energie opwekking

Bart Nijskens stelde deze vraag op 23 december 2021 om 12:16.

(dit is het vervolg op https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/12182)


Dag Theo,

bedankt voor je snelle reactie.. Ik ben gediplomeerd bakker.. Ik moet enkel deegtemperatuur, rijskastvochtigheid, oventemperatuur en baktijd kunnen 'berekenen'..

Ik heb hier echt geen koek van gegeten.. Al meerdere keren heb ik geprobeerd dit te berekenen en op internet staat zovéél.. maar geen tool om dit te berekenen.. 

Dit resultaat is nodig voor mijn onderzoek.. Ik heb een geniaal idee, maar niet de brains/kennis om dit uit te rekenen... Het antwoord kan baanbrekend zijn voor een geweldige innovatie..!!

 

Reacties

Theo de Klerk op 23 december 2021 om 12:23
Met 1.000 m neem ik aan dat je in het Nederlands 1,0 m bedoeld en niet 1,0 km? (dat komma/punt gedoe zou eens verboden moeten worden).
Bij 1 m hoogte is de zwaarte-energie m x 9,81 x 1  joule
Kinetische energie is dan 0 J
Samen dus 9,81 m  joule

Een meter lager is de zwaarte-energie m x 9,81 x 0 = 0 joule
Kinetische energie moet dan alle energie hebben, dus 9,81 m  joule
Dat is algemeen gelijk aan 1/2 m v2,  dus   1/2 m v2 = 9,81 m
Die m voor de vallende massa is  dus niet relevant (zoals Galilei lang geleden ook ontdekte, tegen de intuitie in). Blijft over:  1/2 v2 = 9,81   ofwel v =  √(2 x 9,81) = 4,43 m/s
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 12:45

Neen Theo.. Ik bedoel echt letterlijk 1000 Meter

Hier kan u zien, waarvoor het bedoeld is..:

https://www.openzone.be/bartnijskens/detail/11476

Bedankt alvast!

Theo de Klerk op 23 december 2021 om 13:20
Ik dacht aan een bakkerij - meestal maar een paar meter hoog. Een kerktoren is ook maar 100 m.

Maar je link wijst naar een schacht 1 km diep (echt?)  Maar dan stort het water aanvankelijk naar beneden en vervolgens loopt de schacht vol als het water niet meteen wordt afgevoerd. En als dat al op het diepste punt is, waarheen dan wel? Wegpompen? Dan is de gewonnen energie weer verloren in het pompen.

Maar water dat vrij kan vallen over 1 km maakt het sommetje alleen maar 1000 x groter dan bij 1 m:

1/2 v2 = 9810 joule  of v = 140 m/s
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 13:26
Bedankt Theo,

Ja, 1200 meter zelfs.. (verlaten steenkoolmijn)
En zoals vermeld in het artikel pompt de Burj Khalifa (Dubai, 826m hoog, water heel energie zuinig omhoog)

Als je de hoeveelheid water kan afstemmen op de hoeveelheid die je (zuinig) weer omhoog pompt heb je energiewinst.

Voorlopig heb ik nog geen idee, hoeveel MegaWatt of nog beter, GigaWatt geproduceerd kan worden met 9810 Joule. Dat zal waarschijnlijk afhangen van de gebruikte generator..
Theo de Klerk op 23 december 2021 om 13:46
Er valt niks zuinig op te pompen. Wat je aan energie wint door vallen verlies je weer door opstijgen. Een gewone pomp heeft daar zelfs meer energie voor nodig want hij moet ook zichzelf aan de gang houden. Een zuinige pomp heeft daar wat minder voor nodig, maar nog steeds meer dan nul.
Dus: winst bij vallen bijv. 100 J, bij oppompen - 100 J en nog eens - 10 J voor de pomp: netto 100 - 110 = - 10 J winst ofwel 10 J verlies.
Hier geldt het oude adagio in de natuurkunde: niets voor niets. Ook al blijven mensen proberen "gratis" energie te winnen in allerlei constructies die pepetuum mobiles heten maar welke geen van alle tot heden werken.

>Voorlopig heb ik nog geen idee, hoeveel MegaWatt of nog beter, GigaWatt geproduceerd kan worden met 9810 Joule. Dat zal waarschijnlijk afhangen van de gebruikte generator..

Hier gooi je ook wat dingen door elkaar.  9810 J is een hoeveelheid energie (zoals een hoeveelheid meel). Dat kun je niet in watt uitdrukken, want dat is energie per seconde (of hoeveelheid meel per seconde als het constant wordt aangevoerd). Dan is er een bron die constant energie levert. Als bijv. 100 kg water per seconde 1 km dieper beneden aankomt, dan levert dat elke seconde 100 x 9810 J op. Da's leuk, maar die 100 kg water die er elke seconde bijkomt moet wel weggehaald worden om ruimte te maken voor de volgende 100 kg. Na 10 seconden heb je dan 10 x 100 = 1000 kg water en daarmee 1000 x 9810 J gekregen. Maar het kost evenveel energie (en meer door een pomp!) 
om dat weer af te voeren. En 9810 x 1000 J in 10 seconden zou dan een vermogen zijn van 981 000 W (ofwel J/s) = 981 kW
Watercentrales waar men vanuit een stuwdam water naar beneden laat vallen, leveren energie op (maar niet als dat water weer terug het stuwmeer ingepompt zou worden).  Die energie komt "gratis" van de zon: die warmt zeewater op, dat verdampt tot wolken, die regenen leeg boven het stuwmeer en daarna tappen wij die zonne-energie weer af door het water te laten vallen.
Ook hier is weer niks voor niks: als de zon ineens uitgeschakeld zou kunnen worden dan verdampt er niks meer, loopt het stuwmeer leeg en is het afgelopen met energie-opwekking. We zien het alleen als "voor niks" omdat de zon niet door iemand betaald wordt en het nog wel 4 miljard jaar uithoudt op de huidige manier. Dus zonnepanelen, windturbines (lucht beweegt ook door opwarming door de zon), watercentrales... zolang de zon zelf "betaalt" hebben wij "gratis" energie.
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 13:53
Ik ben alleen maar de ideeën-man.. de uitwerking laat ik aan anderen.. 😏

Elon Musk heeft ook al veel bewezen wat 'onmogelijk' zou zijn.. 😎
Theo de Klerk op 23 december 2021 om 14:12
Ideeen hebben is ook prima - al zijn niet alle ideeen even zinvol in de praktijk. Of zelfs onmogelijk.

En Elon Musk heeft nog niets bewezen wat onmogelijk is. Hooguit iets gepresteerd dat anderen voor technisch onhaalbaar achtten. In de 18e eeuw was een rekenmachine een complex geval - en voor "programma's" zelfs onhaalbaar. Tegenwoordig doen we dat op de simpelste telefoon.

Maar er zijn een aantal voldongen feiten waar we niet aan voorbij kunnen. Een ervan is dat energie behouden blijft. Het kan wel van vorm veranderen (elektrisch, thermisch, nucleair e.d.) maar alle vormen samen blijven dezelfde hoeveelheid energie.

Dus... je idee van vallend water is prima (en al in gebruik bij waterkrachtcentrales) maar het (zuinig) oppompen doet dat dan weer teniet. Da's jammer, maar waar. De hele eco-strijd van de laatste decennia heeft geen simpele oplossing.
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 15:36

Beste Theo, ten eerste bedankt voor uw berekeningen en tweede ook zeker wel voor uw opbouwende kritiek.. Dat is ook iets wat niet iedereen meester is..!

Van bestaande waterkrachtcentrales was ik op de hoogte.. Mijn gedacht was, een mijnschacht is van grotere 'hoogte' dus meer energie.. maar niet alle waterkrachtcentrales pompen hun water terug omhoog..

Ik wist ook van transfo's in auto's om van 12V naar 240V te gaan.. dus ik dacht... je weet wel.. maar ik ben dan ook geen electricien.. 

Voorlopig terug naar de tekentafel dan voor een beter idee.. haha! ;-) 

Theo de Klerk op 23 december 2021 om 15:47
> transfo's in auto's om van 12V naar 240V te

Maar ook hier geldt hetzelfde: energie erin = energie eruit (of minder omdat een deel in warmte verloren gaat). En als je dat per tijdsinterval bekijkt dan heb je het over vermogen erin = vermogen eruit.  In elektrische situaties is vermogen P = U I  (spanning x stroomsterkte).
Dus bij een accu kun je van 12V naar 240 V gaan (20 x hoger) maar dan wordt tegelijk de stroomsterkte 20x kleiner. Zo blijft het vermogen hetzelfde.
Daarom heb je ook las trafo's die een hele grote stroom nodig hebben (en dus de 240 V uit het lichtnet omzetten daar 12 V zodat 1 A uit het lichtnet 20 A voor het lassen wordt) en omgekeerd (schrikdraad heeft hoge spanning maar heel kleine stroomsterkte). 

Ik ken trouwens geen onderdeel in de auto dat 240 V gebruikt. 
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 16:00
Theo de Klerk op 23 december 2021 om 16:12
Die omvormer zorgt dat auto-onderdelen die 12V verwachten, ook op 240 V kunnen worden aangesloten (dwz de omvormer maakt daar 12V van - ik las (misschien ten onrechte) dat in een auto  onderdelen zaten die op 240 V zouden werken).

En de ingenieur heeft het ook niet helemaal begrepen:
>De kabels worden elektrisch bekrachtigd om betonblokken omhoog te hijsen en op elkaar te stapelen. Zo wordt elektriciteit omgezet in kinetische energie en opgeslagen.

Ophijsen geeft meer zwaarte-energie. Niet kinetisch (=beweging). En dit is niet anders dan de manier waarop zonne-energie via verdamping uiteindelijk leidt tot volle stuwmeren. Dat water heeft ook een grotere zwaarte-energie dan het riviertje beneden. Dat verschil (althans een groot deel ervan) in energie wordt in de waterkracht centrale van het water afgenomen en omgezet in elektrische energie. In principe hetzelfde als eerst overtollige energie benutten om iets op te hijsen, en als je energie nodig hebt, laat je het via zakken weer vrijkomen.
Alleen gaat hijsen en zakken beide met "verlies" gepaard omdat de machines die erbij gebruikt worden zelf ook energie gebruiken: hun rendement is lager dan 100%.

De discussie om zonnepanelen-energie in de zomer in batterijen op te slaan en 's winters te gebruiken valt in dezelfde categorie. Opslaan gaat met (stel) 60% efficiency (40% "verdwijnt" in andere zaken), aftappen geeft weer 60% efficiency zodat van die  100% energie uit de panelen uiteindelijk maar 0,6 x 0,6 = 0,36 ofwel 36% nuttig gebruikt wordt. Daar is dus nog wel een grote slag te slaan door die efficientie te verhogen naar bijv 90%  (dan houd je 81% over ipv 36%).
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 16:45
Ik vraag me nu toch wel af wat jouw studiegebied/werkgebied is.. want uw uitleg klinkt me toch goed onderlegd..

Er moet toch een andere groene manier zijn dan de bestaande om elektriciteit op te wekken/ op te slaan.. 😐
Theo de Klerk op 23 december 2021 om 16:53
Ik heb ooit eens natuurkunde gestudeerd aan de UvA. En daarna getracht dit op leerlingen in havo/vwo over te brengen. Met wisselend succes.

En energie opslaan kan. Alleen (en de 2e "wet" van de thermodynamica stelt dit): bij elke omzetting gaat een hoeveelheid verloren aan toenemende wanorde/entropie. Je kunt geen 100% opslag doen.
Momenteel lijkt het een beetje op banken. Jij spaart geld en zij romen er een deel vanaf voor zichzelf vanwege "gemaakte kosten". Dat geld ben je dus kwijt. Ditto met energie opslag. Een deel verdwijnt in warmte/wanorde. Reden waarom men soms zegt "een warmtedood van het heelal". Uiteindelijk zal alle energie in warmte/wanorde zijn omgezet en is niks meer bruikbaar. Gezien de grootte van het heelal moet je van "warmte" niet teveel voorstellen: dat zal enkele kelvin zijn (-270 graden celsius of nog kouder. Maar warmer dan het absolute nulpunt -273,15 graden celsius)
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 17:09
Een expert in natuurkunde dus! 

Men kan alleen maar respect opbrengen voor mensen die zich verdiepen in zulke materie. Zoiets is niets voor mij, maar iemand moet het doen.. 

Ze zijn nu bezig met kernfusie.. 3.000.000°C ... 

Ik kan maar niet begrijpen hoe die machine niet wegsmelt..

En CERN in Zwitserland is dan altijd zoveel graden onder 0.. 

Zoveel onbekends nog.. en dan heb je nog de quantum theorie/technologie.. 

En dat terwijl men in de jaren 1920 dacht dat men alles van natuurkunde ontdekt had..
Theo de Klerk op 23 december 2021 om 17:27
>Zoiets is niets voor mij, maar iemand moet het doen.. 
En zo ben ik niet erg goed in brood bakken laat staan gingerbreadman Amerikaanse cookies...

>Ik kan maar niet begrijpen hoe die machine niet wegsmelt..
Da's ook weer zo'n misverstand waarbij temperatuur en warmte vermengd worden.
Temperatuur is niks anders dan een maat voor de snelheid van gasdeeltjes. Dus zelfs een "gas" van 1 deeltje heeft een temperatuur. De temperatuur hangt samen met de snelheids (=kinetische) energie van een deeltje.  1/2 mv2 komt dan overeen met 3/2 kT (k = constante van Boltzmann, T de absolute  temperatuur, begint bij 0 K = - 273 graden celsius)
Een van de fake-news items die ik regelmatig tegenkom is dat we nooit op de maan hebben kunnen komen omdat de temperatuur hoog in de atmosfeer zo hoog is, dat een raket zou smelten.  Het klopt dat de temperatuur zo hoog is op 100 km hoog, maar er zijn maar een paar honderd gasdeeltjes daar en die slaan op een raket (die niet 102 maar 1024 deeltjes  heeft) geen deuk in een pakje boter. De raket smelt dus niet: het is alsof pingpong ballen op de raket kaatsen. Elk van die gasdeeltjes heeft een hoge snelheid en dus een hoge temperatuur, maar de totale energie van die deeltjes bijeen is bijna nul komma niks.
Dus bij kernfusie hebben de paar deeltjes die men probeert te fuseren (het is in een bijna vacuum) wel een bijna lichtsnelheid en daardoor elk een hoge energie/temperatuur die correspondeert met miljoenen kelvin,  maar alle andere deeltjes (de tokamak waarin ze ronddraaien) hebben een kamertemperatuur of veel lager. Niks aan de hand. 

Je opmerking over 1920 klopt wel - al werd die rond 1900 gemaakt. Afgezien van twee wolkjes was de natuurkunde wel "af". Die wolkjes bleken tornado's te zijn: relativiteit en quantum mechanica. Die hebben de klassieke wereld nogal op hun kop gezet. De laatste kom je overal tegen in halfgeleiders (chips, mp3 spelers, telefoons, computers - de wereld kan niet meer zonder), de eerste is wat meer een "ver van mijn bed" show maar uit zich o.m. door de GPS satellieten voor positiebepaling. Om dat te kunnen moeten ze exact gelijklopende klokken hebben en synchroniseren met klokken op aarde. En klokken op aarde lopen langzamer dan hoger (verder weg van de aarde). Daar wordt steeds voor gecorrigeerd anders zou positiebepaling al snel meters tot kilometers naast de echte positie komen.
Helaas is het ook zo dat die "moderne" natuurkunde van 1900-1930 inmiddels ook al weer een eeuw oud is en er niet veel compleet nieuwe gebieden gevonden zijn. Wel snappen we die twee "nieuwe" terreinen steeds beter.
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 17:48
> Temperatuur is niks anders dan een maat voor de snelheid van gasdeeltjes..

Dus in de zomer.. de snelheid van de (zuurstof?)-gasdeeltjes maakt het zo warm? 🤔

En van die dampkring.. onlangs een sonde in de dampkring van de zon geraakt.. geweldige foto's opgeleverd al.. al denk ik wel dat ie het niet lang gaat overleven..

Ik ben wel gediplomeerd bakker, maar ik werk niet meer in de bakkerij. Ik heb ook bijna 10j in de glassector gewerkt. Een interessant weetje voor u misschien: 
1m²x1mm= 2,5kg glas.. 

Momenteel ben ik me aan het omscholen naar accountant.. Onderstaand kan je een formularium vinden waarmee wij werken.. dat is echt mijn limiet qua formules.. die met 'log' moeten nog komen, maar gewoon het woord schrikt me al af..

Voor u waarschijnlijk nog simpele formules.. 😏

Ook nog een fact over George Dantzig, die u misschien wel kent.



Theo de Klerk op 23 december 2021 om 18:20
Het verhaal van George Danzig lijkt een beetje op de film "Good Will Hunting" met Robin Williams en de George-equivalent Matt Damon.
Ach formules... het gaat al mis met ouders  die tegen kinderen zeggen "wiskunde is heel moeilijk". Wel nee. Gewoon nadenken en niet afschrikken door formules. Die stellen niks voor - alleen een handige compacte wijze van opschrijven. En gebruiken van formules: getallen invullen in plaats van letters en bij "herschrijven" komt 1e en 2e klas wiskunde handigheid te pas. Maar moeilijk... nee. Alleen als je dat al vindt voordat je het geprobeerd hebt. Net als brood bakken: iedereen kan het, maar niet iedereen durft het of weet hoe je het moet doen. Als je dat geleerd hebt, doe je het. Natuurkunde of wiskunde is niet anders. Het begint met er zonder vooringenomen idee van "moeilijk" er eens aan te beginnen. En interesse helpt enorm!
Bart Nijskens op 23 december 2021 om 21:29
Ja, daar heeft u wel een punt.

Ik zie dat u ook moderator of admin bent, we waren wel wat afgeweken eh.. 😏

Het was zeker interessant om het eens met een expert te hebben hierover, maar u heeft me toch niet veel warmer gekregen voor natuurkunde, haha! 

Ieder zijn vak zeker eh? 😉

Ik wil u nogmaals bedanken en alvast geweldig fijne feestdagen toewensen, in hoeverre dat tegenwoordig ook gaat..

☝️ Sfeer maak je zelf, zegt men wel eens.. 

Misschien nog een leuke afsluiter.. 😉

Theo de Klerk op 24 december 2021 om 12:09
Ik zag dat ik nog een vraag oversloeg:
>Dus in de zomer.. de snelheid van de (zuurstof?)-gasdeeltjes maakt het zo warm? 🤔

Eigenlijk wel. De zon straalt energie op aarde. De grond en lucht nemen dit op. Daardoor gaan bij beide de moleculen sneller bewegen. De grond zet ook uit (dat zie je door klemzittende bruggen en verbuigende railstaven en trillende lucht boven de grond). Lucht heeft meer bewegingsvrijheid en alle gasmoleculen bewegen sneller rond. Bij botsing op je huid dragen ze een deel van die bewegingsenergie aan je over: je huid wordt warmer (ook door rechtstreeks zonlicht te absorberen, maar onder een parasol is het wel koeler (geen zonlichtabsorptie) maar is de lucht nog steeds van hoge temperatuur (=deeltjessnelheid).
"warm" en "temperatuur" zijn 2 heel verschillende zaken. Temperatuur is een maat voor de snelheid van deeltjes (en daarmee van hun energie). Warmte is de som van de energie van alle deeltjes.
Zo kan de lucht 80 graden zijn (sauna) en kun je dit goed verdragen: de energie van de luchtdeeltjes afzonderlijk is groot maar hun aantal is beperkt en de overdracht op je huid ook: maar genoeg om te gaan zweten. Maar in 80 graden water is de energieoverdracht veel te groot: je verbrandt. Domweg omdat 1 gram water een kubusje van 1 cm3 is en 1 gram waterdamp (stoom na 100 graden celsius) een vele malen groter volume heeft: de "energiedichtheid" (J/cm3 of J/m3) is zo'n 1000 maal kleiner.

En over "criminals": er zijn leraren bij wie je in slaap valt en bij wie je aan de lippen hangt. Maar dat hangt ook erg af van de leerling. Bij blijvende disinteresse (om welke reden ook) is het trekken aan een dood paard. Dan helpen de strapatsen van Lewin c.s. ook niet.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft negen appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)