opgave 3Opgave 3 Zonne-energie
De energie die de zon levert ontstaat door kernfusie. Bij de mee te fusiereacties in
zon zijn wa erstofkernen betrokken. Wat
het nformatieboek BINAS. Er zijn ve
84pGeef twee van deze mogelijke fusiereacties.
Bij de fusiereacties in de zon wordt materie omgezet in stralingsen
s v n de l e 1,26 0
93pBereken het vermogen van de door de zon u tgezonden stralingsenergie.
Een zonnecel zet stralingsenergie om in elektrische energie. Sommige zakrekenmac
werken op stralingsenerg e. In figuur 5 is op ware grootte z e
De zonnecel van dit type rekenmachine werkt vanaf een verlichti
opgave 4Opgave 4 Megawatt-turbine

figuur 6 Het onderstaande artikel gaat over een windturbine. Dit is het onderdeel van een moderne windmolen dat windenergie omzet in elektrische energie. Op de foto bij het artikel wordt de windturbine omhoog gehesen. Lees het artikel. Zie figuur 6. artikel Megawatt-turbine wisselt van gedaante Op de plek waar al in 1985 de experimentele Newecs-45 windturbine stond, iets ten noor- den van Medemblik, staat sinds kort een nieuwe, de NedWind 50 met een elektrisch vermogen van 1,0 megawatt (MW). De oude windturbine werd in april gesloopt, waarna de mast werd ingekort en de nieuwe computergestuurde turbine erop werd gemon- teerd (zie foto). Rotor, turbine en mast wegen samen 150 ton. De jaaropbrengst wordt geschat op 2,3 giga- wattuur (GWh), wat voldoende is voor 870 gemiddelde huishoudens. Uit:Technisch Weekblad, juni 1995 We gaan er vanuit dat de windturbine steeds het in het artikel vermelde elektrisch vermogen levert als hij in bedrijf is. Bij te veel of te weinig wind is de turbine niet in bedrijf. Dat is ook het geval als er onderhoudswerkzaamheden verricht moeten worden.

Bereken, gebruikmakend van de gegevens in het artikel, het aantal uren per jaar dat de windturbine in bedrijf is. Berekeningen aan dit type windturbine hebben uitgewezen dat bij een windsnelheid van 16 m/s (harde wind) er per seconde 37 10 3 m 3 lucht het gebied passeert dat de wieken bestrijken. De kinetische energie van deze lucht wordt door de turbine (gedeeltelijk) omgezet in elektrische energie. De dichtheid van de lucht is 1,29 kg/m 3 .

Beschrijf het principe van het opwekken van een (wissel)spanning door een dynamo. Gebruik hierbij de begrippen fluxverandering en inductiespanning. De foto van figuur 6 is gemaakt met een camera waarvan de lens een brandpuntsafstand heeft van 40 mm. De hoogte van de mast van de turbine is 1,4 10 3 maal groter dan het beeld van de mast op het negatief. De foto bij het artikel is 3,4 maal groter dan het negatief. De hoogte van de mast op de foto is met een witte, gestreepte pijl aangegeven. Zie figuur 6.
opgave 6Opgave 6 Elektromagnetische trein

Lees het onderstaande artikel. artikel Nieuwe elektromagnetische trein rijdt over gewone rails Ingenieurs van het Sandia National Laboratory hebben Star Wars technolo- gie gebruikt om een nieuw soort magnetische trein te ontwikkelen. tische velden zetten zich af tegen de randen LOS ALAMOS – In de jaren tachtig experi- van geïsoleerde, neutrale aluminium platen, menteerde Sandia met een methode om kogels die tussen de rails zijn aangebracht. Hierdoor de ruimte in te schieten met behulp van een wordt de trein vooruit geduwd. Sensoren scha- zogenaamde ‘coil gun’. De loop van dit geweer kelen de stroom in zodra een spoel het midden bestond uit een buis omgeven door een serie van de aluminium plaat is gepasseerd. De elektromagnetische spoelen. Een elektrische stroom en dus ook het magnetisch veld wordt puls door de spoelen veroorzaakte een magne- uitgeschakeld zodra het veld de plaat verlaten tisch veld, waardoor een kogel met grote snel- heeft. heid door de buis geduwd werd. De ‘Seraphim’ trein (Segmented Rail Phased 300 km/h gemakkelijk kunnen halen. Probe- Induction Motor) werkt volgens hetzelfde ren veel sneller te gaan heeft weinig zin, omdat principe als de ‘coil gun’, maar bij de trein be- de luchtweerstand dan te groot wordt. Dit is wegen de elektromagneten en staat het metaal overigens een probleem waar alle extra snelle stil. Het basisontwerp, dat men gaat testen, is rela- tief eenvoudig. Onder aan een gewone trein Naar: Technisch Weekblad, augustus 1995

Noem één overeenkomst en één verschil tussen het principe van de werking van de ‘coil gun’ en de ‘Seraphim’ trein. In het artikel wordt de werking van de Seraphim op een wat populaire manier uitgelegd. In figuur 8 is schematisch getekend hoe de aluminium platen tussen de rails zijn aangebracht. figuur 8

De trein rijdt met een constante snelheid naar rechts. Bij het passeren van een aluminium plaat wordt door het magnetisch veld van de spoelen van de trein een inductiestroom in de plaat opgewekt. Op die inductiestroom in de plaat werkt een lorentzkracht. figuur 9 In figuur 9 is de situatie getekend op het moment dat het magnetisch veld van de spoelen juist is ingeschakeld. Het magnetisch veld is met kruisjes aangegeven. In de figuur zijn tevens de afmetingen van de plaat aangegeven. Het magnetisch veld is homogeen en heeft een grootte van 0,50 T. Er loopt een elektrische stroom van 0,18 10 6 A door de plaat tussen L en K.Voor het voortbewegen van de trein is alleen de lorentzkracht op de stroom tussen L en K van belang.

Bepaal de grootte van de lorentzkracht op de elektrische stroom tussen L en K. figuur 10 Volgens het artikel duurt een stroompuls door een spoel enkele milliseconden. De puls wordt ingeschakeld als de spoelen het midden van de plaat zijn gepasseerd. Dit is de situatie zoals weergegeven in figuur 9. De puls wordt uitgeschakeld op het moment dat het magnetisch veld de plaat verlaten heeft. Deze situatie is weergegeven in figuur 10.