3.1 Wet van behoud van energie 3.2 Energiedissipatie

3Energieomzettingen

Op aarde worden de verschillende energievormen voortdurend in elkaar omgezet. Dat gebeurt echter niet zomaar: we moeten rekening houden met een belangrijke natuurwet, de wet van behoud van energie.

We bekijken om te beginnen even die wet naderbij.

3.1Wet van behoud van energie

De totale energie in een geïsoleerd systeem blijft altijd constant. Het is onmogelijk energie te creëren of te vernietigen. Energie kan wel omgezet worden van de ene vorm naar de andere of overgedragen worden van het ene systeem naar het andere.

Tijdens het biljarten wordt kinetische energie overgedragen van de ene biljartbal op de andere. Tijdens het schommelen wordt zwaarte-energie in kinetische energie omgezet en omgekeerd.

Als we twee momenten (A en B) bekijken tijdens de energieomzetting, dan geldt dat de totale energie op moment A gelijk moet zijn aan de totale energie op moment B.

EA,tot = EB,tot of EA =

EB

Dit geldt voor elk moment A en B tijdens de energieomzetting.

De wet van behoud van energie is enkel geldig in een geïsoleerd systeem.

We bekijken wat dat precies betekent:

•Een geïsoleerd systeem is een systeem dat geen materie of energie met zijn omgeving kan uitwisselen. Dit systeem is dus volledig afgesloten van de omgeving.

Bv. een gesloten thermoskan die perfect geïsoleerd is.

•Een open systeem is een systeem dat materie en energie met zijn omgeving kan uitwisselen.

Bv. de zon, ze verliest materie (zonnewind) en energie (straling).

•Een gesloten systeem is de benaming die men in de praktijk gebruikt voor een systeem waarbij beperkte uitwisseling plaatsvindt. Een gesloten systeem kan energie uitwisselen met zijn omgeving, maar geen materie.

Bv. een kookpot met deksel op een vuur.

3.2Energiedissipatie

Energiedissipatie is het verlies aan nuttige energie door onder andere wrijving en warmte.

Als je een bal laat botsen, wordt zwaarte-energie omgezet in kinetische energie en omgekeerd. Als je de bal op een hoogte loslaat, bezit hij zwaarte-energie. Deze wordt omgezet in kinetische energie tot op het moment dat hij de grond raakt. Als de bal de grond raakt, wordt een deel van de energie omgezet in warmte-energie. De bal gaat terug naar boven en de kinetische energie wordt terug omgezet in zwaarte-energie. Omdat bij elke botsing met de grond een deel van de energie omgezet wordt in warmte-energie, stuitert de bal altijd minder hoog.

3.3Rendement

Bij energieomzettingen gaat meestal een deel van de energie verloren door energiedissipatie. De efficiëntie van een energieomzetting wordt weergegeven door het rendement.

Het rendement is de verhouding van de nuttige verkregen energie tot de totale verbruikte energie.

η =

Enuttig

Etotaal Waarbij: Etotaal = de energie voor de energieomzetting Enuttig = de nuttige energie na de energieomzetting

GROOTHEID EENHEID

NAAM SYMBOOL NAAM SYMBOOL

rendement η /

/ Rendement heeft het symbool η (de griekse letter èta).

Rendement heeft dus geen eenheid, het is onbenoemd. Meestal wordt het rendement wel in procenten uitgedrukt.

Het rendement ligt altijd tussen 0 en 100 %.

3.4Energiebalans

Een energieomzetting kunnen we schematisch voorstellen in een energiebalans. We beschouwen hierbij de toestand (A) voor de energieomzetting en de toestand (B) na de energieomzetting. Uit de wet van behoud van energie weten we dat er een evenwicht moet zijn tussen de totale energie in toestand A en de totale energie in toestand B.

Totale energie toestand A Totale energie toestand B

De totale verbruikte energie moet gelijk zijn aan de totale verkregen energie.