Opslag van energie
vwo 2025, 1e tijdvak, opgave 3

Vraag 10

Stroomsterkte betekent hoeveel lading (Q) ergens per seconde doorstroomt. In formulevorm

I = Q/t

Als we dit omschrijven vinden we

Q = I·t

Lading is dus stroomsterkte keer tijd en de eenheid mA·h is dus ook een eenheid van lading.

Vraag 11

• De energie in de batterij is gelijk aan de energie die nodig is om een uur lang een stroom van 2200 mA te laten lopen bij een spanning van 1,5 V. Voor het vermogen dat geleverd bij deze stroom en spanning vinden we
  
  P = U·I = 1,5 · 2200·10^-3 =3,3 W
  
  Als dit vermogen een uur lang (3600 s) geleverd wordt vinden we met Met P = E/t voor de energie
  
  E = P·t = 3,3 · 3600 = 11880 J
  
  Afgerond is dit een energie van 12 kJ.
• De zwaarte-energie kunnen we berekenen met E_z = m·g·h. Invullen van de
  
  m = 1200·10³ kg (1200 ton)
  g = 9,81 ms^-2
  h = 65 m
  
  geeft
  
  E_z = 1200·10³ · 9,81 · 65 = 7,6518·10⁶ J
  
  De hoeveelheid batterijen waarmee deze energie overeen komt is
  
  7,6518·10⁶ / 11880 = 64409 batterijen
  
  Afgerond zijn dit 6,4·10⁴ batterijen.

Vraag 12

De energie die elk bakje levert berekenen we met E_z=m·g·h

E_{per bakje} = 0,140·9,81·3,96 = 5,4387 J

Er zijn steeds 18 bakjes verdeeld over 6,51 m. Dat betekent 6,51 / 18 = 36,1667 cm voor elk bakjes. De snelheid van de kabelbaan is 2,6 ms^-1. Voor de tijd tussen de passage van een bakje vinden we dan

t = s/v = 0,361667 / 2,6 = 0,1391 s

Voor het vermogen vinden we dan

P = E_{per bakje} / t_{per bakje}

P = 5,4387 / 0,1391 = 39,099 W

Voor het laten branden van 4 lampjes van 1,2 W wordt 4·1,2 = 4,8 W geleverd. Voor het rendement vinden we dan

η = P_nuttig / P_totaal = 4,8 / 39,099 = 0,1228

Afgerond is dit een rendement van 12%.

Vraag 13

Zie afbeelding hieronder. We lezen af dat het passeren van 3 magneten (de halve schijf) 0,54 s duurt. Een heel rondje (6 magneten) duurt dus 1,08 s. De kabellengte die in deze tijd door het wiel getransporteerd wordt is gelijk aan de omtrek van de cirkel (2πr). Voor de snelheid van de kabel vinden we dan

v_kabel = 2πr / 1,08

v_kabel = 2π·½·0,32 / 1,08

v_kabel = 2π·½·0,32 / 1,08 = 0,9308 ms^-1

Afgerond is dit een snelheid van 0,93 ms^-1.

Vraag 14

• Als de kabelbaan sneller beweegt komen de magneten sneller langs de spoel. De frequentie van de pieken zal dus toenemen maar ook de grootte van de spanning. De opgewekt spanning is namelijk inductiespaning en de grootte daarvan hangt namelijk samen met hoe snel de flux verandert.
• Als het aantal windingen toeneemt zal de inductiespanning ook toenemen. Deze is namelijk evenredig met het aantal windingen. De magneten blijven nog steeds even snel voorbij komen en de frequentie zal dus niet veranderen.
• Als het aantal magneten toeneemt zullen er meer magneten per seconde voor de spoel langs passeren en zal de frequentie toenemen. De snelheid waarmee iedere magneet nadert en weggaat van de spoel blijft gelijk en de hoogte van de spanningspieken blijft dus ook gelijk.

Vraag 15

De gelijkrichter moet ervoor zorgen dat ook als de +pool en de -pool van de wisselspanningsbron omdraaien er nog steeds stroom in dezelfde richting door de telefoon blijft stromen. Diodes moeten er voor zorgen dat alleen stroom in de goede richting kan lopen. In de afbeelding hieronder is te zien dat alleen gelijkrichter B hiervoor zorgt: de stroom blijft door de telefoon altijd in dezelfde richting lopen ook als de + en de - van de spanningsbron omwisselen.

Vraag 16

• De magneten moeten steeds achtereenvolgens aangetrokken worden en, nadat ze de spoel gepasseerd zijn, afgestoten worden. Dit betekent dat de stroomrichting in de spoel steeds moet wisselen.
• De frequentie van de wisselspanning moet kloppen met de tijden waarin de magneten voor de spoel langskomen. In het begin is de snelheid nog niet zo hoog en zit er meer tijd tussen het passeren van de magneten. De frequentie moet in het begin, om op gang te komen, lager zijn dan wanneer de motor op volle snelheid draait.

Vraag over "Opslag van energie"?

Typ hier je vraag

Stel je vraag     Hou mijn naam verborgen voor andere bezoekers