Leerdoelen
•Je kunt uitleggen wat wordt verstaan onder elektrisch vermogen en elektrische energie.
•Je kunt rekenen met de formules
•Je kunt uitleggen hoe elektriciteit in een klassieke centrale wordt opgewekt.
•Je kunt uitleggen hoe duurzaam en rendabel andere vormen van energieopwekking zijn.
Wat is elektrisch vermogen?
Elektrisch vermogen, aangeduid met de letter
Door de wet van Ohm
Hieruit blijkt dat de warmteontwikkeling kwadratisch afhankelijk is van de stroomsterkte.
Elektrische energie
Elektrische energie (
Bij het gebruik van elektrische apparaten komt er altijd een beetje warmte vrij, wat invloed heeft op het rendement van een apparaat. Het rendement wordt gedefinieerd als:
Het nuttige gedeelte is altijd kleiner dan de totale energie die ingaat. Bij een apparaat dat
Hoe wordt elektrische energie opgewekt?
De basis van een elektriciteitscentrale omvat verschillende stappen:
1.Brandstofverbranding: Fossiele brandstoffen zoals steenkool of gas worden verbrand, wat chemische energie in warmte omzet.
2.Waterverwarming: De vrijgekomen warmte verwarmt water tot stoom.
3.Turbine: De stoom laat een turbine draaien, waardoor kinetische energie ontstaat.
4.Generator: De draaiende turbine is verbonden met een generator die kinetische energie omzet in elektrische energie.
Dit proces is hieronder visueel weergegeven.
Dynamo
Een dynamo is een eenvoudig voorbeeld van hoe elektrische energie kan worden opgewekt door middel van elektromagnetisme. In de dynamo beweegt een magneet door een spoel, wat leidt tot een veranderend magnetisch veld dat spanning over de spoel genereert. Die spanning kan voor stroom zorgen.
Klassieke elektriciteitscentrale
In onderstaande afbeelding is een klassieke elektriciteitscentrale te zien. Per nummer wordt toegelicht wat er gebeurt.
1.Gebruikt brandstof om warmte op te wekken
2.In de verbrandingsketel komt warmte vrij
3.Water wordt stoom
4.Stoom laat turbines en generatoren draaien:
5.Verbrandingsgassen ontsnappen
6.Koeltoren laat de stoom condenseren (zodat het water opnieuw gebruikt kan worden)
7.Transformatoren verhogen de spanning (naar
8.Energie gaat door kabels
9.Energie komt langs hoogspanningsmasten
10.Transformatoren verlagen de spanning (naar
11.Het verdeelstation verlaagt de spanning (naar
12.Elektriciteit gaat via ondergrondse en bovengrondse kabels naar huizen
De transformatoren verhogen de spanning eerst en daarna verlagen ze deze weer. Dit komt doordat een hoge spanning zorgt voor een lage stroomsterkte, wat leidt tot minder energieverlies door warmteontwikkeling in de kabels.
Verschillende energieopwekkingsmethoden
Fossiele brandstoffen
Het gebruik van fossiele brandstoffen in elektriciteitscentrales levert een rendement van ongeveer
Kerncentrales
Kerncentrales werken op basis van kernsplitsing en hebben een vergelijkbaar proces als fossiele centrales. De duurzaamheid en milieu-impact zijn problematisch door de afvoer van radioactief afval.
Duurzame bronnen
•Waterkracht en windenergie: Deze methoden hebben een hoge duurzaamheid, omdat ze afhankelijk zijn van de natuurlijke beschikbare elementen. Ze kunnen echter enkele nadelen hebben, zoals horizonvervuiling en geluidsoverlast.
•Zonnecellen: Zonnepanelen zetten direct zonlicht om in elektrische energie. Hun duurzaamheid is hoog, en de milieu-impact is minimaal. De voordelen van zonnecellen zijn dat ze geen
•Brandstofcellen, zoals waterstofcellen: Waterstof en zuurstof worden gebruikt om water en elektrische energie te maken. De duurzaamheid hangt af van de productiemethode van waterstof, die al dan niet duurzaam kan zijn.
Voorbeeldberekeningen
Besparing met LED-verlichting
Stel je hebt een LED-lamp van
Als de lamp
Energieverbruik van een magnetron
Een magnetron staat
We nemen aan dat de spanning van het lichtnet wordt gebruikt (
Als de magnetron
