Nova Nask1 MAX (release 5.0) deel A - Hoofdstuk 11 - Energie oefentoetsen & antwoorden

Er zijn drie fossiele brandstoffen: steenkool aardgas en aardolie. De toepassingen van de fossiele brandstof zijn:verwarmenvervoeropwekken van elektriciteit. In kolen zit chemische energie.  B, koolstofdioxide. Dat noem je energietransitie.  Een zonnecel zet de stralingsenergie om in elektrische energie.  Kinetische energie. Een dynamo bestaat uit een spoel en een magneet.  Door zuinig om te gaan met energie gaat de energierekening omlaag.Het is beter voor het milieu. Want bij minder energieverbruik hoeft er ook minder energie opgewekt te worden. En dus worden er minder fossiele brandstoffen verbrand waarbij broeikasgassen vrijkomen.Het spaart natuurlijk ook de grondstoffen. Chemische energie → warmte → bewegingsenergie → elektrische energie.Toelichting: De kolen worden verbrand en daarbij wordt de chemische energie in de kolen omgezet in warmte. door de warmte gaat water koken en ontstaat er stoom. De stoom zet een turbine in beweging waardoor de turbine gaat draaien. Door de draaiende turbine wordt er elektrische opgewerkt in de generator.  Bewegingsenergie → elektrische energie.  Mogelijke antwoorden zijn:De centrale moet gebouwd worden en dat kost ook grondstoffen. Ook kan het zijn dat op de plaats waar de centrale moet komen bomen gekapt moeten worden voor de bouw van de centrale. In een gloeilamp wordt elektrische energie omgezet in licht en warmte. De verbrandingsenergie van kolen is 29000 J/g (zie binas tabel 19).Bij elke gram kolen komt er dus 29000 J warmte energie vrij.534 ton kolen x 1000 = 534000 kg = 534000000 g (5,34 x 108 g)Dus de totale hoeveelheid energie is 534 x 108 x 29000 = 1,55 x 1013 J = 15,5 TJ Om het rendement te kunnen berekenen moet je eerst de geleverde elektrische energie berekenen.Gegeven:  vermogen  = $1720$ MW = $1720 \times 10^6$ W (1720000000 W)tijd = 1 uur = 3600 sGevraagd: elektrische energie in TJFormule: $E_{elek}= P \times t$ en $\rm \eta = \frac{E_{nuttig}}{E_{totaal}}\times 100\%$Berekening:$E_{elek} = 1720 \times 10^6 \times 3600 =6,19 \times 10^{12}$ J = $6,19$ TJ$\rm \eta = \frac{E_{nuttig}}{E_{totaal}}\times 100\%$ met $E_{nuttig}$ de de energie die geleverd wordt en $E_{totaal}$ de energie die in de centrale gestopt wordt geeft: $\rm \eta = \frac{6,19}{15,5} \times 100\%  =40\%$Conclusie: het rendement is 40%.  Gegeven: Afmetingen 160 x 100 cmRendement 16%Stralingsenergie 240 W/m2Gevraagd: Geleverde elektrische vermogenFormule: $\rm \eta = \frac{E_{nuttig}}{E_{totaal}}\times 100\%$Berekening:Eerst oppervlak van het zonnepaneel berekenen: 1,60 m x 1,0 m = 1,6 m2240 W/m2 dus totaal energieverbruik is 1,6 x 240 = 384 WHet rendement is 16, dus met de formule voor het rendement: $E_{nuttig} = \frac{\eta}{100\%} \times E_{totaal} = 0,16 \times 384 = 61,4$ W.Conclusie: Het zonnepaneel levert 61,4 W. Gegeven: v = 105 m/sm = 795 kgGevraagd: Ebeweging = … MJFormule Eb = ½ x m x v2Berekening:Eb = ½ x 795 x (105)2Eb = 4382438 J = 4,38 MJConclusie: de bewegingsenergie is 4,38 MJ. Gegevens: Hoeveelheid water per seconde:2,0x108 : 3600 = 57000 liter water per seconde (: 3600 want er zitten 3600 sec in een uur)1 l water = 1 kgDus mwater = 57000 kgHoogte = 140 mg = 10 m/s2Gevraagd: Eh = …MJFormule: Eh = m x g x hBerekening: Eh = 57000 x 10 x 140 = 79800000 J = 79,8 MJConclusie: de hoeveelheid zwaarte-energie bedraagt 79,8 MJ per seconde. 3600000 J = 1 kWhPer uur zou de centrale 22,167 kWh leveren. Dat is per dag: 532 kWh, en per jaar: 194180 kWh1 gezin verbruikt : 2500 kWh per jaarDat geeft: 194180 : 2500 = 77,7Conclusie: Er kunnen dus ongeveer 78 gezinnen voorzien worden van  de opgewekte elektrische energie.  Bedenk: Hier geldt de wet van energiebehoud. Dus Ez = Eb.Gegeven: Hoogte = 36 m Gevraagd: Snelheid in km/hFormules: Ez = m x g x h Eb = ½ x m x v2Berekening:Formules invullen geeft: m x g x h = ½ x m x v2Uitwerken met de balansmethode:2 x m x g x h = m x v22 x g x h = v2  (je kunt nu de massa’s wegstrepen!)v2  = 2 x 10 x 36v2 = 720Dus $v = \sqrt{720} = 26,8$ m/sDat komt overeen met ongeveer 97 km/h (vermenigvuldig met 3,6)Conclusie: de Kaapse Jan van Gent raakt het water met ongeveer 97 km/h.  Gegevens:P = 40 W = 0,04 kWDe lamp brandt 2 weken aaneengesloten. 14 dagen x 24 uur = 336 uur, dus t = 336 uurGevraagd: Eelek = … kWhFormule: Eelek = P x tBerekening: Eelek = 0,04 x 336 = 13,44 kWh Conclusie: Eelek = 13,44 kWh Bereken eerst de kosten van de gloeilamp voor een jaarEen jaar heeft 365 dagen van 24 uur = 8760 uurGegeven: t = 8760 uur en P = 40 W = 0.04 kWGevraagd: Eelek = … kWhFormule: Eelek = P x tBerekening:Eelek = 0,04 x 8760Eelek = 350,4 kWh1 kWh = € 0,59, dus de kosten: 350,4 x 0,59 = € 206,74Voor een heel jaar heb je 9 gloeilampen nodig 9 x 2,95 = € 26.55Conclusie: Dat is een totaal van € 233,29Bereken daarna de kosten van de LED-lampGegeven: t = 8760 uur en P = 5 W = 0,005 kWGgevraagd: Eelek= … kWhFormule: Eelek = P x tBerekening: Eelek = 0,005 x 8760Eelek = 43,8 kWhDe kosten: 43,8 x 0,59 = € 25,84Voor het hele jaar is 1 LED-lamp voldoende en deze kost €22,50Dat is een totaal van €48,34Het verschil: 233,29 – 48,34 = 184,95Conclusie: Hanna kan dus € 184,95 besparen als ze de gloeilamp vervangt door een LED-lamp