Bruikbare en vermorste energie

Hierdie termyn het ons na energie-oordragte in stelsels gekyk. Sisteme soos huishoudelike toebehore, gereedskap, voertuie en masjiene gee aan ons 'n nuttige uitset. Kom ons kyk na 'n paar voorbeelde om te identifiseer wat hierdie uitsette in 'n paar stelsels is.

Bruikbare uitsette van energiestelsels

INSTRUKSIES:

Kyk na elkeen van die foto's en identifiseer watter uitset van hierdie stelsel nuttig is om te gebruik.

Sisteem	Watter bruikbare uitset verskaf dit aan ons?
'n Gloeilamp.http://www.flickr.com/photos/nikonfilm35/4209619566/
'n Elektriese waaier.http://www.flickr.com/photos/_wick/5861380711/
'n Elektriese strykyster

Sisteem	Watter bruikbare uitset verskaf dit aan ons?
'n Gloeilamp.http://www.flickr.com/photos/nikonfilm35/4209619566/	Lig
'n Elektriese waaier.http://www.flickr.com/photos/_wick/5861380711/	Beweging
'n Elektriese strykyster	Termiese energie

Wat was die inset van elk van hierdie stelsels?

---

Elektrisiteit/elektriese energie.

Wanneer ons 'n elektriese toestel of masjien gebruik, dra ons energie van een voorwerp na 'n ander oor. Nie al die energie word oorgedra na waar ons dit wil hê nie - baie daarvan word oorgedra na die omgewing, waar dit ons nie help om ons doel te bereik nie. Die energie wat na die omgewing oorgedra word, is "vermors".

Ons kan 'n Sankey-diagram gebruik om te wys hoe energie in 'n stelsel oorgedra word. Dit gee aan ons 'n prentjie van wat gebeur, en toon die insetenergie en hoe die uitsetenergie bestaan uit bruikbare energie (pyl aan die bokant) en vermorste energie (pyl wat na onder gaan). Kyk na die volgende algemene voorbeeld.

Die wydte van die pyle vertel ons iets van hierdie diagramme. Die insetenergie is die wydte van die oorspronklike pyl. Die wydte van beide die uitsetenergie pyle (bruikbaar en vermors) tel saam tot die wydte van die insetpyl. Hoekom dink jy dat dit so is? Dink terug aan wat jy in Hoofstuk 2 geleer het omtrent energie in stelsels?

Sankey-diagramme word op skaal geteken sodat die wydte van die pyle ons 'n visuele idee gee van hoeveel energie bruikbaar is, en hoeveel vermors word. In die diagram hierbo kan jy sien dat slegs 'n klein deel van die insetenergie bruikbaar was, en dat 'n groot deel van die inset vermors is deurdat dit na die omgewing oorgedra is. 'n Doeltreffende stelsel is een waar die bruikbare uitsetenergie slegs effens kleiner is as die insetenergie. 'n Ondoeltreffende stelsel het baie vermorste energie. Dink jy hierdie is 'n doeltreffende stelsel? Hoekom?

Dit bring ons by ons volgende punt oor hoe doeltreffend 'n energiestelsel is. As die vermorste energie baie groter as die bruikbare energie-uitset is, dan is die stelsel nie energie-doeltreffend nie. Die bostaande Sankey-diagram wys die werklike energie-oordragte vir 'n gloeilamp. Jy het die bruikbare energie-uitset as lig in die laaste aktiwiteit geïdentifiseer. Wat dink jy is die vermorste energie-uitset? Waar gaan dit heen?

Kan jy sien dat 'n gloeilamp eintlik nie 'n baie doeltreffende stelsel is nie? Dit is omdat baie energie as warmte verlore gaan soos energie aan die omgewing oorgedra word. Is daar iets wat meer doeltreffend is? Kyk na die foto van 'n fluoresserende lamp (of buislig).

'n Fluoresserende lig is baie meer doeltreffend as gewone gloeilampe, wat 'n verhitte draad gebruik om lig te maak. Meeste van die energie gaan verlore omdat dit vanaf die metaalfilament na die omliggende lug oorgedra word. In fluoresserende ligte gaan minder energie na die omliggende lug verlore, en dus word meer energie omgesit na bruikbare ligenergie. Gebruik hierdie inligting om 'n Sankey-diagram vir 'n fluoresserende lig in die spasie hieronder te teken.

Leerder se diagram behoort as volg te lyk:

Kom ons kyk na nog 'n voorbeeld. Kyk na die dame in die foto wat 'n elektriese boor gebruik. Die elektriese energie vanaf die boor word as kinetiese energie na die boorpunt oorgedra. Die boorpunt draai en boor in die metaal in, maar die boor maak ook baie geraas. Energie word gebruik om klank te maak, en die boorpunt word warm, en dus word van die energie na termiese energie omgesit. Dit beteken dat van die elektriese energie na die omgewing oorgedra is as klank en termiese energie. Hierdie is energie wat 'vermors' is omdat die klank en termiese energie nie vir ons bruikbaar is nie.

Voltooi die volgende Sankey-diagram deur in te skryf wat die energie inset is, en daarna ook die energie-uitsette.

Leerder se Sankey-diagram behoort as volg te lyk, met byskrifte:

Ten einde die Sankey-diagram te teken moet jy versigtig dink oor die insetenergie en hoe die insetenergie na die omgewing oorgedra is. Kom ons oefen hierdie 'n bietjie meer in die volgende aktiwiteit.

Energie oordrag in stelsels

INSTRUKSIES:

1. Kyk na die volgende diagramme/foto's van huishoudelike toestelle.
2. Voltooi die tabelle om die energie-oordragte vir elke diagram/foto te toon. Die eerste een is reeds vir jou voltooi.

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET
elektrisiteit	lig	termiese energie

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET
potensiële energie in was	lig	termiese energie

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET
elektrisiteit	beweging/kinetiese energie	klank, termiese energie

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET
petrol/potensiële energie vanaf die verbranding van brandstof	kinetiese energie	termiese energie, klank

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET
elektriese energie	termiese energie	lig, klank

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET
potensiële energie in voedsel	kinetiese energie	termiese energie, klank

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET

Energie INSET	Bruikbare energie UITSET	Vermorste energie UITSET
elektriese energie	lig, klank	termiese energie

Noudat ons die energie-oordragte en inset- en uitsetenergie in elke stelsel identifiseer het, kom ons oefen om nog 'n paar Sankey-diagramme te teken.

Teken van Sankey-diagramme

Kom ons kyk na 'n filament-gloeilamp om 'n Sankey-diagram te teken. 'n Filament-gloeilamp gebruik omtrent 10% van die insetenergie om lig te genereer, die res word 'vermors' omdat dit die omliggende lug verhit sonder om enige lig te maak. Dit beteken dat ons Sankey-diagram in twee dele verdeel moet wees: een vir die lig en een vir die termiese energie wat na die omgewing oorgedra is (warmte). Die termiese energiepyl moet 90% van die wydte van die insetpyl wees, en die ligpyl moet 10% van die wydte van die insetpyl wees.

INSTRUKSIES:

1. Teken nou 'n Sankey-diagram vir sommige van die huishoudelike toestelle vanuit die laaste aktiwiteit, wat hieronder gelys is.
2. 'n Beskrywing van die energie-oordragte is vir elke toestel verskaf.
3. Konsentreer daarop om te wys dat die insetenergie verdeel word tussen bruikbare energie en vermorste energie. Onthou dat die wydte van die pyl moet wys hoe baie energie oorgedra is. 'n Dik pyl stel 'n groot hoeveelheid energie voor, en 'n dun pyl 'n klein hoeveelheid.
4. Wys die verskillende in- en uitsetenergieë en die persentasies van elkeen.

Elektriese klitser:

Die elektriese klitser sit 70% van die insetenergie om na kinetiese energie om die voedsel te meng, en 30% word vermors in die vorm van termiese energie en klank.

Motorenjin:

Die motorenjin dra slegs 30% van die insetenergie oor om die motor te beweeg, en 70% word vermors as klank en termiese energie.

Televisiestel:

Die televisiestel gebruik 80% van die insetenergie om die beelde op die skerm en die klank te maak, en 20% word as termiese energie vermors.

VRAE:

Watter een is die mees doeltreffende stelsel van die bostaande drie voorbeelde? Hoekom?

---

---

Die televisiestel omdat die meeste van die insetenergie (80%) omgesit word na bruikbare uitset (lig en klank) en slegs 20% verlore gaan as termiese energie.

Watter een is die mins doeltreffende stelsel van die bostaande drie voorbeelde? Hoekom?

---

---

Die motorenjin, aangesien meer van die insetenergie (70%) vermors word as die hoeveelheid wat na bruikbare energie omgesit word om die motor te beweeg (30%).

Die meeste van ons alledaagse aktiwiteite benodig een of ander vorm van elektriese energie. Elektrisiteit word opgewek deur brandstowwe te brand en die chemiese potensiële energie om te sit in kinetiese energie om elektrisiteit te genereer. Fossielbrandstowwe, soos steenkool, stoor groot hoeveelhede energie, maar ons kan slegs 'n klein persentasie van daardie energie benut. 'n Groot hoeveelheid energie word in die vorm van warmte, klank en lig na die omgewing oorgedra.

Navorsing van energie-oordragte

Hierdie is 'n navorsingsaktiwiteit. As die leerders toegang tot die internet en/of 'n biblioteek het, laat hulle toe om tyd te spandeer op die navorsing van die energie-oordragte in 'n kragstasie en 'n motorenjin. As die leerders nie toegang tot die internet het nie, sal dit 'n goeie idee wees om inligting vanaf verskeie webwerwe uit te druk sodat dit in die klas uitgedeel kan word. Die gedrukte inligting kan deur die klas rondgestuur word, sodat daar nie so baie kopieë nodig is nie. Dit sal papier en drukkostes spaar.

In hierdie aktiwiteit sal hulle eerstens sien hoe die vermorste energie in meer as een vorm kan wees, en hoe om dit in 'n Sankey-diagram voor te stel. Leerders sal dan 'n kragstasie navors. Die leerders kan in groepe ingedeel word om die inligting te vind, maar maak seker dat elke leerder daartoe in staat is om sy/haar eie paragraaf te skryf. Dit sal 'n aanduiding gee van tot hoe 'n mate die leerder dit wat nagevors is, verstaan het.

Hier is 'n verwysingsbron: http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/21c_pre_2011/energy/generatingelectricityrev4.shtml

In ons vorige Sankey-diagramme het ons slegs een pyl vir vermorste energie-uitset gehad, maar dit kan in meer as een pyl verdeel word om die verskillende maniere waarop energie vermors word aan te dui. Daar kan ook meer as een pyl vir die bruikbare energie wees, byvoorbeeld in die TV diagram hierbo is lig en klank beide bruikbaar, en kan dit deur twee pyle voorgestel word.

In die laaste aktiwiteit het ons gekyk na die energie-oordragte in 'n motorenjin. Ons het egter net een pyl gebruik om die vermorste energie mee voor te stel. Ons kan die verskillende maniere waarop energie vermors word in 'n Sankey-diagram voorstel. Gebruik die volgende inligting om 'n Sankey-diagram van byskrifte te voorsien:

• Die insetenergie in 'n motorenjin word deur die verbranding van petrol verskaf.

• Slegs 30% van die energie van die beweging word as bruikbare uitset as beweging oorgedra.

• Omtrent 70% van die energie word aan die omgewing oorgedra in die vorm van termiese energie en klank. Van die energie gaan verlore in die afkoeling van die enjin.

  • 40% gaan verlore as termiese energie oorgedra aan die omgewing.

  • 20% gaan verlore in die afkoeling van die enjin.

  • 10% gaan as klank verlore.

Hierdie is 'n Sankey-diagram met byskrifte:

In 'n kragstasie word energie deur die stelsel oorgedra om elektrisiteit op te wek. Gedurende die oordrag van energie deur die stelsel word van hierdie energie vermors.

Gebruik die internet of ander hulpbronne om verskillende maniere te vind waarop energie na die omgewing oorgedra word as vermorste energie gedurende die opwekking van elektrisiteit in 'n kragstasie.

Skryf 'n kort paragraaf om energie-oordragte te verduidelik. Hoe word die insetenergie deur die stelsel oorgedra, en waar is die vermorste energie verloor?

---

---

---

---

---

---

Die paragraaf moet die volgende inligting insluit:

• Steenkool word verbrand en die energie word na die water oorgedra en gebruik om die water te kook. Van die energie gaan gedurende die proses verlore.
• Die stoom vanaf die kookwater word gebruik om die turbine te draai. Die kinetiese energie van die stoom word na die turbine oorgedra. Van die energie word na die omgewing verloor as klank en termiese energie.
• Die kinetiese energie van die turbine word na die generator oorgedra. Van die energie gaan na die omgewing verlore as klank en termiese energie.
• Die kinetiese energie van die generator word gebruik om elektrisiteit op te wek.

Teken 'n Sankey-diagram vir die energie-oordragte.

'n Voorbeeld van 'n Sankey-diagram vir 'n kragstasie word hieronder gegee. Die onderwyser kan ook bepaal wat leerders uitgevind het, en dan kan een op die bord geteken word om die oordragte te illustreer.

Konsepkaart

Voltooi die konsepkaart deur twee voorbeelde te gee van stelsels waar energie na die omgewing oorgedra word en 'vermors' word as klank en termiese energie, en een voorbeeld waar die vermorste energie-uitset lig is.

Onderwyser se weergawe. Die voorbeelde wat hier gegee word is nie die enigste voorbeelde nie. Leerders kan enige gepaste voorbeelde gebruik wat in hierdie hoofstuk bespreek is.

Hersieningsvrae

Wat word met 'vermorste' energie bedoel? [2 punte]

---

---

In 'n energiestelsel word van die energie na die omgewing oorgedra op maniere wat ons nie beplan het en wat nie bruikbaar is nie. Hierdie hoeveelheid energie dien geen nuttige doel nie en is "vermors".

Teken 'n eenvoudige Sankey-diagram om die energie-oordragte in 'n stelsel te wys waar die vermorste energie-uitsette meer is as die bruikbare energie-uitset [4 punte]

In hierdie hoofstuk het leerders persentasies gebruik om Sankey-diagramme te teken. Die volgende is 'n uitbreiding en begin met 'n eenvoudige voorbeeld wat hulle alreeds in hierdie hoofstuk gesien het, naamlik 'n gloeilamp, maar die energie-oordragte was vantevore as persentasies voorgestel. In die eerste voorbeeld hier begin ons nou met 100 J in plaas van 100%. Die Sankey-diagram sal maklik wees om te teken. In die daaropvolgende voorbeelde is die insetenergie meer as 100 J. Leerders het nie nodig om die persentasies te bereken nie, maar die wydte van die pyle moet verteenwoordigend wees van die hoeveelheid wat oorgedra is.

Vir elkeen van die volgende situasies, teken 'n Sankey-diagram met gepaste byskrifte, en dui die hoeveelheid insetenergie, bruikbare energie en vermorste energie aan.

1. 'n Elektriese flits sit 100 joules (J) elektriese energie om na 10 J ligenergie en 90 J termiese energie. [3 punte]

   

   
   
   
   
   
   

2. 'n Televisiestel het 'n energie-uitset van 500 J. 400 J is in die vorm van lig, 50 J is in die vorm van klank, en 50 J is termiese energie. [3 punte]

   

   
   
   
   
   
   

3. 'n Haardroër sit 300 J oor na 150 J kinetiese energie, 100 J termiese energie, en 50 J klankenergie. [3 punte]

   

   
   
   
   
   
   

• 

• 

• 

Skryf 'n beskrywing van die energie-oordragte in elk van die situasies in Vraag 2. [6 punte]

---

---

---

---

---

---

a. Die potensiële energie van die batterye in die flits word na die filament in die gloeilamp oorgedra. Die energie word na die omgewing oorgedra as termiese energie en lig. Meeste van die energie word as termiese energie oorgedra, wat nie bruikbaar is nie, en slegs 'n gedeelte van die energie word as lig oorgedra.

b. Die energie van die TV word as termiese energie, klank en lig na die omgewing oorgedra. Die lig en klank is bruikbaar omdat hulle die beelde en klanke wat ons wil sien en hoor is. Die warmte is vermorste energie.

c. Die energie van die haardroër word gebruik om die lug te verhit en ons hare te droog. Twee derdes van die energie is bruikbare termiese energie, maar een derde word oorgedra as klank, wat nie vir ons bruikbaar is nie.

Wat is die verskil tussen 'n filament-gloeilamp en 'n energie-besparende gloeilamp? [2 punte]

---

---

'n Filament-gloeilamp gebruik 'n metaalfilament en 'n energie-besparende gloeilamp gebruik fluoresserende gas om lig te verskaf.

Hoekom spaar 'n energie-besparende gloeilamp meer energie as 'n filament-gloeilamp? [3 punte]

---

---

---

Baie van die energie wat gebruik word om die gloeilamp te laat gloei, word gebruik om die metaal te verhit om dit te laat gloei. Dit beteken dat baie van die energie vermors word as termiese energie, terwyl ons eintlik net lig wil hê. Energie-besparende gloeilampe het nie nodig om die gas te verhit voordat dit gloei nie, en dus vermors hulle minder energie.

In die vorige hoofstuk het ons na isolerende materiale gekyk en hoe hulle help om energie oordrag te verminder. Gebruik hierdie kennis, en ook wat jy in hierdie hoofstuk oor insetenergie, bruikbare energie en vermorste energie geleer het, om te verduidelik hoekom 'n warmwatersilinder 'n isolerende laag aan sy buitekant moet hê. [4 punte]

---

---

---

---

---

'n Elektriese warmwatersilinder dra elektriese energie oor na termiese energie in die waterdeeltjies soos die water opwarm. Die bruikbare uitset is die termiese energie om die water te verhit. Van die termiese energie kan egter vanuit die warmwatersilinder na die omgewing ontsnap. Dit word dus vermors. Ten einde die warmwatersilinder-stelsel meer doeltreffend te maak, sodat die bruikbare energie groter is en die termiese energie verlies geminimaliseer word, behoort die warmwatersilinder 'n isolerende bedekking te hê om die oordrag van energie na die omgewing deur geleiding te verminder.

In die elektriese warmwatersilinder is die verhittingselement naby die onderkant van die silinder geleë. Hoekom is dit so? [2 punte]

---

---

Die verhittingselement word aan die onderkant geplaas omdat dit meer doeltreffend is, aangesien wanneer water warm word as gevolg van die oordrag van energie, die verhitte water uitsit en opwaarts beweeg, en die koue water afbeweeg in 'n konveksiestroom, wat gevolglik lei tot die verwarming van al die water.

Hierdie hou verband met vorige hoofstukke sodat daardie kennis hersien en verdiep word.

Totaal [32 punte]