Uitwerkingen VWO deel 1 H2 (t/m par. 2.5) 2.1 Inleiding 1.
a) Warmte b) Magnetische Energie c) Bewegingsenergie en Warmte d) Licht (stralingsenergie) en warmte e) Stralingsenergie
2.
a) Spanning (Volt), Stroomsterkte (Ampère) en weerstand (Ohm) b) Spanningsmeter en stroommeter c) Batterij, Dynamo, Generator, Accu d) Meegeven van elektrische energie aan rondstromende lading. e) Twee batterijen van 1,5 (V) in serie (achter elkaar) zetten.
3. A
4.
De waterstraal wordt naar de balpen of geodriehoek toegetrokken.
5.
Kijk op de site.
2.2 Elektrische lading 6.
a) Heel veel (honderdduizenden) b) Evenveel als er stoffen zijn, dus ook honderdduizenden. c) Ongeveer honderd (zie Binas tabel 99) d) Cu e) 29 f) Dat er evenveel positieve als negatieve lading aanwezig is.
7.
a) Een ion is een atoom met een overschot of tekort aan elektronen. b) De kleinste lading die in de vrije natuur voorkomt, dus 1,6.10-19 C. c) 9,1.10-31 kg. d) 29 . -1,6.10-19 = - 4,65.10-18 C e) Die moet even groot maar positief zijn om het gehele atoom neutraal te maken.
8.
a) 0,46 A betekent 0,46 C per seconde. b) De elektronen stromen in de tegenovergestelde richting als 'de stroom' I c) I = Q/t dus t = Q/I = 23.10-3 / 0,46 = 0,050 s = 50 ms
9.
a) De papiersnippers worden door de kam aangetrokken b) Een gewreven kam oefent een elektrische kracht uit op papiersnippers. c) Bliksemflitsen
10.
a) Definitie II is goed anders zou de isolator gelijk aan jou de lading afstaan.
Definitie I is fout, want niet geladen is niet correct. Je kunt lading op een isolator aanbrengen. b) Een geleider is een stof die gemakkelijk lading door kan geven. 11.
a) Q = I t = 65.10-3 . 10 = 0,65 C b) Twee keer zoveel tijd, dus ook twee keer zoveel lading ofwel 1,30 C. c) I = Q/t = 1,2.10-3 / 30.10-3 = 0,040 A. d) 1,2 mC = 1,2.10-3 / 1,6.10-19 = 7,5.1015 elektronen (elk elektron heeft een lading van -1,6.10-19 C. De min duidt slecht op een teken en kan dus bij berekening worden weggelaten).
12.
a) De schijf gaat sneller draaien als je meer apparaten inschakelt. b) Bij een hoger vermogen zal de schijf ook sneller draaien. c) Geen verandering te zien.
13.
a) Anders zou de lading via je hand naar de grond stromen. b) De lading van het voorwerp wordt kleiner, want er gaat lading naar de elektroscoop. c) Nee, zowel bij positieve als negatieve lading zal de elektroscoop uitslaan.
2.3 Elektrische Energie en Vermogen 14.
a) Een tijdsduur. b) Een tijdsduur. NB: In de meeste natuurkunde formules bedoelt men met t een tijdsduur. Beter zou zijn te noteren 't' maar dit wordt vaak weggelaten.
15.
a) De eenheid voor elektrische energie in huis is kWh omdat dat een makkelijker hanteerbare eenheid is. Berekeningen in J leveren al snel hele grote getallen op. b) Totale verbruik is 4,1 + 33,5 + 1,7 + 21,0 + 32,5 = 92,8 miljard kWh. In huis wordt verbruikt 21,0 miljard kWh dus dat is 21/92,8 . 100% = 23%
16.
€ 8,- komt overeen met € 8 / € 0,16 per kWh = 50 kWh. 20 lampen van 60 W verbruiken dus 20.60 = 1200 W = 1,2 kW Met E=P.t volgt t = E / P = 50 kWh / 1,2 kW = 42 h.
17.
a) Eel = Pel . t b) [Pel] = [U] [I] = V.A ofwel voltampère. Deze zie je trouwens ook wel eens op elektrische apparaten staan in plaats van W. Maar 1 W = 1 VA dus dat maakt niet uit.
18.
a) 17 W b) Dat is evenveel, dus 17 W ('Er blijft geen energie achter in het apparaat') c) E = P . t = 0,017 kW . 2,0 = 0,034 kWh (=3,2.10-2 kWh) d) 0,034 . 3,6.106 = 1,2.105 J e) -
19.
a) Die is altijd 230 V b) P = U . I dus I = P / U = 18 / 230 = 0,078 = 78 mA
20.
a) Aantal uren in een week = 7 . 24 = 168 uren. Per uur staat hij 10 minuten aan dus in totaal 168 . 10 = 1680 minuten = 28 h. Dus E = P t = 1,5 kW . 28 h = 42 kWh.
b) 1 kWh = 3,6 MJ dus 42 kWh = 42 . 3,6 MJ = 1,5.102 MJ. 21.
a) Hoeveel elektrische energie deze deken per seconde omzet in warmte. b) 85% van de verbruikte elektrische energie wordt omgezet in de nuttige warmte. c) 85% van 150 W = 0,85 . 150 = 127,5 = 1,3.102 W.
22.
a) De spanning van de batterij is veel te laag, daardoor zal de stroomsterkte door de lamp veel te laag zijn en dus gaat de lamp niet branden (de gloeidraad gloeit niet). b) De stroomsterkte zal nu door de hoge spanning zo groot zijn dat het lampje doorbrandt.
23.
a) Modem, monitor, videorecorder, dvd-speler, magnetron, etc. b) 320 kWh / 3,0.103 kWh . 100% = 11% c) 320 . € 0,16 = € 51,20
24.
a) E = 2,7 . 9,8 = 26,46 J = 26 J b) P = 800 W/m2 . 0,21 m2 = 168 W = 1,7.102 W c) P = E/t dus t = E/P = 26,46 / 168 = 0,16 s d) Het nuttige vermogen is 4,8% van 168 W = 0,048.168 = 8,064 W. Dus t = E/P = 26,46 / 8,064 = 3,3 s.
25.
a) Warmte b) Het elektrisch vermogen is P = U I = 500 . 22 = 11000 W. Het stralingsvermogen (nuttige deel) is dus 0,7 % hiervan = 0,007 . 11000 = 77 W. E = P . t = 77 W . 1,2 s = 92,4 J = 9 . 101 J. c) 92,4 / 3,6.106 = 3.10-5 kWh.
2.4 Spanning en stroomsterkte 26.
a) Oppervlakte, m2. b) Ampère, Stroomsterkte c) Spanning, Volt d) Volume, m3 e) Volt, Spanning
27.
Bij een I,U diagram staat de I verticaal en de U horizontaal en bij het U,I-diagram andersom.
28.
a) A b) Eén extra snoer nodig om de ampèremeter aan te sluiten. c) V
d) Twee extra snoeren nodig om de voltmeter aan te sluiten.
29.
De gloeidraad zal warmer worden naarmate de stroom toeneemt en daardoor zullen de metaalionen in de draad meer trillen en daardoor kunnen de elektronen er moeilijker doorheen. De weerstand van de draad is dus niet constant, maar wordt groter naarmate de stroomsterkte toeneemt.
30.
Inge, want op de beide kanten van de schakelaar staat dan wel 230 V spanning.
31.
A1 en A3 zijn fout, want ampèremeters moeten in serie staan. V3 staat fout, want een voltmeter moet parallel staan. V2 is overbodig want deze meet hetzelfde als V1
32.
De wetenschapper, de eenheid van weerstand, de formule van Ohm, de wet van Ohm en het begrip 'ohmse weerstand'.
33.
a) De wet van Ohm luidt: 'Spanning en stroomsterkte zijn recht evenredig' (ofwel de weerstand is constant) en de formule van Ohm geeft de definitie van weerstand: R=U/I b) Voor de constantaandraad en de koolstofweerstand c) Voor alle componenten.
34.
a) R = U / I = 3,5 / 0,28 = 12,5 = 13 b) De spanning is 2 maal zo groot, dus de stroomsterkte ook, dus 0,56 A.
35.
Ze hebben een verschillende weerstand en daardoor ook een andere stroomsterkte. De hoeveelheid licht wordt bepaald door de stroomsterkte.
36.
a) R = U / I = 230 / 0,52 = 442 = 4,4.102 b) U = I . R = 330.10-3 . 12,6 = 4,2 V c) I = U / R = 12 / 2,4.103 = 0,0050 A = 5,0 mA
37.
Als je S sluit zie je alleen groen want lampje R is kortgesloten en er zal dus geen stroom meer kiezen voor lampje R en de hele stroom gaat door de gesloten schakelaar.
38.
a)
b) R = U / I = 4,4 / 63.10-3 = 70
39.
40.
a) Bij 230 V is de stroomsterkte 0,26 A dus P = U I = 230 . 0,26 = 59,8 = 60 W b) I = 0,25 A dus R = U/I = 200 / 0,25 = 800 = 8,0.102 . c) I = 0,18 A dus R = U/I = 100 / 0,18 = 555 = 5,6.102 . d) Bij halveren van de spanning zou bij een gelijkblijvende weerstand de stroom ook halveren. Maar omdat de lamp minder warm wordt zal de stroom die je meet groter zijn dan je verwacht en dus is de stroomsterkte meer dan de helft. e) I = 0,95 A en dat is meer dan de helft van 0,18 A.
2.5 De weerstand van metalen draden 41.
Het is nummer 74 van het periodiek systeem, dus bestaat uit 74 elektronen rond de kern en in de kern zitten 74 protonen.
42.
a) A = r2 b) A = r2 = . 1,002 = 3,14 cm2. ( r = de straal = de helft van de diameter).
43.
a) Cu = 17.10-9 m (Let op: soortelijke weerstand en dichtheid hebben dezelfde afkorting maar betekenen iets totaal anders !!!) b) 17.10-9 = 1,7.10-8 c) 17.10-5 = 1,7.10-4 d) 17.10-3 = 1,7.10-2 e) 17
44.
a) R = l/A = 105.10-9 . 3,2 / 0,12.10-6 = 2,8 . b) Uit R=l/A volgt: l = RA = 3,2 . . (0,06.10-3)2 / 1,10.10-6 = 3,3.10-2 m c) Uit R=l/A volgt: A =l/R = 16.10-9 0,80 / 20.10-3 = 6,4.10-7 m2 en A=r2 dus r = 4,5.10-4 m dus diameter = 2r = 9,0.10-4 m
45.
a) Bij een spanning van 5,0 V hoort een stroom van I = U/R = 5,0/20 = 0,25 A. De grafiek is een rechte lijn door (0 V,0 A) en (5 V, 0,25 A). b) De helling is I/U = 0,25/5,0 = 0,05 A/V c) Dit is een rechte lijn door (0 A, 0 V) en (0,25A, 5,0V). d) De helling nu is U/I = 5,0/0,25 = 20 V/A e) De tweede grafiek, dus het (U,I)-diagram
46.
a) A = r2 = .(0,09.10-3)2 = 2,54.10-8 m2 en R = l/A = 17.10-9.0,60 / 2,54.10-8 = 0,40 b) In het algemeen zal de weerstand van een aansluitsnoer veel kleiner zijn dan van het apparaat dat je aansluit (zelfs als je twee aansluitsnoeren neemt voor heen- en terugweg). c) V = A.l = 2,54.10-8.0,60 = 1,524.10-8 m3 dus m=V = 8,96.103.1,524.10-8 = 1,4.10-4 kg.
47.
a) Als de spanning toeneemt zal ook de stroomsterkte toenemen. b) Een gloeidraad in een gloeilamp is van een metaal (wolfraam) waarin de ionen sneller gaan bewegen naarmate de temperatuur stijgt. De elektronen kunnen er dan moeilijker doorheen (de 'stroom'), dus de weerstand is groter. c) Bij een gloeilampje krijg je een stijgende lijn in het R,U-diagram en bij een ohmse weerstand een horizontale lijn (R blijft gelijk)
48.
a) R = U/I = 3,0 V / 8,0 A = 0,375 . De doorsnede A = r2 = (0,25.10-3)2 = 1,96.10-7 m2 Uit R = l/A volgt = RA/l = 0,375 . 1,96.10-7 / 0,70 = 1,05.10-7 m b) In Binas ijzer = 105.10-9 m = 1,05.10-7 m dus het zal wel ijzer zijn. Platina zou ook nog kunnen, maar dat is wel kostbaarder. c) De lengte wordt twee keer zo klein (dus R 2x zo klein), de doorsnede echter 2x zo groot (dus daardoor ook R 2x zo klein). De totale R zal dus 4 x zo klein zijn, dus de stroomsterkte 4 x zo groot ofwel 32 A.
49.
Hoeft (nog) niet.
50.
a) Zie figuur 2.38 op blz. 71 van het boek. b) Als een van de draden stuk gaat, zal de stroom door de andere draden gaan, die gewoon warm worden. Behalve natuurlijk als de aanvoerdraad kapot gaat. Dan doet de hele verwarming het niet meer.
