werkblad experiment 4.5 en 5.4 (aangepast) naam: …………………………………………………………………. klas: ………… samen met: ……………………………………………………………………………………
Hoe kun je de weerstand van voorwerpen vergelijken en bepalen? De weerstand R van een voorwerp is te bepalen als men de stroomsterkte I door dat voorwerp en de spanning U over dat voorwerp kent. Bestudeer eerst de theorie en vul daarna hieronder de juiste antwoorden in op de stippeltjes. 1. Hoe meet je de stroomsterkte I en de spanning U? a. Stroomsterkte Hiervoor gebruikt men een ……………………..……. ofwel ………………………………. Het symbool hiervan is: … Deze meter moet altijd ………………………………… het door te meten voorwerp staan. Deze meter heeft drie meetbereiken. Wat is het grootste bereik? ………………….. Waarom moet je altijd met het grootste bereik beginnen als je gaat meten? …………………………………………………………………………..……………………… En waarom is het niet altijd verstandig om in dat grootste bereik te blijven als je gaat meten? …………………………………………………………………………..……………………… b. Spanning Hiervoor gebruikt men een ……………………………. ofwel ………………………………. Het symbool hiervan is: … Deze meter moet altijd parallel met het door te meten voorwerp staan. Deze meter heeft drie meetbereiken. Wat is het kleinste bereik? ………………….. Ook hier moet je altijd met het grootste bereik beginnen als je gaat meten en vervolgens eventueel naar een kleiner bereik gaan. c. Schakeling Als je een schakeling met behulp van symbolen tekent, noemen we dat een ……………………..
Wil er stroom door het voorwerp gaan lopen, dan moet de stroomkring …………………………. We gaan meten met een voedingskast; dit is een regelbare gelijkspanningsbron. Symbool: … Het voorwerp dat we doormeten, tekenen we als een rechthoekje. Teken hieronder de gehele schakeling waarmee je U en I kunt gaan meten.
2. U en I meten bij verschillende voorwerpen a. De schakeling bouwen Bouw nu de schakeling: -
Voedingskasten staan in kast 2. Zet deze nog niet aan. Zorg dat de schakelaar linksboven op gelijkspanning staat en dat de draaiknop in het midden helemaal linksom is gedraaid.
-
Draden hangen achterin het lokaal bij de zuurkast. Gebruik alleen rode en zwarte draden. Gebruik niet de langste draden want dan wordt het een warboel. Begin met een rode draad in het gat met de + linksonder op de voedingskast en maak vandaar de stroomkring rond tot aan de zwarte draad in het gat met de ─ van de voedingskast.
De meters staan achterin het lokaal bij de deur. Let op: ook de meters hebben een + en een ─ kant met elk hun eigen kleur. Begin met het grootste bereik. - Je gaat vier voorwerpen doormeten: drie verschillende weerstandjes en een stift van grafiet (zoals in een potlood). Weerstandjes worden o.a. gebruikt in radio’s. Voor schoolexperimenten zijn ze verwerkt in stekkers zodat je ze gemakkelijk kunt aansluiten. De poten van zo’n stekker kun je in de achterkant van de stekkers van de draden steken. Voor het aansluiten van de grafietstift heb je twee krokodilleklemmetjes nodig. Sluit eerst één van de weerstandjes aan. -
Laat nu de schakeling controleren!!!
b. De metingen uitvoeren - Vul in de eerste kolom van de tabel op de volgende pagina in wat er op het weerstandje staat. - Zet de voedingskast aan. - Draai aan de draaiknop totdat de voltmeter op 6,0 V staat. Zorg dat je recht voor de meter zit, zodat je het spiegelbeeld van de wijzer niet ziet in het spiegeltje achter de wijzer. - Kijk nu of je op de ampèremeter een kleiner meetbereik kunt gebruiken. Lees I af (denk aan het spiegeltje) in 2 cijfers nauwkeurig en noteer de waarde in de tabel hieronder. - Doe hetzelfde voor de andere twee weerstandjes. Controleer of de spanning steeds op 6,0 V staat. Voel ook even voorzichtig aan de weerstanden. - Sluit nu de draden met de krokodilleklemmetjes op de uiteinden van de grafietstift aan. Zorg nu dat de spanning steeds op 4,0 V staat. Lees I af en doe daarna de voedingskast snel uit anders kunnen de klemmetjes gaan smelten. - Schuif tenslotte één van de krokodilleklemmetjes naar het midden van de grafietstift. (Je meet dan dus eigenlijk aan een stift die half zo groot is.) Controleer weer U, lees I af en vul in.
voorwerp
U(V)
I(A)
R = ……..
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
………….
weerstandje 1: ……………….. weerstandje 2: ……………….. weerstandje 3: ………………. hele grafietstift
halve grafietstift
3. De weerstanden vergelijken a. de weerstandjes Kijk naar je metingen van de drie weerstandjes en beredeneer welk van de drie de grootste weerstand had. Ik denk ………………………………. omdat ……………………………………………………….. b. de grafietstift Kijk naar je metingen van de grafietstift: Ik denk dat de hele / halve grafietstift de kleinste weerstand heeft omdat …………………………………………………………………………………………………………. slotvragen: -
Is er energie omgezet door de weerstandjes en de grafietstift? Ja/nee. Zo ja, wat is er met deze energie gebeurd? ………………………………………………………………………………………………
-
Streep het foute antwoord door: Hoe langer een grafietstift is, hoe groter/kleiner zijn weerstand is.
naam: …………………………………………… samen met: ………………………………………………
Hoe kun je de weerstand van voorwerpen vergelijken en bepalen? (vervolg) In het eerste deel van dit experiment heb je van drie verschillende weerstandjes de stroomsterkte I door het weerstandje bij een bepaalde spanning U over het weerstandje gemeten en genoteerd in een tabel. Bovendien heb je in die tabel ingevuld wat de fabrikant op de weerstandjes heeft gezet. Hierbij stond o.a.: 15R, 47R en 100R. Je had wellicht al door dat deze getallen met die R duiden op de sterkte van de weerstand van die weerstandjes. Laten we eens kijken of onze metingen enigszins kloppen met de weerstandswaarde die de fabrikant heeft opgegeven
4. De weerstand van weerstandjes a. theorie De weerstand R van een voorwerp kan men berekenen als de waarde van I bij een bepaalde waarde van U bekend is. Als je nog van niets weet, kun je een aantal mogelijkheden bedenken voor de relatie tussen R en I en U: a. R = U + I
b. R = U · I
c. R = U / I
d. R = I / U
1. Waarom is definitie a onzinnig? …………………………………………………………….
2. Definitie b is al ‘gereserveerd’ voor een andere grootheid. Welke? ………………….
3. Definities c en d blijven over.De weerstand van een voorwerp zegt iets over de moeite die het kost voor een elektrische stroom om erdoorheen te komen. Stel ik heb twee weerstandjes A en B. Bij een bepaalde U blijkt er door A een grotere I te gaan dan door B. Welke van de twee heeft de grootste weerstand? ………….. Dus: als bij een bepaalde U de stroomsterkte I toeneemt, dan neemt R toe/af (streep het foute antwoord door). Welke definitie moet dus de juiste zijn? ……. Welke ‘driehoek’ hoort hierbij?
Als je U in V en I in A invult in de formule, dan krijg je de weerstand in ohm (symbool: Ω). b. de weerstand van de weerstandjes berekenen 1. Vul nu in je tabel in de laatste (grijze) kolom bovenaan de definitie van R in en zet de eenheid erbij. Bereken de waarde van R voor de drie weerstandjes en zet de berekende waarde in de tabel. 2. De fabrikant heeft ook ‘10%’ op de weerstandjes gezet. Dit geeft aan dat hij garandeert dat de weerstand van bijv. het weerstandje met 100R ligt tussen 90 Ω en 110 Ω. Geven jouw metingen de fabrikant van deze drie weerstandjes gelijk?
100R: …………………………………………………………………………………….
47R: …………………………………………………………………………………….
15R: …………………………………………………………………………………….
5. De weerstand van een lampje Als je de weerstandjes zou hebben doorgemeten bij verschillende spanningen, dan zou je voor R met de formule R = U / I steeds ongeveer dezelfde waarde hebben gevonden. De weerstand van een weerstandje hangt dus niet af van de spanning die eroverheen staat! Dit geldt zeker niet altijd voor ‘voorwerpen’ waar stroom doorheen kan. Bij sommige weerstandjes is de weerstand bijv. afhankelijk van de temperatuur of de hoeveelheid licht die erop valt. Deze zgn. NTC en LDR zullen nog gepresenteerd worden. Ook een lampje gedraagt zich anders. Als je de spanning over een lampje opvoert, zal het feller gaan branden omdat de gloeidraad heftiger gaat gloeien. Je voelt wel aan dat dit invloed heeft op de weerstand van dit gloeidraadje en dus op de weerstand van het lampje. We gaan het verband onderzoeken tussen de spanning over een lampje en de weerstand van het lampje. a) metingen en berekeningen Bouw de schakeling zoals je die op pagina 2 van het werkblad getekend hebt. Alleen het weerstandje wordt nu vervangen door een lampje. Laat de schakeling eerst weer controleren voordat de voedingskast aangaat!!!
Stel nu de spanning in op verschillende waarden (zie de voltmeter) en vul onderstaande tabel in.
U (V)
I (A)
P (W)
R (Ω)
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
b) uitwerking Zet de eerste twee kolommen van de tabel uit in een diagram op het uitgedeelde blaadje. Zet U verticaal en I horizontaal. Teken de grafiek. c) vragen 1. Verandert de weerstand van een lampje met de spanning over het lampje? ……… en wel als volgt: ……………………………………………………………………….. 2. Hoe ziet je dat aan de grafiek die je getekend hebt? ……………………………………………………………………………………………………… 3. Wat gebeurt er met het vermogen P dat het lampje krijgt als je U vergroot? ………………… 4. Hoe merk je dat aan het lampje? …………………………………………………………………………………………………………
6. De weerstand van metaaldraden 1. metingen en berekeningen Vervang het lampje door een metaaldraad die op een plankje is bevestigd. Vul onderstaande tabel in. Herhaal de metingen voor een even lange draad van een ander metaal. (In de les zal verteld worden om welke draden het precies gaat.) materiaal van draad 1: …………………………………… materiaal van draad 2: …………………………………… U (V)
I (A) door draad 1 I (A) door draad 2 R (Ω) van draad 1 R (Ω) van draad 2
1,0 3,0
2. vragen a) Hebben draden van dezelfde lengte maar van verschillende metaalsoorten dezelfde weerstand? …………. b) Waarom moesten de metaaldraden in dit experiment van dezelfde lengte zijn?
……………………………………………………………………………………… c) Waarom kun je niet spreken van dé weerstand van metaaldraad?
………………………………………………………………………………………
