← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Fundamental · Werkboek · 21. Elektrisch vermogen en energie
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
F21. Elektrisch vermogen en energie — werkboek
FFundamental · deel F5 · Elektriciteit

Werkboek · hoofdstuk 21Elektrisch vermogen en energie

Hoeveel een toestel per seconde omzet, wat dat per dag kost, en waarom de led de gloeilamp verving

Je begint met vermogen en energie uitrekenen en omzetten, en met typeplaatjes en labels lezen. Daarna meet je zelf, reken je facturen en stand-byverbruik uit, lees je vermogensgrafieken en vergelijk je lampen. In de uitdagingen maak je de meetkas zuiniger (opdracht 21.12, voor je Habitat-portfolio), bepaal je het rendement van een waterkoker en debatteer je over zon of net.

5× oefenen6× toepassen4× uitdagen± 319 min0/15 gedaan
LElektriciteit en elektronicaEEnergieWWiskundig modelleren
Evenveel licht: links voor 60 W, rechts voor 8,5 W.
Evenveel licht: links voor 60 W, rechts voor 8,5 W.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
21.1

P = U · I in een tabel

Oefenen1Rekenen10 min
Vul de ontbrekende waarden in. Schrijf de berekening erbij, met eenheden.
  1. a
    Bereken.
    UIPberekening
    (a) fietslamp6 V0,5 A
    (b) strijkijzer230 V2300 W
    (c) USB-poort5 V2,5 W
    (d) elektrische auto (laden)32 A7,4 kW
    (e) ledstrip meetkas12 V0,40 A
21.2

Omzetten: J, Wh en kWh

Oefenen1Rekenen10 min
Gebruik en .
  1. a
    Wh MJ
  2. b
    Wh
  3. c
    kWh
  4. d
    Een lamp van 10 W brandt 1 minuut. Hoeveel joule?
  5. e
    Een kacheltje van 1,5 kW brandt 2 uur. Hoeveel kWh?
21.3

Typeplaatjes lezen

Oefenen2Rekenen12 min
Drie typeplaatjes: een haardroger (230 V ~, 1800 W), een stofzuiger (220-240 V ~, 750 W) en een USB-lader (uitgang 5 V ⎓ 2,4 A).
  1. a
    Welke stroom trekt de haardroger?
  2. b
    Welke stroom trekt de stofzuiger bij 230 V?
  3. c
    Welk vermogen levert de USB-lader hoogstens?
  4. d
    Wat betekenen de tekens ~ en ⎓?
21.4

Energie en kosten van toestellen

Oefenen2Rekenen15 min
Reken met € 0,30 per kWh en 365 dagen per jaar.
  1. a
    Vul de tabel in.
    toestelvermogentijd per dagkWh per jaareuro per jaar
    koelkast (gemiddeld)20 W24 h
    tv80 W3 h
    gamepc300 W2 h
    wifirouter8 W24 h
    föhn1800 W10 min
  2. b
    Welk toestel kost het meest per jaar? Heeft dat ook het grootste vermogen?
21.5

Twee energielabels

Oefenen2Begrijpen10 min
Twee koelkasten van dezelfde grootte. Bekijk hun energielabels.
koelkast XABCDDEFG196kWh per jaarkoelkast YABBCDEFG139kWh per jaar
Vereenvoudigde energielabels van koelkast X en koelkast Y.
  1. a
    Welke koelkast is zuiniger? Waaraan zie je dat (twee dingen)?
  2. b
    Hoeveel kWh en euro spaart de zuinigste per jaar?
  3. c
    Koelkast Y kost € 150 meer. Na hoeveel jaar is dat terugverdiend? Is dat de moeite, als een koelkast 12 jaar meegaat?
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
21.6

Labo: gloeilampje of ledlampje?

Toepassen3Labo45 min
Je vergelijkt een gloeilampje van 12 V met een ledlampje van 12 V. Meet de spanning en de stroom, bereken het vermogen, en meet het licht met een luxmeter (of een lichtmeter-app) op 20 cm afstand, in een verduisterd lokaal.
  1. a
    Teken het meetschema: bron, lampje, ampèremeter en voltmeter.
  2. b
    Noteer je metingen.
    lampjeU (V)I (A)P (W)verlichting (lux)lux per watt
  3. c
    Voel voorzichtig (houd je hand op enkele centimeter) welk lampje het warmst wordt. Verklaar met het woord rendement.
  4. d
    Hoeveel keer zoveel licht per watt geeft het ledlampje? Vergelijk met de 95 en 12 lm/W uit het handboek.
Zo wordt dit beoordeeld
SchemaAmpèremeter in serie, voltmeter parallel over het lampje; correcte symbolen.
MetingenU, I en lux voor beide lampjes, zelfde afstand en zelfde plaats van de meter.
BerekeningP = U · I correct; lux per watt berekend en vergeleken.
BesluitLed geeft meerdere keren meer licht per watt; gloeilampje zet meer om in warmte (lager rendement).
21.7

De meterstand

Toepassen3Rekenen15 min
Een gezin noteert elke maand de meterstand van de digitale meter: 1 oktober 31 204 kWh; 1 november 31 452 kWh; 1 december 31 781 kWh; 1 januari 32 148 kWh. Reken met € 0,30 per kWh.
  1. a
    Hoeveel kWh gebruikte het gezin in oktober, november en december?
  2. b
    Hoeveel kostte het kwartaal?
  3. c
    Het verbruik stijgt elke maand. Geef twee mogelijke oorzaken.
  4. d
    Het gezin krijgt een factuur die hoger is dan het aantal kWh maal € 0,30 laat vermoeden. Noem twee dingen die daar nog op kunnen staan.
21.8

Onderzoek: sluipverbruik in je eigen huis

Toepassen3Onderzoeken40 min
Hoeveel verbruikt je huis als 'alles uit' staat? Methode 1: lees de digitale meter 's avonds laat en 's morgens vroeg af, als niemand iets gebruikt (vraag hulp thuis). Methode 2: meet de toestellen één voor één met een energiemeter.
  1. a
    Noteer je metingen.
    tijdstip of toestelmeterstand (kWh) of vermogen (W)opmerking
  2. b
    Bereken het gemiddelde sluipverbruik in watt. (Methode 1: verschil in kWh gedeeld door het aantal uren, maal 1000.)
  3. c
    Hoeveel kWh en euro is dat per jaar? Welk deel van het jaarverbruik van jullie huis (of van 3500 kWh)?
  4. d
    Welke toestellen kunnen echt uit? Welke niet (koelkast, router)? Wat is je advies?
21.9

Een vermogensgrafiek: de wasmachine

Toepassen3Analyseren15 min
Een energiemeter registreerde het vermogen van een wasmachine tijdens één programma op 40 °C.
010203040506070809004008001200160020002400t (min)P (W)opwarmenwassencentrifugerenwasmachine, programma 40 °C
Vermogen van een wasmachine: opwarmen, wassen, centrifugeren.
  1. a
    Lees af: hoe lang duurt elke fase, en met welk vermogen?
    fasetijdvermogenenergie (Wh)
    opwarmen
    wassen
    centrifugeren
  2. b
    Bereken de energie van het hele programma in kWh, en wat het kost.
  3. c
    Welke fase gebruikt het meest? Wat leer je daaruit over wassen op 30 °C in plaats van 40 °C?
21.10

Hoeveel mag er op de stekkerdoos?

Toepassen3Rekenen12 min
Op een stekkerdoos staat: 16 A, 250 V ~. Het stopcontact geeft 230 V.
  1. a
    Welk vermogen mag er hoogstens op de stekkerdoos (bij 230 V)?
  2. b
    Mag je er tegelijk een waterkoker (2000 W), een broodrooster (900 W) en een koffiezet (1000 W) op aansluiten?
  3. c
    Een oliebadradiator (2000 W) en een elektrisch vuurtje (2000 W)? Welke stroom zou dat geven?
21.11

Led of gloeilamp: de kostengrafiek

Toepassen3Analyseren15 min
Gebruik de kostengrafiek uit het handboek (3 uur per dag, € 0,30 per kWh, gloeilamp € 1 per 1000 uur, ledlamp € 5).
0123456789100255075100125150175200225tijd (jaar)kosten (euro)€ 208€ 33gloeilamp 60 Wledlamp 8,5 W
Cumulatieve kosten van een gloeilamp van 60 W en een ledlamp van 8,5 W.
  1. a
    Waarom maakt de lijn van de gloeilamp elk jaar een klein sprongetje?
  2. b
    Lees af: wat kost elke lamp na 5 jaar? Hoeveel spaar je?
  3. c
    Wat is de steilheid van elke lijn (in euro per jaar)? Wat betekent ze?
  4. d
    Hoe zou de grafiek veranderen als de lamp maar 1 uur per dag brandt? Is de led dan nog de beste keuze?
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
21.12

Habitat: de meetkas zuiniger maken

Uitdagen4Habitat45 min
De microcontroller met sensoren gebruikt 43,2 van de 62,9 Wh op een winterdag. Aan de 5 V-kant van de omvormer meet je 0,30 A. Drie ideeën: (1) de microcontroller slaapt tussen de metingen: gemiddeld nog maar 0,05 A aan de 5 V-kant; (2) de ledstrip brandt alleen als de lichtsensor zegt dat het donker is: gemiddeld 3 in plaats van 4 uur; (3) in plaats van de omvormer een goedkope lineaire regelaar (die neemt aan de 12 V-kant dezelfde stroom op als hij aan de 5 V-kant levert).
  1. a
    Bereken het vermogen aan de 5 V-kant en het rendement van de omvormer. Hoeveel Wh per dag gaat er in de omvormer verloren?
  2. b
    Bereken wat idee (1) en idee (2) opleveren in Wh per winterdag. (Neem aan dat de omvormer hetzelfde rendement houdt.)
  3. c
    Is idee (3) een goed idee? Reken het uit.
  4. d
    Wat wordt het verbruik op een winterdag met (1) en (2)? Welk zonnepaneel zou in december dan volstaan (1,25 Wh per Wp per dag)? Noteer je voorstel in je portfolio.
Zo wordt dit beoordeeld
RendementP aan de 5 V-kant, rendement en verlies per dag correct, met eenheden.
BesparingenIdee 1 en 2 correct doorgerekend in Wh per dag.
Lineaire regelaarVermogen aan de 12 V-kant berekend; rendement vergeleken; afgewezen met argument.
VoorstelNieuw dagverbruik, gevolg voor het paneel, onderbouwd voorstel in het portfolio.
21.13

Het rendement van een waterkoker

Uitdagen4Rekenen20 min
Een waterkoker van 2000 W brengt 1,0 L water van 15 °C aan de kook (100 °C) in 3 minuten en 20 seconden. Om 1 L water 1 °C warmer te maken, is nodig (hoofdstuk 16).
  1. a
    Hoeveel elektrische energie nam de waterkoker op, in kJ?
  2. b
    Hoeveel warmte kreeg het water?
  3. c
    Bereken het rendement. Waar ging de rest naartoe?
  4. d
    Je kookt telkens 1,0 L water terwijl je maar één tas (0,25 L) nodig hebt, drie keer per dag. Hoeveel kWh en euro verspil je per jaar?
21.14

Debat: de meetkas op het net of op de zon?

Uitdagen4Argumenteren35 min
Van het net zou de meetkas maar ongeveer € 6 per jaar kosten (19,4 kWh). Het zonnepaneel van 50 Wp, de laadregelaar en de batterij van 250 Wh kosten samen al snel € 150 à € 250, en de batterij moet na enkele jaren vervangen worden. Is zonne-energie voor de meetkas dan wel een goed idee? Bereid in groepjes een debat voor.
  1. a
    Verzamel argumenten voor 'aan het net' en voor 'op de zon'. Gebruik getallen uit hoofdstuk 17 en 21.
  2. b
    Welke argumenten gaan over geld, welke over CO2, welke over veiligheid, welke over leren en over het doel van Habitat?
  3. c
    Wat is jouw standpunt na het debat? Onder welke voorwaarden zou je van mening veranderen?
Zo wordt dit beoordeeld
ArgumentenMinstens drie per kant, met correcte getallen (kWh, euro, Wp, Wh).
AfwegenGeld, CO2, veiligheid en het doel (een zelfvoorzienend station) apart bekeken.
LuisterenReageert op de argumenten van de andere groep.
StandpuntHelder, onderbouwd, met voorwaarden.
21.15

Een verwarming voor de meetkas?

Uitdagen4Rekenen20 min
Iemand stelt voor om de meetkas in de winter 's nachts te verwarmen met een verwarmingselement van 12 V en 2,0 A, 12 uur per nacht. De wanden van de kas verliezen ongeveer 14 W per graad verschil met buiten (hoofdstuk 16).
  1. a
    Welk vermogen heeft het element? Kan de voeding van 2 A dat leveren, naast de rest?
  2. b
    Hoeveel energie per nacht? Vergelijk met de batterij en met het paneel in december.
  3. c
    Hoeveel graden warmer dan buiten houdt het element de kas ongeveer?
  4. d
    Wat is je advies? Welke andere manier om de kas 's nachts warmer te houden ken je uit hoofdstuk 16?
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet