Vermogen-arbeid-rendement

Vermogen – Arbeid – Rendement 

KHLim-Lerarenopleiding 

René Peeters

Leerstof 

• Leerstof: pagina 76 – 94 Elektriciteit 1 

• Leerstof: pagina 53 – 64 in Elektra 1 

• Leerstof: pagina 47 – 61 in Elektriciteit Leerboek A1 

KHLim-Lerarenopleiding Vakstudie Elektriciteit - René Peeters 2

Inleiding 

• Vermogen 

 

 

Meer vermogen = betere prestaties 

• Auto 1 = benzine 1.8i-16v met 92 kW @ 5500 min -1 

Topsnelheid = 196 km/u 

0 – 100 km/u = 11,3 s 

Verbruik = 6,0 lit / 100 km 

• Auto 2 = benzine 2.0i-16v met 103 kW @ 6000 min -1 

Topsnelheid = 210 km/u 

0 – 100 km/u = 9,1 s 

Verbruik = 6,3 lit / 100 km 

Meer vermogen = meer verbruik van energie 


Inleiding 

• Arbeid en energie 

 

 

 

Energie = mogelijkheid om arbeid te leveren 

Energie komt in verschillende vormen voor 

• Benzinetank = hoeveelheid chemische energie 

• Water op bepaalde hoogte = hoeveelheid potentiële energie 

Arbeid = omzetting van energie 

• Mechanische arbeid = Een kracht welke een massa verplaatst 

F 

Arbeid 

Kracht 

Afstand 

s 

W 

F 

s 


Inleiding 

• Rendement = kwaliteitsfactor voor energie-omzetting 

 

 

Elke energie-omzetting gaat gepaard met energieverlies, meestal 

onder de vorm van warmte. 

Hoe minder verlies, hoe hoger het rendement. 

IN 

UIT 

Verlies 


Elektrisch vermogen 

• Vermogen = hoeveelheid elektrische energie omgezet per seconde 

 

 

Mechanica 

• Vermogen = 1 W indien men een kracht van 1 N over een afstand van 

1 m verplaatst gedurende 1 s. 

1W 

Elektriciteit 

1 N 1m 

1s 

• Vermogen = kracht op elektrische ladingen uitgeoefend om deze te 

verplaatsen over een potentiaalverschil gedurende 1 s. 

• Vermogen = spanning x stroomsterkte 

P 

F 

t 

P 

s 

U 

F 

I 

v 

• Eenheid P is W (watt) 

1W 

1V 

1A 


Afgeleide formules vermogen 

• P uit spanning en stroomsterkte 

P U I 

• P uit weerstand en stroomsterkte 

P 

U 

I 

R 

I 

I 

R 

I 

2 

• P uit spanning en weerstand 

P 

U 

I 

U 

U 

R 

U 

R 

2 


Simulatie in Crocodile Physics 

• De elementaire elektrische stroomkring 

 

Verband tussen vermogen, spanning en stroomsterkte 

 

Metingen 

• U = 0 V I = 0 mA P = 0 mW 

• U = 3 V I = 30 mA P = 90 mW 

• U = 6 V I = 60 mA P = 360 mW 

• U = 9 V I = 90 mA P = 810 mW 

• U = 12 V I = 120 mA P = 1440 mW 


P (mW) 

Vermogengrafiek P = f(U) 

1600 

1400 

1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

0 

10 32 63 94 125 

U (V) 


P (mW) 

Vermogengrafiek P = f(I) 

1600 

1400 

1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

0 

10 30 2 60 3 90 4 120 5 

I (mA) 


Vermogenmetingen (Labo) 

• Indirecte meting met V –en A-meter bij DC 

 

Uit de meting van U en I berekenen we het vermogen 

261 mA 

 

Metingen: U = 230 V en I = 0,261 A 

 

Berekening: 

P 

U 

I 

230 

0,261 

60,03W 


Vermogenmetingen (Labo) 

• Directe meting met W-meter 

 

Een wattmeter meet rechtstreeks het vermogen P in (W) 

 

Metingen op inductiekookplaat: P = 2500 W 


Vermogenmetingen (Huishoudelijk) 

• Directe meting met mobiele energiemeter 

• Metingen 

 

U =224 V, I = 7,85 A, P = 1758 W 


Vermogen – Oefening 1 

• Gegeven: U = 200 V en I = 4 A 

• Gevraagd: Bereken P en R 

• Oplossing: 

R = ? 


Vermogen – Oefening 2 

• Gegeven: Generator levert 2 A bij 400 W 

• Gevraagd: Bereken U en R 


Overbrenging 

R = ? 

P = 400 W 

Motor 

U = ? 

Generator 


Elektrische Arbeid 

• Arbeid is de fysische uitwerking van energie. 

• Formule arbeid 

• Formule vermogen 

W 

P 

P 

U 

t 

I 

W 

U 

I 

t 

• Afgeleide formules 

W 

R 

I 

2 

t 

W 

U 

R 

2 

t 


Arbeid – Demonstratieproef 

• Gegeven: Om 1 liter water te koken 

werden volgende gegevens genoteerd: 

U = 224 V, I = 7,85 A, t = 350 s 

• Gevraagd: Bereken P en W 



Joule-effect 

• Joule ontdekte dat een elektrische stroom I in een 

weerstand R een hoeveelheid warmte (energie) W 

produceert gelijk aan: 

W 

R 

I 

2 

t 

• Algemene energieformule 

W 

P 

t 

• Formule joule-effect 

P 

joule 

R 

I 

2 


Effetto Joule (Java-applet) 

• Java-applet = simulatie 

• Opgave 

 

 

 

Zoek uit hoe je deze applet 

moet gebruiken. 

Wat kun je er mee aantonen, 

d.w.z. op welke wijze wordt 

hier het joule-effect 

gedemonstreerd? 

Welke wiskundige formule is 

de basis van deze applet? 

http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/joule/heat_ita.htm 


Huishoudelijk gebruik van Joule-effect 

• Verwarming 

Directe verwarming van 500 

tot 2000 W 

• Kookfornuis 

 

Keramische kookplaat 

Aansluitwaarde: 6500 W 


Smeltveiligheden en Joule-effect 

• Smeltveiligheid (fuse) 

 

 

 

Elektrisch geleidende draad uit een materiaal met een betrekkelijk laag 

smeltpunt. 

Werking: Zodra door overbelasting of een elektrisch defect te veel stroom 

gaat lopen, wordt door de elektrische weerstand de geleidende draad 

zodanig verhit dat deze uiteindelijk smelt. Hierdoor wordt het elektrisch 

contact verbroken. 

Aanduidngen 

• T 250/1.6A = trage zekering, nominaal 1,6 A bij maximaal 250 V 

• F 250/300 mA = snelle (Fast) zekering 

• Voertuigen, elektronica, microformaat Doorsnede 


Industrieel gebruik van Joule-effect 

• Verwarmingsmatten 

 

ijsvrij houden van opritten 

met verwarmingmatten 

Voorbeeld: 300 W/m 2 

• Infraroodstralers (IR) 

 

Doelgerichte en snelle 

opwarming van voorwerpen 

in het stralingsbereik. 

• Elektrische weerstanden 

voor modulaire ovenbouw 

KERFA 

Verwarmingsplaat 


Nadeel van Joule-effect 

• Oorzaak : foutieve kabeldoorsnede of 

kabellengte of onvoldoende warmte-afgifte (niet 

afgerold) of te hoge belasting of te hoog 

ingestelde beveiliging. 

• Effect van de stroomsterkte 

I2 = 2 I1 P2 = 4 P1 

I2 = 3 I1 P2 = 9 P1 

 

P 

joule 

Joule-effect (warmte in de draad) neemt 

kwadratisch toe met de stroomsterkte. 

R 

I 

2 


Elektrische energie 

• Zie afzonderlijke presentatie “Elektrische energie” 


Energie – Oefening 1 

• Gegeven: Zaklamp U = 1,5 V, I = 0,4 A 

• Gevraagd: Bereken de omgevormde elektrische energie in 3,5 uur. 



Energie – Oefening 2 

• Gegeven: Klassiek thermische centrale 

• Gevraagd: Benoem alle energie-omzettingen 


Rendement ( ) 

• Energie-omzetting 

W t 

W n 

Energieomzetting 

• Rendement 

• Eenheden 

J 

J 

W 

W 

n 

t 

W v 

onbenoemd 


Rendement ( ) 

• Rendement uit vermogen 

W P t 

P 

P 

n 

t 

• Rendement uit vermogen en vermogenverlies 

P 

n 

P 

t 

P 

P 

t 

n 

P 

P 

v 

v 

Pt 

Pv 

Pt 

Pn 

P P 

n 

v 


Rendement huishoudelijk 

• Koken op aardgas of elektrisch? 

Laag rendement 

Hoog rendement 


Rendement Elektrische Centrale 

• Het rendement van een thermische centrale is de verhouding van de 

geproduceerde elektrische energie tot de opgewekte warmte. 

• Rendement is 40% voor een steenkoolcentrale 

• Warmteverliezen (schouw+koelwater) vormen het grootste verlies + 

eigen verbruik om alle apparatuur in de centrale draaiende te houden 

UIT 

40% 

IN 

100% 

VERLIES 

60% 


Rendement Kerncentrale 

• Een kerncentrale heeft meer vermogen nodig voor het eigen bedrijf, 

dat is alle hulpapparatuur die het proces aan de gang moet houden. 

• Het totale rendement van een kerncentrale is iets lager dan van een 

klassiek gestookte kolencentrale. 

UIT 

33% 

IN 

100% 

VERLIES 

67% 


Rendement STEG Centrale 

• Het rendement van een STEG centrale ligt hoger dan van een 

klassieke centrale omdat de warmte van de verbrandingsgassen extra 

benut wordt voor een tweede cyclus van elektriciteitsproductie. 

• STEG centrales kunnen gemakkelijk pieken opvangen omwille van de 

korte opstarttijden. 

UIT 

58% 

IN 

100% 

VERLIES 

42% 


Rendement Waterkracht Centrale 

• Het rendement van een waterkracht centrale is de geproduceerde 

elektrische energie tov de theoretisch beschikbare energie van 

stromend water of water op een bepaalde hoogte. Het is sterk 

afhankelijk van de locatie. 

UIT 

88% 

12% 

100% 

VERLIES 

IN 

SPE-Luminus Maascentrale te Grand-Malades 


Rendement WKK 

• Bij een WKK wordt de brandstof verbruikt voor elektriciteit en de 

afvalwarmte wordt gerecupereerd voor warmwater of stoomproductie. 

Men spreekt van uitgespaarde brandstof met de WKK tov een 

gescheiden opwekking systeem. 

• Elektrisch referentierendement op aardgas 2010 = 52,5% 

• Warmte referentierendement voor warm water 2010 = 90% 

WKK 

Gescheiden systeem 


Rendement Windturbine 

• De omzetting van windenergie naar elektrische energie gebeurt met 

de volgende rendementen: 

Turbine rendement/ krachtcoëfficiënt Cp

Rendement zonnepanelen 

• Rendement is niet het werkelijk ingestraalde zonlicht ten opzichte van 

het theoretisch haalbare. 

• Rendement is niet de terugverdientijd. 

• Het totale zonnepanelen rendement wordt bepaald door verschillende 

factoren. Belangrijken factoren zijn het rendement van de 

zonnepanelen zelf, de zonnepanelen oriëntatie en de hellinghoek van 

de zonnepanelen en het aantal uren zon. 

• Het type silicium dat gebruikt wordt voor het zonnepaneel zal bepalen 

in welke maten zonlicht kan worden opgezet in elektriciteit. Er bestaan 

3 soorten zonnepanelen: 

• monokristallijne zonnepanelen (rendement:

Rendement zonnepanelen 

Deze figuur toont het 

rendement van het 

ingestraalde licht in 

Ukkel ten opzichte 

van de ideale 

oriëntatie (zie stip): 

• 35° hellingshoek 

• zuid georiënteerd 

(178°). 


Rendement – Demonstratieproef 

• Gegeven: Om 1 liter water te koken 

werden volgende gegevens genoteerd: 

U = 224 V, I = 7,85 A, t = 350 s 

T1 = 20°C en T2 = 95 °C 

Warmtecapaciteit water c = 4.190 J/(kg°K) 

Massadichtheid water = 1.000 kg/m 3 

• Gevraagd: Bereken rendement

Vermogen-arbeid-rendement

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?