1 Elektriciteit
Elektrische schakelingen en energiegebruik | havo
Uitwerkingen basisboek
1.1 INTRODUCTIE
1 [W] Sluipgebruik van elektrische apparaten
2 [W] Spanningsbronnen
3 [W] Experiment: Statische elektriciteit
4 Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: Elektronen stoten andere elektronen af.
c Waar
d Niet waar: De eenheid van stroomsterkte is ampère.
e Waar
5
Het lampje geeft licht in situatie C.
Er is sprake van een elektrische stroom in situatie C.
Er is sprake van een spanning in situaties A, B en C.
6
A
a
b Het maakt bij een lamp niet uit vanaf welke kant de stroom komt, dus als je de spanningsbron omdraait brandt
de lamp ook.
7 [W] Voorkennistest
1.2 ENERGIE EN VERMOGEN
8 [W] Energie in de toekomst
9 [W] Experiment: Het rendement van een led-lamp en een gloeilamp
10 [W] Experiment: Energiegebruik van een lamp
8 Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: Een elektrisch apparaat zet elektrische energie om in een andere vorm van energie.
c Niet waar: Een apparaat dat een groot deel van de elektrische energie omzet in nuttige energie heeft een
hoog rendement.
d Niet waar: Een led-lamp heeft een rendement van ongeveer 50%.
e Waar
f Waar
9
a 100% - 35% = 65%
© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 1 van 27
, b
c Bijvoorbeeld:
10 Het vermogen van alle apparaten en de tijdsduur dat ze hebben aangestaan.
11
a Joule (J)
d Watt (W)
e Kilowattuur (kWh)
12
a De autolamp
b Vermogen is de energie die een apparaat per seconde verbruikt. De energie die een apparaat verbruikt heeft
is dus het vermogen van het apparaat keer de tijd dat het apparaat heeft aangestaan (in seconden).
c Je weet niet zeker of beide lampen hetzelfde rendement hebben. De gloeilamp heeft een heel laag rendement
en ook het laagste vermogen. Een autolamp is een halogeenlamp of een Xenonlamp. Beide lampen hebben
een hoger rendement dan een gloeilamp. Omdat het vermogen van de autolamp ook hoger is, zal de
autolamp waarschijnlijk het meeste licht geven.
13 Lager vermogen. Het rendement van een spaarlamp is hoger dan van een gloeilamp. Dus om een spaarlamp
evenveel licht te laten geven als een gloeilamp, heb je een lamp met een lager vermogen nodig.
14
a Bewegingsenergie.
b Bij allebei de centrales wordt met de verbrandingswarmte water verhit tot stoom. De stoom drijft een
stoomturbine met generator aan. Maar bij een STEG-centrale worden de verbrandingsgassen gebruikt om
een tweede generator aan te drijven, die ook elektriciteit produceert. Door die tweede generator wordt het
rendement verhoogd.
c Waterkrachtcentrale, windturbine en kerncentrale.
15 De hoeveelheid energie die een elektrisch apparaat omzet kun je berekenen met behulp van het vermogen van het
apparaat volgens: E=P∙ t . Hierin is E de omgezette energie in joule (J), P het vermogen in watt (W) en t de tijd in
seconde (s).
© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 2 van 27
, 16
a –
b Energie: E in joule (J) of in kilowattuur (kWh),
vermogen: P in watt (W) of joule per seconde (J/s),
rendement η in % of als een getal tussen 0 en 1,
energiedichtheid in kilojoule of megajoule per kilogram (kJ/kg of MJ/kg).
c E=P∙ t
E nuttig E nuttig
η= x 100 % of η=
E¿ E¿
Pnuttig Pnuttig
η= x 100 % of η=
P¿ P¿
17
a In 2,0 uur zal de lamp 2,0 ×30=60 kJ omzetten.
b 30 kJ wordt omgezet in 1,0 uur dus 0,30 MJ = 300 kJ wordt in 10 h omgezet.
18
a Lamp A brandt het kortst op 1,0 kWh en heeft dus het grootste vermogen. Lamp B kan 2,5 keer langer
branden op 1,0 kWh, dus het vermogen van lamp A is 2,5 keer zo groot als dat van lamp B.
b Nee, want je weet alleen hoeveel energie er in gaat, niet hoeveel nuttige (licht)energie er uit komt.
19
a De helft van de verbruikte energie wordt omgezet in licht, dus het rendement is 50%.
b Het rendement is het deel van de ingaande energie dat nuttig gebruikt wordt.Dat kun je schrijven als
percentage (50%), maar ook als factor (0,50).
c Het ingaand vermogen is de energie die per seconde wordt verbruikt. Deze is te berekenen door de 180 J
elektrische energie te delen door 60 seconden. Het nuttig vermogen is de lichtopbrengst per seconde.
Hiervoor deel je de 90 J lichtenergie door 60 seconden.
d Omdat bij het berekenen van zowel het ingaand vermogen als het nuttig vermogen door dezelfde tijd (60 s)
Pnuttig Enuttig /t Enuttig
wordt gedeeld valt dat weg in de breuk van het rendement (η= = = ).
P¿ E¿ /t E¿
20 Als de energiedichtheid 50% groter wordt, wordt deze anderhalf keer zo groot. Dan bevat de nieuwe opgeladen
accu anderhalf keer zoveel energie. Ein is dan anderhalf keer zo groot. Bij een gelijkblijvend rendement
E nuttig E
(η= ¿ is Enuttig dan ook anderhalf keer zo groot. Bij een gelijkblijvend vermogen ( Pnuttig = nuttig ¿ kan de
E¿ t
accu dan anderhalf keer zo lang worden gebruikt, dat is 5,4 h.
21
a E=P∙ t=0,010 ×5000=50 kWh
E=P∙ t=10 ×5000 ×3600=1,8∙ 108 J
E 1,0 kWh
b t= = =1,0 ∙10 2 h
P 0,010 kW
c E=P∙ t=0,010 ×5,0 ×365=18,25=18 kWh kosten: 18,25 × € 0,23=€ 4,2
d Het energieverbruik is vier keer zo groot, dus zullen de kosten ook vier keer zo hoog zijn: € 4,2 × 4=€ 17
22 Ptot =7,5+6,8+ 3,3+2,9+1,7=22,2W E=P∙ t=0,0222 ×24=0,53 kWh kosten:
0,53 × € 0,23=€ 0,12 per dag.
© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 3 van 27
Elektrische schakelingen en energiegebruik | havo
Uitwerkingen basisboek
1.1 INTRODUCTIE
1 [W] Sluipgebruik van elektrische apparaten
2 [W] Spanningsbronnen
3 [W] Experiment: Statische elektriciteit
4 Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: Elektronen stoten andere elektronen af.
c Waar
d Niet waar: De eenheid van stroomsterkte is ampère.
e Waar
5
Het lampje geeft licht in situatie C.
Er is sprake van een elektrische stroom in situatie C.
Er is sprake van een spanning in situaties A, B en C.
6
A
a
b Het maakt bij een lamp niet uit vanaf welke kant de stroom komt, dus als je de spanningsbron omdraait brandt
de lamp ook.
7 [W] Voorkennistest
1.2 ENERGIE EN VERMOGEN
8 [W] Energie in de toekomst
9 [W] Experiment: Het rendement van een led-lamp en een gloeilamp
10 [W] Experiment: Energiegebruik van een lamp
8 Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: Een elektrisch apparaat zet elektrische energie om in een andere vorm van energie.
c Niet waar: Een apparaat dat een groot deel van de elektrische energie omzet in nuttige energie heeft een
hoog rendement.
d Niet waar: Een led-lamp heeft een rendement van ongeveer 50%.
e Waar
f Waar
9
a 100% - 35% = 65%
© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 1 van 27
, b
c Bijvoorbeeld:
10 Het vermogen van alle apparaten en de tijdsduur dat ze hebben aangestaan.
11
a Joule (J)
d Watt (W)
e Kilowattuur (kWh)
12
a De autolamp
b Vermogen is de energie die een apparaat per seconde verbruikt. De energie die een apparaat verbruikt heeft
is dus het vermogen van het apparaat keer de tijd dat het apparaat heeft aangestaan (in seconden).
c Je weet niet zeker of beide lampen hetzelfde rendement hebben. De gloeilamp heeft een heel laag rendement
en ook het laagste vermogen. Een autolamp is een halogeenlamp of een Xenonlamp. Beide lampen hebben
een hoger rendement dan een gloeilamp. Omdat het vermogen van de autolamp ook hoger is, zal de
autolamp waarschijnlijk het meeste licht geven.
13 Lager vermogen. Het rendement van een spaarlamp is hoger dan van een gloeilamp. Dus om een spaarlamp
evenveel licht te laten geven als een gloeilamp, heb je een lamp met een lager vermogen nodig.
14
a Bewegingsenergie.
b Bij allebei de centrales wordt met de verbrandingswarmte water verhit tot stoom. De stoom drijft een
stoomturbine met generator aan. Maar bij een STEG-centrale worden de verbrandingsgassen gebruikt om
een tweede generator aan te drijven, die ook elektriciteit produceert. Door die tweede generator wordt het
rendement verhoogd.
c Waterkrachtcentrale, windturbine en kerncentrale.
15 De hoeveelheid energie die een elektrisch apparaat omzet kun je berekenen met behulp van het vermogen van het
apparaat volgens: E=P∙ t . Hierin is E de omgezette energie in joule (J), P het vermogen in watt (W) en t de tijd in
seconde (s).
© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 2 van 27
, 16
a –
b Energie: E in joule (J) of in kilowattuur (kWh),
vermogen: P in watt (W) of joule per seconde (J/s),
rendement η in % of als een getal tussen 0 en 1,
energiedichtheid in kilojoule of megajoule per kilogram (kJ/kg of MJ/kg).
c E=P∙ t
E nuttig E nuttig
η= x 100 % of η=
E¿ E¿
Pnuttig Pnuttig
η= x 100 % of η=
P¿ P¿
17
a In 2,0 uur zal de lamp 2,0 ×30=60 kJ omzetten.
b 30 kJ wordt omgezet in 1,0 uur dus 0,30 MJ = 300 kJ wordt in 10 h omgezet.
18
a Lamp A brandt het kortst op 1,0 kWh en heeft dus het grootste vermogen. Lamp B kan 2,5 keer langer
branden op 1,0 kWh, dus het vermogen van lamp A is 2,5 keer zo groot als dat van lamp B.
b Nee, want je weet alleen hoeveel energie er in gaat, niet hoeveel nuttige (licht)energie er uit komt.
19
a De helft van de verbruikte energie wordt omgezet in licht, dus het rendement is 50%.
b Het rendement is het deel van de ingaande energie dat nuttig gebruikt wordt.Dat kun je schrijven als
percentage (50%), maar ook als factor (0,50).
c Het ingaand vermogen is de energie die per seconde wordt verbruikt. Deze is te berekenen door de 180 J
elektrische energie te delen door 60 seconden. Het nuttig vermogen is de lichtopbrengst per seconde.
Hiervoor deel je de 90 J lichtenergie door 60 seconden.
d Omdat bij het berekenen van zowel het ingaand vermogen als het nuttig vermogen door dezelfde tijd (60 s)
Pnuttig Enuttig /t Enuttig
wordt gedeeld valt dat weg in de breuk van het rendement (η= = = ).
P¿ E¿ /t E¿
20 Als de energiedichtheid 50% groter wordt, wordt deze anderhalf keer zo groot. Dan bevat de nieuwe opgeladen
accu anderhalf keer zoveel energie. Ein is dan anderhalf keer zo groot. Bij een gelijkblijvend rendement
E nuttig E
(η= ¿ is Enuttig dan ook anderhalf keer zo groot. Bij een gelijkblijvend vermogen ( Pnuttig = nuttig ¿ kan de
E¿ t
accu dan anderhalf keer zo lang worden gebruikt, dat is 5,4 h.
21
a E=P∙ t=0,010 ×5000=50 kWh
E=P∙ t=10 ×5000 ×3600=1,8∙ 108 J
E 1,0 kWh
b t= = =1,0 ∙10 2 h
P 0,010 kW
c E=P∙ t=0,010 ×5,0 ×365=18,25=18 kWh kosten: 18,25 × € 0,23=€ 4,2
d Het energieverbruik is vier keer zo groot, dus zullen de kosten ook vier keer zo hoog zijn: € 4,2 × 4=€ 17
22 Ptot =7,5+6,8+ 3,3+2,9+1,7=22,2W E=P∙ t=0,0222 ×24=0,53 kWh kosten:
0,53 × € 0,23=€ 0,12 per dag.
© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 3 van 27
