Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Elektrische stroom is een werkman Elke dag maken we gebruik van elektriciteit. Door elektriciteit kan een lamp branden, kan de tv beelden leveren, … Elektriciteit is een belangrijke werkman geworden in ons dagelijks leven. Elektrische stroom levert arbeid. Deze arbeid is afhankelijk van verschillende factoren. Bij het uitvoeren van deze proef gaan we onderzoeken welke factoren nu een invloed hebben op de arbeid.
Deel 1: Elektrische arbeid en stroomsterkte Wat gaan we onderzoeken? •
Wat is de relatie tussen de elektrische arbeid en de stroomsterkte, bij constante spanning en tijdsduur?
Wat hebben we nodig? • • • • •
CBL 2, TI-83 plus Sensoren: Stroomsensor, spanningssensor Snoeren, krokodillenklemmen Regelbare spanningsbron 3 lamphouders met lampje.
Hoe gaan we te werk? Proefopstelling •
Stel de proef op zoals voorzien in onderstaand schema. Hou rekening met de polariteiten!
V
A CBL 2 TI - 83
Pagina 1 van 8
Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Metingen Wat?: De stroomsterkte bij een constante spanning terwijl we het aantal lampjes veranderen. Voorbereiding: • Plug de spanningssensor in CH1 en de stroomsensor in CH2 van de CBL 2. • Sluit de CBL 2 aan op de TI-83 plus. Voorbereiding op de rekenmachine: • Schakel je rekenmachine in en start het 3:DATAMATE programma via APPS. • Kies in het hoofdprogramma voor 1:SETUP. • Kalibreer de sensoren op nul via 3:ZERO. • Kies in het volgende menu voor beide sensoren en druk op ENTER. • Kies 1:SETUP, ga dan naar Mode en druk op ENTER. • Kies voor 3: EVENTS WITH ENTRY uit het SELECT MODE menu. • Kies voor OK om in het hoofdmenu terecht te komen. Meting: 1. Kies voor 2:START in het hoofdmenu. 2. Draai de lampjes los. De keten is nu open. Regel de spanning zodanig dat de SPANNINGSSENSOR 3,0 V aanduidt. 3. Druk op ENTER om je meetwaarde (I) op te slaan. 4. Geef het aantal lampjes die in parallel zijn geschakeld in (=0 voor eerste meting!) . 5. Draai één lampje meer vast. 6. Herhaal stap 1 t.e.m. 5. 7. Druk STOÎ om het experiment te stoppen. 8. Ga terug naar het hoofdmenu en kies 1:SETUP. 9. Kies 4:SAVE/LOAD en typ de gewenste naam in, sluit af met ENTER.
Verwerking van de meetresultaten We gaan de gegevens nu opstellen in een lijst via onze TI-83 plus. • • • • • •
Kies 1:SETUP en daarna 4:SAVE/LOAD. Kies 2:LOAD EXPERIMENT. Kies uit deze lijst de gewenste opgeslagen gegevens (naam : zie 9 bij meting). Kies 6:QUIT en druk hierna op ENTER. Druk STAT en vervolgens 1:EDIT. Je ziet nu twee kolommen: in de eerste het aantal in parallel geschakelde lampjes, in de tweede de stroomsterkte. Vul deze gegevens nu ook in onderstaande tabel (2 beduidende cijfers):
Pagina 2 van 8
Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Aantal lampjes 0 1 2 3
U(V) 3,0 3,0 3,0 3,0
I(A) 0 0,26 0,46 0,62
Wat kunnen we besluiten? 1. Welke grootheid hielden we tijdens deze proef constant? De spanning bleef tijdens deze proef constant. 2. Eén lampje laten branden, is één prestatie, twee lampen laten branden is dus een dubbele prestatie, … Waarvan is in deze proef de totale prestatie, ook wel elektrische arbeid genoemd, afhankelijk? Bij deze proef gaat de elektrische arbeid afhankelijk zijn van het aantal in parallel geschakelde lampjes. 3. Is er enig wiskundig verband tussen de totale prestatie of arbeid en de stroomsterkte. De arbeid is recht evenredig met de stroomsterkte. W~I
Een woordje uitleg … Als we de lampjes laten branden (per twee of drie), dan zien we dat de lampjes even lang samen branden. Dus kunnen we zeggen dat de tijdsduur (∆t) constant is. Dus: Bij een constante spanning en tijdsduur is de geleverde arbeid recht evenredig met de stroomsterkte. Uit dit experiment kunnen we dit afleiden: U = Cte ∆t = Cte
W~I
Pagina 3 van 8
Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Deel 2: Elektrische arbeid en spanning Wat gaan we onderzoeken? •
Wat is de relatie tussen de elektrische arbeid en de spanning, als we een constante stroomsterkte en tijdsduur hebben?
Wat hebben we nodig? • • • • •
CBL 2, TI-83 plus Sensoren: Stroomsensor, spanningssensor Snoeren, krokodillenklemmen Regelbare spanningsbron 3 lamphouders met lampje.
Hoe gaan we te werk? Proefopstelling •
Stel de proef op zoals voorzien in onderstaand schema. Hou rekening met de polariteiten!
V
A CBL 2 TI - 83
Pagina 4 van 8
Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Metingen Wat?: De spanning bij een constante stroomsterkte terwijl we het aantal lampjes veranderen. Voorbereiding: • Plug de spanningssensor in CH1 en de stroomsensor in CH2 van de CBL 2. • Sluit de CBL 2 aan op de TI-83 plus. Voorbereiding op de rekenmachine: • Schakel je rekenmachine in en start het 3:DATAMATE programma via APPS. • Kies in het hoofdprogramma voor 1:SETUP. • Kalibreer de sensoren op nul via 3:ZERO. • Kies in het volgende menu voor beide sensoren en druk op ENTER. • Kies 1:SETUP, ga dan naar Mode en druk op ENTER. • Kies voor 3: EVENTS WITH ENTRY uit het SELECT MODE menu. • Kies voor OK om in het hoofdmenu terecht te komen. Meting: 1. Kies voor 2:START in het hoofdmenu. 2. Draai één lampje vast en geef een spanning van 2V. Meet de stroomsterkte. 3. Druk op ENTER om je meetwaarde op te slaan. 4. Geef het aantal lampjes die in serie zijn geschakeld in. 5. Draai het tweede lampje vast. 6. Drijf de spanning op totdat je dezelfde stroomsterkte bekomt als in stap 2. 7. Druk op ENTER om je meetwaarde op te slaan. 8. Geef het aantal lampjes die in serie zijn geschakeld in. 9. Draai het derde lampje vast en herhaal stap 6 t.e.m. 8. 10.Druk STOÎ om het experiment te stoppen. 11.Ga terug naar het hoofdmenu en kies 1:SETUP. 12.Kies 4:SAVE/LOAD en typ de gewenste naam in, sluit af met ENTER.
Pagina 5 van 8
Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Verwerking van de meetresultaten We gaan de gegevens nu opstellen in een lijst via onze TI-83 plus. • • • • • •
Kies 1:SETUP en daarna 4:SAVE/LOAD. Kies 2:LOAD EXPERIMENT. Kies uit deze lijst de gewenste opgeslagen gegevens. (naam : zie 12 bij meting). Kies 6:QUIT en druk hierna op ENTER. Druk STAT en vervolgens 1:EDIT. Je ziet nu drie kolommen: in de eerste het aantal in serie geschakelde lampjes, in de tweede de spanning en in het derde de stroomsterkte. Vul deze gegevens nu ook in onderstaande tabel (3 beduidende cijfers): Aantal lampjes 1 2 3
U(V) 2,13 4,10 6,40
I(A) 0,26 0,26 0,26
Wat kunnen we besluiten? 1. Welke grootheid hielden we tijdens deze proef constant? De stroomsterkte bleef tijdens deze proef constant. 2. Waarvan is in deze proef de totale prestatie afhankelijk? De totale prestatie in deze proef is afhankelijk van de grootte van de spanning. 3. Wat is het wiskundig verband tussen de totale prestatie of arbeid en de spanning. De arbeid is recht evenredig met de spanning. W~U
Pagina 6 van 8
Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Een woordje uitleg … Bij een constante stroomsterkte en tijdsduur is de geleverde arbeid recht evenredig met de spanning. Uit dit experiment kunnen we dit afleiden: I = Cte ∆t = C
te
W~I
Pagina 7 van 8
Wetenschappelijk werk: Elektrische stroom is een werkman ----------------------------------------------------------------------------
Samenvatting: We nemen aan en spreken af dat arbeid rechtsevenredig is met de tijdsduur. We noteren: I = Cte U = Cte
W ~ ∆t
Elektriciteit is dus ook recht evenredig met de tijdsduur. De elektriciteitsmaatschappij laat je ook dubbel betalen voor een lamp die 2 uur brandt in vergelijking met een lamp die slechts 1 uur brandt Uit deel 1:
U = Cte ∆t = Cte
Uit deel 2:
I = Cte ∆t = C
te
W~I
W~U
We weten dat: I = Cte te
W ~ ∆t
U=C
Uit wat voorafgaat blijkt nu dat het product I . U. ∆t een maatstaf is voor de elektrische arbeid. Daarom maken we nu de volgende afspraak: W = I . U. ∆t
Pagina 8 van 8
