Een artikel in de Gelderlander van 24 maart 2021 begint met de verzuchting van een consument ‘Nee hè, is mijn telefoon alweer helemaal leeg?’
a) Wat bedoelt iemand als hij dit zegt?
De batterij is leeg.
Ouderwetse mobiele telefoons hadden geen last van dit probleem. De krant schrijft dat de batterij van de legendarische Nokia 3310 zonder opladen wekenlang kon werken.
b) Noem minstens tweeredenen waarom een moderne smartphone zo veel sneller leeg is.
Een moderne smartphone:
- heeft een groter scherm dat veel meer licht uitstraalt
- heeft toegang tot internet, waardoor je hem veel meer tijd gebruikt
- biedt de mogelijkheid om filmpjes binnen te halen
- wordt gebruikt om intensief te communiceren met anderen.
Om al deze redenen is het energieverbruik veel en veel hoger. Moderne batterijen kunnen wel meer energie bevatten dan de oude, maar deze toename blijft ver bij achter bij het verbruik.
c) Welke energieomzetting(en) vinden plaats tijdens het gebruik van de smartphone?
Chemische energie (batterij) à elektrische energie (stroom van de batterij naar de onderdelen van de telefoon) à licht (scherm) + evt. geluid (speaker/oortjes) + evt. bewegingsenergie (trillen) + warmte (onvermijdelijk).
Opladen van een smartphone doe je met een adapter (figuur 1), die op het lichtnet wordt aangesloten. Opladers geven standaard een gelijkspanning af van 5 V. De laadstroom is afhankelijk van de oplader en van het op te laden apparaat.
Stel de laadstroom van een oplader is 1,5 A en het duurt 3 uur voordat een lege telefoonbatterij volledig is opgeladen.
d) Welke energieomzetting is er tijdens het opladen van een batterij?
Elektrische energie (van het lichtnet) à chemische energie (in de batterij) + warmte
e) Bereken het vermogen dat deze oplader tijdens het opladen levert.
P = U · I = 5 · 1,5 = 7,5 W
f) Bereken hiermee hoeveel energie in kWh aan de batterij is toegevoerd.
Als je het vermogen uitdrukt in kW en de tijd in h krijg je de energie meteen in kWh:
E = P · t = 0,0075 kW · 3 h = 0,0225 kWh
Als je het vermogen geeft in W (= J/s) en de tijd in s krijg je eerst de energie in J:
E = P · t = 7,5 W · (3 · 3600 s) = 81.000 J. Je weet 1 kWh = 3.600.000 J. Dus 81.000 J = 81.000/3.600.000 kWh = 0,0225 kWh.
Voor de veeleisende consument is dat te weinig. De batterij is te gauw weer leeg.
De Gelderlander ging op zoek naar smartphones die het langer uitzingen. Bij topmodellen is de capaciteit 3000 mAh, zegt de krant. Een batterij met een capaciteit van 3000 mAh kan gedurende een uur 3000 mA stroom leveren of gedurende twee uur een stroom van 1500 mA, enzovoorts.
De capaciteit is dus niet de energie-inhoud van een batterij. Maar omdat alle smartphones werken op een spanning van 5 V, kun je met de capaciteit wel de energie-inhoud van batterijen vergelijken.
g) Bereken hoeveel energie in kWh wordt opgeslagen met een lader van 3000 mAh.
3000 mAh betekent bijvoorbeeld dat de lader 1 uur lang een stroom van 3000 mA levert:à t = 1 h en I = 3 A
De spanning is U = 5 V, dus P = U · I = 5 · 3 W = 15 W en E = P · t = 15 W · 1 h = 15Wh = 0,015 kWh
Veel mensen snappen de betekenis van de eenheid kWh niet zo goed. Veel hoor je zeggen “kW per uur”. De auteur van het krantenartikel maakt een soortgelijke vergissing: “de eenheid waarin de capaciteit van een batterij wordt uitgedrukt heet milliampère per uur, afgekort mAh.”
h) Welke vergissing maakt hij?
Het woordje per in ‘milliampère per uur’ is fout. Het is maal. Er had moeten staan ‘milliampère maal uur’, of kortweg milliampèreuur. Je moet niet delen maar vermenigvuldigen.
