang erin hermetisch afgesloten wordt. Vul de bokaal met klokhuizen, schillen en ander huishoudelijk afval en sluit hem.
2
Vul het glas tot de rand met water en leg het papier erbovenop. Dompel het uiteinde van de slang onder het water in de schaal. Draai het glas voorzichtig ondersteboven terwijl je het papier voorzichtig op zijn plaats houdt. Zorg dat
Illustraties : © Luis Espinoza
2
glas water
klokhuizen en appelschillen
doorschijnende schaal
3
Verklaring
De zonnestralen die de zonnezijde van het blad of de folie bereiken, worden opgenomen of weerkaatst door het blad of de folie. De bladen die de zonnestralen opnemen, zijn warmer dan de bladen die de stralen weerkaatsen. De stralen geven warmte door aan het voorwerp dat de stralen absorbeert. De opname of weerkaatsing van de stralen door elk blad of elke folie is afhankelijk van de kleur: ● Het wit blad papier en de aluminiumfolie (niet geschilderd) nemen maar weinig stralen op. De stralen worden weerkaatst op deze oppervlaktes. ● De twee zwarte bladen nemen de stralen goed op. Weinig stralen worden weerkaatst.
Fiche 10 Licht opvangen om zich te verwarmen
De hoofdkleur van zonne-installaties is zwart. Waarom?
Heb je opgemerkt dat de schaduwzijde van het zwarte papier minder warm aanvoelt dan de schaduwzijde van het zwarte stuk aluminiumfolie? Dat komt omdat aluminium een metaal is. Metaal is een betere warmtegeleider dan papier; metaal geeft de warmte sneller door. De warmte die aan de zonnekant van de aluminiumfolie opgevangen werd, stroomt gemakkelijk door naar de schaduwzijde.
klapp
klapper
Raak nu de zonnezijde van het witte papier en de niet-geschilderde aluminiumfolie aan. Wat stel je vast?
4
er
per
klap
Toepassingen
Waarom zijn volgens jou de huizen in Griekenland wit geschilderd? Zonne-installaties (zonneboilers, voor de productie van warm water en fotovoltaïsche panelen, voor de opwekking van elektriciteit) zijn hoofdzakelijk zwart. Daardoor kunnen ze een maximum aan zonnestralen opnemen.
Kan de kleur van het materiaal helpen om beter warmte op te vangen?
➤
1
Materiaal
2
1 wit blad papier hilderd) papier (of zwart gesc ● 1 zwart blad e afmetingen niumfolie (met dezelfd ● 1 stuk alumi als de bladen papier) mfolie (met hilderd stuk aluminiu ● 1 zwart gesc als de bladen papier) dezelfde afmetingen ed en 50 cm e plank van 10 cm bre ● 1 rechthoekig
Experiment
1
Zoek een zonnige plek op. Leg de vier bladen naast elkaar op de grond zonder dat ze elkaar raken. Maak met de twee boeken en de plank een afdak, zodat de helft van elk blad schaduw krijgt. De andere helft blijft in de zon, zoals aangeduid op de tekening.
2
Leg je vinger na tien minuten op de schaduwzijde en op de zonnezijde van elk blad.
?
Welk deel is het warmst en welk het minst warm?
●
lang
e afmetingen 2 boeken met dezelfd
Illustraties : © Luis Espinoza
●
3
Verklaring
Het water dat uit de slang loopt, is aanzienlijk warmer dan het water dat erin gegoten werd! Alle elementen om de zonne-energie zo goed mogelijk te gebruiken zijn aanwezig: ●
●
●
●
De zwarte slang absorbeert de zonnestralen en geeft de warmte door aan het water. De aluminiumfolie weerkaatst het grootste deel van de zonnestralen in de richting van de slang. Het glazen vierkant laat de zonne-energie binnen en houdt die gevangen. Op het moment dat de stralen door het glas gaan, verliezen ze een gedeelte van hun energie zodat er niet meer voldoende energie aanwezig is om weer naar buiten te gaan. De stralen worden dus opgesloten. Dat noemt men het broeikaseffect. De wol dient als isolatie. Hij zorgt ervoor dat de warmte niet te snel ontsnapt.
4
Fiche 11 De zonneboiler
De zonnestralen verwarmen alles waarop ze schijnen.
Toepassingen
De zonneboilers op de daken van huizen werken volgens hetzelfde principe. De panelen vangen het invallende zonlicht op en zetten het om in warmte. Die warmte wordt doorgegeven aan een vloeistof, die de warmte transporteert naar het water in het voorraadvat. Zo heeft men continu warm water ter beschikking. Het warm water kan gebruikt worden voor het sanitair, voor de wasmachine en in mindere mate voor de verwarming van huizen (dit laatste altijd in combinatie met een aanvullend verwarmingssysteem). Dikwijls denkt men dat zonnesystemen enkel werken als er constant zon is, zonder wolken. Er is echter ook licht als er wolken zijn. Zonnestralen vervoeren energie, ook al is de zon verborgen achter de wolken en voelt de omgeving niet zo warm aan. Dat verklaart waarom zonnesystemen ook werken in Noord-Europa. In Oostenrijk en Duitsland worden jaarlijks tienduizenden systemen geïnstalleerd.
Hoe kun je de warmte van de zon gedurende meerdere uren opslaan zonder ze te verliezen?
➤
1
Materiaal
zet dozen die in elkaar ge 2 vierkante kartonnen 40 cm er otste moet ongeve kunnen worden (de gro ksel hebben) breed zijn en een de van 30 cm k glas met een zijde ● 1 vierkant stu e ● aluminiumfoli n ongeveer 1,5 e slang (diameter va ● 1 meter zwart
●
cm) ● 2 kurken and ● stevige plakb ● schaar llen kleren ● versleten wo ie ● 1 houten sp
2
Vul de slang volledig met water en sluit beide uiteinden af met de kurken.
3
Plaats je toestel buiten en richt het naar de zon door de spie eronder te plaatsen.
4
Wacht een uur of twee (afhankelijk van het seizoen) en verwijder voorzichtig de kurken. Opgelet, hou beide uiteinden van de slang goed naar boven gericht. Daarna blijf je één uiteinde van de slang naar boven houden, het andere laat je zakken. Vang het water op dat uit de slang loopt.
?
Doe de test met je hand. Voel je een verschil in warmte tussen het water dat in het begin in de slang werd gegoten en het water dat er nu uit loopt?
doos 2 met deksel stuk glas op deksel (vastgemaakt met plakband)
1
Experiment
Knip uit het midden van het deksel van de grote doos een vierkant met een zijde van ongeveer 22 cm. Bedek die opening door het stuk glas op het deksel te plaatsen. Maak het glas vast met de plakband. Maak daarna het toestel volgens het bijgevoegde schema.
Illustraties : © Luis Espinoza
2
zwarte slang door de twee dozen
alu mi ni
um foli
e
wol in doos 2 rond doos 1
kurk doos 1 met aluminiumfolie erin
3
Verklaring
Het papier wordt zwart in de zon. Het kan zelfs volledig opbranden. De vorm van de spiegel van de zaklamp wordt een parabool genoemd. Die vorm heeft de eigenschap om alles te weerkaatsen naar hetzelfde punt, namelijk het brandpunt. Het brandpunt van de parabool ligt in het midden van de lichtring, in dit geval op de papierstrook. Op dat brandpunt komen alle lichtstralen samen en de warmte ervan zal de papierstrip verbranden.
4
Fiche 12 Verbranden in de zon
Sommige zonneovens hebben een afgeronde vorm. Afhankelijk van hun grootte kan men erin koken en er water of andere zaken in opwarmen.
Toepassingen
In een parabolische zonneoven met een diameter van 1,20 m kun je ’s middags 5 liter water in 20 minuten laten koken. Je kunt ook vlees, eieren enzovoort bakken. Voor de grootste parabolische ovens gebruikt men spiegels die men op de grond plaatst en die zo opgebouwd zijn dat ze een immense parabool vormen. Die parabool van spiegels concentreert de zonnestralen meer dan 10.000 maal. De zonneoven van Odeillo in de Franse Pyreneeën kan op die manier een maximum temperatuur van 3800 °C genereren.
Kun je een minizonneoven maken?
➤
1
Materiaal
●
1 oude zaklamp
●
1 dun stokje hout
●
boetseerklei
●
lang cm breed en 15 cm 1 papierstrook van 0,5
lijn van de parabool voor de planken A snijlijn voor de planken A
winkelhaak
Experiment
1
Haal de ronde spiegel uit de zaklamp. Vul de opening in het midden van de spiegel met boetseerklei en zet het stukje hout erin.
2
Zet je apparaat in de richting van de zon (of van een lamp als het bewolkt is) zodat de schaduw van het stokje zo kort mogelijk is.
3
?
Als je het experiment in de zon uitvoert, verwijder dan het stokje direct nadat je het apparaat in de juiste stand ten opzichte van de zon hebt geplaatst en vervang het door de papierstrook
Wat gebeurt er met de papierstrook?
zonnestralen brochette Illustraties : © Luis Espinoza
2
rechte waarlangs men een winkelhaak schuift
glanzende aluminiumfolie
3
Verklaring
De zonneoven werkt volgens hetzelfde principe als de zonnekoker van fiche 10. Hier hebben we dubbel glas gebruikt om enerzijds het serre-effect te krijgen en anderzijds de bak te isoleren van de buitenlucht, die voor te veel afkoeling zou zorgen.
Fiche 13 Koken in de zon
Koken zonder te vervuilen, is dat geen droom?
4
Toepassingen
Koken in de zon is een techniek die al lang bekend is. In sommige landen worden bakstenen gebakken door ze meerdere dagen in de zon te leggen. Die techniek vermindert de uitgaven voor elektriciteit en gas, en is bovendien heel milieuvriendelijk. De zonneovens vragen wel een aanpassing; je moet bijvoorbeeld goed op voorhand bedenken wat je wilt klaarmaken.
Kun je voedsel klaarmaken zonder vuur?
➤
1
binnenste doos
Materiaal
plaatsing van het binnenste stuk glas
van 1,5 m bij nken (of stevig karton) ● 2 houten pla 0,5 m en 0,5 cm dik nnen platen ymes als je met karto ● zaag (of stanle werkt) or de stutten n en houten blokjes vo ● 2 houten spieë cm ● meetlat van 50 ● 1 potlood ● houtlijm ● handboor ● 2 scharnieren ● 2 haakjes ● 8 spijkers n 50 cm bij 33 cm ● 1 stuk glas va r ● hame n 30 cm bij 30 cm ● 1 stuk glas va aad ● 70 cm ijzerdr llen kleding ● wol of oude wo cm bij 30 cm ● spiegel van 30 n pan met deksel ● kleine gietijzere schijfjes , schoongemaakt en in ● 500 g wortelen gesneden ● glas water ● snuifje zout ● klontje boter
stutten scharnieren
buitenste doos
isolerend opklapbaar deksel ijzerdraad
2
stut
spiegel
Experiment isolatielaag (wol of oud kledingstuk)
1
Bouw een zonneoven volgens de uitleg op het schema.
2
Leg je ingrediënten in de pan en zet het deksel erop. Zet de pan in de oven. Zet de oven rond 10 uur in de volle zon op de houten spieën. Begin rond 16 uur te controleren of de wortelen gaar gekookt zijn. Als ze klaar zijn, kun je ze bij het avondmaal opsmullen.
Illustraties : © Luis Espinoza
Het experiment moet uitgevoerd worden op een zonnige dag.
3
plaatsing van het buitenste stuk glas
aluminiumfolie
buitenste doos
buitenste stuk glas binnenste stuk glas
binnenste doos houten spieën
3
Verklaring
In de zon is het water van het zwarte glas warmer geworden dan dat van het witte glas. Wit weerkaatst de zonnestralen, het is alsof de zonnestralen terugkaatsen op het witte papier zoals een tennisbal tegen een muur. Als de zonnestralen het witte glas bereiken, vertrekken ze weer met hun warmte. Het zwarte papier daarentegen absorbeert de stralen, de zwarte kleur zorgt ervoor dat het glas de stralen en zo ook de warmte vasthoudt.
Fiche 14 De zwarte poten van de Siamese kat
De snuit, de oortjes, de voetjes en de staartpunt van een Siamese kat zijn zwart. Is dat enkel ijdelheid?
In plaats van warmte te ontvangen, verliezen voorwerpen ’s nachts de warmte die ze tijdens de dag opgestapeld hebben. Ze staan de warmte af aan de atmosfeer. Zwarte voorwerpen geven meer en sneller warmte af dan witte. Het zwarte glas verliest meer warmte en koelt sterker af. Het zwarte glas en zijn inhoud ondergaan dus een grotere temperatuursschommeling.
4
Toepassingen
De uiteinden van een dierenlichaam (poten, snuit, staart, oren) zijn dun en weinig beschut, en koelen daarom sneller af dan de rest van het lichaam. Bij veel diersoorten zijn deze uiteinden zwart (bijvoorbeeld bij de Siamese kat, de poolhaas, de poolvos...) zodat ze meer warmte van de zon zullen absorberen en dus sneller zullen opwarmen. De natuur is een aanhanger van zonne-energie!
Hoe kun je aantonen dat zwarte voorwerpen sneller opwarmen?
➤
1
Materiaal
2
Experiment
Dit experiment moet uitgevoerd worden op een zonnige dag, in de vroege namiddag. 2 identieke glazen
●
1
Plaats de glazen op de plank in de zon. Omwikkel het ene glas met wit papier en het andere met zwart papier.
2
Giet dezelfde hoeveelheid water in beide glazen. Meet de temperatuur van het water met de thermometer en dek de glazen nadien af met een deksel dat gemaakt is van wit en zwart papier.
3 4
Meet de temperatuur van het water na 15, 30, 45 minuten en na 1 uur.
?
Verandert het water in de twee glazen even snel van temperatuur?
zwart papier
●
wit papier
●
●
●
plakband thermometer
Voer dezelfde proef ’s avonds opnieuw uit (niet te laat natuurlijk …). Giet nu warm water in de glazen.
plank
Illustraties : © Luis Espinoza
●
3
Verklaring
Een lichtgevende plek verschijnt waar het water in de teil komt. Het licht van de lamp gaat door het water van de pot en wordt aan alle kanten gereflecteerd. Het licht kan ontsnappen langs het water dat uit het rietje stroomt. Zo komt het dat alleen de plaats waar de waterstraal neerkomt, verlicht is.
4
Toepassingen
Fiche 15 Een pels om zonnestralen op te vangen
De ijsbeer heeft overal haren, zelfs onder zijn poten. Die zorgen ervoor dat hij zich op sneeuw en ijs kan voortbewegen zonder uit te glijden. Zijn pels is bijna waterdicht. Hij hoeft zich dus niet af te drogen om niet te bevriezen. Maar waar dient de witte kleur van de pels voor? Is het alleen om zich te camoufleren in de sneeuw of op de ijsbanken?
De haren van de ijsbeer zijn niet wit. In werkelijkheid zijn ze doorschijnend. De witte kleur wordt alleen veroorzaakt door de gedeeltelijke reflectie van het licht op de pels. Omdat ze doorschijnend zijn, vangen de haren het licht op in plaats van het te weerkaatsen. Een haar van een ijsbeer lijkt dus op een klein buisje dat, net zoals het rietje, het licht transporteert. De zonnestralen die door de haren opgevangen worden, worden naar de huid geleid. De ijsbeer heeft een donkere huid die als een zonnepaneel werkt. De huid neemt de zonnestralen op en warmt zo op. De beer gebruikt dus de energie die beschikbaar is om zich op te warmen. Maar goed ook, want in streken waar de buitentemperatuur kan dalen tot –35 °C, kun je beter niet in je blootje rondlopen.
Wil je mijn pels?!
Kun je een haar van een ijsbeer namaken?
➤
1
Materiaal
2 1
Maak met de schaar onderaan in de zijkant van de pot een gaatje dat zo groot is als de diameter van het rietje, zoals aangeduid op de tekening. Duw het rietje 2 centimeter naar binnen. Laat 2 centimeter van het rietje uit de pot steken en knip die af.
2
Ga naar een donkere kamer. Steek de zaklamp aan. Zet de pot op de zijkant van de teil met het rietje op het midden van de teil gericht. Vul de pot vervolgens met water. Plaats de lamp onmiddellijk boven op de pot.
?
Wat zie je in de teil?
zaklamp
●
rtonnen yoghurtpot zwart geschilderde ka
●
rietje
●
●
●
scherpe schaar teil bak met water
met een zaklamp
Illustraties : © Luis Espinoza
●
Experiment
3
Verklaring
Het water in het blik met de vleugeltjes koelt sneller af dan het water in het andere blik. IJzer en aluminium zijn metalen. Metalen zijn goede warmtegeleiders. Hoe groter de oppervlakte is die met de lucht in contact komt, hoe meer warmte er aan de omgeving afgegeven kan worden. De warmte van het water ontsnapt in de lucht aan de bovenkant, maar ook aan de zijkanten door het blik en door de aluminiumfolie. De oppervlakte die in contact staat met de lucht, is groter bij het blik met vleugeltjes dan bij het andere blik. Daarom zal het water in het blik met vleugeltjes sneller afkoelen.
4
Fiche 16 De radiatorvlinders
Gebruiken vlinders hun vleugels alleen om te vliegen en hun mooie kleuren te tonen?
Toepassingen
Net zoals de vleugeltjes van het blik zijn de vleugels van een vlinder grote oppervlaktes waarlangs warmte uitgewisseld wordt. Bij zonnig maar fris weer slaat de vlinder zijn vleugels open om zonnestralen te absorberen. Zo warmt de vlinder zich op. Bij koud en bewolkt weer vouwt de vlinder zijn vleugels samen, zodat hij zo weinig mogelijk warmte verliest. De radiator van een auto zorgt ervoor dat de motor afkoelt. Hij is opgebouwd uit een groot aantal metalen plaatjes die de warmte van de motor opvangen en afgeven aan de lucht. Zo raakt de motor niet oververhit. Ook radiatoren in huizen hebben vaak “vleugeltjes” om de oppervlakte waar warmte tussen het warme water in de radiator en de lucht in de omgeving uitgewisseld wordt, te vergroten. Bij de bouw van een huis is het belangrijk om de gevels waarop de zon schijnt groot genoeg te maken. Zo profiteert men in de winter beter van het licht van de zon en van haar warmte. Maar die gevels moeten ook gemakkelijk van schaduw voorzien kunnen worden om te vermijden dat het in de zomer te warm wordt. De gevels die blootgesteld worden aan de kou (noorden) moeten daarentegen verkleind en geïsoleerd worden om het warmteverlies in de winter te beperken.
Hoe kun je snel warmte afgeven?
➤
1
Materiaal
ervenblikken 2 identieke lege cons
●
3
Vul een kan met warm leidingwater. Wacht een minuut totdat het water in de kan overal even warm is.
4
Vul de twee blikken tot op dezelfde hoogte met warm water. Meet elke vijf minuten de temperatuur in de twee blikken.
?
Wat stel je vast?
aluminiumfolie
●
●
●
schaar plakband
aluminiumfolie van 6 cm breed
thermometer
Experiment
1
Knip twee stroken aluminiumfolie af: ● de eerste met dezelfde hoogte als het blik en een lengte die gelijk is aan vijf keer de omtrek van het blik; ● de tweede met dezelfde hoogte als het blik en een lengte die gelijk is aan één keer de omvang van het blik;
2
Omwikkel het ene blik met de lange strook aluminiumfolie. Zoals aangeduid op de tekening, moet je, ongeveer elke 3 cm, de folie in de vorm van een
Illustraties : © Luis Espinoza
●
2
vleugeltje van 6 cm breed plooien. Kleef de delen die tegen het blik zitten vast met plakband. Omwikkel het andere blik met de korte strook aluminiumfolie.
3
Fiche 17
Verklaring
De temperatuur is het hoogst in de doorschijnende tent. De doorschijnende tent laat de zonnestralen door en die warmen de lucht in de tent op. Het doorschijnende dak zorgt er ook voor dat de zonnestralen die gereflecteerd worden op de zijwanden en de bodem niet opnieuw naar buiten kunnen, doordat ze al een deel van hun energie afgegeven hebben. Dat principe wordt het broeikaseffect genoemd. De temperatuur in de twee tenten verschilt van de buitentemperatuur: De lucht zit opgesloten in de twee gesloten tenten. Er is dus geen contact met de buitenlucht. De lucht in de tent wordt dus niet opgewarmd of afgekoeld door de buitenlucht. In de zomer is het in de afgedekte tent minder warm dan in de buitenlucht omdat de lucht in de tent niet in contact komt met de zonnestralen. De lucht in de tent wordt nauwelijks door deze stralen opgewarmd. ● In de winter daarentegen gaat het omgekeerd. De papieren wanden die verwarmd worden door de zon, staan een deel van hun warmte af aan de lucht in de tent. De warmte stapelt zich op onder de tent. De lucht in de tent wordt meer opgewarmd dan de buitenlucht.
Een tent met een bioklimaat
Men spreekt steeds meer over woningen met een bioklimaat. Wat wordt daarmee bedoeld?
●
4
Toepassingen
Bij de bouw van een huis is het belangrijk om rekening te houden met de ligging ten opzichte van de zon. Eerst en vooral om een goede natuurlijke lichtinval te verkrijgen, zodat het verbruik van elektriciteit voor kunstlicht beperkt blijft. Maar vooral om te voorkomen dat het binnen snel afkoelt of te warm wordt. Vandaar dat grote vensteropeningen geïnstalleerd worden in de leefruimtes (living, hal…) aan de zuidkant en de zuidoostkant om zoals in een serre de zonnestralen op te vangen en vast te houden tijdens de winter. Die vensters worden afgeschermd door een overstekend dak dat de zon verbergt als ze in de zomer hoog staat, maar de zonnestralen doorlaat als de zon in de winter laag staat. Aan de westkant worden er bijna geen vensters geplaatst omdat het moeilijk is ze af te schermen voor de lage zomerse zonnestralen in de late namiddag. Aan de noord- en de noordwestkant vormen een hal en een bergruimte een barrière tussen de koude buitenlucht en de leefruimte en ze beschermen die ruimte tegen de wind. De hierboven beschreven woning is gebouwd volgens het bioklimaatconcept. Woning met bioklimaat 1.Garage 2.Badkamer W 3.Kamer 4.Living 5.Keuken 6.Bufferzones (trap, wandkast,...)
Waar zet ik dit neer?!
Daar.
1 2
6 5
O 4
Z
3
Hoe kun je een maquette van een huis bouwen waarbij de ligging ten opzichte van de zon gebruikt wordt om de temperatuur in het huis te regelen?
➤
2
Materiaal
●
2 cd-doosjes
●
4 identieke boekjes
●
thermometer
Het experiment moet uitgevoerd worden op een zonnige dag.
1
2
Wacht 30 minuten tot een uur. In de winter zul je waarschijnlijk langer moeten wachten dan in de zomer. Meet de temperatuur in elke tent. Vergelijk de metingen. Vergelijk de temperatuur in de tent ook met de buitentemperatuur. Let erop dat het reservoir van de thermometer bij elke meting in de schaduw ligt.
?
Hoe komt het dat het warmer is in de doorschijnende tent?
Experiment
Verwijder de papieren hoes uit één van de cd-doosjes. Open de cd-doosjes en plaats ze in de vorm van twee tentjes op een vensterbank die beschut is tegen de wind. Oriënteer de doorschijnende deksels naar de zon. Leg onder elke tent een thermometer. Leg een klein stukje papier voor het reservoir van de thermometer in de doorschijnende tent. Sluit de zijkanten van de tent af met de boeken, zoals aangeduid op de tekening.
Illustraties : © Luis Espinoza
1
stukje papier op het reservoir van de thermometer onder de doorschijnende tent
3
Verklaring
De temperatuur is het minst laag bij het experiment met de wol. Wol biedt goede warmte-isolatie omdat de lucht tussen de wolvezels, de draden en de steken vastgehouden wordt. De lucht geleidt de warmte moeilijker dan de andere gebruikte materialen. Dat verhindert snelle temperatuurschommelingen. De thermometer verliest minder warmte en koelt dus minder snel af als hij met wol omwikkeld is. Als de gebruikte materialen daarentegen nat gemaakt worden, zul je vaststellen dat ze de koude beter doorlaten. Water is een goede warmtegeleider.
4
Fiche 18 Lucht isoleert
Een van de voorwaarden om comfortabel te wonen, is een goede isolatie tegen de koude en de warmte die van buiten komt.
Toepassingen
Net zoals wol is piepschuim ook een stof die de lucht vasthoudt. Het is goed isolatiemateriaal. Er bestaan ook andere materialen die even geschikt en bovendien veel milieuvriendelijker zijn. Schapenwol bijvoorbeeld, of andere natuurlijke materialen zoals vlas, papiervlokken, houtvezels, kurk, kokos, katoen en hennep. Die materialen worden gebruikt om woningen te isoleren en zo het warmteverlies sterk te beperken. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt om buitenmuren en plankenvloeren te isoleren, meer bepaald voor de muren en vloeren die de leefruimte scheiden van de zolder, de kelder, de ondergrond en de buitenlucht. Daardoor vermindert het energieverbruik dat nodig is om de woning te verwarmen. Als we spreken over isolatie, moet er ook aandacht zijn voor de ramen, waarlangs veel warmte verloren kan gaan. Door te kiezen voor hoogrendementsbeglazing (HR) wordt heel wat op de stookkosten bespaard, zodat de investering zeker de moeite waard is.
Wat zijn de beste isolatiematerialen?
➤
1
Materiaal
3
Wacht tot de thermometer opnieuw de kamertemperatuur aangeeft. Wikkel daarna aluminiumfolie rond de thermometer en plaats hem drie minuten in de koelkast. Noteer daarna onmiddellijk de temperatuur.
4
Herhaal het experiment met de plastic zak en de wol.
?
Zie je temperatuursverschillen?
buitenthermometer kdoek of servet ● papieren za e ● aluminiumfoli
●
plastic zak llen kledingstuk ● versleten wo ● blad papier
●
potlood de plek waar er geen koelkast is op ● koelkast (Als or dat je voert, zorg er dan vo je het experiment uit doos bij kjes en een schoenen een bokaal met ijsblo
●
de hand hebt.)
3 minuten en niet meer!
plastieken zak
Brrr!
1 2
Experiment
Gebruik de thermometer om de luchttemperatuur in het lokaal te meten en noteer die op het blad. Wikkel de papieren zakdoek of het servet rond de thermometer en leg hem in de koelkast. Haal de thermometer er na drie minuten uit en lees onmiddellijk de temperatuur af en noteer die.
Illustraties : © Luis Espinoza
2
stof wol aluminium
3
Verklaring
De schoenendozen met de kalksteen en de terracotta baksteen zijn warmer dan die met de ongebakken baksteen en de gipsplaat. Afhankelijk van de omstandigheden tijdens het experiment (zon, kwaliteit en afmetingen van de steen) kan de teruggave van warmte meerdere uren duren. De terracotta gedraagt zich als een echte warmteopslagplaats; het is een natuurlijke radiator. De ongebakken steen en de gipsplaat werken daarentegen isolerend. Ze nemen slechts weinig van de warmte die ze ontvangen op en kunnen achteraf dus ook maar weinig warmte aan de lucht in de doos afgeven.
4
Fiche 19 Materialen die gierig zijn met hun warmte
De prehistorische mens leefde in grotten en holen in de rotsen. Waarom?
Toepassingen
Grote rotshellingen, bijvoorbeeld kalkrotsen, stapelen op dezelfde manier warmte op. De prehistorische mens had dat fenomeen al lang voor ons ontdekt. Hij gebruikte die rotshellingen als reuzegrote radiatoren. Door zich in grotten in die rotsen te installeren, profiteerde hij maximaal van iedere zonnestraal, zelfs tijdens de koude periodes van de prehistorie. Zo is het tegenwoordig ook belangrijk om bij de bouw van een woning rekening te houden met de gebruikte materialen. Door materialen te gebruiken die warmte opstapelen kun je tijdens winter besparen op de verwarmingskosten. Het zonlicht dat door de vensters binnen schijnt, wordt opgenomen door die materialen en nog lang afgegeven in de ruimte. Na zonsondergang kun je dan nog profiteren van de zonnewarmte en in de zomer blijven deze materialen langer koel. Het is dus goed om een aantal muren of vloeren te maken uit dergelijke materialen die warmte kunnen opstapelen (baksteen, kalkzandsteen, leemblokken, natuursteen, gebakken tegels …).
r!
Brr
Kun je de hoeveelheid warmte meten die een materiaal opstapelt wanneer het in de zon ligt?
➤
1
Materiaal
2
Experiment
Dit experiment moet uitgevoerd worden op een zonnige dag, bij voorkeur in de zomer. ●
kalksteen
rtonplaat) stuk gipsplaat (gipska otta baksteen ● kleine terrac ksteen (maak aakte ongebakken ba ● kleine zelfgem gen t hem een tot twee da hem met aarde en laa
●
1
Leg de kalksteen, de gipsplaat en de twee bakstenen in de volle zon. Zoek een open plek uit. Gedurende het hele experiment mogen ze niet in de schaduw liggen. Laat ze een namiddag liggen (minstens vier uur).
2
Meet de temperatuur in elke schoenendoos vóór je de stenen erin legt en noteer de resultaten. Plaats elk van de materialen in een schoenendoos en sluit ze af met het deksel. Noteer de temperatuur na 15 minuten, 30 minuten en na een uur.
?
Wat stel je vast?
drogen) 4 schoenendozen rs ● 4 thermomete
●
gipsplaat
Illustraties : © Luis Espinoza
kalksteen
baksteen in terracotta
ongebakken baksteen
3
Verklaring
Je hand warmt meer op boven het glas met warm water dan eronder. Het glas met ijsblokjes daarentegen koelt je hand meer af als je onder het glas beweegt dan erboven. Het is de lucht rond het glas die je hand opwarmt of afkoelt. Die lucht wordt op haar beurt opgewarmd of afgekoeld door de inhoud van de glazen. De omgevingslucht is lauw in vergelijking met de opgewarmde of afgekoelde lucht rond de glazen. De koude lucht is zwaarder dan de omgevingslucht. Vandaar dat de koude lucht zakt, ze zinkt in de omgevingslucht zoals siroop zinkt in water. Warme lucht is minder zwaar en neemt meer plaats in dan de omgevingslucht. Vandaar dat ze stijgt, ze drijft op de omgevingslucht, net zoals olie drijft op water.
4
Toepassingen
In een verwarmd huis stijgt de warme lucht naar het plafond en naar hogere ruimtes, terwijl koude lucht naar de grond zakt. Een verwarmingsinstallatie (buizen en radiators) die in de vloer geplaatst wordt, is dus de beste manier om een ruimte te verwarmen. Dat wordt dan ook steeds meer gedaan.
Fiche 20 Convectie
Bij de installatie van een verwarmingssysteem in een gebouw moet er rekening gehouden worden met de warmtecirculatie.
Dag mijnheer Warme Lucht, welke verdieping?
De verluchting van een woning is heel belangrijk. Tijdens de winter moet je vermijden dat warme lucht verloren gaat en tijdens de zomer moet je proberen de frisse lucht binnen te houden, zonder uit het oog te verliezen dat er altijd genoeg toevoer van verse lucht moet zijn. De buitenlucht kan worden aangezogen door buizen van het ventilatiesysteem die ongeveer 1 meter diep onder de grond liggen. In de winter is de lucht in die buizen warmer dan de buitenlucht. In de zomer is dat het tegenovergestelde. Om in de winter de lucht van het ventilatiesysteem nog meer op te warmen, is het aan te raden om de die lucht door een serre aan de zuidkant van de woning te laten circuleren. Om gebruik te maken van zo’n systeem is het natuurlijk wel noodzakelijk dat de woning gebouwd is met materialen die een goede ademhaling van de muren mogelijk maken. De woning moet goed geïsoleerd zijn voor de warmte (thermische isolatie), maar ze moet ook de doorstroming van de luchtvochtigheid in beide richtingen mogelijk maken. De vochtige lucht geleidt ook de warmte, waardoor het risico ontstaat dat de muren hun isolerend effect verliezen en ook sneller verslijten. Vaak zegt men dat warmte stijgt. Maar waar gaat die warmte dan naar toe?
➤
2
Materiaal
●
s een glas met ijsblokje
●
rm leidingwater een glas met heel wa
Experiment
1
Beweeg je hand, met je handpalm naar beneden, zachtjes boven het glas met warm water, zoals aangeduid op de tekening.
2
Beweeg je andere hand zachtjes boven het glas met de ijsblokjes.
3
Doe de proef opnieuw, maar beweeg nu je handen onder de glazen.
Illustraties : © Luis Espinoza
1
?
Merk je een verschil?
?
Kun je bedenken hoe dat resultaat toegepast kan worden in een verwarmingsinstallatie?
