Samenvatting Natuurkunde, Hoofdstuk 2, NOVA, vwo 3

Natuurkunde H2
2.1 Elektrische energie produceren
Werking elektriciteitscentrale:
1. Branders verbranden een brandstof. De vrijkomende warmte verhit water in een
ketel. Hierdoor ontstaat stoom van 500 met een zeer hoge druk.
2. De stoom spuit met een grote snelheid tegen de schoepen van de turbine waardoor
de as gaat ronddraaien.
3. De as drijft een generator (dynamo) aan die dan elektrische energie levert.
4. De stoom wordt naar een condensor gewerkt. Daarin wordt de stoom door
koelwater afgekoeld waardoor het water condenseert.
Koelwater wordt meestal uit een meer of rivier gehaald. Wanneer dit niet mogelijk is wordt
de stoom in een koeltoren afgekoeld.
Bij een kerncentrale wordt energie opgewekt door middel van het splijten van kernen in
zware atomen.
Een dynamo werkt als volgt:
Een magneet die de hele tijd op en neer wordt geschoven door een spoel. Een spoel is een
gewikkeld stuk metaaldraad. Wanneer het magnetische veld in de spoel veranderd, ontstaat
er een spanning bij de uiteindes van de spoel. Dit heet inductie; de opgewekte stroom heet
dan inductiespanning.
Spanning die niet constant is maar wel een regelmatig patroon heeft heet wisselspanning.
Het elektriciteitsverbruik in huis wordt gemeten in kWh met een kWh-meter.

Hoeveel geleverde energie per seconde is het vermogen:
P = verwogen (Watt)
U = spanning (Volt) P=UI
I = stroomsterkte (Ampère)

Het energieverbruik van een apparaat wordt bepaald door het vermogen en door de tijd
waarin het apparaat energie verbruikt:
E = energieverbruik (Joule)
P = vermogen (Watt) E=Pt
t = tijd (seconden)

P
UI
P=UI
U=P:I
I = P : U (P = U  I)


Energiegebruik in Joule: Energiegebruik in kWh:
P (Watt) en t (seconden) P (kW) en t (h, uren)

1 kWh = 3,6 MJ = 3 600 000 J

, 2.2 Elektrische energie vervoeren
Transportverliezen:
Kabels die energie vervoeren hebben een kleine weerstand en als er een grote stroom
doorheen loopt worden ze warm.
Bij elk transport gaat een deel van de energie verloren (energieverlies) dit hangt af van de
weerstand van de kabels en de stroomsterkte.
Energieverlies reken je zo uit:
P = energieverlies (Watt)
I = stroomsterkte (Ampère) P = I2  R
R = weerstand ()
(P = U  I, geldt ook bij transport van het elektrische vermogen)

Voor een lage stroomsterkte heb je een hoge spanning nodig. Je gebruikt een zo groot
mogelijke spanning om zo min mogelijk energie te verliezen.
Vanuit de centrales gaat elektrische energie met een hoogspanning van 380 kV door
bovengrondse kabels.
Generatoren leveren spanning van 20 kV, deze moet opgevoerd worden naar 380 kV.
In de buurt van een dorp of stad wordt de spanning in een transformatorstation omlaag
gebracht naar 10 kV.
Ondergrondse kabels vervoeren de elektrisch energie naar woonwijken en
industrieterreinen.
Transformatiehuisjes brengen de spanning verder omlaag naar de netspanning van 230 V 
voor de meeste apparaten is deze spanning te hoog en hebben ze een ingebouwde
transformator.

Een lichtnet levert geen gelijkspanning maar wisselspanning (met een frequentie van 50 Hz).
 lees pagina 73 door.

Werking van een transformator:
Primaire spoel wordt verbonden met het lichtnet, secundaire spoel aan het apparaat. Als de
transformator gebruikt wordt, loopt er een wisselstroom door de primaire spoel  wordt
een elektromagneet.
Stroom verandert ook vaak van grootte en richting  het opgewekte magneetveld dus ook.
Weekijzeren kern wordt gemagnetiseerd. Magnetisering verandert mee met het
magneetveld van de primaire spoel.
Richting draait 100x om net zoals de wisselstroom door de primaire spoel.
Magneetveld in de secundaire spoel verandert ook voortdurend, door de inductie ontstaat
wisselspanning tussen de uiteinden van de spoel.

Spanning hangt af van:
- Aantal windingen van de primaire spoel (Np).
- Aantal windingen van de secundaire spoel (Ns)
Spanning wordt omlaag getransformeerd als:
Ns > Np, dan is spanning van Us groter dan de spanning van Up.
Spanning wordt omhoog getransformeerd als:
Ns < Np, dan is spanning van Us kleiner dan de spanning van Up.