7 Elektrische energie

1. 7 Elektrische energie Materie, energie en leven

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

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

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

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

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

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

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

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

10. 7.2.3 Elektrische energie en elektrisch vermogen in het dagelijkse leven Het verbruik van elektrische energie wordt aangegeven in kWh (kilowattuur) E = P∙t 1 J = 1 W.s 1 kWh = (1000 W)(3600 s) = 3 600 000 J Materie, energie en leven

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

24. b) Ga na of het naar veiligheid verantwoord is extra een frituurketel (2000 W) op dezelfde stroomkring aan te sluiten als al deze toestellen in werking zijn Oplossing Frituurketel: I = 2000 W/220 V = 9,09 A Itot =14,09 A + 9,09 A = 23,18 A > 16 A De smeltveiligheid zal doorsmelten. Materie, energie en leven

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

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

27. Bereken de kostprijs per kWh. Houd er wel rekening mee dat er vier batterijen in deze aanbieding zitten en dat de batterijen tot 1000x oplaadbaar Opgeslagen hoeveelheid elektriciteit Q = 4 x 2300 mAh = 9200 mAh. 1000 x opladen ⇒totale hoeveelheid opgeslagen elektriciteit Q = 1000 x 9200 mAh = 9200 Ah E = Q x U = 9200 Ah x 1,5 V = 13800 Wh = 13,8 kWh . Prijs per kWh = 25 euro/13,8 kWh = 1,81 euro/kWh Vergelijk deze prijs met de prijs die je thuis moet betalen per kWh ~ c€ 14,0/kWh Afhankelijk van de verdeler. Materie, energie en leven

28. 7.4.2 Mileuaspecten van batterijen vzw BEBAT (Fonds Ophaling Batterijen) Ingezamelde batterijen x 1000 http://www.bebat.be/pages/nl/main.html Materie, energie en leven