1 Elektriciteit
Elektrische schakelingen en energiegebruik | vwo
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 Niet waar: Elektronen zijn negatief geladen en stoten elkaar af.
b Waar
c Niet waar: De eenheid van stroomsterkte is ampère.
d 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: Hoeveel energie gebruikt een lamp?
8 Waar of niet waar?
a Waar
b Waar
c Niet waar: Het vermogen is een maat voor de hoeveelheid elektrische energie die een apparaat per seconde
omzet.
d Niet waar: Een 25 W led-lamp geeft meer licht dan een 60 W gloeilamp.
e Niet waar: Een apparaat dat veel elektrische energie gebruikt (per seconde) heeft een hoog vermogen. Dit
zegt niets over het rendement.
9 Het vermogen van alle apparaten en de tijdsduur dat ze hebben aangestaan.
10
, a De autolamp
b 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.
c 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).
11 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.
12
a
b Bijvoorbeeld:
of:
E nuttig
c η= ∙ 100 %.
E¿
13 Eigen antwoord.
14
a In 1,0 uur zet de lamp 30 kJ om, in 2,0 uur twee maal zo veel, dus 60 kJ.
b 30 kJ wordt omgezet in 1,0 uur, dus 0,30 MJ = 300 kJ wordt in 10 h omgezet.
15
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.
16
a De helft van de verbruikte energie wordt omgezet in licht, dus het rendement is 50%.
, b Omdat bij het berekenen van zowel het ingaand vermogen als het nuttig vermogen door dezelfde tijd (60 s)
wordt gedeeld valt dat weg in de breuk van het rendement (
Pnuttig E nuttig /t E nuttig
η= ∙ 100 %= ∙ 100 %= ∙ 100 %).
P¿ E ¿ /t E¿
17
E nuttig
a η= ∙ 100 %. Je kunt ook energie besparen door Enuttig te verlagen, dan wordt Ein ook kleiner.
E¿
Bijvoorbeeld door:
- lampen uit te doen in ruimtes waar niemand aanwezig is
- je computer uit te zetten als je hem even niet gebruikt (bijv. als je gaat eten)
- de televisie niet op stand-by te laten staan maar echt uit te zetten.
b Er worden steeds meer elektrische apparaten in huis gehaald, zoals smartphones en tablets.
18
a E=P∙ t=0,010 ×5000=50 kWh
E=P∙ t=10 ×5000 ×3600=1,8∙ 108 J .
b E=P∙ t=0,010 ×5,0 ×365=18,25=18 kWh
kosten: 18,25 ∙ € 0,23=€ 4,2.
c Het energieverbruik is vier keer zo groot, dus zullen de kosten ook vier keer zo hoog zijn: € 4,2 × 4=€ 17 .
De gloeilamp kost € 13 meer per jaar.
19 Ptot =7,5+6,8+ 3,3+2,9+1,7=22,2W E=P∙ t=0,0222 ×24=0,533 kWh kosten:
0,533 ∙ € 0,23=€ 0,12 per dag.
20
E 13,5 ∙103
a P= = =15,0 W .
t 15 ∙ 60
E nuttig 5,8∙ 103
b η= ∙ 100 %= ×100 %=43 %.
E¿ 13,5∙ 103
21
a De wasmachine zal niet de hele tijd het maximale vermogen omzetten. Dit zal alleen gebeuren bij het
verwarmen van het water of het centrifugeren. De rest van de tijd is het vermogen lager, dus is het
gemiddelde vermogen tijdens het hele wasprogramma lager dan het maximale vermogen.
100
b E=P∙ t=2,1 × =3,50 kWh kosten: 3,50 × € 0,23=€ 0,81 .
60
22
a De gloeilamp wordt erg heet en kun je niet aanraken, de spaarlamp kun je wel aanraken als hij brandt.
b Het rendement gaat van 5% naar 35% dus met een factor 7 omhoog. Als de nuttige energie ( Enuttig ) gelijk
blijft gaat de verbruikte energie ( E¿ ) met een factor 7 omlaag (η=Enuttig / E¿).
2,1
Het energieverbruik wordt: =0,3 GJ dus de besparing is 2,1−0,3=1,8 GJ .
7
23
a Warmtepompdroger: 129 ×0,23=€ 30
condensdroger: 264 × 0,23=€ 61.
Elektrische schakelingen en energiegebruik | vwo
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 Niet waar: Elektronen zijn negatief geladen en stoten elkaar af.
b Waar
c Niet waar: De eenheid van stroomsterkte is ampère.
d 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: Hoeveel energie gebruikt een lamp?
8 Waar of niet waar?
a Waar
b Waar
c Niet waar: Het vermogen is een maat voor de hoeveelheid elektrische energie die een apparaat per seconde
omzet.
d Niet waar: Een 25 W led-lamp geeft meer licht dan een 60 W gloeilamp.
e Niet waar: Een apparaat dat veel elektrische energie gebruikt (per seconde) heeft een hoog vermogen. Dit
zegt niets over het rendement.
9 Het vermogen van alle apparaten en de tijdsduur dat ze hebben aangestaan.
10
, a De autolamp
b 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.
c 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).
11 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.
12
a
b Bijvoorbeeld:
of:
E nuttig
c η= ∙ 100 %.
E¿
13 Eigen antwoord.
14
a In 1,0 uur zet de lamp 30 kJ om, in 2,0 uur twee maal zo veel, dus 60 kJ.
b 30 kJ wordt omgezet in 1,0 uur, dus 0,30 MJ = 300 kJ wordt in 10 h omgezet.
15
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.
16
a De helft van de verbruikte energie wordt omgezet in licht, dus het rendement is 50%.
, b Omdat bij het berekenen van zowel het ingaand vermogen als het nuttig vermogen door dezelfde tijd (60 s)
wordt gedeeld valt dat weg in de breuk van het rendement (
Pnuttig E nuttig /t E nuttig
η= ∙ 100 %= ∙ 100 %= ∙ 100 %).
P¿ E ¿ /t E¿
17
E nuttig
a η= ∙ 100 %. Je kunt ook energie besparen door Enuttig te verlagen, dan wordt Ein ook kleiner.
E¿
Bijvoorbeeld door:
- lampen uit te doen in ruimtes waar niemand aanwezig is
- je computer uit te zetten als je hem even niet gebruikt (bijv. als je gaat eten)
- de televisie niet op stand-by te laten staan maar echt uit te zetten.
b Er worden steeds meer elektrische apparaten in huis gehaald, zoals smartphones en tablets.
18
a E=P∙ t=0,010 ×5000=50 kWh
E=P∙ t=10 ×5000 ×3600=1,8∙ 108 J .
b E=P∙ t=0,010 ×5,0 ×365=18,25=18 kWh
kosten: 18,25 ∙ € 0,23=€ 4,2.
c Het energieverbruik is vier keer zo groot, dus zullen de kosten ook vier keer zo hoog zijn: € 4,2 × 4=€ 17 .
De gloeilamp kost € 13 meer per jaar.
19 Ptot =7,5+6,8+ 3,3+2,9+1,7=22,2W E=P∙ t=0,0222 ×24=0,533 kWh kosten:
0,533 ∙ € 0,23=€ 0,12 per dag.
20
E 13,5 ∙103
a P= = =15,0 W .
t 15 ∙ 60
E nuttig 5,8∙ 103
b η= ∙ 100 %= ×100 %=43 %.
E¿ 13,5∙ 103
21
a De wasmachine zal niet de hele tijd het maximale vermogen omzetten. Dit zal alleen gebeuren bij het
verwarmen van het water of het centrifugeren. De rest van de tijd is het vermogen lager, dus is het
gemiddelde vermogen tijdens het hele wasprogramma lager dan het maximale vermogen.
100
b E=P∙ t=2,1 × =3,50 kWh kosten: 3,50 × € 0,23=€ 0,81 .
60
22
a De gloeilamp wordt erg heet en kun je niet aanraken, de spaarlamp kun je wel aanraken als hij brandt.
b Het rendement gaat van 5% naar 35% dus met een factor 7 omhoog. Als de nuttige energie ( Enuttig ) gelijk
blijft gaat de verbruikte energie ( E¿ ) met een factor 7 omlaag (η=Enuttig / E¿).
2,1
Het energieverbruik wordt: =0,3 GJ dus de besparing is 2,1−0,3=1,8 GJ .
7
23
a Warmtepompdroger: 129 ×0,23=€ 30
condensdroger: 264 × 0,23=€ 61.
