Pulsar Nask1 4e ed - Hoofdstuk 5 - Energie oefentoetsen & antwoorden

Bij een onvolledige verbranding ontstaat er koolstofmono-oxide; bij een volledige verbranding niet.De drie soorten warmtetransport zijn geleiding, warmtestraling en stroming.Bij blokverwarming (of stadsverwarming) worden huizen verwarmd door warmte die afkomstig is van de industrie. De huizen en de industrie vormen samen een warmtenet. Het grootste nadeel van zonnepanelen is dat ze alleen overdag werken en in de nacht niet. Niet waar, er zijn drie voorwaarden nodig voor een goede verbranding (er is een brandbare stof, er is een hogere temperatuur dan de ontbrandingstemperatuur en er is voldoende zuurstof aanwezig).Waar, omdat een warmtepomp op elektriciteit werkt en dus geen verbrandingsgassen produceert.Niet waar, waterstof is een duurzame bron, omdat bij verbranding alleen water ontstaat. De verbranding van waterstof versterkt het broeikaseffect niet.Waar, hoewel de eenheid kilowattuur meestal gebruikt wordt voor elektrische energie, en de eenheid joule voor andere soorten energie. Gegeven:Volume propaangas = $1200\ cm^3$Verbrandingswarmte propaangas = $93,8\ J/cm^3$Gevraagd:Vrijgekomen warmte = $?\ kJ$Berekening:We gebruiken een verhoudingstabelVolume ($cm^3$)$1$$1200$Warmte ($J$)$93,8$$?$Boven vermenigvuldigen we met 1200, dus onder vermenigvuldigen we ook met 1200.$83,9 \times 1200 = 112\ 560$Volume ($cm^3$)$1$$1200$Warmte ($J$)$93,8$$112\ 560$$1000\ J = 1\ kJ$, dus $112\ 460\ J : 1000 = 112,6\ kJ$Antwoord:Er is 112,6 kJ warmte vrijgekomen.Gegeven:Massa hout = $1,5\ kg$Verbrandingswarmte hout = $16\ 000\ 000\ J/kg$Gevraagd:Vrijgekomen warmte = $?\ kJ$ Berekening:We gebruiken een verhoudingstabelVolume ($cm^3$)$1$$1,5$Warmte ($J$)$16\ 000\ 000$$?$Boven vermenigvuldigen we met 1,5 dus onder vermenigvuldigen we ook met 1,5.$16\ 000\ 000 \times 1,5 = 24\ 000\ 000$Volume ($cm^3$)$1$$1,5$Warmte ($J$)$16\ 000\ 000$$24\ 000\ 000$$1000\ J = 1\ kJ$, dus $24\ 000\ 000\ J : 1000 = 24\ 000\ kJ$Antwoord:Er is 24 000 kJ warmte vrijgekomen.Het gebruik van propaangas is beter voor het milieu, omdat er bij propaangas veel minder verbrandingswarmte vrijkomt. Ook is hier geen sprake van rook en nauwelijks luchtvervuilende stoffen. 342561 Gegeven:Vrijgekomen warmte = 307 200 000 J307\ 200\ 000\ J307 200 000 JVerbrandingswarmte aardgas = 29,5 J/cm329,5\ J/cm^329,5 J/cm3 Gevraagd:Volume aardgas = ? m3?\ m^3? m3Formule:volume aardgas=vrijgekomen warmteverbrandingswarmtevolume\ aardgas = \frac{vrijgekomen\ warmte}{verbrandingswarmte}volume aardgas=verbrandingswarmtevrijgekomen warmte​ Berekening:volume aardgas=307 200 00029,5=10 413 559 cm3volume\ aardgas = \frac {307\ 200\ 000}{29,5} = 10\ 413\ 559\ cm^3volume aardgas=29,5307 200 000​=10 413 559 cm31 000 000cm3=1 m31\ 000\ 000 cm^3 = 1\ m^31 000 000cm3=1 m3, dus delen door 1 000 0001\ 000\ 0001 000 00010 413 559 cm3:1 000 000=10,41 m310\ 413\ 559\ cm^3 : 1\ 000\ 000 = 10,41\ m^310 413 559 cm3:1 000 000=10,41 m3Antwoord:Er is 10,41 m310,41\ m^310,41 m3 aardgas verbrand. Door het opgewarmde water in de rivier te lozen:Zal het water in de rivier opwarmen;Waardoor de zuurstof uit het water verdwijnt;De vissen en andere waterdieren hierdoor moeilijker kunnen ademen;Waardoor de dieren overlijden (en uiteindelijk de biodiversiteit zal afnemen).Dit verschijnsel heet thermische verontreiniging. In een conventionele elektriciteitscentrale wordt brandstof verbrand. De chemische energie wordt omgezet in warmte. Dat wordt vervolgens gebruikt om water om te zetten in stoom. In de stoomketel ontstaat stoom onder hoge druk. De stoom blaast in een stoomturbine tegen een schoepenrad. Dat gaat draaien en is gekoppeld aan een generator. Die zet de bewegingsenergie om in elektrische energie.  Gegeven:PMakita=2400 WP_{Makita} = 2400\ WPMakita​=2400 WPBosch=750 WP_{Bosch} = 750\ WPBosch​=750 Wt=45 mint = 45\ mint=45 min Gevraagd:EMakita=? kWhE_{Makita} = ?\ kWhEMakita​=? kWhEBosch=? kWhE_{Bosch} = ?\ kWhEBosch​=? kWhFormule:E=P×tE = P \times tE=P×tBerekening:t=45 min=0,75 uurt = 45\ min = 0,75\ uurt=45 min=0,75 uurPMakita=2400 W=2,4 kWP_{Makita} = 2400\ W = 2,4\ kWPMakita​=2400 W=2,4 kWPBosch=750 W=0,75 kWP_{Bosch} = 750\ W = 0,75\ kWPBosch​=750 W=0,75 kWEMakita=2,4×0,75=1,8 kWhE_{Makita} = 2,4 \times 0,75 = 1,8\ kWhEMakita​=2,4×0,75=1,8 kWhEBosch=0,75×0,75=0,56 kWhE_{Bosch} = 0,75 \times 0,75 = 0,56\ kWhEBosch​=0,75×0,75=0,56 kWhAntwoord:De Makita verbruikt 1,8 kWh, de Bosch verbruikt 0,56 kWh.Gegeven:EMakita=1,8 kWhE_{Makita} = 1,8\ kWhEMakita​=1,8 kWhEBosch=0,56 kWhE_{Bosch} = 0,56\ kWhEBosch​=0,56 kWhPrijs per kWh is 0,32 euro Gevraagd:KostenMakita=? euroKosten_{Makita} = ?\ euroKostenMakita​=? euroKostenBosch=? euroKosten_{Bosch} =?\ euroKostenBosch​=? euroFormule:Kosten=E×0,32 euroKosten = E \times 0,32\ euroKosten=E×0,32 euro Berekening:KostenMakita=1,8×0,32=0,58 euroKosten_{Makita} = 1,8 \times 0,32 = 0,58\ euroKostenMakita​=1,8×0,32=0,58 euroKostenBosch=0,56×0,32=0,18 euroKosten_{Bosch} = 0,56 \times 0,32 = 0,18\ euroKostenBosch​=0,56×0,32=0,18 euroAntwoord:De Bosch-boormachine is het goedkoopst, want die kost 0,18 euro voor 45 minuten (en de Makita kost 0,58 euro voor 45 minuten). Gegeven:V=140 literV = 140\ literV=140 literVerbrandingswarmte benzine=33 000 J/cm3Verbrandingswarmte\ benzine = 33\ 000\ J/cm^3Verbrandingswarmte benzine=33 000 J/cm3 Gevraagd:Vrijgekomen warmte=? JVrijgekomen\ warmte = ?\ JVrijgekomen warmte=? JFormule:Vrijgekomen warmte=V×verbrandingswarmte benzineVrijgekomen\ warmte = V \times verbrandingswarmte\ benzineVrijgekomen warmte=V×verbrandingswarmte benzine Berekening:1 liter=1 dm3=1000 cm31\ liter = 1\ dm^3 = 1000\ cm^31 liter=1 dm3=1000 cm3, dusV=140 liter×1000=140 000 cm3V = 140\ liter \times 1000 = 140\ 000\ cm^3V=140 liter×1000=140 000 cm3Vrijgekomen warmte=140 000×33 000=4 620 000 000 JVrijgekomen\ warmte = 140\ 000 \times 33\ 000 = 4\ 620\ 000\ 000\ JVrijgekomen warmte=140 000×33 000=4 620 000 000 JAntwoord:De vrijgekomen warmte per race is 4 620 000 000 J.Gegeven:V=65 000 literV = 65\ 000\ literV=65 000 literVerbrandingswarmte kerosine=36 000 J/cm3Verbrandingswarmte\ kerosine = 36\ 000\ J/cm^3Verbrandingswarmte kerosine=36 000 J/cm3 Gevraagd:Vrijgekomen\warmte=?\JVrijgekomen\warmte = ?\JVrijgekomen warmte=? JFormule:Vrijgekomen warmte=V×verbrandingswarmte benzineVrijgekomen\ warmte = V \times verbrandingswarmte\ benzineVrijgekomen warmte=V×verbrandingswarmte benzine Berekening:V=65 000\liter×1000=65 000 000 cm3V = 65\ 000 \liter \times 1000 = 65\ 000\ 000\ cm^3V=65 000 liter×1000=65 000 000 cm3Vrijgekomen warmte=65 000 000×36 000=2 340 000 000 000 JVrijgekomen\ warmte = 65\ 000\ 000 \times 36\ 000 = 2\ 340\ 000\ 000\ 000\ JVrijgekomen warmte=65 000 000×36 000=2 340 000 000 000 JAntwoord:De vrijgekomen warmte per vlucht is 2 340 000 000 000 J.Gegeven:Vrijgekomen warmte per vlucht = 2 340 000 000 000 J.Vrijgekomen warmte per race = 4 620 000 000 J. Gevraagd:Hoeveel races kan de Formule 1-wagen rijden? Berekening:2 340 000 000 000:4 620 000 000 =506,49 races2\ 340\ 000\ 000\ 000 : 4\ 620\ 000\ 000\ = 506,49\ races2 340 000 000 000:4 620 000 000 =506,49 racesAntwoord:De Formule 1-wagen kan 506 races rijden om dezelfde hoeveelheid warmte uit te stoten als een Boeing 747. Deze vorm van warmtetransport noemen we stroming. Hoe lager/hoger de λ-waarde, hoe beter/slechter het materiaal isoleert. De nieuwbouwappartementen in Utrecht bestaan hoogstwaarschijnlijk uit materialen met een hoge/lage λ-waarde.Gegeven:Oppervlakte dak=50 m2Oppervlakte\ dak = 50\ m^2Oppervlakte dak=50 m2Kosten glaswol=15 euro per m2Kosten\ glaswol = 15\ euro\ per\ m^2Kosten glaswol=15 euro per m2 Gevraagd:Hoeveel kost de dakisolatie? Berekening:50×15=750 euro50 \times 15 = 750\ euro50×15=750 euroAntwoord:De dakisolatie kost 750 euro.Gegeven:Kosten dakisolatie glaswol=750 euroKosten\ dakisolatie\ glaswol = 750\ euroKosten dakisolatie glaswol=750 euroBesparing van 250 euro per jaar Gevraagd:Hoeveel lang duurt het om de kosten eruit te hebben? Berekening:750:250=3 jaar750 : 250 = 3\ jaar750:250=3 jaarAntwoord:Het kost 3 jaar voordat je de kosten van het isoleren van het dak met glaswol eruit hebt.Voor de dakisolatie kan je het beste voor kunststofschuim kiezen: dit materiaal isoleert het beste, omdat het een lage λ-waarde heeft. Gegeven:Oppervlakte dak=50 m2Oppervlakte\ dak = 50\ m^2Oppervlakte dak=50 m2Kosten kunststofschuim=26 euro per m2Kosten\ kunststofschuim = 26\ euro\ per\ m^2Kosten kunststofschuim=26 euro per m2Besparing van 600 euro per jaar Gevraagd:Hoeveel lang duurt het om de kosten eruit te hebben? Berekening:Kosten dakisolatie=50×26=1300 euroKosten\ dakisolatie = 50 \times 26 = 1300\ euroKosten dakisolatie=50×26=1300 euroBesparing: 1300:600=2,2 jaar1300 : 600 = 2,2\ jaar1300:600=2,2 jaarAntwoord:Het kost 2,2 jaar voordat je de kosten van het isoleren van het dak met kunststofschuim eruit hebt.Om het dak te isoleren zou je het beste gebruik kunnen maken van kunststofschuim. De λ-waarde van kunststofschuim is het laagst en je hebt de kosten eerder terugverdiend dan isolatie met glaswol, ondanks de hogere prijs voor de isolatie. De aarde heeft minder snel kunnen opwarmen tijdens deze twee ijstijden, omdat de witte kleur van de aardbol straling goed terugkaatst. Als de afstand tussen de aarde en zon groter is, dan zal er minder straling van de zon het aardoppervlak bereiken, waardoor het op aarde kouder wordt. Het gevolg van het verbranden van brandstof is dat er steeds meer koolstofdioxide in de lucht komt. Koolstofdioxide in de atmosfeer straalt de warmtestraling van de aarde terug, en de aarde blijft warm. Dit heet het broeikaseffect. Gegeven:Nuttig afgegeven energie=1540 kWhNuttig\ afgegeven\ energie = 1540\ kWhNuttig afgegeven energie=1540 kWhTotaal opgenomen energie=7700 kWhTotaal\ opgenomen\ energie = 7700\ kWhTotaal opgenomen energie=7700 kWh Gevraagd:Rendement=? %Rendement = ?\ \%Rendement=? %Formule:rendement=nuttig afgegeven energietotaal opgenomen energie×100%rendement = \frac{nuttig\ afgegeven\ energie}{totaal\ opgenomen\ energie} \times 100 \%rendement=totaal opgenomen energienuttig afgegeven energie​×100% Berekening:rendement=15407700×100%=20%rendement = \frac{1540}{7700} \times 100 \% = 20 \%rendement=77001540​×100%=20%Antwoord:Het rendement van een benzine-auto is 20 %.Gegeven:Rendement=95%Rendement = 95 \%Rendement=95%Totaal opgenomen energie=2275 kWhTotaal\ opgenomen\ energie = 2275\ kWhTotaal opgenomen energie=2275 kWh Gevraagd:Nuttig afgegeven energie = ? kWh?\ kWh? kWhFormule:rendement=nuttig afgegeven energietotaal opgenomen energie×100%rendement = \frac{nuttig\ afgegeven\ energie}{totaal\ opgenomen\ energie} \times 100 \%rendement=totaal opgenomen energienuttig afgegeven energie​×100% Berekening:nuttig afgegeven energie2275×100%=95%\frac{nuttig\ afgegeven\ energie}{2275} \times 100 \% = 95 \%2275nuttig afgegeven energie​×100%=95%Nuttig afgegeven energie:2275=0,95%Nuttig\ afgegeven\ energie : 2275 = 0,95\%Nuttig afgegeven energie:2275=0,95%Nuttig afgegeven energie=0,95×2275Nuttig\ afgegeven\ energie = 0,95 \times 2275Nuttig afgegeven energie=0,95×2275Nuttig afgegeven energie=2161 kWhNuttig\ afgegeven\ energie = 2161\ kWh Nuttig afgegeven energie=2161 kWhAntwoord:Er wordt 2161 kWh elektrische energie gebruikt om de auto te laten rijden.Een benzine-auto heeft een lager rendement dan een elektrische auto, omdat het omzetten van benzine in bewegingsenergie moeizamer gaat dan het omzetten van elektrische energie in bewegingsenergie. Andere reden: bij een benzine-auto gaat er veel warmte verloren via uitlaatgassen en het koelwater.