Lineaire acculader. Microprocessor gestuurde meetrapladers

Namen:

Gijs van de Sandt en Hessel Koot

Vak:

Natuurkunde

Begeleider: T. Nas Datum:

03-2015

1. Voorwoord 2. Samenvatting 3. Literatuuronderzoek 3.1 Oplader 3.2 De accu 3.3 Elektromotor 4. Inleiding 5. Hypothese 6. Werkwijze 6.1 Benodigdheden 6.2 Werkwijze 6.3 Beschrijving CoachLab II 7. Meetgegevens 8. Deelvraag 1: Wat is het rendement van de oplader? 9. Deelvraag 2: Wat is het rendement van de accu? 10. Deelvraag 3: Wat is het rendement van de elektromotor? 11. Conclusie 12. Discussie 13. Bronnen 14. Kostenverantwoording 15. Evaluatie 16. Tips vervolgonderzoek 17. Bijlagen 17.1 Grafieken CoachLab II

Blz. 3 Blz. 3 Blz. 4 en 5 Blz. 6 t/m 10 Blz. 11 t/m 13 Blz. 14 t/m 16 Blz. 17 t/m 19 Blz. 20 Blz. 20 t/m 23 Blz. 23 en 24 Blz. 25 t/m 39 Blz. 40 t/m 43 Blz. 44 t/m 47 Blz. 48 t/m 53 Blz. 54 t/m 56 Blz. 57 Blz. 58 t/m 60 Blz. 61 Blz. 62 en 63 Blz. 63 Blz. 64 t/m 71

Blz. 2 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

In dit profielwerkstuk zullen we het rendement van onze eigen gemaakte elektrische skelter gaan berekenen. Dit doen we door 3 deelvragen te beantwoorden, metingen te verrichten met het programma CoachLab II en een eigen elektrische skelter te maken. Gaandeweg het verslag proberen we steeds meer het rendement van de skelter te verduidelijken en bekritiseren we het rendement ook aangezien er in het onderzoek ook een aantal factoren zijn die het rendement drastisch kunnen beïnvloeden.

In dit profielwerkstuk hebben we 3 deelvragen gevormd die ons uiteindelijk antwoord gaven op de hoofdvraag; Wat is het rendement van onze elektrische skelter? Allereerst vonden we als rendement van de 2 opladers die we gebruikten een rendement van 55%. Dit betekend dus dat de nieuwe en oude oplader die we gebruikte samen 55% van de toegevoerde energie weer als energie doorgaf. Het rendement van de accu was 54%. Van de elektromotor wisten we dat het rendement boven de 78% lag en van die 78% werd uiteindelijk 55% echt omgezet in arbeid. Het totale rendement van onze skelter was uiteindelijk 8,8% wat redelijk weinig leek maar met de spullen die wij tot onze beschikking hadden eigenlijk best goed is.


Natuurkunde, 5 Havo

Een accu is te zien als een opslagvat voor energie. Om iets uit een accu te halen (ontladen) moet deze eerst gevuld worden met energie (laden). De eenvoudigste acculader bestaat uit een spanningsbron en een weerstand. De weerstand is aanwezig om de stroom te begrenzen omdat er anders een te hoge stroom de accu in stroomt.

Lineaire acculader Met lineaire acculader, ook wel conventionele lader genoemd, worden alle 50Hz laders bedoeld. Bij deze lader wordt netspanning omgezet naar een gelijkstroomspanning. Dit wordt gedaan met behulp van een transformator. De transformator bestaat uit een primaire en secundaire zijde. De stroom loopt van de primaire zijde naar de secundaire zijde. De wisselstroom uit het lichtnet zal verwerkt moeten worden naar gelijkstroom om de accu op te kunnen laden. Dit wordt gedaan door transformatoren die bestaan uit grote ijzerkernen. De kernen zijn zo groot en van sterk materiaal gemaakt om de hoeveelheid Hz van de netspanning te kunnen verwerken naar gelijkspanning. Tijdens dit proces treden er omzetverliezen plaats. Bij deze oplader is dit in de vorm van warmte, waardoor het rendement laag ligt. Met andere woorden: er gaat meer elektrische energie in de primaire zijde van de lader dan er bij de secundaire uitkomt. Het rendement van de lineaire lader ligt rond de 75%.

Microprocessor gestuurde meetrapladers De meetrapladers zijn in staat om in een aantal stappen de accu volledig te laden. Dit doen ze door een nauwkeurige dosering van laadspanning en laadstroom. In sommige van deze laders houdt de microprocessor niet alleen rekening met stroom en spanning, maar ook met de temperatuur van de accu. Dit is van groot belang voor het laden van bijvoorbeeld gelaccu’s. De gelaccu’s zijn namelijk extreem gevoelig voor een combinatie van laadspanning en temperatuur.


Natuurkunde, 5 Havo

Het opladen van de accu wordt in acht stappen gedaan:

1. Testen In deze fase wordt de accu getest op conditie en ladingstoestand. 2. Soft charge Als de accu diep ontladen is, zal hij geen normale laadspanning accepteren. Daarom wordt er in deze fase eerst met een kleine laadstroom geladen worden. 3. Desulfatering Deze fase wordt toegepast als de accu gesulfateerd is. Dit komt voor als de accu voor een langere tijd niet gebruikt is. In de accu ontstaat er dan loodsulfaat met een grove kristalstructuur. Door de vorming kristalstructuur is het niet meer mogelijk om de accu op te laden. 4. Bulklading Bij bulklading wordt er gebruik gemaakt van een constante laadstroom. In deze fase ontvangt de accu de meeste lading en word het gevuld voor ongeveer 80%. Verder wordt de accu op de juiste spanning gebracht (tussen de 14,4 en 14,8) om naar de volgende fase te gaan. 5. Adsorptielading In deze fase word de accu opgeladen met een constante laadspanning tot ongeveer 95% en neemt de laadstroom steeds meer af. In fase 4 en 5 wordt de accu feitelijk opgeladen tot 100%. Hoe meer de accu ontladen is, des te langer deze twee fases duren. 6. Nalading De laadspanning wordt verhoogd met 0,4 volt tot de accu 100% geladen. 7. Testen In deze fase wordt de accu getest op het vasthouden van de lading. 8. Onderhoudslading De lader meet in fase de spanning van de accu. Als de spanning onder de 12,6 volt komt, begint hij weer met het laden. Deze manier wordt ook wel druppellading genoemd. Dit houdt in dat de lader langzaam stroom in de accu “druppelt”.


Natuurkunde, 5 Havo

In dit deel veel ons verslag gaan we wat algemene informatie over accu’s doornemen. Hierbij kijken we naar twee soorten accu’s en naar de scheikundige aspecten van deze accu's Een accu is eigenlijk een soort van energiereservoir. Er kan energie ingestopt worden en ook weer uitgehaald worden. Een accu is te vergelijken met een emmer die je kan vullen met water. Als je niks met de emmer doet, blijft deze vol terwijl bij gebruik de hoeveelheid water afneemt. Het uitstromende water is te vergelijken met de elektrische energie die wordt verbruikt. De accu is ontstaan nadat Luigi Galvani verschillende experimenten uitvoerde in de periode tussen 1780 en 1786 op de spieren van kikkers. Tijdens het experiment ontdekte Luigi dat bij het gebruik van sommige metalen gereedschappen de spier van de kikker aantrok. Hij dacht dat de energie hiervoor nog uit het dier zelf kwam en noemde het daarom “dierlijke elektriciteit.” Zijn vriend en assistent, Alessandro Volta, had een andere theorie bedacht. Alessandro ging verder met de experimenten van Luigi. Hierbij liet hij echter de kikker buiten beschouwing maar verdiepte zich meer in de verschillende metalen. Zo kwam hij tot de conclusie dat er met twee verschillende metalen elektrische energie opgewekt kon worden. In het zijn eerste onderzoek gebruikte Volta een aantal schalen met een zoutoplossing in plaats van het kikkerpootje van Galvani. De schalen waren met elkaar verbonden door een metalen draadje. De ene schaal bestond uit koper en de andere uit zink. Hierbij zag hij dat er een elektrische energie ontstond. Na het verbeteren van zijn eerste onderzoek, wilde Volta laten zien wat hij ontdekt heeft. Dit deed hij aan de hand van de Zuil van Volta (afbeelding hiernaast). Hij stapelde koperen en zinken muntjes op elkaar die gescheiden werden door stukjes karton die in een zoutenoplossing hadden geweekt. Door een apparaat aan de gesloten stroomkring te verbinden, kon Alessandro aantonen dat er elektrisch energie ontstond. De eerste accu werd echter pas uitgevonden in 1860 door Gaston Planté, een lood(zuur) accu. De accu bestond uit twee kleine plaatsjes van lood die werden gescheiden door rubberen vellen. Het geheel werd in een zuur bad gelegd om een chemische reactie te starten. Tegenwoordig komen we nog veel van de vroegere uitvinders en hun uitvindingen tegen. De lood(zuur) accu van Gaston Planté staat aan de basis van de lood(zuur) accu die we nu gebruiken in auto’s. En vanaf 1881 werd de naam Volta gebruikt als eenheid van de elektrische spanning (Volt).


Natuurkunde, 5 Havo

Hoe werkt een accu? Een accu bestaat uit twee elektrodes in een zoute oplossing. De twee elektrodes worden van elkaar gescheiden door elektrolyt. Elektrolyt is als het ware een wand tussen de elektroden om ionen over te geven van de ene naar de andere kant. De elektrodes zijn gemaakt van verschillend materiaal en zijn de plus- en de minpool. De polen worden ook wel de kathode (pluspool) en anode (minpool) genoemd. Een accu is eigenlijk dus een grotere en sterkerij batterij. De verdere werking gaan we uitleggen aan de hand van de onderstaande afbeelding.

Schematische weergave zinkkoperbatterij Op de afbeelding hierboven is schematisch de werking van een zinkbatterij afgebeeld. De twee elektrodes zijn gemaakt uit zink (minpool) en koper (pluspool). De zinkstaaf is in een zinksulfaatoplossing gedaan en de koperstaaf in een kopersulfaatoplossing. Zink is een metaal dat makkelijk op te lossen is. De zinkionen (Zn2+) van de zinkstaaf zullen oplossen in de zinksulfaatoplossing. Hierdoor blijven er in de zinkstaaf negatieve elektronen over, de zinkstaaf wordt een negatieve pool. De koperstaaf neemt juist ionen op uit de oplossing. De koperionen (Cu2+) gaan aan de staaf vast zitten. De staaf wordt positief geladen en trekt zo het overschot aan negatieve ionen van de zinkstaaf naar zich toe. Bij een accu wordt dus chemische energie omgezet in elektrische energie. Er is sprake van een elektronen stroom waardoor het lampje gaat branden. Het lampje kan blijven branden tot alle koperionen van de kopersulfaatoplossing door de koperstaaf zijn aangetrokken, dan is de batterij ‘leeg’. De zinkkoperbatterij is een oplaadbare batterij. Dit betekent dat de chemische reactie die verlopen is omkeerbaar is door de toevoer van stroom. Dan wordt de elektrische energie juist omgezet in chemische energie en verloopt de reactie andersom.


Natuurkunde, 5 Havo

De reactie die verloopt wordt ook wel een redoxreactie genoemd. De reactie bestaat uit een reductor, oxidator en een totaal reactie. In het geval van de zinkkoperbatterij is dit als volgt: Reductor: Zn  Zn2+ + 2eOxidator: Cu2+ + 2e-  Cu Totaalreactie: Cu2+ + Zn  Cu + Zn2+

Loodaccu: De loodaccu was de eerste oplaadbare batterij. In 1859 is hij uitgevonden door de Fransman Gaston Planté. De accu is tegenwoordig nog steeds de meest gebruikte accu van allemaal, vanwege zijn simpele opbouw. De loodaccu wordt veelal gebruikt in auto’s.

Voordelen (in vergelijking met andere type accu’s):      

Het elektrochemische systeem bestaat enkel uit water, zwavelzuur en lood. Hoge elektrische stroom leveren, hoog genoeg voor startmotoren van auto’s. Hoog vermogen per massa-eenheid. Goedkoop ten opzichten van andere accu's. Het is makkelijk om hem weer op te laden, er zijn geen moeilijke scheikundige processen bij nodig. Een hoge spanning.

Nadelen:   

Relatief lage energie per massa-eenheid, maar 30 Wh/kg. De meeste cellen bevatten vloeibaar elektrolyt. Hierdoor kan er bij overladen knalgas ontstaan wat een erg explosief mengsel van zuurstof en waterstof is. Een corrosieve werking van zwavelzuur. Dit houdt in dat zwavelzuur enkele stoffen onherstelbaar kan beschadigen.


Natuurkunde, 5 Havo

Werking: Elke cel in de accu heeft een elektrode van zuiver lood (Pb) en een elektrode van lood(IV)oxide (PbO2). Deze twee stoffen bevinden zich in een oplossing van zwavelzuur. De elektrode zijn aangebracht op een loden plaat die zelf geen deel uitmaken van het chemische proces. Tijdens het ontladen ontstaat er een laag loodsulfaat op de materialen. Tijdens het opladen is het juist andersom, daar word het loodsulfaat weer omgezet in lood en lood(IV)oxide. De half reacties bij het ontladen van de accu zijn: Reductor: Pb (s) + SO42− (aq)  PbSO4 (s) + 2 e− Oxidator: PbO2 (s) + SO42− (aq) + 4 H+ + 2 e−  PbSO4 (s) + 2 H2O (l) Totaalreactie: Pb (s) + 2SO42− (aq) + PbO2 (s) + 4 H+  PbSO4 (s) + 2 H2O (l) De totaalreactie bij het opladen verloopt precies andersom dan de totaalreactie van het ontladen. Hierdoor ontstaan de begin producten van de half reacties opnieuw. Zo kan de reactie opnieuw verlopen en de accu dus weer gebruikt worden. In ontladen toestand bestaan allebei de elektronen uit lood(II)sulfaat. De elektrolyt verandert dan in water, waardoor het ontladen van loodaccu’s kan leiden tot bevriezingsschade.


Natuurkunde, 5 Havo

Lithium-ion-accu: De lithium-ion-accu’s zijn accu’s die te vinden zijn in wat kleinere apparaten die vooral bedoeld zijn voor gebruik door consumenten. Lithium-ion-accu's zijn veel te vinden in bijvoorbeeld mp3-spelers, telefoons en laptops omdat deze accu’s een hoge energiedichtheid hebben. Energiedichtheid is de hoeveelheid energie per massa-eenheid dat is opgeslagen in de desbetreffende stof. Voordelen (in vergelijking met andere type accu’s):     

Hoge energiedichtheid. Weinig tot geen zelfontlading. Hoog vermogen. Milieuvriendelijker dan andere batterijen. Lange levensduur.

Nadelen:  

Hoge aanschafprijs. Kans op explosie en brand bij te hoge tempraturen.

Werking: Het lithium van deze batterij is opgenomen poreus koolstof. Dit is gedaan om de vorming van metaalnaadjes tegen te gaan bij het opladen van de batterij. De negatieve elektrode bestaat uit poreus koolstof. Dat is een speciale koolstof die door adsorptie allerlei stoffen aan zich kan binden. Tijdens het opladen worden de poriën van de koolstofelektrode negatief geladen. De positief geladen lithiumionen kruipen in de poriën van het negatief geladen poreus koolstof. Bij het ontladen gaan de lithiumionen juist weer naar de positieve elektrode van kobalt- of mangaanoxide. Daar gaan ze ook een binding aan met een van deze twee stoffen. In feite bewegen de lithiumionen tussen de twee elektroden heen en weer bij het laden en ontladen als een soort van jojo. Hierom wordt deze batterij ook wel is een swing-batterij genoemd. Reductor: C6Lix  C6 + x Li+ + x eOxidator: Li1-xCoO2 + x Li+ + x e-  LiCoO2 Totaalreactie: Li1-xCoO2 + C6Lix  LiCoO2 + C6 De elektrolyt mag in de batterij geen water bevatten, omdat lithium erg reactief is in contact met water. Dan ontstaat er meteen lithiumhydroxide waarbij, op moment van vorming, enorm veel warmte vrijkomt.


Natuurkunde, 5 Havo

Er bestaan veel verschillende soorten elektromotoren die allemaal hun eigen voor- en nadelen hebben voor het aandrijven van auto’s. In dit stuk gaan we kijken naar de eigenschappen van verschillende elektromotoren en naar hun voor- en nadelen. De elektromotor bestaat uit 2 hoofdcomponenten, de stator en de rotor. De stator is bevestigt aan de behuizing van de motor en beweegt verder niet. De rotor daarentegen draait rond binnen in de stator.

Gelijkstroommotor Dit is de eenvoudigste elektromotor van allemaal. In de stator van de gelijkstroommotor zijn een paar elektromagneten aanwezig. De elektromagneten wekken een magnetisch veld op als er stroom wordt toegevoerd. De rotor is een cilinder van ijzer waar omheen een spoel is gedraaid zodat de rotor van stroom kan worden voorzien via de borstels. De uiteinden van de spoel zijn verbonden met de commutator. De commutator is op zijn beurt verbonden met de borstel, zodat de spoel van stroom kan worden voorzien. Dit is zichtbaar in de afbeelding hieronder. Hoe komt het dat de rotor draait? Als er gelijkstroom gaat lopen door de stator gaat deze werken als een magneet. De linkerzijde wordt dan de positieve pool en de rechterzijde de negatieve pool. Dezelfde stroom gaat via de borstels en commutator ook naar de rotor en wekt daar een magnetisch veld op. Zo wordt de linkerkant van de rotor positief geladen. De positieve kanten van de rotor en de stator duwen elkaar weg terwijl de negatieve en positieve kanten elkaar juist aantrekken. Zo komt de rotor in beweging.

De rotor begint met draaien en roteert 180 graden.


Natuurkunde, 5 Havo

Na een draai van 180 graden zijn de juiste polen bij elkaar gekomen en stopt de beweging. Door de halve draai van de rotor heeft de commutator nu ook een halve draai gemaakt, want die zitten aan elkaar vast. De stroom komt nog steeds binnen via de borstels. De commutator staat na de draai op zijn kop en zal de stroom daarom andersom doorgeven. De negatieve kant van de rotor wordt dan positief, terwijl de positieve kant juist negatief word. Zo kan het weer bij stap 1 beginnen en verder gaan met draaien. Dit zal zich blijven herhalen, en de motor zal dus blijven draaien, tot er geen stroom meer wordt toegevoegd. De snelheid waarmee de rotor draait, kan makkelijk gecontroleerd worden. De stroomtoevoer kan worden verzwakt met een weerstand, waardoor de rotor langzamer gaat draaien. De gelijkstroommeter heeft echter wel enkele nadelen. Zo zal het materiaal na een tijdje gaan slijten door de bewegende onderdelen. Daarnaast ligt het rendement relatief laag in vergelijking met andere elektrische motoren.

De asynchrone motor Bij dit type elektromotoren bestaat de stator uit drie spoelgroepen. De spoelgroepen worden ook wel fasewikkelingen genoemd. Deze spoelgroepen krijgen exact dezelfde hoeveelheid wisselspanning binnen, maar met faseverschillen van 120 graden. De polenparen bereiken daardoor om de beurt hun maximale magnetisch veld. Er ontstaat dan een magnetisch veld die net zo snel draait als de binnenkomende wisselstroom. De rotor is een soort kooi gemaakt van staven die aan De rotorkooi draait rond in het statorveld de bovenkant zijn vast gemaakt met een ring, zoals de afbeelding hiernaast weergeeft. In de staven lopen grote hoeveelheden stroom. Samen met het statorveld zal er een magnetisch veld worden opgewekt. Zo begint de rotor met draaien. De rotor probeert met dezelfde snelheid te draaien als het magnetisch veld van de stator. Dit kan echter niet gebeuren omdat de energie in de rotor opgewekt is door het statorveld. De rotor blijft dus altijd achter het statorveld aan draaien, daarom noemen we dit een asynchrone motor. Een groot voordeel van deze elektromotor is de betrouwbaarheid. De enige onderdelen die last hebben van de wrijving zijn de rotorlagers.


Natuurkunde, 5 Havo

De synchrone motor De synchrone motor heeft hetzelfde soort stator als de asynchrone motor. Het verschil tussen deze twee motors zit bij de rotor. Rotor met vaste magneet De rotor van een synchrone motor bestaat uit een vaste magneet. In de stator wordt nog steeds een draaiend magnetisch veld opgewekt, die de rotor zal laten ronddraaien. De magneet draait met precies dezelfde snelheid rond als het statorveld. Dit noemt men daarom een synchrone motor. De synchrone motor heeft hetzelfde hoge rendement als de asynchrone motor en is zeer betrouwbaar. Een nadeel van deze motor is dat de magneet bestaat uit dure grondstoffen, wat de motor erg duur maakt. Verder neemt het magnetisch veld na een paar maanden al af.


Natuurkunde, 5 Havo

Als we gaan kijken naar wat het theoretisch het rendement zou moeten zijn van onze skelter dan zullen we met een aantal factoren rekening moeten houden. Allereerst zullen we rekening moeten houden met het rendement van de oplader. We kunnen wel simpelweg het rendement van de accu berekenen maar we moeten ook rekening houden met hoeveel energieverlies er, alvorens de energie in de accu komt, plaatsvindt. De opladers van tegenwoordig hebben een aardig hoog rendement, de beste zelfs boven de 90%. Het energieverlies komt doordat de oplader de spanning van 230 volt moet omzetten naar 12 volt. Niet alleen die omzetting vergt energie, maar ook de omzetting van wisselspanning naar gelijkspanning vergt energie waardoor het rendement nooit 100% kan zijn. Hierin kunnen we nog een stapje verder gaan en kijken hoe de energie wordt opgewekt. Als we namelijk windenergie omzetten in elektrische energie hebben we het over schone energie. Bij het opwekken van elektrische energie volgens deze manier wordt het milieu namelijk niet vervuilt. Is de stroom echter voortgekomen uit het verbranden van aardolie, steenkool of aardgas, dan is niet alleen het rendement lager, maar ontstaat er ook CO₂ wat slecht voor het milieu is. Als tweede gaan we kijken naar de accu zelf. Doordat we weten wat er uit de oplader komt weten we ook wat er in de accu gaat. Als deze helemaal is opgeladen zullen we hem dan volledig moeten ontladen waardoor we weten wat er aan energie uit is gekomen. Zo kunnen we dan het rendement van alleen de accu berekenen. Een derde factor is hoe de elektrische energie die uit de accu komt weer wordt gebruikt voor een ander doel. Wij denken hierbij aan onze elektromotor die wij gaan gebruiken voor onze elektrische skelter. De elektromotor zet de elektrische energie niet volledig om in bewegingsenergie dus het rendement is nooit 100%. Tijdens de overbrenging naar de achteras door middel van tandwielen zal ook energie verlies plaats vinden. Tevens hebben we te maken, tijdens het rijden, met krachten die de skelter tegenwerken. Hiermee zullen we ook rekening mee moeten houden al kunnen we dit erg moeilijk meten. Dit zijn dus factoren waar we rekening mee moeten houden in ons onderzoek. Door middel van deze punten zijn we op de volgende deelvragen gekomen: 1. Wat is het rendement van de oplader? 2. Wat is het rendement van de accu? 3. Wat is het rendement van de elektromotor en skelter?


Natuurkunde, 5 Havo

Door deze onderzoeksvragen kunnen we uiteindelijk onze hoofdvraag beantwoorden. Eerst zullen we de deelvragen theoretisch moeten beantwoorden waarna we het met de theorie kunnen vergelijken en onze hoofdvraag kunnen beantwoorden:

Wat is het rendement van onze elektrische skelter?

Om alle deelvragen te kunnen beantwoorden zullen we verschillende soorten formules moeten gebruiken. Allereerst moeten we de energie berekenen die in de oplader gaat en er uiteindelijk weer uit komt. Ook moeten we de energie berekenen die in de accu gaat en daar weer uit komt. Dit doen we met de formule voor de elektrische energie E.

Waarin

dus dan wordt de uiteindelijke formule:

Naast deze formule hebben we ook de formule voor het berekenen van het rendement nodig. Deze luidt als volgt:

Het rendement kan nooit 100% zijn omdat je bij het omzetten van energie altijd een deel verliest. Voor onze elektromotor geldt een rendement van boven de 78%. Dit wil zeggen dat er van de totale toegevoerde elektrische energie uiteindelijk minimaal 78% wordt omgezet in bewegingsenergie. Als we dit vergelijken met een benzinemotor, waarvan het rendement rond de 25 tot 30% ligt, is de elektromotor veel zuiniger met zijn toegevoerde energie.


Natuurkunde, 5 Havo

Naast deze 2 formules hebben we ook nog een aantal formules nodig voor het berekenen van de arbeid bij onze elektrische skelter. Allereerst de formule voor het berekenen van het vermogen door middel van het toerental en het draaimoment.

Daarnaast hebben we de formule voor de koppel nodig.

is een vectorgrootheid omdat de kracht een richting heeft, in ons geval de richting van de tandriem of ketting, en daarom heeft hij een pijl boven zijn grootheid. De en de vectorgrootheden dus krijgen deze ook een pijl boven hun grootheid.

zijn eveneens

Als laatste hebben we nog de formule voor de arbeid nodig. Zo weten we uiteindelijk hoeveel joule de elektromotor heeft geleverd aan arbeid op het wegdek en daarmee kunnen we dan het totale rendement berekenen.

Door dus eerst de elektrische energie te berekenen die in de oplader gaat weten we wat de toegevoerde energie van de oplader is. Daarna kunnen we de energie die uit de oplader komt, oftewel de energie die in de accu gaat, meten met behulp van Coachlab II. Door hem daarna te ontladen weten we hoeveel energie er uiteindelijk uit de accu komt. Met die energie kunnen we kijken hoe ver we kunnen rijden met onze skelter. Hier moeten we met heel veel factoren rekening houden waardoor we dit waarschijnlijk niet heel precies op de proef kunnen stellen. We kunnen echter wel het rendement van de elektromotor theoretisch berekenen waardoor we redelijk goed kunnen vaststellen wat het totale rendement van de skelter is.


Natuurkunde, 5 Havo

Het rendement van de oplader(s): Als oplader hebben we 2 verschillende opladers gebruikt. Allereerst hebben we een oude oplader van de opa van Hessel. Deze oplader is een conventionele acculader, anders gezegd een 50 Hz lader. De lader is redelijk oud en stopt daarom niet automatisch met het toevoegen van energie als de accu vol is zoals bijna alle laders tegenwoordig wel doen. Daarnaast produceert de oplader redelijk veel warmte. Hierdoor is het rendement van de oude oplader erg laag vergeleken met de nieuwere laders. Het rendement van de conventionele opladers tegenwoordig ligt onder de 75%. Het rendement van de oude oplader zal daarom rond de 60% liggen aangezien er weinig vooruitgang te boeken is in de conventionele laders. Deze maakt namelijk gebruik maakt van 2 spoelen waar altijd veel warmte bij vrijkomt. Dit heeft Gijs ook al uitgelegd in de literatuurstudie. Ook hebben we nog een nieuwe oplader van het merk 'Ultimate Speed'. Dit is een zogenoemde druppellader maar ook een slimme lader aangezien deze via een bepaalde laadkarakteristiek laadt. Het laadkarakteristiek staat hieronder. Dit laadkarakteristiek laat zien wat de grafiek van de voltage en de ampère doen tijdens het opladen van een volledig lege accu naar een volledig volle accu. Voor ons is het alleen belangrijk om vanaf stap 4 te kijken. Onze accu laden we namelijk het eerste, en tevens het grootste deel, op met de oude lader omdat dit veel sneller gaat dan met de nieuwe lader. We weten dat de accu 74 Ah is. Dit wil zeggen dat, als we de accu helemaal ontladen, we uiteindelijk 74 ampère zullen moeten laden totdat de accu weer helemaal vol is. Omdat de nieuwe oplader maar met een maximum van 3,6 ampère kon laden zou dit ongeveer een dag hebben geduurd alvorens de accu zou zijn opgeladen. Daarom hebben we het eerste deel geladen met de oude accu die tot stroomsterktes van 8 à 9 ampère kwam. Dit scheelde ons veel tijd en door de nieuwe oplader op het einde te gebruiken wisten we wanneer de accu vol is. Om nu te berekenen wat het rendement van de oplader is moeten we kijken wat de oplader uit het stopcontact haalt en wat hij uiteindelijk in de accu stopt. Hiervoor gebruiken we de formule . Zo kunnen we berekenen wat de totale energie uit het stopcontact is en met dezelfde formule kunnen we ook berekenen hoeveel energie in de accu gaat. Blz. 17 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

Om te berekenen hoeveel energie er uit het stopcontact komt hebben we een speciale meter nodig die het voltage en de stroomsterkte kan berekenen. Deze hebben we echter niet tot onze beschikking dus zullen we bij de oude oplader deze moeten berekenen door middel van het rendement. Van de nieuwe oplader staat het in het bijgeleverde instructieboekje. We verwachten een rendement van rond de 70% te krijgen uit de 2 opladers samen. Het rendement van de oude oplader ligt rond de 60% en van den nieuwe oplader zal hij rond de 80% liggen aangezien deze redelijk nieuw is. Dit wordt waarschijnlijk nog wel iets minder aangezien we de nieuwe oplader alleen gebruiken voor het opladen van het laatste deel van de accu. Het laatste deel is het moeilijkste omdat de accu dan al bijna vol zit.

Het rendement van de accu: De 2 accu's die wij gebruiken zijn 2 calcium accu's. Dit zijn eigenlijk dezelfde accu's als lood-zuuraccu's alleen hebben dit soort accu's geen onderhoud nodig en hebben ze een langere levensduur. Daarnaast is de zelfontlading ook wat kleiner dan bij de lood-zuuraccu's maar er vind alsnog wel een redelijk groot percentage zelfontlading plaats, rond de 20 tot 25%. Onze accu’s zijn van het merk Dynac. De capaciteit van de accu is 74 Ah en we hebben 2 precies dezelfde accu's voor onze elektrische skelter. De accu kan naar behoren werken bij temperaturen boven de -18 °C. Dit wil dus zeggen dat als de temperatuur onder de -18 °C komt, de accu veel minder energie zal geven en kapot kan gaan. Wat we willen weten is dus hoeveel energie er in de accu is gegaan en hoeveel er uiteindelijk uit is gekomen. Hiervoor nemen we het gemiddelde van de energie die er in is gegaan en het gemiddelde van de energie die er uit is gekomen. Dan gebruiken we de formule voor het rendement en weten we wat het rendement van de accu is. Van een accu weten we dat je hem nooit volledig kan ontladen. Zeker bij een startaccu, die eigenlijk alleen voor een korte piekstroom is gemaakt, zal de accu niet volledig ontlaadbaar zijn. Daarom denken we dat de accu voor ongeveer 70 à 80% ontlaadbaar zal zijn. Het rendement van de accu zal daarnaast heel erg afhangen van hoe we gaan opladen en ontladen. We hebben bij startaccu's namelijk te maken met zelfontlading. Na wat gidsexperimenten denken we dat het rendement rond de 60% zal liggen aangezien we ongeveer 3 dagen zullen moeten opladen en er telkens een percentage zelfontlading plaatsvindt.


Natuurkunde, 5 Havo

Rendement van de elektromotor: Om het rendement van de elektromotor te berekenen moeten we eerst kijken wat we moeten berekenen. Omdat we een elektromotor van 24 volt gaan gebruiken zullen we deze moeten aansluiten op 2 accu’s van ieder 12 volt. De overbrenging van elektrische energie naar bewegingsenergie in de elektromotor kost energie. Het rendement van een algemene elektromotor is ongeveer 80%. Daardoor kunnen we er vanuit gaan dat ongeveer 80% van de energie wordt omgezet in bewegingsenergie. Deze bewegingsenergie wordt vervolgens niet 100% omgezet in snelheid aangezien we weerstand hebben. Dit is echter met de mogelijkheden die wij hebben onmogelijk om te meten. Daarom kunnen we alleen de maximumsnelheid vergelijken van onze skelter met de theoretische maximum skelter. Ook kunnen we theoretisch berekenen hoeveel energie uiteindelijk wordt omgezet in afstand en zo kunnen we het rendement van de geleverde arbeid door de elektromotor en de uiteindelijk arbeid van de skelter berekenen. Dit is echter wel deels theoretisch. Wij gebruiken een elektromotor om de elektrische energie uit de accu te benutten maar er zijn veel meer mogelijkheden om de elektrische energie in een accu te gebruiken. Accu’s zijn een essentieel onderdeel in een auto. De taak van een accu is namelijk om de startmotor van elektriciteit te voorzien. De startmotor zorgt namelijk dat de echte motor wordt gestart. De startmotor vergt een hele hoge stroom voor een korte tijd. In deze tijd wordt de accu redelijk zwaar belast en wordt hij deels ontladen. Zodra de motor is gestart heeft de startmotor zijn werk gedaan en wordt de belasting minder. Accu’s in auto’s moeten dus vooral in een korte tijd een hoge stroomsterkte kunnen leveren. Nadat de auto is gestart laad de accu vanzelf weer op en is hij klaar voor de volgende keer starten. Het rendement van de elektromotor ligt dus rond de 80% volgens de fabrikant van de website. Maar als we gaan kijken hoeveel arbeid we uiteindelijk uit de skelter krijgen dan zal het rendement veel lager liggen door de wrijvingsweerstand. We verwachten daarom dat het rendement uiteindelijk rond de 40 % ligt door de weerstanden die een grote invloed hebben op de skelter.

Over het algemeen kunnen we dus zeggen dat we met de middelen die we tot onze beschikking hebben alleen het rendement van de accu kunnen berekenen. Het rendement van de oplader zullen we gedeeltelijk theoretisch berekenen en gedeeltelijk met de gegevens die we hebben verzameld. Het rendement van de elektromotor zullen we ook deels theoretisch moeten berekenen aangezien we geen meetinstrumenten tot onze beschikking hebben om de arbeid precies te berekenen. Blz. 19 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

         

Coachlab II (of een ander meetinstrument waarmee je de spanning en/of stroomsterkte kan meten) Minimaal 1 voltmeter Minimaal 1 ampèremeter Stroomkabeltjes om dingen te verbinden Een oplader 2 accu’s Een apparaat die op gelijkspanning werkt en veel stroom vergt om de accu leeg te trekken (zoals warmtespiralen of een startmotor) Het programma CoachLab II Stopwatch (om tijd te meten) 2 gelijke weerstandjes van 100 ohm of meer

Allereerst was het belangrijk om te kijken wat we kunnen meten met Coach of een ander meetinstrument. We wilden namelijk de spanning en de stroomsterkte meten om uiteindelijk het vermogen te kunnen berekenen. De tijd die we nodig hadden om de accu te op- of ontladen moest ook worden bijgehouden. Bij Coach stond dit op de X-as maar bij een ander meetprogramma kon dit anders zijn. Voordat we met de proef begonnen was het belangrijk om te weten dat we met redelijk hoge stroomsterktes gingen werken. Het was dus belangrijk dat we de proef in een droge, schone omgeving deden aangezien het anders erg fout kon gaan. Daarnaast moesten we ervoor zorgen dat we altijd de stroomkring checkte of alles goed was aangesloten alvorens we de meting echt startte anders konden we veel tijd verspillen. Ook moesten we bij oude opladers zonder begrenzing opletten dat we niet te veel energie toevoegde aangezien we dan de kans hadden dat de accu ontplofte.


Natuurkunde, 5 Havo

Ontladen van accu: Als eerst zorgde we dat we coachlab II was opgestart en we een nieuwe meting opende (Voor CoachLab-meten staat onderaan de werkwijze hoe we dit opstartte en hoe we er mee werkte). Zodra we dit hadden opgestart verscheen linksonder het Coachlab II. Hier konden we verschillende meters op toevoegen. Voor onze meting hadden we een voltmeter nodig met het maximale bereik van 10 volt. Dit stelde we in door op onze rechtermuisknop te klikken en dan op Bewerken / IJken. Zo konden we uiteindelijk de spanning meten over één weerstandje. Nadat we Coach hadden opgestart was het tijd om de schakeling te maken. Dit deden we door het volgende schakelschema, dat hiernaast staat, te maken in het echt. Je ziet dat we de 2 weerstanden in serie zetten, maar die 2 weerstandjes staan samen parallel aan de accu. Zo wisten we dat er over die weerstandjes samen 12 volt loopt. Omdat we 2 gelijke weerstandjes namen en die in serie zette, loopt over ieder weerstandje 6 volt. Dit was binnen het meetbare gebied van Coachlab II en dat konden we dus goed meten. Daarom stond er een voltmeter over één weerstandje. Uiteindelijk moesten we die waarde simpelweg keer 2 doen om de echte waarde van de accu te weten. Daarnaast zette we de elektromotor ook parallel op de 12 volt accu. Deze kreeg dus ook 12 volt. De elektromotor werkte echter op 24 volt maar op 12 volt kon hij ook gewoon werken, hij draaide dan alleen 2 keer zo langzaam. Ook zette we een ampèremeter in serie. Die mat zo de stroomsterkte door de hele schakeling. Deze konden we echter niet met Coachlab II meten dus was het belangrijk deze zo vaak mogelijk af te lezen van de ampèremeter en te noteren. Omdat onze elektromotor maar 1 ampère per uur verbruikte en we een accu hadden van 74 Ah zouden we voor 1 meting ongeveer 3 dagen bezig zijn. Daarom was het verstandig om in plaats van een elektromotor iets anders te nemen dat op gelijkspanning werkt en veel stroom verbruikte. Wij hadden uiteindelijk meerdere warmtespiralen gebruikt en die parallel aan elkaar gezet waardoor over elke spiraal 12 volt liep en de stroomsterktes bij elkaar werden opgeteld (zie hiernaast). Bij elkaar trokken de warmtespiralen ongeveer 14 à 15 ampère. Zo werd de meting binnen een dag gedaan en dat bespaarde ons dus veel tijd. We konden ook natuurlijk iets anders gebruiken wat veel stroom verbruikte.


Natuurkunde, 5 Havo

Nadat we het schema hadden gemaakt moesten we nog één laatste ding doen. De instelling voor de tijd dat we wilde meten. Als we op het klokje naast de groene button bovenaan in de menubalk klikte, konden we de tijd instellen hoelang we wilde meten en het aantal metingen per seconden of per minuut dat de computer de spanning moest registreren. Zodra we dit gedaan hadden waren we klaar om de meting te verrichten. Daarvoor klikte we op de groene button. Tijdens het meten was het belangrijk dat we minimaal elk uur, en het liefst vaker, de waarde van de ampèremeter opschreven. Zo konden we naderhand de gemiddelde stroomsterkte berekenen en, met de gemiddelde spanning, het vermogen. Toen de meting klaar was en we een duidelijke daling van het voltage aan het eind van de meting zagen, wisten we dat de accu (bijna) volledig leeg was. Een accu kan je echter nooit voor 100% ontladen dus we konden nooit alle energie er uit kunnen halen maar dit is verwaarloosbaar klein aangezien we deze energie er ook niet in hadden gestopt.

Opladen van accu: Voor het opladen van de accu gebruikte we hetzelfde schema als dat we gebruikte voor het ontladen. Het enige wat er veranderd was, was dat de stroombron nu de oplader was en dat de accu parallel daar aan stond. Ook hadden we de ampèremeter in serie met de accu gezet zodat we precies wisten hoeveel stroom er in de accu ging. Normaal zouden de weerstandjes er niet zijn maar om met Coach te kunnen meten moesten we deze weer gebruiken. De voltmeter mat dus weer de helft van de voltage over de accu. Als oplader is het aan te raden een redelijk nieuwe te gebruiken aangezien deze sneller en secuurder is. Oude laders hebbenen meestal geen begrenzing waardoor accu’s kunnen ontploffen. De nieuwere laders hebben daarentegen wel een begrenzing en weten meestal wanneer een accu volledig vol is. Dit is handig voor het meten aangezien je dan precies weet wanneer de accu volledig vol is. Voordat we het schema na maakte, startte we weer Coachlab II op, waarna we dezelfde stappen uitvoerde als bij het ontladen. Daarna maakte we het schema in het echt na en konden we weer beginnen met meten. Hierbij vergaten we ook niet om minimaal om het uur de waarde van de ampèremeter op te schrijven. Dit hadden we later namelijk nodig om de totale energie die in de accu was gegaan te berekenen. Zodra de oplader aangaf dat de accu was opgeladen koppelde we de oplader los, stopte we de meting en sloegen we deze op.


Natuurkunde, 5 Havo

1

6

2 5

1. 2. 3. 4. 5. 6.

4

3

Warmtespiralen Accu die ontladen wordt 2 weerstandjes van ieder 150 ohm waarvan de rechter is gekoppeld aan CoachLab II (5) Stroommeter CoachLab II CoachLab II op de computer

Met Coach Lab II hebben we onze metingen verricht. Dit deden we door in Coach6.42 1.Meten te openen waarna je het scherm kreeg wat hiernaast staat. Daarna drukte we op openen en opende we een meting voor de afdeling natuurkunde. Hierin staan voorgeprogrammeerde meetinstrumenten die veel bij natuurkundige proeven gebruikt worden. Vervolgens kregen we het scherm zoals hierboven. Wij moesten het voltage meten dus klikte we op een voltmeter en sleepte deze naar een gele input. Hier drukte we met de rechtermuis knop op en kozen toen ‘Bewerken/IJken. Toen we hier eenmaal op geklikt hadden kozen we als minimale waarde 0,000 V en als maximale waarde 10,000 V. Het ingangsbereik (links) stelde we in op maximaal, oftewel -10..10 V. Daarna drukte we op OK om alles op te slaan.


Natuurkunde, 5 Havo

Vervolgens klikte we met de rechtermuisknop op het rechterondervlak en kozen voor diagram plaatsen. We kozen voor ‘Analoog In 4: Voltmeter’ en drukte op OK. Vervolgens kregen we de grafiek van de voltmeter met op de horizontale as de tijd en op de verticale as het voltage. Daarna klikte we op het linkbovenvlak met de rechtermuisknop en kozen voor tabel plaatsen. Hier kozen we weer voor ‘Analoog In 4: Voltmeter’ en drukte vervolgens weer op OK. In het rechterbovenvlak plaatsde we volgens dezelfde manier een waarde en zo kregen we het scherm als hiernaast. Als allerlaatste stelde we de te meten tijd in. Dit deden we door op het klokje te klikken naast de groene startknop. Hier stelde we de tijd in op 7 uur. De frequentie stelde we in op 119 per minuut en, zodra het niet kon, op iets minder. Daarna drukte we op OK om alles op te slaan en begonnen we de meting door op de groene startknop naast het klokje te drukken.


Natuurkunde, 5 Havo

Opladen accu meting 1: Oude oplader Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 7,8 0,07 8,2 0,14 8,7 0,35 8,9 0,95 8,3 1,41 8,8 1,92 8,8 2,27 8,8 3,14 8,0 3,51 8,2 4,08 8,0 4,34 7,9 5,09 7,8 5,68 7,8 6,21 7,8 6,47 7,6 Gemiddelde 8,2

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 12,46 0,20 12,30 0,40 12,33 0,60 12,40 0,80 12,40 1,00 12,44 1,20 12,48 1,40 12,55 1,60 12,50 1,80 12,53 2,00 14,21 2,20 14,56 2,40 12,64 2,60 12,64 2,80 12,66 3,00 12,69 3,20 12,73

Tijd (uur) Spanning (V) 3,40 12,76 3,60 12,78 3,80 12,81 4,00 14,69 4,20 12,89 4,40 13,43 4,60 12,95 4,80 13,01 5,00 13,61 5,20 13,05 5,40 13,07 5,60 13,90 5,80 14,94 6,00 13,20 6,20 14,87 6,40 13,26 6,47 15,04 Gemiddelde 13,15

Rood gemarkeerd = Niet opgenomen in grafiek

9,0

16,00

8,8

15,50

8,6

15,00

8,4

14,50

8,2

14,00

8,0

13,50

7,8

13,00

7,6

12,50

7,4

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)

Opladen meting 1 oude oplader

Stroomsterkte Spanning

12,00 0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

Tijd (uur)

In deze grafiek zie je de spanning van 12,00 tot 16,00 volt en de stroomsterkte van 7,4 tot 9,0 ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 6,47 uur. De tijd staat voor de tijd dat de oplader de accu heeft opgeladen. Blz. 25 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

Nieuwe oplader 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 6,0 0,03 6,2 1,08 1,6 1,32 1,6 2,27 1,6 3,08 1,6 3,92 1,6 4,32 1,6 5,27 1,6 6,17 1,6 6,95 1,6 Gemiddelde 2,0

Nieuwe oplader 2 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 1,6 0,04 1,6 0,91 1,7 1,88 1,6 2,08 1,6 1,67 1,6 3,50 1,6 4,09 1,6 4,48 1,6 4,98 1,6 5,92 1,6 6,55 1,6 6,60 1,6 Gemiddelde 1,6

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 13,40 0,20 13,66 0,40 13,73 0,60 13,77 0,80 13,83 1,00 13,14 1,20 13,13 1,40 13,14 1,60 13,15 1,80 13,18 2,00 13,17 2,20 13,18 2,40 13,20 2,60 13,20 2,80 13,22 3,00 13,21 3,20 13,22 3,40 13,24

Tijd (uur) Spanning (V) 3,60 13,23 3,80 13,24 4,00 13,26 4,20 13,26 4,40 13,27 4,60 13,29 4,80 13,29 5,00 13,28 5,20 13,32 5,40 13,33 5,60 13,33 5,80 13,34 6,00 13,35 6,20 13,32 6,40 13,37 6,60 13,37 6,80 13,36 6,95 13,43 Gemiddelde 13,32




Natuurkunde, 5 Havo

Nieuwe oplader 3 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 1,7 1,10 1,7 Gemiddelde 1,7

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 13,6 0,56 13,6

Tijd (uur) Spanning (V) 0,89 13,6 1,10 13,6 Gemiddelde 13,6

7,0

15,00

6,0

14,00

5,0

13,00

4,0

12,00

3,0

11,00

2,0

10,00

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)

Opladen meting 1 nieuwe oplader

Stroomsterkte Stroomsterkte (2) Stroomsterkte (3) Spanning Spanning (2) Spanning (3)

1,0

9,00

0,0

8,00 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

Tijd (uur)

In deze grafiek is de spanning van 8,00 tot 15,00 volt en de stroomsterkte van 0,0 tot 7,0 ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 14,65 uur. Ook hier is de tijd de tijd dat de oplader de accu heeft opgeladen. De grafiek bestaat uit drie verschillende grafieken voor de stroomsterkte en drie verschillende grafieken voor de spanning. Dit komt omdat de metingen per grafiek verricht zijn op één dag. Dit betekend dus dat de blauwe en oranje grafieken op dag 1 zijn gemeten, de rode en bruine op dag 2 en de paarse en groene op dag 3.


Natuurkunde, 5 Havo

Opladen accu meting 2: Oude oplader 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 10,6 0,95 10,5 1,75 10,0 2,03 10,2 2,98 9,8 3,21 9,8 3,77 9,7 4,61 9,3 5,03 9,2 6,03 8,8 6,05 8,8 6,79 8,7 7,60 8,6 Gemiddelde 9,6

Oude oplader 2 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 8,9 0,01 8,8 0,03 8,7 0,04 8,7 0,07 8,7 0,15 8,8 0,76 8,6 1,86 8,0 2,78 7,8 3,58 7,7 Gemiddelde 8,2

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 11,75 0,20 11,90 0,40 13,59 0,60 13,62 0,80 13,07 1,00 13,05 1,20 12,05 1,40 12,09 1,60 12,10 1,80 12,14 2,00 14,24 2,20 12,87 2,40 12,22 2,60 12,26 2,80 12,86 3,00 13,26 3,20 12,83 3,40 12,31 3,60 14,13 3,80 13,81

Tijd (uur) Spanning (V) 4,00 12,45 4,20 12,53 4,40 12,50 4,60 12,54 4,80 12,59 5,00 13,17 5,20 13,16 5,40 12,58 5,60 13,79 5,80 12,63 6,00 14,68 6,20 12,70 6,40 12,75 6,60 12,77 6,80 13,27 7,00 12,74 7,20 13,73 7,40 13,70 7,60 12,85 Gemiddelde 12,81

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 12,77 0,20 13,04 0,40 13,05 0,60 14,58 0,80 13,10 1,00 13,13 1,20 13,16 1,40 13,19 1,60 13,22 1,80 13,22

Tijd (uur) Spanning (V) 2,00 13,26 2,20 13,40 2,40 13,33 2,60 13,34 2,80 13,39 3,00 13,40 3,20 13,45 3,40 13,47 3,58 13,49 Gemiddelde 13,56

Rood gemarkeerd = Niet opgenomen in grafiek


Natuurkunde, 5 Havo

11,0

14,50

10,5

14,00

10,0

13,50

9,5

13,00

9,0

12,50

8,5

12,00

8,0

11,50

7,5

11,00

7,0

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)


Stroomsterkte Stroomsterkte (2) Spanning Spanning (2)

10,50 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

Tijd (uur)

In deze grafiek zie je de stroomsterkte van 7,0 tot 11,0 ampère en de spanning van 10,50 tot 14,50 volt uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 11,18 uur. De tijd is de totale tijd dat de oude oplader de accu heeft opgeladen. Hier hebben we ook twee dagen opgeladen waardoor de groene en blauwe grafiek op dag 1 zijn gemeten en de rode en oranje op dag 2.

Nieuwe oplader 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 6,8 0,85 1,7 1,27 1,7 Gemiddelde 3,4


Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 13,14 0,20 13,44 0,40 13,50 0,60 13,56

Tijd (uur) Spanning (V) 0,80 13,59 1,00 13,63 1,20 13,03 1,27 13,05 Gemiddelde 13,45




Natuurkunde, 5 Havo






Tijd (uur) Spanning (V) 0,80 13,7 Gemiddelde 13,7

8,0

14,00

7,0

13,50

6,0

13,00

Stroomsterkte

5,0

12,50

Stroomsterkte (2)

4,0

12,00

3,0

11,50

2,0

11,00

1,0

10,50

0,0

10,00

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)


Stroomsterkte (3) Stroomsterkte (4) Spanning Spanning (2) Spanning (3) Spanning (4)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

Tijd (uur)

In deze grafiek zie je de spanning van 10,00 tot 14,00 volt en de stroomsterkte van 0,0 tot 8,0 ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 11,72 uur. De tijd is weer de totale tijd dat de oplader de accu heeft opgeladen. We hebben vier grafieken voor de stroomsterkte en vier grafieken voor de spanning. De eerste twee grafieken van de stroomsterkte en van de spanning zijn gemeten op dag 1. Dat wil zeggen dat de blauwe, rode, paarse en bruine grafiek zijn gemeten op dag 1. De groene en zwarte grafiek zijn gemeten op dag 2 en de gele en oranje zijn gemeten op dag 3.


Natuurkunde, 5 Havo

Opladen accu meting 3:

Oude oplader 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 8,2 0,04 8,4 0,09 8,8 0,13 9,0 0,15 9,2 0,20 9,2 0,28 9,3 0,38 9,4 0,50 9,3 0,60 9,3 0,77 9,2

Oude oplader 2 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 8,3 0,43 8,7 1,38 8,5 1,61 7,6 1,66 8,2 1,81 7,6 1,84 7,6 2,14 8,2 2,51 8,2 2,67 8,0 2,82 8,0 3,00 7,8 4,20 7,3 4,62 7,0 5,73 5,7 7,00 5,3 Gemiddelde 7,3

Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,93 9,2 1,03 9,3 1,30 9,2 1,45 9,3 1,56 9,2 1,70 9,1 1,95 9,0 2,10 8,8 2,19 8,8 2,26 8,7 2,36 8,6 Gemiddelde 9,1


Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 13,39 0,20 14,19 0,40 14,27 0,60 12,32 0,80 12,30 1,00 12,40 1,20 12,42 1,40 12,45 1,60 12,53 1,80 13,75 2,00 12,59 2,20 12,61 2,36 12,59 Gemiddelde 12,80

Tijd (uur) Spanning (V) 3,60 13,44 3,80 14,97 4,00 13,57 4,20 13,66 4,40 15,37 4,60 14,93 4,80 15,37 5,00 13,97 5,20 14,12 5,40 14,86 5,60 14,06 5,80 14,47 6,00 14,62 6,20 14,74 6,40 14,81 6,60 14,91 6,80 14,97 7,00 14,85 Gemiddelde 13,89

Rood gemarkeerd = Niet opgenomen in grafiek Blz. 31 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

10,0

16,50

9,5

16,00

9,0

15,50

8,5

15,00

8,0

14,50

7,5

14,00

7,0

13,50

6,5

13,00

6,0

12,50

5,5

12,00

5,0

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)



11,50 0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

Tijd (uur)

In deze grafiek is de stroomsterkte van 5,0 tot 10,0 ampère en de spanning van 11,50 tot 16,50 volt uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 9,36 uur. De tijd is weer de totale tijd dat de oude oplader de accu heeft opgeladen. De groene en blauwe grafiek zijn gemeten op de 1ste dag, de rode en oranje op de 2de dag.


Natuurkunde, 5 Havo

Nieuwe oplader 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 3,4 0,01 1,6 0,04 1,6 0,18 1,6 0,63 1,6 Gemiddelde 1,6


Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 14,56 0,20 15,13 0,40 15,16




8,0

16,50

7,0

16,00

6,0

15,50

5,0

15,00

4,0

14,50

3,0

14,00

2,0

13,50

1,0

13,00

0,0

12,50 0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)



1,80

Tijd (uur)

In deze grafiek is de stroomsterkte van 0,0 tot 8,0 ampère en de spanning van 12,50 tot 16,50 volt uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 1,91 uur. Hoewel er twee grafieken voor de stroomsterkte zijn en twee grafieken voor de spanning zijn beiden grafiek op dezelfde dag gemeten.


Natuurkunde, 5 Havo

Ontladen accu meting 1: Ontladen Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 15,5 0,28 15,6 0,30 15,6 0,32 15,6 0,40 15,6 0,44 15,6 0,61 15,6 0,68 15,6 1,06 15,6 1,98 15,2 2,75 14,7 3,65 13,6 4,10 10,7 5,42 6,8 5,85 5,2 6,5 4,6 6,52 4,5 Gemiddelde 11,9



16,0

13,00

14,0

11,00

12,0

9,00

10,0

7,00

8,0

5,00

6,0

3,00

4,0

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)

Ontladen accu meting 1


1,00 0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

Tijd (uur)

In deze grafiek zie je de stroomsterkte van 4,0 tot 16,0 ampère en de spanning van 1,00 tot 13,00 volt uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 6,52 uur. De tijd is hier de tijd van het begin tot het einde van het ontladen van de accu. Blz. 34 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

Ontladen accu meting 2: Ontladen 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 15,8 0,02 15,2 0,04 15,2 1,07 15,7 1,30 15,7 2,24 15,6 3,01 15,4 3,88 15,2 4,29 15,2 4,71 15,2 4,83 15,2 5,41 15,1 6,28 15,0 6,80 14,8 Gemiddelde 15,3

Ontladen 2 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 14,3 0,02 14,2 0,07 14,3 0,14 14,3 0,16 14,3 0,24 14,2 0,32 11,7 0,41 11,8 0,49 11,8 0,55 11,9 0,61 11,0 0,62 10,7 0,63 9,6 0,64 9,2 0,69 9,3 0,76 9,6 1,08 9,6 1,25 9,6



Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 10,78 0,20 10,62 0,40 8,610 0,60 8,552 0,80 6,784 1,00 6,804 1,20 6,804 1,40 6,794 1,60 6,774 1,80 6,754 2,00 6,910 2,20 6,676 2,40 6,527 2,60 5,222 2,80 3,120

Tijd (uur) Spanning (V) 3,00 3,120 3,20 3,130 3,40 3,130 3,60 3,082 3,80 2,808 4,00 1,842 4,20 1,782 4,40 1,754 4,60 1,694 4,80 1,030 5,00 0,864 5,20 0,786 5,40 0,758 5.41 0,748 Gemiddelde 4,681


Natuurkunde, 5 Havo

Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 1,41 9,6 1,76 9,6 1,95 9,6 2,06 9,6 2,12 9,6 2,32 9,2 2,40 9,2 2,54 8,5

Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 2,55 8,4 2,56 8,2 2,57 8,1 2,58 7,8 2,59 7,7 2,60 7,5 2,61 7,1

Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 2,62 6,8 2,63 6,4 2,64 6,0 3,35 4,5 3,83 3,6 4,65 2,3 5,41 1,1 Gemiddelde 6,7

Ontladen accu meting 2 18,0

12,50

16,0 10,50 12,0

8,50

10,0 6,50 8,0 6,0

4,50

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)

14,0

Stroomsterkte (2) Stroomsterkte Spanning Spanning (2)

4,0 2,50 2,0 0,0

0,50 0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

Tijd (uur)

In deze grafiek zie je de stroomsterkte van 0,0 tot 18,0 ampère en de spanning van 0,5 tot 12,5 volt uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 12,21 uur. De grafiek bestaat uit twee grafieken van de stroomsterkte en twee grafieken van de spanning. Dit komt doordat we de accu over twee dagen leeg moesten trekken. De groene en blauwe grafiek zijn dus van de 1ste dag en de rode en oranje grafiek van de 2de dag.


Natuurkunde, 5 Havo

Ontladen accu meting 3: Ontladen 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 16,8 0,02 16,5 0,85 16,4 1,07 16,2 1,28 16,2 1,59 16,2 1,73 16,0 1,95 15,9 2,22 15,8 2,48 15,9 3,21 15,8 4,06 15,6 4,14 15,6 4,44 15,6 4,98 15,5 5,21 15,2 5,40 15,2 5,73 15,2 6,00 15,0 Gemiddelde 15,8

Ontladen 2 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 15,8 0,87 12,2 1,36 9,8 2,00 7,8 Gemiddelde 11,6

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 12,17 0,20 11,91 0,40 11,87 0,60 11,82 0,80 11,79 1,00 11,73 1,20 11,68 1,40 11,63 1,60 11,58 1,80 11,56 2,00 11,53 2,20 11,48 2,40 11,46 2,60 11,33 2,80 11,21 3,00 11,32

Tijd (uur) Spanning (V) 3,20 11,29 3,40 11,25 3,60 11,22 3,80 11,19 4,00 11,15 4,20 11,14 4,40 11,09 4,60 11,07 4,80 10,94 5,00 10,93 5,20 10,94 5,40 10,90 5,60 10,86 5,80 10,77 6,00 10,72 Gemiddelde 11,33

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 11,04 0,20 10,81 0,40 10,72 0,60 10,63 0,80 8,790 1,00 8,416

Tijd (uur) Spanning (V) 1,20 7,908 1,40 6,380 1,60 6,218 1,80 6,022 2,00 5,700 Gemiddelde 8,442


Natuurkunde, 5 Havo

17,0

13,00

16,0

12,00

15,0

11,00

14,0

10,00

13,0

9,00

12,0

8,00

11,0

7,00

10,0

6,00

9,0

5,00

8,0

4,00

7,0

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)



3,00 0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

Tijd (uur)

In deze grafiek zie je de spanning van 3,00 tot 13,00 volt en de stroomsterkte van 7,0 tot 17,0 ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 8,00 uur. De tijd is weer de tijd dat de accu ontladen is. Ook hier hebben we weer twee grafieken van de stroomsterkte en twee grafieken van de spanning. De groene en blauwe grafiek zijn op dag 1 gemeten en de oranje en rode op dag 2.


Natuurkunde, 5 Havo

Ontladen accu meting 4: Ontladen 1 Tijd (uur) Stroomsterkte (A) 0,00 15,6 0,03 15,7 1,55 15,7 2,69 15,2 3,82 10,4 4,85 8,9 4,87 8,9 Gemiddelde 13,7

Tijd (uur) Spanning (V) 0,00 11,83 0,20 11,68 0,40 11,62 0,60 11,56 0,80 11,50 1,00 11,40 1,20 11,38 1,40 11,33 1,60 11,27 1,80 11,21 2,00 11,14 2,20 11,07 2,40 10,99

Tijd (uur) Spanning (V) 2,60 70,85 2,80 10,54 3,00 9,450 3,20 8,836 3,40 8,278 3,60 7,224 3,80 7,174 4,00 7,106 4,20 7,028 4,40 6,920 4,60 6,754 4,80 6,402 4,87 6,148 Gemiddelde 9,762

18,0

14,00

17,0

13,00

16,0

12,00

15,0

11,00

14,0

10,00

13,0

9,00

12,0

8,00

11,0

7,00

10,0

6,00

9,0

5,00

8,0

Spanning (V)

Stroomsterkte (A)


4,00 0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Tijd (uur)

In deze grafiek is de spanning van 4,00 tot 14,00 volt en de stroomsterkte van 8,0 tot 18,0 ampère uitgezet tegen de tijd van 0,00 tot 4,87 uur. De tijd is weer de tijd dat we de accu ontlaadde.


Natuurkunde, 5 Havo


Allereerst berekenen we het rendement van de nieuwe lader door middel van de gegevens uit het instructieboekje. Hierin staat dat het opgenomen vermogen 60 watt bedraagt. Dit wil zeggen dat de oplader voortdurend tijdens het opladen een vermogen van 60 watt uit het stopcontact haalt. Zo kunnen we bij elke meting berekenen wat het rendement is van de oplader en het gemiddelde van die rendementen is vervolgens het rendement van de nieuwe oplader. Meting 1.1 1.2 *1.3 2.3 *2.4 *2.5 *2.6 3.3 *3.4

Totale tijd (uur) 6,95 6,60 1,10 1,27 2,40 7,25 0,80 0,63 1,28

Gem. V 13,32 13,39 13,6 13,43 13,8 13,7 13,7 15,31 13,9

Gem. A 2,0 1,6 1,7 3,4 1,7 1,7 1,7 1,6 1,7

Euit (J)

Ein (J)

44% 36% 39% 76% 39% 39% 39% 41% 39% Gemiddeld rendement 44% * = Niet met CoachLab II gemeten maar gemeten door middel van steekproeven met losse meter Voorbeeld berekeningen meting 1.1:


Natuurkunde, 5 Havo

Voor de oude accu kunnen we de toegevoerde energie uit het stopcontact berekenen. Hierbij gaan we uit van een rendement van 60%. De totale energie die de oplader heeft afgegeven aan de accu is verschillend aangezien de tijd , stroomsterkte en spanning steeds anders is. Daarom zullen we hier per meting rekening mee moeten houden en kunnen we per meting berekenen hoeveel energie er uit het stopcontact is gehaald. Daarnaast kunnen we het opgenomen vermogen berekenen. Meting 1.1 2.1 2.2 3.1 3.2

Totale tijd (uur) 6,47 7,60 3,58 2,36 7,00

Gem. V 13,15 12,81 13,56 12,80 13,89

Gem. A Euit 8,2 9,6 8,2 9,1 7,3 Gemiddeld opgenomen vermogen

60 % 60 % 60 % 60 % 60 %

Voorbeeld berekeningen meting 1.1:


Natuurkunde, 5 Havo

Nu we weten hoeveel energie er uit het stopcontact is gehaald van de oude lader en we het rendement van de nieuwe lader weten kunnen we de totale energie die is opgenomen en de totale energie die in de accu is gegaan berekenen. Hiermee kunnen we dan het totale rendement van het oplaad gedeelte berekenen. Omdat we voor 1 keer opladen meerdere dagen nodig hadden en voor 1 accu zowel de nieuwe als de oude oplader gebruikte zullen we rekening moeten houden met de ontlading van de accu. Een calcium accu heeft een ontlading van 20 tot 25% per dag dus van alle energie die uit de oplader in de accu is gegaan zal zeker een deel verloren zijn gegaan in de 3 dagen van opladen. Hierdoor zal natuurlijk het rendement lager zijn dan wanneer we de accu in één keer helemaal vol hadden geladen maar we konden helaas niet alle metingen in één dag verrichten. Meting (aantal dagen) 1 (3 dagen) 2 (4 dagen) 3 (3 dagen)

otaal Euit

otaal Ein

Gemiddeld rendement oplaadgedeelte

49% 56% 60% 55%

Voorbeeld berekeningen meting 1: Totaal gemeten met CoachLab II deel:

Totaal ongemeten deel (*):


Natuurkunde, 5 Havo

Het totale gemiddelde rendement van beide opladers ligt dus rond de 55%. Dit betekend dat van alle toegevoerde energie uiteindelijk 55% ook echt in de accu komt. Bij deze waarde moeten we echter wel een kleine kanttekening plaatsen aangezien de nieuwe oplader over het algemeen een veel hoger rendement heeft. We hebben de nieuwe oplader echter alleen gebruikt om het laatste stukje van de accu op te laden en dit gaat veel moeilijker dan als de accu nog leeg is. Daarom is het rendement van de nieuwe lader zo laag uitgevallen. Uiteindelijk is een rendement van 56% natuurlijk wel erg laag aangezien de nieuwste laders tegenwoordig al snel een rendement van boven de 90% hebben maar dit is dus te wijten aan het gebruik van de oude lader en het gebruik van de nieuwe lader aan het einde.


Natuurkunde, 5 Havo

Allereerst willen we weten wat er in de accu is gegaan. Hiervoor gebruiken we de gegevens van de oplader. Hiervoor moeten we weer de oude en de nieuwe oplader bij elkaar optellen. Voor de nieuwe lader hebben we de volgende meetgegevens: Meting 1.1 1.2 *1.3 2.3 *2.4 *2.5 *2.6 3.3 *3.4

Totale tijd (uur) 6,95 6,60 1,10 1,27 2,40 7,25 0,80 0,63 1,28

Gem. V 13,32 13,39 13,6 13,43 13,8 13,7 13,7 15,31 13,9

Gem. A 2,0 1,6 1,7 3,4 1,7 1,7 1,7 1,6 1,7

Ein (J)

Voorbeeld berekening meting 1.1:

Voor de oude oplader hebben we de volgende gegevens verzameld: Meting 1.1 2.1 2.2 3.1 3.2

Totale tijd (uur) 6,47 7,60 3,58 2,36 7,00

Gem. V 13,15 12,81 13,56 12,80 13,89

Gem. A 8,2 9,6 8,2 9,1 7,3

Ein

Voorbeeld berekening meting 1.1:


Natuurkunde, 5 Havo

Nu we weten hoeveel energie de nieuwe oplader en hoeveel energie de oude oplader heeft afgegeven kunnen we de gemiddelde toegevoegde energie berekenen wat er per oplaadbeurt van een volledig lege naar een volledig volle accu in de accu gaat. Meting (aantal dagen) 1 (3 dagen) 2 (4 dagen) 3 (3 dagen)

otaal Ein

Voorbeeld berekening meting 1: Totaal gemeten met CoachLab II deel:

Totaal ongemeten deel (*):

Nu we de gemiddelde toegevoegde energie weten moeten we ook de energie die er gemiddeld uit de accu kwam berekenen. Daarvoor gebruiken we de gegevens van het ontladen. Meting 1.1 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1

Totale tijd (uur) 6,52 6,80 5,41 6,00 2,00 4,87

Gem. V 8,808 11,29 4,681 11,33 8,442 9,762

Gem. A 11,9 15,3 6,7 15,8 11,6 13,7

Euit (J)

Euit (J) (per meting)

Rood gemarkeerd = Metingen konden we niet gebruiken Voorbeeld berekening 1.1:


Natuurkunde, 5 Havo

De rood gemarkeerde metingen konden we niet gebruiken aangezien er hier meer energie uit de accu kwam dan dat er in zat. Dit kunnen we verklaren doordat we bij meting één en vier de accu na het opladen een nacht hebben laten rusten waardoor de accu weer zijn normale voltage aanneemt en een grafiek laat zien als bij meting één en vier. Bij meting twee en drie hebben we echter de accu gelijk na het opladen aan de warmtespiralen gekoppeld waardoor er, zeker op het begin, een vrij hoog voltage was die boven de 12 volt lag. Dit zorgt er dus voor dat het gemiddelde voltage hoger wordt, de gemiddelde stroomsterkte hoger wordt en dat de accu uiteindelijk langer mee kan gaan omdat hij eerst het deel, dat eigenlijk niet opgeslagen kan worden maar wat wel er in is gestopt, er uit laad en daarna van zijn normale capaciteit begint te ontladen. Zo krijgen we dus een hogere waarde voor de totale energie die uit de accu is gekomen. Het is daarom ook belangrijk de accu niet over te laden want anders zou deze kunnen ontploffen door het te veel aan toegevoegde energie. Met de 2 gemiddeldes kunnen we nu het rendement van de accu berekenen.

Naast het rendement kunnen we ook berekenen hoeveel procent we nu eigenlijk uit de accu hebben gehaald als we kijken naar de hoeveelheid energie die er volgens de stickers die er op zitten in de accu moet zitten. Dit doen we door de gemiddelde energie die we er uit kregen te delen door de energie die er volgens de stickers op de accu er in hoort te zitten.


Natuurkunde, 5 Havo

De capaciteit is 74 Ah dus gedurende 1 uur kan de accu een stroom van 74 A leveren.

In de accu zit dus, als deze volledig opgeladen is, . We kregen uiteindelijk gemiddeld uit de accu en met deze gegevens kunnen we dus het rendement berekenen hoeveel procent je uit de accu kan halen.

Van de energie die er dus in de accu maximaal opgeslagen kan worden hebben wij uiteindelijk 75% eruit gekregen. 25% zit dus nog steeds in de accu en is eigenlijk heel moeilijk eruit te halen aangezien dit met een veel lagere spanning en stroomsterkte gaat. Het rendement van de accu totaal is dus 54%.


Natuurkunde, 5 Havo

De accu die wij gebruiken heeft een capaciteit van 74 Ah. Dit betekend dat de accu gedurende één uur een stroom van 74 ampère kan leveren. Onze elektromotor heeft echter een maximale stroom van 14 Ah als hij volledige wordt belast maar wel een voltage van 24 volt, dus van 2 accu’s in serie. Als we de accu's in serie zetten zal echter niet het aantal Ah verdubbelen aangezien de stroomsterkte gewoon hetzelfde blijft in een serieschakeling. Daarom is het totale Ah . Dit betekend dat we gedurende één uur een stroom van 74 ampère kunnen halen uit de 2 accu’s. Maar de accu's kunnen ook gedurende 2 uur een stroom van 37 ampère leveren enzovoort. Zo kunnen we dus berekenen hoe lang onze motor kan rijden. Aantal Ah Aantal uur

74 1

37 2

14 2,64

De motor kan dus, als de accu's volledig zijn opgeladen en volledig leeg worden gereden, 2,64 uur rijden. In werkelijkheid zal dit minder zijn aangezien accu's nooit volledig ontladen worden. Als we kijken naar de het aantal ampère dat we uit de accu kregen tijdens onze metingen dan zullen we rond de 2 uur kunnen rijden op 2 volle accu's met de volledige weerstand. Dit is redelijk veel aangezien de maximale snelheid rond de 20

ligt en je nooit de maximale weerstand op de accu

hebt waardoor je 14 ampère gebruikt. Zo zou je dus 2 uur rond kunnen rijden met 20 , en waarschijnlijk wat meer door de lagere stroomsterkte gedurende het rijden, wat dus neerkomt op een minimale afstand van:

Dit is redelijk ver en waarschijnlijk zal dit nog minder worden aangezien de snelheid dus in werkelijkheid rond de 15 ligt en de accu's ook vanzelf iets ontladen wanneer ze niet gebruikt worden. Daarnaast kan dit dus ook weer wat meer worden aangezien je nooit de volledige belasting hebt en dus nooit 2,64 uur lang 14 ampère gebruikt. We kunnen nu ook het aantal joule berekenen dat de elektromotor verbruikt. Hierbij gaan we uit van een totale rijtijd van 2,64 uur op volle snelheid met een volle belasting. Op het naamplaatje van de motor en op de website van de fabrikant staat dat het vermogen van de motor 250 watt is. Daarnaast kan de motor een maximale stroomsterkte van 14 ampère aan. De stroomsterkte wordt natuurlijk meer naarmate de weerstand op de motor toeneemt. De stroomsterkte is normaal gesproken:


Natuurkunde, 5 Havo

De stroomsterkte van onze motor is dus 10,4 ampère als er een normale weerstand is . Nu kunnen we ook de totale energie die de elektromotor verbruikt berekenen. Hierbij zullen we uitgaan van de aannemelijke stroomsterkte van 10,4 ampère in plaats van de maximale stroom van 14 ampère. In dat geval zal de tijd die we kunnen rijden zijn: Aantal Ah Aantal uur

74,0 1

37,0 2

10,4 3,56

In totaal verbruikt de skelter . Daarna zijn beiden accu's vrijwel leeg en zullen deze weer opgeladen moeten worden. Van onze elektromotor weten we dat het rendement boven de 78% ligt dus voor het gemak nemen we als rendement 80%. De omgezette arbeid is dan:

Naast de verbruikte energie en geleverde arbeid kunnen we ook de kracht van de elektromotor berekenen en de echte geleverde arbeid op het wegdek. Daarvoor berekenen we eerst het koppel van de as van de elektromotor. Met koppel bedoelen we de kracht tijdens een rotatie, in dit geval de rotatie van het tandwiel. Dit doen we met behulp van de formule

.

2750 rpm

0,864 Nm De koppel van de as uit de elektromotor is dus volgens onze berekeningen 0,864 Nm. Op de officiële website van de fabrikant van de elektromotor vonden we als koppel van onze elektromotor 0,90 Nm en dat klopt dus vergeleken met onze berekening. Vervolgens kunnen we kracht die de poelie op de tandriem uitoefent berekenen. Dit doen we doormiddel van de koppel met de formule

.


Natuurkunde, 5 Havo

De poelie levert dus een kracht van 31,4 N op de tandriem. De kracht op de achteras kunnen we ook berekenen. Dit doen we door dezelfde formule te gebruiken voor de tussenas en vervolgens voor de achteras. Als we het koppel van de achteras weten kunnen we uiteindelijk de vectorkracht die de wielen leveren op het wegdek uitrekenen. Eerst berekenen we de koppel van de tussenas:

Nu we het koppel weten van de tussenas kunnen we de kracht van het tandwiel op de ketting berekenen.

De vectorkracht van het tandwiel op de ketting is dus 30 N. Hiermee kunnen we het koppel van de achteras berekenen.


Natuurkunde, 5 Havo

Met het koppel van de achteras kunnen we dus de kracht die de band op het wegdek levert uitrekenen.

De kracht die de motor dus uiteindelijk op het wegdek levert is dus 6,6 N. Met deze kracht kunnen we de arbeid berekenen. Hiervoor gebruiken we de formule . Hierin is W de arbeid in Joule, F de kracht in Newton en s de afstand in meters. Zo kunnen we dus het aantal Joule berekenen. Dit is echter wel zonder rol- , lucht- of wrijvingsweerstand. De afstand die we zouden kunnen afleggen, berekenen we door middel van het toerental van de motor en de overbrengingen.

Motor

Tussenas 18 : 36

2750 rpm

As skelter 13 : 21

1375 rpm

851,2 rpm

Voor de overbrenging van de motor naar de tussenas gebruiken we een tandriem, omdat dat beter is aangezien de motor de hele skelter in beweging moet brengen. Hier gaat redelijk veel kracht bij gepaard en zodra de motor op snelheid is zal de tandriem ook redelijk snel draaien. Hierdoor is het makkelijker om een tandriem te gebruiken dan een normale ketting. Voor de overbrenging van de tussenas naar de achteras van de skelter gebruiken we wel gewoon een ketting omdat het tandwiel op de achteras van de skelter al gelast is. Daarom is het makkelijk om deze te gebruiken voor de overbrenging van de tussenas naar de achteras van de skelter.


Natuurkunde, 5 Havo

De tandriemschijf die op de motor komt en waarover de tandriem gaat lopen, komt op de motor en heeft 36 tanden. De tandriemschijf die op de tussenas komt heeft 18 tanden. Daardoor ontstaat een overbrenging van 36 : 18 oftewel 2 : 1. Dit betekend dat als de tandriemschijf van de tussenas één keer ronddraait, de as van de motor twee keer heeft rondgedraaid. Het aantal omwentelingen per minuut (rpm) van de tussenas is dus: Aantal rpm Aantal tanden

2750 36

1375 18

De tussenas draait dus 1375 omwentelingen per minuut als de motor zijn maximale omwentelingen per minuut draait. De tussenas heeft echter ook nog een overbrenging naar de achteras van de skelter. Het tandwiel op de tussenas heeft 13 tanden en het tandwiel op de achteras van de skelter heeft er 21. Dit is dus een overbrenging van 13 : 21. Het aantal omwentelingen dat de achteras dan maakt als de motor zijn maximale aantal omwentelingen per minuut maakt is: Aantal rpm Aantal tanden

1375 21

851,2 13

Zoals je ziet klopt het aantal tanden van de tussenas niet. Maar de berekening klopt zo wel. Als je namelijk de 21 en 13 om had gedraaid had je een groter aantal omwentelingen per minuut gehad bij de achteras dan bij de tussenas en dat klopt niet. Als de tussenas namelijk 1 keer heeft gedraaid heeft de achteras van de skelter

keer gedraaid. Door dus de 1375 te vermenigvuldigen met

krijg

je het juiste aantal omwentelingen per minuut van de achteras, namelijk 851,2. Daarom draaien we de getallen in dit geval om. Om snelheid van de skelter te berekenen moeten we dan eerst het aantal omwentelingen per minuut omrekenen naar omwentelingen per seconde:

We weten dat de omtrek van de band 40,0 centimeter is oftewel 0,400 meter. De snelheid van de skelter is dus:


Natuurkunde, 5 Havo

De maximale theoretische snelheid van onze skelter is dus 20,4 . Dit is dus zonder weerstand. In werkelijkheid zal de maximale snelheid lager liggen omdat we te maken hebben met weerstand van de lucht, van de banden en wrijvingsweerstand. Dat is ook veiliger omdat 20 is voor een skelter en we het graag heel willen houden.

redelijk hard

De afstanden die we reden op een volle accu met heel weinig weerstand waren:

Gemiddelde

Tijd 12,1 uur 12,0 uur 12,1 uur

Afstand 217,8 km 213,6 km 215,7 km

Gemiddelde snelheid 18,0 km/u 17,8 km/u 17,9 km/u

De afstand hebben we gemeten door een fietsmetertje op de banden te monteren en zo de tijd en de afstand te meten. De achterbanden hebben we los van de grond laten draaien zodat er alleen een beetje weerstand is van de wrijving van alle onderdelen. De meting hebben we gestopt zodra de snelheidsmeter een duidelijke daling aangaf in de snelheid. Nu we dus de gemiddelde afstand op twee accu's weten kunnen we de arbeid berekenen die de skelter uiteindelijk geleverd heeft

Nu weten we dus de arbeid die de skelter op het wegdek heeft geleverd. Daarnaast weten we ook hoeveel energie er is omgezet in arbeid door de elektromotor. Zo kunnen we het rendement berekenen van de skelter.

Het rendement van onze elektromotor is dus volgens de theorie 80%. Van die 80% aan bewegingsenergie wordt uiteindelijk 55% omgezet in echte arbeid. In dit percentage zijn echter wel de verschillende wrijvingen zo laag als mogelijk gehouden dus in werkelijkheid zal het rendement lager liggen door de wrijvingen die dan op de skelter werken.


Natuurkunde, 5 Havo

Wat is het rendement van onze elektrische skelter? Na alle deelvragen te hebben beantwoord kunnen we nu de hoofdvraag beantwoorden. Dit zullen we doen door middel van het diagram dat op de volgende bladzijde staat. We hebben dus berekend dat de twee opladers samen een rendement van 49% hadden. De accu heeft een rendement van 40,5% en de motor zet uiteindelijk 80% van zijn toegevoegde energie om in bewegingsenergie. Vervolgens wordt dat voor 55% omgezet in echte arbeid. Hier is echter nog geen rekening gehouden met de verschillende weerstanden. Om de totale weertand te berekenen nemen we de gemiddelde energie die we in de oplader hebben gestopt en nemen we de gemiddelde arbeid die de skelter uiteindelijk heeft afgegeven op het wegdek. De gemiddelde energie berekenen we door de 3 van de eerste deelvraag over de oplader bij elkaar op te tellen en dan te delen door 3. Zo komen we op: Meting 1 2 3 Gemiddelde

De gemiddelde energie die de opladers nodig hadden om 1 accu helemaal vol te laden was . De elektromotor gebruikt echter 2 volgeladen accu's waardoor we deze waarde moeten vermenigvuldigen met 2. De omgezette arbeid hebben we aan het einde van deelvraag 3 berekend dus die kunnen we hier gewoon invullen aangezien dit de uiteindelijk energie is wat we wilden, namelijk bewegingsenergie.


Natuurkunde, 5 Havo

Van de energie die in de oplader gaat wordt dus uiteindelijk 8,8% omgezet in arbeid. Dit is redelijk weinig maar dat komt doordat we redelijk oude opladers gebruiken en de accu niet meer 100% goed was. Daarnaast hebben we natuurlijk een calcium accu die een redelijk hoge zelfontlading heeft waardoor het rendement ook lager wordt. Zodra we dus een goede oplader met een rendement van boven de 90% zouden hebben, een nieuwe accu die een klein percentage zelfontlading heeft en een elektromotor met een nog wat hoger rendement zou het rendement van de elektrische skelter zeker wat hoger uitpakken. Het probleem is alleen dat deze opladers en accu's aardig wat kosten waardoor elektrisch rijden nu nog niet voor iedereen is weggelegd. Dit zal echter wel de toekomst worden aangezien er steeds betere accu's komen. Hierdoor zal de elektrische auto een steeds grotere afstand kunnen afleggen en de elektrische auto voor veel mensen steeds meer een keuzemogelijkheid worden. Daarnaast zien we de elektrische fietsen al regelmatig voorbij komen en zijn de eerste elektrische motoren ook al op de markt. Dus met het behaalde rendement kunnen we best tevreden zijn aangezien wij niet de beschikking hadden tot de nieuwste technieken en tot de beste spullen. Er zijn echter wel nog een aantal dingen die we beter hadden kunnen doen en die bespreken we in de discussie.


Natuurkunde, 5 Havo


Natuurkunde, 5 Havo

1. Significantie De stroomsterkte bij het op- en ontladen van de accu konden we maar meten op maximaal 2 decimale getallen, wat uiteindelijk neerkomt op 3 significante cijfers. De spanning konden we meten met 4 significante cijfers. Door deze hoeveelheid significante cijfers te gebruiken, is er eigenlijk al een duidelijk resultaat uitgekomen. Het is natuurlijk altijd beter om meer significante cijfers te gebruiken omdat je dan nog nauwkeuriger kan meten en de verschillen nog beter aan kunt tonen. 2. Hoeveelheid metingen Om betrouwbare gegevens te krijgen hebben we alle metingen meerdere keren uitgevoerd. Dit hebben we gedaan omdat het gemiddelde van een aantal metingen betrouwbaarder is dan van maar één meting. Als we de gegevens nog betrouwbaarder wilden maken, zouden we meer metingen moeten doen. 3. Meetapparatuur We hadden niet alle meetapparatuur tot onze beschikking om alles te meten in dit verslag. Daarom hebben we bijvoorbeeld het rendement van de elektromotor theoretisch moeten berekenen. Ook moesten we bij de opladers van een bepaald rendement uit gaan om de toegevoerde energie naar de opladers te berekenen. Dit heeft zeker een ander rendement opgeleverd aangezien het in praktijk altijd anders gaat dan volgens de theorie. 4. Tijdstip van de metingen De correctheid van de gegevens kan te maken hebben met het tijdstip waarop wij de metingen hebben gedaan. Wanneer wij bijvoorbeeld op een dinsdag de accu gingen opladen, konden we deze de volgende dag pas ontladen. Omdat onze accu's een redelijk groot percentage zelfontlading hebben zal dit wel iets invloed hebben gehad maar uiteindelijk is dit te verwaarlozen door de grote capaciteit van de accu's 5. Temperatuur Een andere factor is de temperatuur. Als je alle metingen op hetzelfde moment uitvoert, maakt de temperatuur niets uit. Wanneer je dit onderzoek op verschillende dagen uitvoert, zal de temperatuur waarschijnlijk per dag variëren wat een invloed heeft op de weerstand. De grootte van de weerstand bepaalt de stroomsterkte en spanning die door de draden naar de accu loopt. Bij een lage temperatuur is er een lage weerstand in de draden en zal de stroomsterkte hoog zijn. Als er juist een hoge temperatuur is zal er dus sprake zijn van een lage stroomsterkte. De temperatuur zal volgens ons maar een kleine invloed hebben gehad op onze metingen aangezien de metingen binnen zijn gedaan waar de temperatuur bijna altijd constant was. Blz. 57 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

Accuwarenhuis (2014). Accu’s opladen. Geraadpleegd op 13 februari 2015, http://www.accuwarenhuis.nl/content/16-acculader-techniek Alferink, F. (2007). Meten van vermogen. Geraadpleegd op 17 februari 2015, http://meettechniek.info/basis/vermogen.html Aljevragen.nl (2015). Hoe werkt een accu?. Geraadpleegd op 2 februari 2015, http://www.aljevragen.nl/sk/redox/RED012.html Ampèrewinkel (2013). Uitleg acculader & diverse acculader-types. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://www.amperewinkel.nl/uitleg-acculaders Build for fun (2011). Tech Info - Small Vehicle Drive Motors. Geraadpleegd op 12 februari 2015, http://buggies.builtforfun.co.uk/FactFiles/motors.html Circuits-online (2014). Go Kart gemaakt, motor kopen. Geraadpleegd op 10 juli 2014, http://www.circuitsonline.net/forum/view/83188 Exxonmobil (2008). Van batterij tot eerste accu. Geraadpleegd op 27 februari 2015, http://www.exxonmobil.nl/BeneluxDutch/Newsroom/Publications/200807_ReflexHTM_NL/vanbatterijtoteersteaccu.htm Ffxs (2014). Wisselstroommotoren. Geraadpleegd op 17 februari 2015, http://www.ffxs.nl/DIY-elektro/cursussen/15wisselstroommotoren.pdf Galen, A. van (z.d.). De Accu deel 1. Geraadpleegd op 19 februari 2015, http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page1596.htm Galen, A. van (z.d.). Accu deel 2. Geraadpleegd op 19 februari 2015, http://members.chello.nl/a.galen4/index_bestanden/Page9507.htm Hefra (2015). Laden. Geraadpleegd op 12 februari 2015, http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&type=laders Hefra (2015). Over accu’s – De ontdekking. Geraadpleegd op 26 februari 2015, http://www.hefra.nl/docs/webshop.asp?act=doc&id=4757&lang=NL&change=1 Henk, P. (2011). Accu lader's. Geraadpleegd op 18 februari 2015, http://www.astroforum.nl/astrowiki/index.php/Accu_lader%27s LosApos (2014). Elektromotoren. Geraadpleegd op 16 februari 2015, http://www.losapos.com/nl/elektromotoren_elektrische_auto Mobilenergie.nl (2012). Leer over accu's en acculaders. Geraadpleegd op 13 februari 2015, http://www.mobilenergy.nl/leer-meer-over-acculaders.html


Natuurkunde, 5 Havo

Motiondynamics (2015). United MY1016 250W 24V DC Motor With 11 Tooth Chain Sprocket. Geraadpleegd op 12 februari 2015, https://www.motiondynamics.com.au/united-my1016-250w-24v-dc-motor-with-11-tooth-chainsprocket.html Robotshop (2012). How do I interpret DC motor specifications?. Geraadpleegd op 14 februari 2015, http://www.robotshop.com/blog/en/how-do-i-interpret-dc-motor-specifications-3657 Segers, M. (2004). Batterijen. Geraadpleegd op 6 februari 2015, http://www.chemischefeitelijkheden.nl/uploads/magazines/cf-44-205-batterijen.pdf Staveren, J. van (2014). Een relativerend verhaaltje over ENERGIE. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://www.energiefeiten.nl/#Rendement Sterl, F. (2014). Werking van de elektromotor. Geraadpleegd op 16 februari 2015, http://www.sciencespace.nl/article/view.do?supportId=3121 Traktiebatterijen Nederland (2013). De batterij oplader. Geraadpleegd op 11 februari 2015, http://www.traktiebatterijennederland.nl/7_ig_Batterij-oplader.php Wikipedia (2015). Alessandro Volta. Geraadpleegd op 27 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta Wikipedia (2014). Batterijlader. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Batterijlader Wikipedia (2015). Battery charger. Geraadpleegd op 12 februari 2015, http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_charger Wikipedia (2014). Driefasige asynchrone motor. Geraadpleegd op 17 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Driefasige_asynchrone_motor#Stator Wikipedia (2014). Elektrische auto. Geraadpleegd op 10 juli 2014, http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_auto Wikipedia (2014). Elektromotor. Geraadpleegd op 12 september 2014, http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektromotor Wikipedia (2013). Galvanisch element. Geraadpleegd op 2 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Galvanisch_element Wikipedia (2015). Koppel (aandrijftechniek). Geraadpleegd op 14 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Koppel_%28aandrijftechniek%29 Wikipedia (2015). Lithium-in-accu. Geraadpleegd op 5 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-accu Wikipedia (2015). Lithium-ion-polymeer-accu. Geraadpleegd op 9 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion-polymeer-accu Wetenschapsforum (2004). loodaccu. Geraadpleegd op 18 februari 2015, http://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/150370-loodaccu/ Blz. 59 Profielwerkstuk Elektrische Skelter

Natuurkunde, 5 Havo

Wikipedia (2015). Loodaccu. Geraadpleegd op 2 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Loodaccu Wikipedia (2014). Oplaadbare batterij. Geraadpleegd op 12 september 2014, http://nl.wikipedia.org/wiki/Oplaadbare_batterij Wikipedia (2014). Rotor (elektromotor). Geraadpleegd op 18 februari 2015, http://nl.wikipedia.org/wiki/Rotor_%28elektromotor%29 Wikitronics (2012). Geschiedenis. Geraadpleegd op 26 februari 2015, http://www.wikitronics.nl/?q=node/154 Kabel, M. & Spillane, B. (2014). Chemie Overal: 5 HAVO . Groningen: Noordhoff Uitgevers. Feldmann, C. (Januari 2015) Hoe werkt het? Deze maand: de accu. Kampioen, 1, p. 61.


Natuurkunde, 5 Havo

Wat? Spuitbussen: 2x Geel 2x Zwart Elektromotor Snelheidsregelaar Omvormer Tandwiel tussenas Accuklemmen Snelheidsregelaar tot 30A Totaal

Prijs 4 x 8,99 = €35,96

Wie betaald? Hessel

€40,€13,43 €14,95 €13,12 €10,00 €15,00 €142,56

Hessel Hessel Hessel Hessel Hessel Hessel Gijs en Hessel (beiden helft)

Rood gemarkeerd = Verzonken kosten

Voor de skelter hadden we 4 spuitbussen nodig om deze helemaal te spuiten. Dit waren 2 gele en 2 zwarte spuitbussen. Deze zijn gekocht bij de Praxis in Vleuterweide. Per stuk kostte de spuitbussen €8,99. De elektromotor hadden we nodig om de skelter aan te drijven en de metingen voor de derde deelvraag te beantwoorden. Deze hebben we gevonden via marktplaats en kostte €40,- inclusief verzendkosten. De motor was een 250 watt elektromotor met een toerental van 2750 rpm. De snelheidsregelaar hadden we nodig om de energietoevoer van de elektromotor te regelen. Deze hebben we van dealextreme.com en kostte €13,43 inclusief verzendkosten. De snelheidsregelaar is uiteindelijk kapot gegaan door een te hoge stroomsterkte. Hierdoor zijn de kosten voor niks geweest aangezien we niks meer aan de snelheidsmeter hadden. De omvormer hadden we nodig om de accu te belasten en hem leeg te trekken. Dit werkte echter niet en daarom zijn dit verzonken kosten. De omvormer kostte €14,95 inclusief verzendkosten maar kunnen we nog wel gebruiken. Het tandwiel voor de tussenas hadden we nodig om de tussenas en de achteras te verbinden door middel van een ketting. Het tandwiel is een zogenaamde scooter tandwiel. We moesten deze uitgave doen omdat het tandwiel op de achteras van de skelter net zo'n tandwiel had en anders de ketting niet paste. Het tandwiel kostte €13,12 inclusief verzendkosten. De accuklemmen hadden we nodig om de 2 accu's met elkaar te verbinden. Deze kostte €10,00 inclusief verzendkosten. De tweede snelheidsregelaar moesten we aanschaffen omdat de eerste kapot ging aangezien die maar tot een stroomsterkte van 8 ampère kon. Deze nieuwe snelheidsregelaar kan tot 30 ampère en kan ingesteld worden op spanningsbronnen van 6 tot 60 volt.


Natuurkunde, 5 Havo

Gijs: Hessel en ik hadden samen vrij vroeg afgesproken dat we ons profielwerkstuk samen wilden gaan maken. We hadden alleen wat moeite met het verzinnen van een onderwerp. Gelukkig werden we door vrienden gewezen op dit onderwerp en vonden dit uiteindelijk wel interessant. Eenmaal bij het kiezen van dit onderwerp werden we er op gewezen dat dit echt een pittig onderwerp is. Dit bleek ook wel toen we bezig waren. Ten eerste was het erg lastig om de geschikte motor en accu te vinden. Het moest voldoen aan alle eisen en natuurlijk niet te prijzig zijn. Hierdoor duurde het lang om de geschikte onderdelen te vinden voordat we konden meten. Toen we wilden gaan meten, kwamen we erachter dat dit ook nog niet zo makkelijk is. We hebben meerdere meetopstellingen geprobeerd maar we kwamen maar niet op de juiste. Na wat help van Geert is dit wel goed gekomen en konden we eindelijk beginnen met meten. Dit was misschien iets aan de laten kant waardoor we in wat tijdnood kwamen. Bij het verwerken van de deelvragen liepen we alleen tegen wat problemen op. Ik heb gevraagd hoe we de deelvragen gingen doen en verdelen. Hessel begon met het verwerken van de gegevens en ik met het literatuuronderzoek. Toen ik weer vroeg over de deelvragen bleek dit al allemaal af te zijn. Hier is dus blijkbaar iets misgegaan in de communicatie en de samenwerking. Verder verliep alles wel goed. Het werk dat nog gedaan moest worden was op tijd af. Uiteindelijk ben ik best tevreden met het eindresultaat, maar vond ik dat ik wel een groter aandeel kon leveren in het verslag.

Hessel: De samenwerking tussen Gijs en mij verliep niet bepaald vlekkeloos. We begonnen te laat met het regelen van allerlei dingen waardoor onze planning vastliep. Daarnaast begreep Gijs niks van de stof en van wat we aan het doen waren wat betreft het PWS. Daarentegen zei hij alsnog dat hij het snapte. Hij gooide er echter een beetje met de pet naar waardoor ik het verslag zelf heb moeten maken. Ik heb vaak gevraagd of hij zijn logboek wilde bijwerken en of hij zijn stukjes een beetje wilde veranderen in verband met plagiaat. Na heel vaak proberen was ik er ook een beetje klaar mee aangezien het weggegooide energie was. Hij is verder ook maar 1 keer bij de meetopstelling geweest. Dit is niks aangezien ik 5 weken lang elke dag minimaal 10 minuten eerder en 10 minuten later op school was om de meting te starten en af te sluiten. Verder heb ik hem dus nooit gezien. Ook heeft hij in ongeveer 5 weken tijd, inclusief het vierkant rooster, 3000 woorden geschreven en een groot deel is van Wikipedia afkomstig.


Natuurkunde, 5 Havo

Ik kan dus zeggen dat ik een verkeerde keuze heb gemaakt qua partner. Dit vind ik erg jammer want daardoor is het verslag zeker minder goed geworden. Hierdoor ben ik er niet zo blij mee als dat ik was met het PO Natuurkunde van vorig jaar. Ook denk ik dat als je 2 mensen hebt die beiden het onderwerp begrijpen, je van elkaar kan leren en je fouten van elkaar uit het verslag kan halen. Nu heb ik het echter alleen moeten nakijken en hierdoor lees je altijd over fouten heen. Ik vind het wel leuk dat de elektrische skelter gelukt is en we hier een verslag omheen hebben kunnen maken. Hierdoor weet ik nu wat meer over elektromotoren en over het rendement van spullen die we in het dagelijks leven vaak gebruiken. Ook is het natuurlijk gaaf dat de skelter echt werkt en dat we deze kunnen laten zien op de markt. Al met al baal ik er dus van dat Gijs bijna niks heeft gedaan en we niet tot een super verslag gekomen zijn. Wel heb ik hiervan geleerd dat een goede partner kiezen de helft van het werk scheelt. Daarnaast heb ik zeker wat geleerd van het bouwen van de elektrische skelter, het berekenen van de tandwielen voor de skelter, het berekenen van de verschillende soorten rendementen en het totale rendement van alles bij elkaar. Daaruit bleek ook dat er veel energie verloren gaat in alle processen waarin energie wordt omgezet. Dit had ik van tevoren niet had gedacht.

1. Voor een eventueel vervolgonderzoek zouden we in ieder geval meer metingen moeten doen om tot een betrouwbaarder onderzoek te komen. Dit betekend dus simpelweg eerder beginnen met meten. 2. Daarnaast kunnen we volgende keer beter een nieuwere oplader gebruiken zodat het rendement wat hoger ligt. Ook konden we beter een accu met wat minder capaciteit nemen, zoals 36 Ah in plaats van 74 Ah. Hierdoor zouden de metingen wat sneller gaan. 3. Ook zouden we de volgende keer moeten kijken of we naast alleen het rendement van de accu te kunnen meten, ook het rendement van de oplader en van de skelter kunnen meten. Dit kan alleen als je op tijd begint en je de goede mensen tegenkomt die de juiste spullen hebben om dit te meten. 4. Voor het maken van de skelter zullen we volgende keer ook meer tijd vrij moeten maken. We zijn op tijd begonnen maar uiteindelijk kwamen we toch nog in tijdnood. Dit kwam doordat onderdelen een lange levertijd hadden en de snelheidsregelaar op het laatst nog kapot ging. Het was dus even stressen of de nieuwe regelaar op tijd zou worden geleverd maar gelukkig was dit wel zo.


Natuurkunde, 5 Havo

Opladen: Meting 1.1 oude oplader

Meting 1.1 nieuwe oplader


Natuurkunde, 5 Havo


Meting 2.1 oude oplader


Natuurkunde, 5 Havo




Natuurkunde, 5 Havo




Natuurkunde, 5 Havo


Wat je duidelijk kan onderscheiden tussen de grafieken van de oude oplader en de grafieken van de nieuwe oplader is dat de oude oplader een erg rimpelige grafiek heeft. Als je bijvoorbeeld kijkt naar meting 2.2 van de oude oplader zie je dat het voltage in een korte tijd verandert van tot . Dit komt omdat de oude oplader een 50 Hz lader is die gebruik maakt van 2 spoelen. Door deze spoelen ontstaat de rimpelige grafiek en we hoorden daarom ook tijdens het meten een gezoem uit de oude oplader komen. De nieuwe oplader laat daarentegen een erg constante lijn zien. Dit is een microprocessor gestuurde oplader met een zogenoemde autoaccu laadstand. Hierdoor laad deze oplader de autoaccu zo goed en constant mogelijk op zodat deze lang mee kan gaan. Daarom kregen we bij de nieuwe oplader veel minder tot geen extreme waarden in de grafiek.


Natuurkunde, 5 Havo

Meting 1.1 ontladen

Meting 2.1 ontladen


Natuurkunde, 5 Havo

Meting 2.2 ontladen

Meting 3.1 ontladen


Natuurkunde, 5 Havo

Meting 3.2 ontladen

Meting 4.1 ontladen

Voor de ontlaadschema's kunnen we precies zien welke accu's gelijk zijn ontladen nadat ze net aan de oplader waren geweest en welke een dag hebben gestaan. De eerste en vierde meting laten namelijk na een bepaalde tijd een sterke daling in één grafiek zien. Dan wordt de grafiek weer even contant waarna deze nogmaals drastisch naar beneden zakt. Dit gebeurt allemaal binnen 7 uur en dat was ook onze uitgerekende tijd dat de accu ongeveer leeg moest zijn. Bij de tweede en derde grafiek zie je dat de eerste meting een bijna constante horizontale lijn is die weliswaar iets afloopt maar dat heb je altijd bij een constante stroom uit een accu. De 2de keer meten van zowel meting 2 als 3 laat wel duidelijk het verval in spanning zien. Bij deze grafieken duurde het dus langer voordat we dat verval kregen te zien en volgens de meetgegevens is er meer stroom uit de accu gekomen dan dat er in kan. Zo weten we dus dat het ontladen gelijk na het opladen van een accu invloed heeft op de hoeveelheid stroom die je uit de accu krijgt.


Natuurkunde, 5 Havo

Lineaire acculader. Microprocessor gestuurde meetrapladers

Recommend Documents