Het maakt bij een lamp niet uit vanaf welke kant de stroom komt, dus als je de spanningsbron omdraait brandt de lamp ook

1 Elektriciteit Elektrische schakelingen en energiegebruik | Havo

Uitwerkingen basisboek 1.1 INTRODUCTIE 1

[W] Sluipgebruik van elektrische apparaten

2

[W] Spanningsbronnen

3

[W] Experiment: Statische elektriciteit

4

Waar of niet waar? a Waar b Niet waar: Elektronen stoten andere elektronen af. c Waar d Niet waar: De eenheid van stroomsterkte is ampère. e Waar

5   

Het lampje geeft licht in situatie C. Er is sprake van een elektrische stroom in situatie C. Er is sprake van een spanning in situaties A, B en C.

6 a

A b

7

Het maakt bij een lamp niet uit vanaf welke kant de stroom komt, dus als je de spanningsbron omdraait brandt de lamp ook.

[W] Voorkennistest

1.2 ENERGIE EN VERMOGEN 8

[W] Energie in de toekomst

9

[W] Experiment: Het rendement van een led-lamp en een gloeilamp

10

[W] Experiment: Energiegebruik van een lamp

11

Waar of niet waar? a Waar b Niet waar: Een elektrisch apparaat zet elektrische energie om in een andere vorm van energie. c Niet waar: Een apparaat dat een groot deel van de elektrische energie omzet in nuttige energie heeft een hoog rendement. d Niet waar: Een led-lamp heeft een rendement van ongeveer 50%. e Waar

© ThiemeMeulenhoff bv

Pagina 1 van 21

f

Waar

a

100% - 35% = 65%

12

Elicht Eel

Spaarlamp Warmte

b

Eel

Mixer

Ebew Warmte

c

Bijvoorbeeld: Elicht Eel

Televisie

Egeluid

Warmte

13 14

Het vermogen van alle apparaten en de tijdsduur dat ze hebben aangestaan. a b c

Joule (J). Watt (W). Kilowattuur (kWh).

a b

De autolamp. Vermogen is de energie die een apparaat per seconde verbruikt. De energie die een apparaat verbruikt heeft is dus het vermogen van het apparaat keer de tijd dat het apparaat heeft aangestaan (in seconden). Je weet niet zeker of beide lampen hetzelfde rendement hebben. De gloeilamp heeft een heel laag rendement en ook het laagste vermogen. Een autolamp is een halogeenlamp of een Xenonlamp. Beide lampen hebben een hoger rendement dan een gloeilamp. Omdat het vermogen van de autolamp ook hoger is, zal de autolamp waarschijnlijk het meeste licht geven.

15

c

16

Lager vermogen. Het rendement van een spaarlamp is hoger dan van een gloeilamp. Dus om een spaarlamp evenveel licht te laten geven als een gloeilamp, heb je een lamp met een lager vermogen nodig.

17 a b

Bewegingsenergie. Bij allebei de centrales wordt met de verbrandingswarmte water verhit tot stoom. De stoom drijft een stoomturbine met generator aan. Maar bij een STEG-centrale worden de verbrandingsgassen gebruikt om een tweede generator aan te drijven,


Pagina 2 van 21

c 18

die ook elektriciteit produceert. Door die tweede generator wordt het rendement verhoogd. Waterkrachtcentrale, windturbine en kerncentrale.

-

19 a b

– Energie: E in joule (J) of in kilowattuur (kWh), vermogen: P in watt (W) of joule per seconde (J/s), rendement η in % of als een getal tussen 0 en 1, energiedichtheid in kilojoule of megajoule per kilogram (kJ/kg of MJ/kg).

c of of

.

20 a b

In 1,0 uur zet de lamp 30 kJ om, in 2,0 uur twee maal zo veel, dus 60 kJ. 30 kJ wordt omgezet in 1,0 uur, dus 0,30 MJ = 300 kJ wordt in 10 h omgezet.

a

Lamp A brandt het kortst op 1,0 kWh en heeft dus het grootste vermogen. Lamp B kan 2,5 keer langer branden op 1,0 kWh, dus het vermogen van lamp A is 2,5 keer zo groot als dat van lamp B. Nee, want je weet alleen hoeveel energie er in gaat, niet hoeveel nuttige (licht)energie er uit komt.

21

b

22 a b c

d

De helft van de verbruikte energie wordt omgezet in licht, dus het rendement is 50%. Het rendement is het deel van de ingaande energie dat nuttig gebruikt wordt. Dat kun je schrijven als percentage (50%), maar ook als factor (0,50). Het ingaand vermogen is de energie die per seconde wordt verbruikt. Deze is te berekenen door de 180 J elektrische energie te delen door 60 seconden. Het nuttig vermogen is de lichtopbrengst per seconde. Hiervoor deel je de 90 J lichtenergie door 60 seconden. Omdat bij het berekenen van zowel het ingaand vermogen als het nuttig vermogen door dezelfde tijd (60 s) wordt gedeeld valt dat weg in de breuk van het rendement (

23

).

Als de energiedichtheid 50% groter wordt, wordt deze anderhalf keer zo . Dan bevat de nieuwe opgeladen accu anderhalf keer zoveel energie. Ein is dan anderhalf keer zo groot. Bij een gelijkblijvend rendement ( groot. Bij een gelijkblijvend vermogen (

is Enuttig dan ook anderhalf keer zo kan de accu dan anderhalf keer

zo lang worden gebruikt, dat is 5,4 h.


Pagina 3 van 21

24 a

.

.

b

 kosten:

c

. d

Het energieverbruik is vier keer zo groot, dus zullen de kosten ook vier keer zo hoog zijn: . 

25  kosten:

per dag.

26

.

a

.

b

27 a

De wasmachine zal niet de hele tijd het maximale vermogen omzetten. Dit zal alleen gebeuren bij het verwarmen van het water of het centrifugeren. De rest van de tijd is het vermogen lager, dus is het gemiddelde vermogen tijdens het hele wasprogramma lager dan het maximale vermogen.  kosten:

b

.

28 a b

De gloeilamp wordt erg heet en kun je niet aanraken, de spaarlamp kun je wel aanraken als hij brandt. Het rendement gaat van 5% naar 35% dus met een factor 7 omhoog. Als de nuttige energie ( ) gelijk blijft gaat de verbruikte energie ( ) met een factor ⁄ ). 7 omlaag (

c

Het energieverbruik wordt:

d

De lampen verwarmen ook de kamer. Als de gloeilampen vervangen worden door spaarlampen, wordt het huis minder verwarmd door de lampen en is er dus meer energie nodig voor de verwarming van het huis in de winter.

a

De elektriciteitscentrale produceert per jaar:

dus de besparing is

.

29 en dus dat zijn 2,05 miljoen huishoudens. b

Oriëntatie: Zoek in Binas de energiedichtheid van aardgas op (tabel 28A: stookwaarden): . Gebruik

.

Uitwerking:

. c

De energie die de centrale per jaar levert bij continu maximaal vermogen is: De benodigde hoeveelheid gas daarvoor is:


.

Pagina 4 van 21

30 a

Oriëntatie: De energiedichtheid van benzine is 33 MJ/L en de energiedichtheid van waterstof is 120 MJ/kg. Bereken daarmee de energie van 44 L benzine en van 4,2 kg waterstof. Bij hetzelfde rendement zal de actieradius van de auto met dezelfde factor veranderen als de verhouding van de energieën van de benzine en de waterstof. Uitwerking: Benzine: en waterstof: keer zo groot 

De actieradius wordt

b

actieradius Oriëntatie:

.

Gebruik

om de nuttige energie van de benzinemotor te vergelijken

met de nuttige energie van de waterstofmotor.

en

. Uitwerking: Benzine: waterstof: keer zo groot 

De actieradius wordt actieradius

.

31 a

De Nissan Leaf wordt opgeladen met de elektrische energie die vaak nog door een conventionele elektriciteitscentrale wordt geleverd. De CO2-uitstoot vindt nu dus niet bij de auto plaats, maar mogelijk nog wel bij de elektriciteitscentrale.

b c

. De energie van de accu’s is

en de massa is 294 kg.

De energiedichtheid van de accu’s is dus d

⁄ Een gewone accu heeft een energiedichtheid van De auto’s van honderd jaar geleden reden veel minder hard.

⁄

.

⁄

.

32 a

Oriëntatie: De energie van 1,0 kg waterstof is 120 MJ en de chemische energie van 1,0 L benzine is 33 MJ. Uitwerking: De energie van 5,6 kg waterstof is: . Evenveel energie zit in

b

benzine.

Het rendement van een benzineauto is veel lager dan van een waterstofauto. Als je rekening houdt met dit lagere rendement, zal de benzineauto met de berekende 20 L benzine veel minder ver komen dan de waterstofauto.

1.3 SPANNING EN STROOMSTERKTE © ThiemeMeulenhoff bv

Pagina 5 van 21

33

[W] Experiment: Vermogen en stroomsterkte

34

[W] Experiment: Het vermogen van lampjes

35

Waar of niet waar? a Waar b Niet (perse) waar: De spanning kan ook hoog zijn. c Waar d Waar e Niet waar: Het vermogen hangt ook af van de stroomsterkte. f Niet waar: Een transformator wordt gebruikt om de spanning groter of kleiner te maken. g Niet waar: Het vermogen is evenredig met de stroomsterkte en met de spanning. h Waar

36 a b c d

37

In een stroomkring kunnen de elektronen rond lopen. Gemiddeld genomen lopen de elektronen dan dezelfde kant op. Door de aansluitdraden bewegen elektronen. Deze hebben een negatieve lading. De elektronen bewegen van de minpool naar de pluspool. De elektrische stroom loopt van de pluspool naar de minpool. Als de spanning groter wordt gemaakt geven de elektronen meer energie af in het apparaat.

Stopcontact en dynamo

38 a b

c

In apparaat B, want dit werkt op de grootste spanning. Het vermogen is even groot, dus door het apparaat met de kleinste spanning gaat de grootste stroomsterkte; door apparaat A stromen per seconde de meeste elektronen. In beide apparaten wordt evenveel energie per seconde omgezet, want het vermogen is even groot.

39 a b c

Ampère (A) Coulomb (C) Bij een stroomsterkte van 1 A stroomt er per seconde 1 C lading door het apparaat.

a b

In zuiver water zitten geen ionen. Deze zijn nodig om de stroom te geleiden. Door ionen toe te voegen aan het water. Dit kan bijvoorbeeld door er wat keukenzout in op te lossen.

a b c

De transformator. Gelijkspanning Uit het stopcontact komt wisselspanning terwijl de apparaten waarvoor de adapter is gemaakt, vaak op gelijkspanning werken.

40

41


Pagina 6 van 21

42

B

43

Het vermogen kan gelijk zijn, als door de lamp van 12 V een grotere stroom loopt dan door de lamp die thuis is aangesloten op het lichtnet.

44

-

45 a b

c

– Stroomsterkte: I in ampère (A) of in coulomb per seconde (C/s), spanning: U in volt (V), lading: Q in coulomb (C), vermogen: P in watt (W) of in joule per seconde (J/s).

.

en

46 a b c d

De bollen trekken elkaar aan, dus er staat een spanning tussen de bollen. Ja, er loopt een stroom van de pluspool naar de minpool, dus van links naar rechts. De stroom loopt net zo lang tot er geen ladingsverschil meer tussen de bollen is; dan stopt de stroom. De elektronen zorgen voor het ladingtransport, deze bewegen van rechts naar links.

47

Als er driemaal zoveel lading wordt getransporteerd in dezelfde tijd, wordt de stroomsterkte driemaal zo groot. Als dezelfde lading in tweemaal zo veel tijd wordt getransporteerd, wordt de stroomsterkte tweemaal zo klein. Netto is de stroomsterkte in B dus 3/2 = 1,5 keer zo groot. Dus in stroomdraad B is de stroomsterkte het grootst.

48

Zodra de schakelaar wordt omgezet duwen overal in de stroomdraad vrije elektronen andere vrije elektronen voor zich uit. Ook door de lamp bewegen dus meteen elektronen, waardoor de lamp licht geeft.

49 a

b

~

c


Pagina 7 van 21

50 a

b c

Bij de laatste schakeling brandt het lampje. De draden zijn daar goed aangesloten, zodat de stroomkring via het lampje gesloten is (en niet op het glas, dat geleid de stroom niet). In de eerste en de laatste schakeling levert de batterij een stroom, omdat daar een gesloten stroomkring van de pluspool naar de minpool van de batterij is. Bij de eerste schakeling wordt kortsluiting gemaakt, bij de laatste gaat de stroom door het lampje heen. Bij de eerste schakeling is de batterij dus snel leeg.

51

[W] Experiment

52

[W] Experiment

53

.

a b

is

en één elektron heeft een lading van

stromen dus c

. Per seconde

elektronen door de lamp.

Het stopcontact levert een spanning van 230 V, dus

. 54 a b

. De gemiddelde dagelijkse oplaadtijd is 90 minuten= 1,5 uur. Het jaarlijks energiegebruik is dus . Dat kost .

55

.

a b

Eén elektron heeft een lading van

er zijn dus

elektronen naar de aarde gestroomd. 56 a

Het is een maat voor de capaciteit. Het geeft aan dat de batterij bij bijvoorbeeld een stroomsterkte van 2100 mA 1 uur zal meegaan, of bij een stroomsterkte van 1 mA 2100 uur.

.

b 57

[W] Experiment

58 a

Oriëntatie: en Verder geldt:

en bij een ideale transformator geldt:

.

.

Uitwerking:

, daaruit volgt


. Dat geeft:

Pagina 8 van 21

b

met

.

dus

c

Als het rendement niet 100% is, zal is nu > 0, dus .

a

Oriëntatie:

. Als

is ook

, maar

59

,

,

,

.

en

Uitwerking:  b

.

en

Oriëntatie: met met

,

en .

Uitwerking: 

.

1.4 WEERSTAND EN GELEIDBAARHEID 60

[W] Experiment: Stroom, spannings-diagrammen

61

[W] Experiment: Weerstand van een stroomdraad

62

[W] Exeriment: Weerstand van een diode

63

Waar of niet waar? a Waar b Waar c Niet waar: De weerstand van een draad is omgekeerd evenredig met de oppervlakte en evenredig met de lengte. d Waar e Niet waar: Een NTC is een halfgeleider waarvan de weerstand daalt met de temperatuur. f Waar g Niet waar: Een LDR geleidt de stroom beter als er licht op valt. h Waar i Niet waar: De geleidbaarheid van een lampje is kleiner dan die van de toevoerdraden.

64 a b c d e

De apparaten hebben een verschillende weerstand. Een apparaat met een grote stroomsterkte heeft een groot vermogen. Een apparaat met een kleine stroomsterkte heeft een grote weerstand. Een apparaat met een grote stroomsterkte heeft een grote geleidbaarheid. Sluit het apparaat aan op de spanningsbron. Neem een ampèremeter op in de stroomkring en sluit een voltmeter aan parallel aan het apparaat. Meet de spanning en de stroomsterkte en bereken de weerstand door de spanning te delen door de stroomsterkte.

~ A V


Pagina 9 van 21

65 a

b c

d

De grafiek is een rechte lijn die door de oorsprong gaat. De weerstand van een draad is evenredig met de lengte. Als draad 2 twee keer zo lang is en van hetzelfde materiaal, zou deze dus een twee keer zo grote weerstand hebben als draad 1. In de opgave staat dat de weerstand van draad 1 groter is, dus de draden zijn verschillend materiaal gemaakt. Draad 1 heeft een grotere weerstand en is ook nog korter. Draad 1 heeft dus de grootste soortelijke weerstand.

66 a

b

c

De stroomsterkte is direct na het inschakelen groter, terwijl de spanning steeds 230 V is. De geleidbaarheid is direct na het inschakelen dus ook groter dan normaal. Een PTC-weerstand is een weerstand met een positieve temperatuur coëfficiënt. Dat betekent dat de weerstand van een PTC toeneemt als de temperatuur stijgt, en de geleidbaarheid dus afneemt bij temperatuurstijging. Direct na het inschakelen heeft de draad dezelfde temperatuur als de kamer. De weerstand is dan laag. Maar door de warmteontwikkeling in de draad stijgt de temperatuur. Omdat de gloeidraad een PTC is, stijgt dan de weerstand en daalt de stroomsterkte. De stroomsterkte is direct na inschakelen dus het grootst.

67 a b c

De lamp gaat dan zwakker branden, dus het vermogen wordt dan kleiner. Als de spanning wordt verlaagd, wordt de stroomsterkte kleiner (zie hiervoor figuur 30, onder). De temperatuur van de gloeilamp daalt dus de geleidbaarheid neemt toe, zodat de weerstand afneemt. Zie ook figuur 30 (onder).

68 a b

c

De geleidbaarheid van deze halfgeleiders is te vergroten door energie toe te voeren in de vorm van licht (LDR) of warmte (NTC). NTC: Bij een hogere temperatuur neemt het aantal vrije elektronen in de halfgeleider toe. LDR: Als er licht op de LDR valt, neemt het aantal vrije elektronen toe. Een diode.

69 a b

Dat is de spanning waarbij de stroomsterkte ineens heel veel toeneemt (de lijn loopt daar vrijwel verticaal). Als de diode geleidend wordt is het aantal vrije elektronen sterk toegenomen.


Pagina 10 van 21

c

A: De lange kant van de gelijkspanningsbron is de pluspool. De stroom loopt van plus naar min, dus van links naar rechts door de diode, dus tegen de voorwaartse stroomrichting van de diode in. De lamp zal niet branden. B: Het is een wisselspanningsbron. De stroom zal dus afwisselend in de voorwaartse en in de tegenwaartse richting van de diode lopen. De lamp brandt daardoor minder fel. (N.B.: de lamp zendt licht uit doordat de gloeidraad heet is. De frequentie van een wisselspanning is zo hoog dat de temperatuur niet noemenswaardig daalt als de stroom in de tegenwaartse richting loopt. De lamp knippert dus niet.) C: Nu zal de (wissel)stroom afwisselend door de bovenste diode en door de onderste diode lopen. De lamp zal fel branden.

70

[W] Experiment

71

[W] Experiment

72

-

73 a b

– Weerstand: R in ohm (Ω), geleidbaarheid: G in siemens (S), soortelijke weerstand: ρ in ohmmeter (Ω∙m).

c

,

,

,

.

74 a b

Als U n maal zo groot wordt, wordt I ook n maal zo groot. De grafiek is een rechte lijn door de oorsprong.

.

c 75

C.

76

Om de weerstand uit te kunnen rekenen moet je de stroomsterkte door het lampje en de spanning over het lampje allebei meten. De stroom moet door de ampèremeter lopen, dus de ampèremeter moet in de stroomkring opgenomen zijn. De spanning moet over het lampje gemeten worden, dus parallel aan het lampje geschakeld zijn. Met schakeling D kan de weerstand bepaald worden.

77 a b

C A

a b

Als de lengte l tweemaal zo groot is, is de weerstand ook tweemaal zo groot Als de oppervlakte van de dwarsdoorsnede A tweemaal zo groot is, is de weerstand tweemaal zo klein. Als de lengte l en de oppervlakte van de dwarsdoorsnede A beide tweemaal zo groot zijn, blijft de weerstand gelijk.

78

c


Pagina 11 van 21

d

De soortelijke weerstand ρ van de twee draden is verschillend, dus zal bij gelijke lengte en dwarsdoorsnede, de weerstand van de draden verschillend zijn.

a

Als de helft van de draad eraf wordt geknipt, verandert alleen de lengte l van de draad. Deze wordt tweemaal zo klein dus wordt de weerstand ook tweemaal zo klein: R = 0,050 Ω. Als de draad wordt dubbelgevouwen, wordt de lengte l van de draad tweemaal zo klein en de oppervlakte van de dwarsdoorsnede A tweemaal zo groot. De weerstand wordt dan viermaal zo klein: R = 0,025 Ω.

79

b

80 

a

. .

b

.

c 81 

a

b c

Bij

:

Bij

:

Bij

:

Bij

:

Bij

:

.

Het diagram is een dalende kromme; dit hoort bij een omgekeerd evenredig verband. 

82

. Vergelijk met de

tabel in figuur 37: het is koper. 83 

a b

.

Oriëntatie: Bereken eerst R met

(de soortelijke

, vervolgens A met

weerstand ρ van roestvrijstaal is en . Uitwerking:

. Bereken tenslotte d met



√

√

 .

84

[W] Experiment: Hoe werkt een transistor?

85

[W] Experiment: Proefjes met een transistor.


Pagina 12 van 21

D

86

G

a b c

d e

87

S

Bij een grote positieve gatespanning worden de elektronen het kanaal ingetrokken en kan er een stroom lopen van de source naar de drain. De lamp brandt. Bij een grote negatieve gatespanning worden de elektronen uit het kanaal weggeduwd en is de weerstand van het kanaal heel hoog. Er loopt vrijwel geen stroom van de source naar de drain en de lamp brandt niet.

Bij de meest positieve gatespanning is de weerstand van de MOSFET het laagst en zal er dus een grote stroom door de MOSFET lopen. Hier hoort dus de bovenste curve bij.

88 a

De oppervlakte van één transistor is -6

nm = 10 mm). Dus passen er

(1 transistors op een chip van

2

b

1,0 mm . 10 2 = 1024 dus een factor 1000 is ongeveer 10 verdubbelingen. Elke 2 jaar een verdubbeling dus 20 jaar geleden bevatte een chip ongeveer 1000 keer zo weinig transistors als nu.

1.5 SCHAKELINGEN IN HUIS 89

[W] Experiment: Parallelschakeling

90

[W] Experiment: Serieschakeling

91

Waar of niet waar? a Niet waar: Als je thuis meer lampen aanzet, blijft de stroom door elke lamp hetzelfde, maar de totale stroomsterkte wordt dan groter. b Waar c Niet waar: Ieder groep in huis heeft een zekering. Alle groepen zijn aangesloten op de aardlekschakelaar. d Niet waar: Bij een serieschakeling wordt de spanning verdeeld over alle apparaten. e Waar f Waar g Niet waar: Een aardlekschakelaar beveiligt tegen stroom door je lichaam.

92

A

93 a b

De lampje branden even fel. Over elk lampje staat de spanning van de spanningsbron. De totale stroomsterkte uit de spanningsbron wordt groter.


Pagina 13 van 21

c d

De geleidbaarheid van de schakeling is groter geworden (en de weerstand kleiner). Er is sprake van stroomdeling.

94 a b c d e

De spanning wordt nu verdeeld over drie lampjes in plaats van twee. De spanning over elk lampje wordt dus kleiner. De lampjes branden daarom minder fel. In een serieschakeling wordt de spanning verdeeld over de lampjes. Als de lampjes allemaal normaal branden, is de stroomsterkte gelijk. De weerstand van de schakeling is groter geworden (en de geleidbaarheid kleiner). Er is sprake van spanningsdeling.

95 a b c d e

Als er één lampje stuk is, dan krijgt het andere lampje ook geen stroom meer. Ja. Nee, waarschijnlijk loopt door het voorlampje de grootste stroom, want deze brandt het felst. Nee, de lamp waar de kleinste stroom doorheen gaat heeft de grootste weerstand. De stroom loopt via het frame (ijzer dus geleidend) terug naar de dynamo.

96 a

b

Schakeling B is minder goed: als de schakelaar gesloten wordt krijg je een kortsluitstroom door de schakelaar heen. De weerstand is daar dan zo laag dat er geen stroom meer door het lampje gaat. Door de kortsluitstroom zal de batterij heel snel leeg zijn.

97 a b

c

De zekering beveiligt tegen overbelasting en kortsluiting: de stroomsterkte door aansluitdraden van de groep wordt te groot. De aardlekschakelaar beveiligt tegen stroom door je lichaam: er ‘lekt’ dan stroom via jouw lichaam naar de aarde in plaats van dat de stroom terug naar de meterkast loopt. De aardlekschakelaar vergelijkt de grootte van de stroom die het huis ingaat met de grootte van de stroom die het huis uitgaat. Als het verschil tussen ingaande en uitgaande stroom groter is dan 30 mA, schakelt de aardlekschakelaar de stroom uit.

98

Rondom een koffiezetapparaat kan nog wel eens wat water staan. Als een stroomdraad van het koffiezetapparaat contact maakt met het water, lekt de stroom via het water weg naar de aarde. Hierop reageert de aardlekschakelaar door de stroom uit te zetten.

99

-

100 a b

Als één lamp in een parallelschakeling doorbrandt, blijft de stroomsterkte door de andere lampen hetzelfde. Als er meer lampen aan de parallelschakeling worden toegevoegd, blijft de lichtsterkte van elke lamp gelijk.


Pagina 14 van 21

c d

In een parallelschakeling is de spanning over alle lampen gelijk. Over de andere lamp staat dus ook 6 V. Als de weerstand tweemaal zo groot is, zal de stroomsterkte tweemaal zo klein zijn. De stroomsterkte door de andere lamp is dus 1 A. De stroomsterkte die de spanningsbron levert is 2+1 = 3 A.

101 a b c d

Als één lamp in een serieschakeling doorbrandt is de stroomkring verbroken en loopt er door de andere lampen ook geen stroom meer. Als er meer lampen worden toegevoegd aan een serieschakeling neemt de lichtsterkte van elke lamp af. In een serieschakeling is de stroomsterkte door alle lampen gelijk. De stroomsterkte door de andere lamp is dus ook 1 A. De 2 lampen delen samen de spanning van 6 V. Als over de ene lamp een spanning van 2 V staat, zal er over de andere lamp een spanning van 6–2 = 4 V staan.

102 a b

Spanning over de weerstand en stroomsterkte door de weerstand. De spanningen over de weerstanden zijn dan niet meer gelijk.

a b

Spanning over de weerstand en stroomsterkte door de weerstand. De stroomsterktes door de weerstanden zijn dan niet meer gelijk.

103

104 a

b c

Een voltmeter sluit je parallel aan de spanningbron aan.

d

Een ampèremeter sluit je in de stroomkring aan.


Pagina 15 van 21

105 a b

Lampje 1 zal feller gaan branden. Lampje 2 zal minder fel gaan branden.

a

De soortelijke weerstand van koper is

106 

. b

De draad gaat heen en terug naar het apparaat, dus de weerstand van de hele draad is



.

107 a

Een parallelschakeling.

b c d

Bij een serieschakeling is de stroomsterkte door beide lampjes gelijk. Het ene lampje brandt goed bij 0,50 A en het andere lampje bij 0,050 A. Ze kunnen dus nooit allebei tegelijk goed branden.

e

f

g

De geleidbaarheid van het voorlampje is 10 keer zo groot als van het achterlampje, dus de weerstand van het achterlampje is 10 keer zo groot als van het voorlampje. Door de grote weerstand van het achterlampje, komt de meeste spanning over het achterlampje te staan (Uachter = I∙Rachter). Het voorlampje zal daarom minder fel branden dan het achterlampje. Bij het verhogen van de spanning gaan allebei de lampjes steeds feller branden. De maximale stroomsterkte is bij het achterlampje veel sneller bereikt, dat zal iets boven de 0,050 A zijn. Het voorlampje brandt dan nog zeer zwak. Het achterlampje zal dus als eerste doorbranden.

108 a

Oriëntatie: De spanning over één lampje is te bereken met Vervolgens de weerstand door één lampje uitrekenen met

. .

Telkens als er nu een lampje stuk gaat zal Ulampje stijgen. Bij een gelijkblijvende Rlampje zal dan ook Ilampje stijgen totdat Ilampje boven de 0,28 A uitkomt. Uitwerking:


Pagina 16 van 21

Bij 50 lampjes:

dus

Bij Ilampje = 0,28 A : dus het aantal lampjes in het snoer is dan: b

en

.

Er zijn dan 14 lampjes kapot gegaan. De geleidbaarheid van het snoer neemt steeds meer toe, dus de stroomsterkte stijgt. De andere lampjes krijgen een te grote stroomsterkte en worden te heet waardoor ze sneller stuk gaan.

109 Het systeem met de 230 V – 0,30 A lampjes: 16/0,30 = 53,3 dus maximaal 53 lampjes parallel Het systeem met de 12 V – 0,50 A lampjes: 230/12 = 19,2 dus maximaal 20 lampjes in serie (dan blijft de stroomsterkte onder de 0,50 A). Omdat de zekering pas smelt bij 16 A, kun je 16/0,50 = 32 van deze strengen aansluiten op dezelfde groep.

110 a

b

Het lampje komt in serie te staan de spaarlampen. De 230 V netspanning moet dus gedeeld worden met de spaarlampen. Dan is 230 V geen goede keuze, je moet juist een lage spanning hebben zodat er voldoende over is voor de spaarlampen. De stroomsterkte door de spaarlampen samen is ongeveer 0,10 A = 100 mA. Die stroom moet ook door het verklikkerlampje gaan. De juiste keuze is dus B: 2,0 V; 100 mA.

111 [W] Experiment


Pagina 17 van 21

112 a b c

Je kunt R1 en R2 vervangen door één weerstand. Zie figuur. Door elke weerstand van 50 Ω gaat een stroomsterkte van

.

De totale stroomsterkte is dan

.

d

. 113 a

Je kunt R1 en R2 vervangen door één weerstand. Je krijgt dan een eenvoudige serieschakeling van 2 weerstanden.

b

en

,  c

.

De totale weerstand is 

. d

.

en

114 [W] Experiment 115 a

Als de schuifweerstand geheel ingeschakeld staat is de weerstand . Als de projectielamp zich als een ohmse weerstand gedraagt is . De totale weerstand is dan  

b c

.

De spanning is zoveel lager dan de spanning waarbij de lamp normaal brandt, dat de gloeidraad niet merkbaar zal gloeien. De lamp zendt dus geen licht uit. De lamp brandt optimaal als en dan geldt: 

.

116 a b c

De uitgangsspanning is gelijk aan de spanning over de gewone weerstand, dus 3,0 V. De spanning verdeelt zich over de weerstanden. De variabele weerstand wordt groter en dus wordt de uitgangsspanning kleiner. Als is de uitgangsspanning gelijk aan de bronspanning: 9,0 V. Als


is, dan is

en



Pagina 18 van 21

De uitgangsspanning is dan: De uitgangsspanning varieert dus tussen de 2,3 V en de 9,0 V.

.

1.5 AFSLUITING 117 118 a b c

Het elektrisch vermogen P van een apparaat is de hoeveelheid elektrische energie E die het apparaat in een tijd t omzet: . 6 Vermenigvuldigen met 3,6∙10 . Het rendement geeft aan welk deel van de ingaande energie wordt omgezet in nuttige uitgaande energie:

d e f g h i j k

of

.

In een generator wordt de bewegingsenergie van de turbine omgezet in elektrische energie. De energiedichtheid is de hoeveelheid energie die een energiebron per kilogram kan bevatten. Als er stroom loopt in een stroomdraad, bewegen de vrije elektronen van het metaal. Als, bij gelijkblijvende spanning, de stroomsterkte tweemaal zo groot wordt, wordt het vermogen ook tweemaal zo groot. Als, bij gelijkblijvende stroomsterkte, de spanning tweemaal zo groot wordt, wordt het vermogen ook tweemaal zo groot. Als de hoeveelheid lading die per seconde door een stroomdraad gaat tweemaal zo groot wordt, wordt de stroomsterkte ook tweemaal zo groot. Met een transformator kun je een wisselspanning verhogen of verlagen.

A V l m n o

p

Een ohmse weerstand. Bij een PTC stijgt de weerstand als de temperatuur stijgt, bij een NTC daalt de weerstand als de temperatuur stijgt. Als er meer licht op een LDR valt, daalt de weerstand van de LDR.

De weerstand R is het omgekeerde van de geleidbaarheid G:


.

Pagina 19 van 21

q r

Bij gelijkblijvende spanning U is de stroomsterkte I omgekeerd evenredig met de weerstand R: . De weerstand R van een stroomdraad wordt bepaald door de soortelijke weerstand ρ van het materiaal van de draad, de lengte l van de draad en de oppervlakte A van de draad volgens:

s t u

v w

.

De eenheid van weerstand is ohm (Ω), de eenheid van geleidbaarheid is siemens (S) en de eenheid van soortelijke weerstand is Ohmmeter (Ω∙m). De spanning over twee parallel geschakelde weerstanden is gelijk. De totale geleidbaarheid van twee parallel geschakelde weerstanden bereken je door de geleidbaarheden van de twee weerstanden bij elkaar op te tellen: . De stroomsterkte door twee in serie geschakelde apparaten is gelijk. De totale weerstand van twee in serie geschakelde apparaten bereken je door de weerstanden van de twee apparaten bij elkaar op te tellen:

119 a

Oriëntatie: De weerstand van de bovenleiding is te berekenen met

.

Zoek de soortelijke weerstand van koper op. De spanning over de bovenleiding en de rails is uit te rekenen met . Het totale vermogen en het vermogen dat verloren gaat zijn uit te rekenen met . Bereken vervolgens welk deel van het totale vermogen verloren gaat. Uitwerking:   Het deel dat verloren gaat is b

, dus 3,7%.

Ja, door het parallel schakelen van de draad (AP) met de draad (PB + parallelbovenleiding) wordt de totale weerstand van de bovenleiding verlaagd. Als de weerstand van de bovenleiding lager is, is ook het spanningsverlies lager en dus ook het vermogensverlies. Het deel dat verloren gaat is dan kleiner. Je kunt dit ook berekenen: Oriëntatie: Het linker stuk van de bovenleiding van traject (AP) is nu parallel geschakeld met (de serieschakeling van ) rechter stuk (PB) en de parallelbovenleiding. Bereken de weerstand van het stuk AP en het stuk PB met parallelbovenleiding. De geleidbaarheden zijn te berekenen met

.

De totale geleidbaarheid is de som van de afzonderlijke geleidbaarheden. De totale weerstand van de bovenleiding is weer te berekenen met

.

Uitwerking: en . en

. 


.

Pagina 20 van 21



. Het deel dat verloren gaat is

, dus 2,9%.

120 a

b

c

De vierde meting is gedaan bij een led-spanning van 1,57 V. Daarbij was de stroomsterkte nog 0. De vijfde meting is gedaan bij een led-spanning van 1,88 V. Daarbij liep er een stroom door de led. De doorlaatspanning ligt dus tussen 1,57 V en 1,88 V. 0 mA 0V gelijk aan Oriëntatie: Vanaf meting 5 is de spanning over de weerstand te berekenen met . Vervolgens is de weerstand te berekenen met Uitwerking: Bijvoorbeeld de laatste meting:

.



. De weerstand die is gebruikt is die van 30 Ω. 121 a

b

c

Oriëntatie: Bereken het geleverde vermogen met . De tijd is te berekenen uit het vermogen en de energie met Uitwerking:

.

. d

De stroom door het kapotte lampje valt weg en de stroom door de ander lampjes verandert niet, dus wordt de stroom die de spanningsbron levert kleiner.


Pagina 21 van 21

Het maakt bij een lamp niet uit vanaf welke kant de stroom komt, dus als je de spanningsbron omdraait brandt de lamp ook

Recommend Documents