U gebruikt een verouderde browser. Wij raden u aan een upgrade van uw browser uit te voeren naar de meest recente versie.

ENERGIE en VERMOGEN

Energie en vermogen bestaan in verschillende vormen, zoals mechanisch (beweging), thermisch (warmte) en elektrisch.

Voor vakmensen die met hun werk te maken hebben met elektrische apparaten, machines en installaties is kennis van elektrische energie en vermogen noodzakelijk. 

VERDIEPING

  • Vermogens berekenen met weerstanden
  • Opgaven


ELEKTRISCHE ENERGIE

WAT IS ELEKTRISCHE ENERGIE?

Elektrische stroom bevat energie. Daarmee wordt bedoelt dat de stroom elektrische apparaten en machines zoals bijvoorbeeld lampen, stofzuigers en computers kan laten werken.

Dankzij stroom kunnen apparaten en machines iets doen: de lamp geeft licht, met de stofzuiger kan vuil opzogen worden en met de computer kan informatie gevonden worden op het internet. 

Een apparaat dat op elektriciteit werkt, verbruikt zolang als het aanstaat elektrische energie.

Het verbruik van elektrische energie wordt gemeten door een kilowattuurmeter. Voor het verbruik van elektrische energie moet betaald worden aan de leverancier van de elektriciteit.

Om aan te geven hoeveel energie er in de stroom zit, hebben we een eenheid nodig. Daar zijn verschillende mogelijkheden voor.

Internationaal is afgesproken dat de eenheid van energie Joule is.

HOEVEEL ENERGIE IS ÉÉN JOULE?

De joule is de eenheid van energie in het SI-stelsel. Het is de energie die nodig is om een voorwerp over één meter te verplaatsen met een kracht van één newton.

Om een idee te krijgen van wat 1 joule is:

  • Als je een aardappel van 100 gram een meter optilt, gebruikt je ongeveer één joule aan energie.
  • Een lamp met een elektrisch vermogen van 1 Watt verbruikt in 1 seconde 1 joule aan elektrische energie.

EENHEID VAN ELEKTRISCHE ENERGIE

Uit het voorgaande voorbeeld van de lamp blijkt dat elektrische energie van 1 Watt gedurende 1 seconde hetzelfde is als 1 Joule.

1 joule is een erg kleine hoeveelheid energie.

Als het energiebedrijf het energieverbruik in joules zouden aangegeven, worden dat hele grote getallen.

Voorbeeld: het verbruik van een gemiddeld gezin per jaar is ongeveer elf en een half miljard (11.500.000.000) joule.

Het tarief wat voor 1 joule betaald moet worden is ongeveer 0,00000005 euro.

 

Daarom wordt er in de elektrotechniek een andere eenheid bij energie gebruikt namelijk: kilowattuur (kWh).

1 kWh  =  1.000 Wh  =  3.600.000 Ws  (= 3.600.000 J)

 

Voor het bovenstaande voorbeeld van het verbruik bij een gemiddeld gezin worden de getallen dan als volgt:

Een gemiddeld gezin verbruikt ruim 3.200 kWh per jaar.

Eén kWh kost ongeveer € 0,20.

 

Met de energie van 1 kWh kun je:

- Een half uur stofzuigen met een stofzuiger van 2.000 Watt

- 12 gerechten vijf minuten in een magnetron opwarmen

- Een LED lamp van 5 Watt 200 uur laten branden

- 5 avonden tv kijken

- Een zuinige koelkast 2 dagen laten koelen

- 25 uur lang een laptop gebruiken

- Tot wel 100 keer een smartphone opladen

- Ongeveer 7 kilometer rijden met een elektrische auto

- 1x de wasmachine gebruiken

- Een half uur de wasdroger gebruiken

REKENEN MET ELEKTRISCHE ENERGIE

Om het energiegebruik te kunnen berekenen wordt de onderstaande basisformule gebruikt.

1.000 Wh = 1 kWh  (1.000 wattuur = 1 kilowattuur)

1 kV = 1.000 V

1 mA = 0,001 A

De tijd moet in het aantal uren (h komt van het Engelse hour) worden ingevuld.

 

Eén uur heeft 60 minuten dus:

 

 

 

Voorbeeldberekeningen

Voorbeeld 1

- Gegeven:

Een boormachine is aangesloten op een spanning van 230 V en neemt gedurende tien minuten een stroom van 3 A op.

- Gevraagd:

Bereken de hoeveelheid elektrische energie die de boormachine heeft gebruikt.

- Oplossing:

De tijd van tien minuten is 1/6 uur.

De formule is:                      W = U x I x t

Waarden ingevuld geeft:       W = 230 V × 3 A × 1/6 h

Antwoord:                           W = 115 Wh

 

 

Voorbeeld 2

- Gegeven:

Een ouderwetse gloeilamp van 75 W wordt aangesloten op een netspanning van 230 V.

De lamp neemt een stroom op van 330 mA.

De lamp gaat 1.000 branduren mee.

De energieprijs is € 0,20 per kWh.

- Gevraagd: Hoeveel kost deze lamp de gehele levensduur aan energieverbruik?

- Oplossing:

De stroom van 330 mA = 0,33 A

 

De formule is:                      W = U x I x t

Waarden ingevuld geeft:       W = 230 V × 0,33 A × 1000 h

Energieverbruik is:               W = 75.900 Wh = 75,9 kWh

 

1 kWh kost € 0,20 dus de totale kosten van het energieverbruik zijn:

75,9 kWh x € 0,20 = € 15,18


OPGAVEN

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegDe interieurverlichting van een auto is aangesloten op een spanning van 12 V. 

De verlichting neemt gedurende een half uur een stroom op van 0,5 A

Bereken de hoeveelheid energie in Wh die de verlichting opneemt.

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Door een verwarmingselement vloeit gedurende 1,5 uur een stroom van 8 A.

Het verwarmingselement is aangesloten op een spanning van 230 V.

Hoe groot is het energieverbruik in kWh van dit verwarmingselement?

  

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegEen elektrische trein rijdt op een spanning van 1,5 kV.

De stroom door de motoren is 300 A.

Bereken de energiekosten als de rit een half uur duurt.

1 kWh kost € 0,20 

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Een LED armatuur heeft een weerstand van 11,5 kΩ.

Door deze LED lamp vloeit gedurende twintig uur.

een stroom van 20 mA.

Hoeveel Wh energie heeft deze lamp verbruikt?

  

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Door een oven van een bakkerij wordt gedurende een kwartier een energie verbruikt van 4 kWh.

De oven is aangesloten op een spanning van 400 V.

Hoe groot is de opgenomen stroom?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegTwee dezelfde koplampen van een auto staan parallel geschakeld op de 12 volt accu van de auto.

De weerstand van 1 lamp is 2,4 Ω.

Wat is het energieverbruik als de lampen branden tijdens een autorit van 2,5 uur?



ELEKTRISCH VERMOGEN 

Als het over het over apparaten en machines gaat wordt er niet veel gebruik gemaakt van de begrippen weerstand en stroom. 

Niemand vraagt in de winkel om een boormachine met een weerstand van 70Ω of een wasmachine met een weerstand van 18Ω. 

Ook wordt bij een lamp niet verkocht met de mededeling dat de lamp 0,1 Ampère nodig heeft om te branden. 

Bij apparaten en machines wordt het vermogen vermeld wat ze gebruiken als deze apparaten of machines aanstaan. 

WAT IS ELEKTRISCH VERMOGEN?

Bij het onderdeel elektrische energie is behandeld dat een apparaat een hoeveelheid energie nodig heeft om te kunnen functioneren.

Elektrisch vermogen (= kracht = power) is de hoeveelheid energie (arbeid) die een apparaat in één seconde omzet.

EENHEID VAN ELEKTRISCH VERMOGEN

Het elektrisch vermogen wordt uitgedrukt in watt (W). Zo is het vermogen van een lamp voor de auto bijvoorbeeld 55 W.

Een magnetron heeft een vermogen van 650 W en een zaagmachine heeft een vermogen van 800 W. Dit zijn zo maar wat voorbeelden, per merk of type apparaat kan het vermogen verschillen.

REKENEN MET ELEKTRISCH VERMOGEN

Om aan vermogens te kunnen rekenen zijn een aantal formules beschikbaar.

De eerste (basis)formule is:

1000 W = 1 kW  (1000 watt = 1 kilowatt)

1000 Wh = 1 kWh  (1000 wattuur = 1 kilowattuur)

 

Voorbeeld berekening: 

Gegeven: Een wasmachine heeft in 1 uur en een kwartier 3 kWh aan energie verbruikt.

Gevraagd: Wat is het vermogen van deze wasmachine.

Oplossing: 

De tijd is 1 uur en een kwartier, dat is 1¼ (1,25) uur.

De elektrische energie is 3 kWh, dat is 3000 Wh.

P = W / t  

P = 3000 Wh / 1,25 h

P = 2400 W

 

 

Een andere (basis)formule om het elektrisch vermogen uit te rekenen is:

Voor gelijkspanning is deze formule altijd toepasbaar. Bij wisselspanning zijn er verschillende soorten van vermogen. Deze formule is dan toepasbaar voor het "schijnbare vermogen" de eenheid is dan niet Watt, maar VA (Volt-Amère).Voor gelijkspanning is deze formule altijd toepasbaar. Bij wisselspanning zijn er verschillende soorten van vermogen. Deze formule is dan toepasbaar voor het "schijnbare vermogen" de eenheid is dan niet Watt, maar VA (Volt-Amère).

 

Voorbeeld berekeningen:

Voorbeeld 1

Gegeven: Een afzuiginstallatie in een werkplaats is aangesloten op een spanning van 230 V en neemt een stroom van 3 A op.

Gevraagd: Bereken het elektrisch vermogen van de afzuiginstallatie.

Oplossing:

P = U · I

P = 230 V × 3 A

P = 690 W

 

Voorbeeld 2

Gegeven: Een straatlantaarn met een vermogen van 9,2 W is aangesloten op een spanning van 230 V.

Gevraagd: Bereken de stroom die de straatlantaarn nodig heeft om te branden.

Oplossing:

P = U · I

Deze moet omgezet worden zodat de stroom uitgerekend kan worden. De formule wordt dan:

I = P / U

I = 9,2 W / 230 V

I = 0,04 A   (= 40 mA)

 

Top


OPGAVEN

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Een lasapparaat is 3 uur lang continue aan het lassen.

De energie die bij het lassen is gebruikt is 31,5 kWh.

Bereken het vermogen van het lasapparaat.

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegIn een oven van een bakkerij wordt gedurende een kwartier een energie gebruikt van 2000 Wh.

Hoe groot is het vermogen van de oven?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegEen verwarmingselement van 2000 W heeft 7 kWh aan energie gebruikt.

Hoe lang heeft het verwarmingselement aan gestaan?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegEen lichtlijn in een fabriek is aangesloten op 230 V. 

De lichtlijn heeft een stroom nodig van 12 A om te kunnen branden.

Wat is het totale vermogen van de lichtlijn?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegEen eindgroep van een elektrische installatie is beveiligd met een zekering van 10 A.

De netspanning is 230 V.

Wat is het maximale vermogen wat op de eindgroep aangesloten kan worden?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Een eindgroep van een elektrische installatie is beveiligd met een zekering van 16 A.

De netspanning is 230 V.

Wat is het maximale vermogen wat op de eindgroep aangesloten kan worden?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegEen voeding van 24 V kan een stroom leveren van 10 A.

Wat is het maximale vermogen wat op deze voeding aangesloten kan worden?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Een voeding van 24 V kan een stroom leveren van 2,5 A.

Wat is het maximale vermogen wat op deze voeding aangesloten kan worden?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegEen koffiezetapparaat in een kantoor is aangesloten op 230 V.

Het vermogen van dit koffiezetapparaat is 2,07 kW.

Wat is de stroom door het koffiezetapparaat?



VERDIEPING

VERMOGENS BEREKENINGEN MET WEERSTANDEN

Bij het onderdeel “spanning, stroom en weerstand” is de wet van Ohm behandeld.

De formules   I = U / R   en   U = I x R   zijn toen aan bod gekomen.

 

Vaak is bij het rekenen aan weerstanden in schakelingen de weerstandswaarde en het toelaatbare vermogen van de weerstand bekend.

Door de formules van de wet van Ohm te combineren met de formule van het vermogen kan de toelaatbare spanning of stroom bij een weerstand uitgerekend worden.

 

Hiernaast een aantal uitvoeringsvormen van weerstanden. Ernaast staat aangegeven tot welk vermogen de weerstanden belast mogen worden.

 

Vaak wordt een weerstand gebruikt om een spanning te verlagen voor een ander component, bijvoorbeeld een LED. Of om de stroom door een deel van de schakeling te begrenzen.

Het vermogen wat door de weerstand wordt opgenomen wordt omgezet in warmte. Deze warmte wordt meestal gezien als energieverlies. Dit verlies van energie wordt dissipatie genoemd.

OPGAVEN

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

 

 

Een LED is met een serieweerstand aangesloten op 12 V.

De (serie)weerstand is 470 Ω en er staat een spanning van 9 V over deze weerstand.

Wat moet het vermogen van de weerstand minimaal zijn (keuze uit: 0,25 W  -  0,5 W  -  2 W  -  11 W)

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

 

 

Een LED is met een serieweerstand aangesloten op 24 V.

De (serie)weerstand is 1,2 kΩ en er staat een spanning van 22 V over deze weerstand.

Wat moet het vermogen van de weerstand minimaal zijn (keuze uit: 0,25 W  -  0,5 W  -  2 W  -  11 W)

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

 

 

Een LED is met een serieweerstand aangesloten op 230 V. Deze weerstand is 12 kΩ. Er gaat een stroom door de schakeling van 19 mA.

Wat is het vermogensverlies wat optreedt bij deze schakeling? (= vermogen wat opgenomen wordt door de weerstand)

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

 

 

Twee LED's zijn met een serieweerstand aangesloten op een spanningsbron.

De weerstand is 2,2 kΩ. Er gaat een stroom van 20 mA door de schakeling.

a) Wat moet het vermogen van de weerstand minimaal zijn? (keuze uit: 0,5 W  -  2 W  -  11 W)

b) Wat is de spanning waar de schakeling op aangesloten is?

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Een weerstand van 22 Ω kan een vermogen dissiperen 11 watt.

a) Bereken de maximale spanning wat over de weerstand mag komen te staan.

b) Bereken de maximale stroom wat door de weerstand mag gaan.

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

 

Een weerstand van 27 kΩ kan een vermogen dissiperen 5 watt.

a) Bereken de maximale spanning wat over de weerstand mag komen te staan.

b) Bereken de maximale stroom wat door de weerstand mag gaan.

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitleg

Een weerstand van 680 kΩ kan een vermogen dissiperen 0,25 watt.

a) Bereken de maximale spanning wat over de weerstand mag komen te staan.

b) Bereken de maximale stroom wat door de weerstand mag gaan.

 

klik op de afbeelding voor uitlegklik op de afbeelding voor uitlegEen halogeenlamp met een weerstand van 2100 Ω wordt op een netspanning aangesloten van 230V.

a) Wat is het energiegebruik als de lamp 1000 uur heeft gebrand?

b) Wat is het verschil in energiegebruik met een LED lamp die dezelfde lichtopbrengst heeft, maar een vermogen heeft van 3 watt?