Hoofdstuk 2 natuurkunde elektriciteit
Paragraaf 1 elektrische energie vervoeren
De elektriciteitscentrale
Elektrische energie kan op verschillende manieren worden opgewekt bijvoorbeeld:
elektriciteitscentrale, kerncentrale, windturbine of zonnepanelen.
Zo wordt elektriciteit opgewekt in een elektriciteitscentrale:
1. Door branders wordt aardgas, steenkool of iets anders verbrand. Met de vrijkomende
warmte wordt het water in de ketel verhit. Hierdoor ontstaat stoom en een hele hoge druk
2. De stoom spuit tegen de schoepen van een turbine waardoor de as van de turbine gaat
draaien
3. Aan de as zit een generator, als de as van de turbine draait wordt er in de generator
elektrische energie opgewekt.
4. De afgewerkte stroom die intussen een veel lagere temperatuur en druk heeft gekregen
wordt naar een condensor geleid. Daar condenseert de stoom tot water dit water wordt
weer terug naar de ketel gepompt.
In een condensor wordt koelwater uit koeltorens gebuikt om de stoom te laten condenseren
Het elektriciteitsnet
Als er stroom door een kabel loopt wordt hij warm. Dat komt doordat een deel van de elektrische
wordt omgezet in warmte. Hierdoor ontstaat energieverlies. Om energieverlies te beperken wordt
elektriciteit te vervoeren met een zo hoog mogelijke spanning. Hoe hoger de spanning, des te kleiner
het energieverlies en de warmteontwikkeling in de leidingen.
De spanningen die generatoren leveren worden vaak omhoog getransformeerd. In Nederland is dat
voor grote afstanden op een hoogspanning van 380 kilovolt(kV). De bovengrondse
hoogspanningsleidingen vervoeren de energie naar verschillende verdeelstations. Daar wordt de
spanning weer naar beneden getransformeerd tot 10 kV. Vervolgens wordt de elektrische energie
via ondergrondse kabels vervoerd naar woonwijken en industrieterreinen. In elke wijk staat een
transformatorhuisje. Daar wordt de spanning getransformeerd naar de netspanning van 230 V.
voordat de elektriciteit naar de woningen worden getransformeerd.
De spanning van het lichtnet
Het lichtnet levert geen onveranderlijke gelijkspanning, zoals een batterij of een accu. De spanning
gaat juist de hele tijd op en neer, volgens een patroon dat zich 50 keer per seconde herhaalt: van
325 V via 0 V naar –325 V weer terug naar 325 V. het is een wisselspanning met een frequentie van
50 Hz. Voor vele apparaten maakt het niet uit of ze op de wisselspanning werken of op een
gelijkspanning van 230 V. een waterkoker produceert in beide gevallen evenveel warmte. Je zegt
daarom dat de effectieve spanning van het lichtnet 230 V is.
Voor sommige apparaten is de spanning net te hoog, dan gebruik je een transformator.
, De werking van een transformator
Een transformator bestaat uit 2 spoelen en een weekijzeren kern. De primaire spoel wordt
verbonden met het lichtnet en de secundaire spoel met het apparaat.
De elektrische energie die de primaire spoel opneemt, wordt door de secundaire spoel weer
afgegeven.
Formule normale transformator
Up: Us = Np: Ns
Voorbeeldopgave 1 normale transformator
Up= 230 V
Np= 400 Up: Us = Np: Ns ---> 230: 12 = 400: Ns
Us= 12 V
Ns=? 230 x Ns = 400 x 12 = 4800
Ns= 4800: 230 = 21 windingen
Formule ideale transformator
Pp = Ps of Up x Ip = Us x Is
Voorbeeldopgave ideale transformator
Up= 230 V
Ip= 16 A Up x Ip = Us x Is
Us= 48 V 230 x 16 = 48 x Is
Is=? 3680 = 48 x Is
Is = 3680: 48 = 77 A
Paragraaf 2 vermogen en energie
Elektrisch vermogen
Op elk elektrisch apparaat staat aangegeven hoeveel elektrische energie het apparaat per seconde
gebruikt. Dit wordt vermogen van het apparaat genoemd. De eenheid van vermogen is watt(W).
Het vermogen van een apparaat hangt af van 2 factoren: de spanning (over het apparaat) en de
stroomsterkte (door het apparaat).
Formule elektrische vermogen
P= U x I
U (spanning) = V (volt)
I (stroom) = A (ampère)
P (vermogen) = W (watt)
Formule energieverbruik berekenen
Paragraaf 1 elektrische energie vervoeren
De elektriciteitscentrale
Elektrische energie kan op verschillende manieren worden opgewekt bijvoorbeeld:
elektriciteitscentrale, kerncentrale, windturbine of zonnepanelen.
Zo wordt elektriciteit opgewekt in een elektriciteitscentrale:
1. Door branders wordt aardgas, steenkool of iets anders verbrand. Met de vrijkomende
warmte wordt het water in de ketel verhit. Hierdoor ontstaat stoom en een hele hoge druk
2. De stoom spuit tegen de schoepen van een turbine waardoor de as van de turbine gaat
draaien
3. Aan de as zit een generator, als de as van de turbine draait wordt er in de generator
elektrische energie opgewekt.
4. De afgewerkte stroom die intussen een veel lagere temperatuur en druk heeft gekregen
wordt naar een condensor geleid. Daar condenseert de stoom tot water dit water wordt
weer terug naar de ketel gepompt.
In een condensor wordt koelwater uit koeltorens gebuikt om de stoom te laten condenseren
Het elektriciteitsnet
Als er stroom door een kabel loopt wordt hij warm. Dat komt doordat een deel van de elektrische
wordt omgezet in warmte. Hierdoor ontstaat energieverlies. Om energieverlies te beperken wordt
elektriciteit te vervoeren met een zo hoog mogelijke spanning. Hoe hoger de spanning, des te kleiner
het energieverlies en de warmteontwikkeling in de leidingen.
De spanningen die generatoren leveren worden vaak omhoog getransformeerd. In Nederland is dat
voor grote afstanden op een hoogspanning van 380 kilovolt(kV). De bovengrondse
hoogspanningsleidingen vervoeren de energie naar verschillende verdeelstations. Daar wordt de
spanning weer naar beneden getransformeerd tot 10 kV. Vervolgens wordt de elektrische energie
via ondergrondse kabels vervoerd naar woonwijken en industrieterreinen. In elke wijk staat een
transformatorhuisje. Daar wordt de spanning getransformeerd naar de netspanning van 230 V.
voordat de elektriciteit naar de woningen worden getransformeerd.
De spanning van het lichtnet
Het lichtnet levert geen onveranderlijke gelijkspanning, zoals een batterij of een accu. De spanning
gaat juist de hele tijd op en neer, volgens een patroon dat zich 50 keer per seconde herhaalt: van
325 V via 0 V naar –325 V weer terug naar 325 V. het is een wisselspanning met een frequentie van
50 Hz. Voor vele apparaten maakt het niet uit of ze op de wisselspanning werken of op een
gelijkspanning van 230 V. een waterkoker produceert in beide gevallen evenveel warmte. Je zegt
daarom dat de effectieve spanning van het lichtnet 230 V is.
Voor sommige apparaten is de spanning net te hoog, dan gebruik je een transformator.
, De werking van een transformator
Een transformator bestaat uit 2 spoelen en een weekijzeren kern. De primaire spoel wordt
verbonden met het lichtnet en de secundaire spoel met het apparaat.
De elektrische energie die de primaire spoel opneemt, wordt door de secundaire spoel weer
afgegeven.
Formule normale transformator
Up: Us = Np: Ns
Voorbeeldopgave 1 normale transformator
Up= 230 V
Np= 400 Up: Us = Np: Ns ---> 230: 12 = 400: Ns
Us= 12 V
Ns=? 230 x Ns = 400 x 12 = 4800
Ns= 4800: 230 = 21 windingen
Formule ideale transformator
Pp = Ps of Up x Ip = Us x Is
Voorbeeldopgave ideale transformator
Up= 230 V
Ip= 16 A Up x Ip = Us x Is
Us= 48 V 230 x 16 = 48 x Is
Is=? 3680 = 48 x Is
Is = 3680: 48 = 77 A
Paragraaf 2 vermogen en energie
Elektrisch vermogen
Op elk elektrisch apparaat staat aangegeven hoeveel elektrische energie het apparaat per seconde
gebruikt. Dit wordt vermogen van het apparaat genoemd. De eenheid van vermogen is watt(W).
Het vermogen van een apparaat hangt af van 2 factoren: de spanning (over het apparaat) en de
stroomsterkte (door het apparaat).
Formule elektrische vermogen
P= U x I
U (spanning) = V (volt)
I (stroom) = A (ampère)
P (vermogen) = W (watt)
Formule energieverbruik berekenen
