Energie in joule en kilowattuur, vermogen en rendement
Bij dit onderwerp reken je met energie in joule en kilowattuur. Je bepaalt ook hoeveel van de opgenomen energie nuttig wordt omgezet, en dat komt vaak terug in het examen.
Energie is vermogen maal tijd. Voor een apparaat geldt E = P·t, met E in joule, P in watt en t in seconden. Een watt is een joule per seconde, dus 1 W = 1 J/s.
Joule is de SI-eenheid van energie. In het dagelijks leven rekent men vaak met kilowattuur. Er geldt 1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3,6·10⁶ J. Een kWh-meter telt zo het aantal kilowattuur dat een apparaat in een bepaalde tijd gebruikt.
Het rendement η is het deel van de opgenomen energie dat nuttig wordt omgezet. Dus η = E nuttig / E opgenomen. Vaak schrijf je het rendement als percentage. Bij een gloeilamp gaat veel energie naar warmte, daardoor is het rendement laag. Een LED of spaarlamp zet meer van de energie om in licht.
In een stroomkring blijft de totale energie behouden. Het rendement is daarom nooit groter dan 100%. Reken met dezelfde eenheden in één keer door, anders klopt de uitkomst niet.
Onthoud
Energie is vermogen maal tijd, dus E = P·t met P in watt en t in seconden.
Met 1 kWh = 3,6·10⁶ J kun je tussen kilowattuur en joule omrekenen.
Het rendement η is de nuttige energie gedeeld door de opgenomen energie.
Bij een gloeilamp gaat veel energie naar warmte, dus het rendement is laag.
Met E = U·I·t reken je de energie uit die een bron levert.
Voorbeeld uit een echt examen
ex2
Gevraagd wordt de elektrische energie van een AA-batterij en het aantal batterijen dat de kabelbaan kan vervangen. De batterij heeft een spanning van 1,5 V en een capaciteit van 2200 mAh.
- 1
Voor de batterij geldt E = U·I·t. Het product I·t is de capaciteit.
Veelgemaakte fouten
Leerlingen vergeten vaak mAh om te rekenen naar A en seconden, reken dat eerst om voordat je invult.
Leerlingen verwarren vermogen met energie, reken met E = P·t als de tijd gegeven is.
Leerlingen zetten het rendement om in de verkeerde verhouding, deel het nuttige deel altijd door de totale opgenomen energie.
Snel checken
Een LED heeft een vermogen van 10 W en brandt 2 uur. Hoeveel elektrische energie gebruikt de LED in kilowattuur?
Een lamp neemt 60 J elektrische energie op en zet 15 J om in licht. Wat is het rendement van de lamp?