3
ENERGIEVORMEN EN ENERGIEOMZETTINGEN
In de lagere school leerde je verschillende energiebronnen kennen. In dit hoofdstuk maak je kennis met verschillende energievormen. Aan de hand van enkele eenvoudige experimenten ontdek je hoe een energievorm in een andere energievorm kan worden omgezet.
48
Hoofdstuk 3
Energievormen en energieomzettingen
3.1 Energiebronnen onderzoeksvraag
Welke energiebronnen zijn er? opdracht - -
Bekijk aandachtig de volgende afbeelding. Noteer de energiebronnen in de eerste kolom.
Afb. 1 Quinten gaat naar school
Energiebron
Hulpmiddel
1
Benzinemotor
2
Windturbine
3
Zonnepaneel
4
Waterkrachtcentrale
5
Spieren
Lees nu de onderstaande tekst. Een energiebron bezit energie die niet verloren gaat. Om de energie van een energiebron in een andere vorm van energie om te zetten heb je meestal een hulpmiddel nodig. Hulpmiddelen zijn onder meer een dynamo, een zonnecel, een benzinemotor en een gloeilamp. De energie van een energiebron kan een kracht opwekken die voor beweging zorgt. Als Quinten trapt, gebruikt hij zijn spierkracht om zijn fiets te verplaatsen. Uit welke energiebron haalt Quinten de nodige energie voor zijn spierkracht?
Besluit Er zijn verschillende energiebronnen:
49
Energievormen en energieomzettingen
Hoofdstuk 3
3.2 Energievormen onderzoeksvraag
Welke energievormen zijn er? opdracht - Lees de volgende tekst. - Duid in de tabel bij de juiste afbeelding, de juiste energievorm aan. Chemische energie zit opgeslagen in je lichaam, in voedsel en in brandstoffen afkomstig van afgestorven organismen. Die brandstoffen zijn fossiele brandstoffen, zoals aardolie, aardgas en steenkool. Bewegingsenergie is de energie die bewegende voorwerpen hebben. Warmte is de energie die wordt overgedragen van één lichaam naar een ander ten gevolge van een temperatuurverschil. Elektrische energie wordt geleverd door een batterij, een dynamo … Stralingsenergie is de energie die voortkomt van straling van de zon, de sterren, kachels, magnetrons, een gsm, röntgenapparaten. Afb. 2 autobatterij
bewegingsenergie chemische energie warmteenergie elektrische energie stralingsenergie 50
Afb. 3 windturbine
Afb. 4 haardvuur
Afb. 5 sterren
Hoofdstuk 3
Energievormen en energieomzettingen
3.3 Energieomzettingen onderzoeksvraag
Welke energieomzettingen vinden er plaats in een fietsdynamo?
Afb. 6 sensibiliseringscampagne
Experiment Benodigdheden - fiets met dynamo
wieltje wieltje
magneet magneet spoel: wikkeling van wikkeling koperdraad spoel: van koperdraad
Afb. 7 fiets + fietsdynamo
Werkwijze - Plaats de dynamo tegen het wiel van de fiets. - Draai aan het wiel. - Beschrijf wat je ziet. WAARNEMING
Verklaring Door de draaiende fietsband beweegt het wieltje van de dynamo. Aan het wieltje zit een magneet vast. De magneet bevindt zich in het midden van een lang stuk opgerolde koperdraad. Die opgerolde koperdraad is de spoel. Wanneer de magneet binnen de koperdraad draait, ontstaat er elektriciteit in de koperdraad. De gevormde elektrische energie wordt omgezet in lichtenergie (stralingsenergie), waardoor de fietslamp brandt en warm wordt.
Besluit In een fietsdynamo wordt bewegingsenergie omgezet in elektrische energie. In de lamp wordt de elektrische energie omgezet in lichtenergie (stralingsenergie) en warmte. 51
Energievormen en energieomzettingen
Hoofdstuk 3
onderzoeksvraag
Welke energieomzetting vindt er plaats in een batterij? Experiment Benodigdheden - halve citroen - zink- en koperplaatje - platte batterij van 4,5 V - twee snoeren - twee krokodillenklemmen - lamphouder - lampje van 6 V
Afb. 8 platte batterij
Werkwijze Maak de opstelling zoals op de afbeelding.
zinken plaatje
koperen plaatje
Afb. 9 stroomkring met citroen
Die opstelling noem je een stroomkring. WAARNEMING Wat stel je vast als je de twee verschillende metalen plaatjes in de citroen brengt? Werkwijze Vervang de citroen met de plaatjes door de platte batterij. WAARNEMING Wat stel je vast? Verklaring Het citroensap kun je vergelijken met de inhoud van de batterij. De zink- en koperplaatjes vervangen de positieve en negatieve pool van de batterij. Door het contact van de twee metalen met de zure omgeving ontstaat er een chemische reactie. De chemische energie wordt omgezet in elektrische energie. De elektrische energie doet het lampje branden. Er ontstaat stralingsenergie en warmte.
Besluit In een batterij wordt energie opgewekt doordat twee stoffen (hier koper en zink) met elkaar reageren door de zure oplossing in de batterij. Dat is elektrische energie. Die elektrische energie wordt in het lampje omgezet in . 52
Hoofdstuk 3
Energievormen en energieomzettingen
onderzoeksvraag
Welke energieomzettingen vinden er plaats wanneer een belichte zonnecel een moter aandrijft? Experiment Benodigdheden - zonnecel - twee snoeren - motor - lamp of zonlicht
Afb. 10 proefopstelling
Werkwijze - Sluit de klemmen van een zonnecel aan op de motor. - Belicht de zonnecel. WAARNEMING Wat gebeurt er als je de zonnecel naar het licht richt? Wat gebeurt er als je de zonnecel van het licht weg richt?
Besluit Een zonnecel bestaat uit stoffen die door belichting elektrische energie opwekken. Stralingsenergie wordt hier omgezet in elektrische energie. Deze kan worden omgezet in bewegingsenergie.
opdracht Welke toestellen gebruiken met behulp van zonnecellen, de zon als energiebron?
onderzoeksvraag
Welke energieomzetting vindt er plaats bij de verwerking van biomassa? Biomassa is een verzamelnaam voor plantaardig en dierlijk materiaal. Bio-energie is de energie die vrijkomt uit biomassa.
Experiment Benodigdheden - thermosfles - vers plantenafval - thermometer 53
Energievormen en energieomzettingen
Hoofdstuk 3
Werkwijze - Breng vers plantenafval in de thermosfles. - Meet de temperatuur in de thermosfles. - Sluit de thermosfles. - Laat de thermosfles enkele uren of dagen staan. - Meet de temperatuur in de thermosfles opnieuw. WAARNEMING begintemperatuur: temperatuur na enkele uren of dagen:
°C °C
Verklaring Het afval wordt verwerkt tot compost door de inwerking van bacteriën in aanwezigheid van zuurstofgas. Daarbij komt warmte vrij.
Besluit Bij de verwerking van biomassa wordt chemische energie omgezet in warmteenergie. Dat is bio-energie.
De energie in biomassa en in alle brandstoffen is afkomstig van de zon. Planten hebben zonlicht nodig om te groeien en slaan die energie op in hun cellen. Dieren zijn voor hun voeding (energie) afhankelijk van planten. Er is een energiestroom tussen zon, planten en dieren.
energie
energie energie
Afb. 11 energiestroom: zon g maïs g muizen g buizerd
54
Hoofdstuk 3
Energievormen en energieomzettingen
Vormen van bio-energie en hun toepassingen - - - -
Houtafval wordt geperst tot houtkorrels, pellets. Die worden in kachels en ovens verbrand voor verwarming. Mest van dieren, groenten-, fruit- en tuinafval (GFT) worden door bacteriën omgezet in biogas. Dat biogas bestaat uit brandbaar methaan en wordt gebruikt als brandstof voor een gasmotor. De vrijgekomen warmte wordt gebruikt om water te verwarmen. In verscheidene landen worden landbouwbedrijven op die manier verwarmd. Zaden van koolzaadplanten worden geperst tot biodiesel. Dit is een brandstof voor auto's. Suikerbieten en suikerriet worden met behulp van bacteriën omgezet in bio-ethanol. Dat wordt gezien als een bruikbaar alternatief voor fossiele brandstoffen.
Afb. 12 biodieselpomp + koolzaad
Afb. 13 pelletkachel + pellets
Besluit Uit biomassa kun je bio-energie winnen door verbranding, door inwerking van bacteriën en door gisting.
onderzoeksvraag
Waarom verkies je biobrandstoffen boven het gebruik van fossiele brandstoffen? De fossiele brandstoffen, steenkool, aardolie, turf en aardgas zijn stoffen die miljoenen jaren geleden zijn gevormd uit dode organismen en waarin zeer veel energie zit opgeslagen. De fossiele brandstoffen rekent men niet tot de biobrandstoffen omdat er massa’s koolstofdioxide in opgeslagen zitten die miljoenen jaren geleden uit de lucht werden gehaald. Bij de verbranding van die fossiele brandstoffen komt er zeer veel koolstofdioxide en waterdamp vrij in de dampkring. Door te grote hoeveelheden van die gassen in de atmosfeer wordt de warmte van de aarde vastgehouden. Dit is het broeikaseffect. De aarde warmt op.
Afb. 14 broeikaseffect
Afb. 15 versterkt broeikaseffect
55
Energievormen en energieomzettingen
Hoofdstuk 3
De brandstoffen die gevormd worden uit biomassa (planten en/of dieren) zijn biobrandstoffen. Een voorbeeld hiervan is het hout van een boom. Aangezien de hoeveelheid koolstofdioxide, die nog niet zo lang geleden door de boom werd opgenomen uit de atmosfeer, ongeveer gelijk is aan de hoeveelheid koolstofdioxide die vrijkomt bij de verbranding van het hout van de boom, dragen biobrandstoffen niet bij tot de opwarming van de aarde.
Besluit Biobrandstoffen verhogen het broeikaseffect wel / niet. Fossiele brandstoffen verhogen het broeikaseffect wel / niet.
opdracht Noteer de energieomzetting(-en) bij de volgende afbeeldingen.
Afb. 16 mixer
Afb. 19 voedingsdriehoek
Afb. 22 gsm
56
Afb. 17 broodrooster
Afb. 20 windsurfer
Afb. 23 benzinepomp
Afb. 18 kampvuur
Afb. 21 elektrische radiator
Afb. 24 waterkoker
Hoofdstuk 3
Energievormen en energieomzettingen
om te onthouden Energiebronnen - energievormen - energieomzettingen - - - -
Een energiebron bevat energie. Energie komt in verschillende vormen voor. Een energievorm kan in een andere energievorm worden omgezet zonder energieverlies. Mogelijke energieomzettingen zijn:
bij een fietsdynamo die een lampje doet branden: bewegingsenergie g elektrische energie g stralingsenergie + warmte-energie bij een batterij die een lampje doet branden: chemische energie g elektrische energie g stralingsenergie + warmte-energie bij een zonnecel die een motor aandrijft: stralingsenergie g elektrische energie g bewegingsenergie bij biomassa: chemische energie g warmte-energie
57
Energievormen en energieomzettingen
evalueer jezelf 3 Energievormen en energieomzettingen 3.1 Energiebronnen Datum
Wat kun je?
Pagina
1 voorbeelden van energiebronnen opnoemen 2 energiebronnen herkennen op een afbeelding 3.2 Energievormen Datum
Wat kun je?
Pagina
1 energievormen herkennen op een afbeelding 3.3 Energieomzettingen Datum
58
Wat kun je? Pagina 1 aan de hand van een experiment met de fietsdynamo aantonen dat bewegingsenergie kan worden omgezet in elektrische energie, stralingsenergie en warmte-energie 2 aan de hand van een experiment aantonen dat in een elektrische schakeling met een batterij en een lamp, chemische energie wordt omgezet in elektrische energie, stralingsenergie en warmte-energie 3 aan de hand van een experiment met een zonnecel aantonen dat stralingsenergie kan worden omgezet in elektrische energie en bewegingsenergie 4 aan de hand van een experiment met biomassa aantonen dat chemische energie kan worden omgezet in warmte-energie 5 de begrippen biomassa en bio-energie verklaren 6 verwoorden aan de hand van een voorbeeld dat de energie in biomassa afkomstig is van de zon en zo voor een energiestroom zorgt 7 met voorbeelden aantonen dat je uit biomassa bio-energie kunt winnen 8 verwoorden waarom het verbranden van biobrandstoffen beter is voor het milieu dan het verbranden van fossiele brandstoffen
Hoofdstuk 3
begrippenlijst aggregatietoestand
fase waarin een stof zich bevindt (vast, vloeibaar, gasvormig)
atoom
onderdeel van een molecule
biobrandstoffen
brandstoffen gevormd uit planten en/of dieren (biomassa), bijvoorbeeld hout
bio-energie
energie die vrijkomt uit plantaardig en/of dierlijk materiaal
biomassa
massa van plantaardig en dierlijk materiaal
broeikaseffect
proces waarbij de aarde opwarmt, te wijten aan de vorming van een dichte dampkring die de warmtestralen van de zon doorlaat en die van de aarde tegenhoudt
bunsenbrander
verwarmingstoestel op gas dat een hete, straalvormige vlam vormt
condenseren
faseovergang van een gas naar een vloeistof
deeltjesmodel
voorstelling van een stof of materie als een verzameling van deeltjes of moleculen, voorstellingswijze van de materie
desublimeren
faseovergang van een gas naar een vaste stof
digitale balans
toestel waarmee je de massa bepaalt
energie
de mogelijkheid om arbeid te verrichten
energiebron
iets dat energie oplevert. Bijvoorbeeld de zon, wind, hout, voedsel, elektriciteit ‌
erlenmeyer
omgekeerd trechtervormig maatglas
faseovergang
overgang van de ene fase naar een andere fase
filtratie
scheidingstechniek om een vaste stof van een vloeistof te scheiden met behulp van een filter (filtreerpapier), scheidingstechniek op basis van deeltjesgrootte
fossiele brandstoffen
energierijke brandstoffen die miljoenen jaren geleden gevormd zijn door dode planten en/of dieren. Voorbeelden zijn steenkool, aardolie en aardgas.
gas
stof waarbij de afstand tussen de deeltjes zeer groot is, de deeltjes bewegen voortdurend door elkaar en botsen tegen wanden
hypothese
een veronderstelling die nog niet bewezen is. Een hypothese maakt deel uit van een onderzoek volgens de wetenschappelijke methode.
kroestang
tang om een porseleinen kroes of potje vast te houden
maatbeker
bekervormig maatglas
maatcilinder
cilindervormig maatglas met maatstrepen
massa
hoeveelheid stof of materie, voorgesteld door de letter m, uitgedrukt in de eenheid kilogram (kg) of gram (g)
mengsel
stof die bestaat uit verschillende soorten deeltjes (moleculen)
59
begrippenlijst
60
molecule
kleinste deeltje van een stof dat nog alle eigenschappen van die stof bezit, deeltje waaruit de materie bestaat
petrischaal
rond schaaltje met lage rechtopstaande wand. Bestaat uit bodem en deksel.
recipiënt
kommetje, beker, schaal waarin zich een stof bevindt
smelten
faseovergang van een vaste stof naar een vloeistof
stollen
faseovergang van een vloeistof naar een vaste stof
sublimeren
faseovergang van een vaste stof naar een gas
tarreren
techniek waarbij je de massa van het recipiënt niet meeweegt met de te wegen stof
vaste stof
stof waarbij de afstand tussen de deeltjes zeer klein is, de deeltjes behouden hun plaats
verdampen
faseovergang van een vloeistof naar een gas
vloeistof
stof waarbij de afstand tussen de deeltjes groot is, de deeltjes hebben geen vaste plaats, ze zijn in beweging
volume
ruimte die een stof of materie inneemt, voorgesteld door de letter V, uitgedrukt in de eenheid liter (l) of kubieke meter (m3)
ziften
scheidingstechniek om twee vaste stoffen van elkaar te scheiden met behulp van een zeef, scheidingstechniek op basis van deeltjesgrootte
zuivere stof
stof die bestaat uit één soort deeltjes (moleculen)