Uitwerkingen Domotica

Uitwerkingen Domotica Piet Molenaar, Peter Over en Loran de Vries. 1 Bediening Voor audio en video kennen we de afstandsbediening. Voor het huis van de toekomst kun je een domotica-bediening maken. Welke apparaten zou jij op je domotica-bediening willen besturen? Je mag er maximaal 10 kiezen. •

Toegangsverlening tot de woning o Aftstandsbediening voor de garage o

•

2

Automatische deurontgrendelaars

Omgevingsbesturing o Verlichting o Gordijnen o deuren o TV o Audioapparatuur o Telefonie

Sensoren in huis a. Noem minimaal vijf sensoren die je thuis tegenkomt. Noteer ook wat ze meten. •

Microfoon

•

Videocamera

•

Rookmelder/ Koolstofmonoxide detector

•

Een elektronische waterpas meet helling

•

Een thermokoppel meet temperatuur

•

Metaaldetector

•

Een elektronisch kompas meet richting

b. Waarom is het handig dat sensoren meetwaarden omzetten in elektrische signalen? Op deze manier kan je andere apparaten met dit signaal aansturen c. Zoek uit hoe de temperatuursensor in een oven of van de cv-ketel werkt. ----

NiNa – uitwerkingen Domotica, versie augustus 2007

1

3 Automatisering In de domotica gaat het dus om toepassingen van automatisering. Computers nemen bij automatisering de taak van de mens over. a. Wat is een automaat Automaten zijn machines die zaken automatisch verrichten, of verrichtingen uitvoeren zonder menselijke tussenkomst. b. Welke automaten zijn er bij jou thuis in gebruik? •

Thermostaat

•

Wasmachine

•

Afwasmachine

c.

Noem ook de functie die ze vervullen •

Thermostaat: verwarmen

•

Wasmachine: wassen

•

Afwasmachine: afwassen

4 Voorzieningen Kies drie domeinen en noem bij elk de voorzieningen die je nu thuis hebt en zet daarbij een uitbreiding of aanvulling die je in toekomst wilt hebben. •

Gebouwen o Alarmsysteem o Automatisch sluitende luiken na zonsondergang

•

Energie

•

Comfort o Thermostaat/Airco o Licht aan bij het klappen in de handen

•

Ontspannen o Televisie met active ambilight o Muziek met afstandsbediening

•

Zorgen o Verbinding met ziekenhuis om nek o Bel voor zieke

•

Communicatie o Camera’s o Telefoon o Internet

•

Werken o Video-meetings


2

5

Wat betekent het? a. Wat is telemetrie?

Telemetrie is het op afstand meten van bepaalde parameters (bijvoorbeeld temperatuur, luchtvochtigheid, hartritme) om die vervolgens via (vaak draadloze) telecommunicatie te versturen naar een andere locatie. b. Zijn er nog meer termen in het overzicht die je niet kent? Zoek op wat ze betekenen.

6

•

Efficiency: de mate van gebruik van middelen om een bepaald doel te bereiken.

•

Vraagsturing betekent dat de klant beschikt over middelen om die zorg te krijgen die hij nodig heeft.

•

Interface: een intermediair (of tussenpersoon) waarmee twee systemen met elkaar communiceren (tolk/windows).

•

Telewerken: Thuis aan je baan werken communicatiemiddelen contact houden met anderen

en

via

de

moderne

Energieverbruik a. Welke apparaten in huis gebruiken de meeste energie per dag? Noem de top vijf met hun vermogen en de tijd dat ze gemiddeld aan staan.

Apparaat Airco Oven Koelkast/vriezer Magnetron Wasmachine Vaatwasser Droger

Vermogen 2000-4000 W 1500-3000 W 150-300 W 700 – 1200 W 3000-4500 W 2000-4000 W 2500 – 300 W

Tijd constant 1 uur Constant 5 minuten 1,5 uur 1,5 uur 2 uur

b. Wordt bij de stand “standby” van een tv of computer ook energie verbruikt? Hoe kan je dit opmeten? Jazeker (denk aan het rode lampje). Dit kun je meten met een multimeter. c.

Welke voorzieningen zou je via domotica energie kunnen laten besparen? Omschrijf kort je aanpak. Via één schakelaar alle apparaten uitzetten (i.p.v. een lamp vergeten uit te doen, of een stand by knop vergeten)

d. Welke apparaten werken thuis nog als de stroom uitvalt? •

Geiser

•

Draaischijftelefoon

•

Transistorradio (en alle andere apparaten op batterijen)

•

Blikopener


3

7 Bliksem Bij een bliksemontlading verplaatst zich 20 C in 2 ms van de onweerswolken naar de aarde. Bereken de gemiddelde stroomsterkte van deze bliksemschicht. Q = 20 C t=

2 ⋅ 10 −3 s

I=?

I=

Q 20 ⇒ I bliksem = = 10 4 A −3 t 2 ⋅ 10

8

Hoeveel elektronen? a. Hoeveel elektronen passeren per seconde bij een stroomsterkte van 1,0 A door een doorsnede van een draad?

1 Ampère staat voor 1 Coulomb per seconde. 1 elektron heeft een lading van 1,6 ⋅ 10

−19

C.

1 = 6,3 ⋅ 1018 elektronen. Een stroomsterkte, I, van 1A staat −19 1,6 ⋅ 10 18 dus voor een stroom van 6,3 ⋅ 10 elektronen per seconde.

1 Coulomb staat dus voor

b.

Hoeveel elektronen waren in beweging in vraag 7 ?

Bij vraag 7 verplaatst er zich 20 C lading. 1 elektron heeft een lading van 1,6 ⋅ 10 verplaatsten zich

−19

C . Dus er

20 = 1,3 ⋅ 10 20 elektronen. −19 1,6 ⋅ 10


4

9 Tekenen van een schakelschema 1 Gebruik bij deze vraag de symbolen uit tabel 1. Teken bij figuren 5a-d het schakelschema.

Figuur 5a lampje en batterij

Figuur 5c met voltmeter

a

b

Figuur 5b lampjes, batterij, schakelaar

Figuur 5d met ampère- en voltmeter

c


d

5

10 Tekenen van een schakelschema 2 a. Teken een schakeling met een spanningsbron en twee lampjes. Onafhankelijk van elkaar moeten de lampjes aan en uit gezet kunnen worden met twee schakelaars.

b.

Teken weer een schakeling met een spanningsbron en twee lampjes. Ditmaal moeten ze met één schakelaar aan en uit gezet kunnen worden.

11 Batterijenplaatsing


6

11 Een grafische rekenmachine moet 6V leveren. Hoe plaats je de vier 1,5V AA batterijen in de voeding (zie figuur 6)? Maak een schakelschema waarin duidelijk is hoe de batterijen geschakeld zijn.

Figuur 6 Batterijvakje grafische rekenmachine

12 Het aansluiten van volt en ampèremeters a. Je wilt de spanning over de spanningsbron meten. Hoe sluit je de voltmeter aan? Teken deze in je schema van opgave 10. Een voltmeter schakel je parallel aan de spanningsbron


7

b. Je wilt de stroomsterkte door de spanningsbron meten. Hoe sluit je de ampèremeter aan? Teken deze ook in je schema van opgave 10. Een ampèremeter zet je in de kring.

c.

Controleer de werking van je schema via een practicumopstelling of in Elektrix.

----------------

13 Kennisvragen a. Waaruit bestaat elektrische stroom? Een elektrische stroom bestaat uit bewegende lading. In metalen geleiders zijn (vrije) elektronen de ladingsdragers. b. Wat is een Coulomb? De coulomb is de eenheid van lading. 1 coulomb is een enorme hoeveelheid lading. 1 coulomb lading staat voor 6,3 ⋅ 10 c.

18

elektronen.

Welke grootheid speelt een rol in het versnellen van elektronen?

De spanning d. Waarom mag een ampèremeter zelf geen invloed hebben op de stroom? Als dat het geval zou zijn, meet je een lagere stroomsterkte dan de werkelijke stroomsterkte. Een ideale ampèremeter heeft dan ook geen invloed op de stroom. Zo meet je precies wat je wilt.


8

14 Voorspellingen Box 1: Voorspelling

Gebruik de symbolen >, <, of = om je antwoorden aan te geven op de stippellijn. Bijvoorbeeld, als je vindt dat L1 feller zal schijnen dan L2, dan schrijf je H1>H2 a.

H1 = H2

b. I1 = I2 = IB c.

UPQ = UQR

d. UPQ + UQR = UPR e.

UPR = UB

15 metingen practicum 16 Conclusies a. Welke regel geldt voor stroomsterkte in deze serieschakeling? De stroomsterkte, I, is in de schakeling overal gelijk b. Welke regel geldt voor de spanning in deze serieschakeling? De spanning wordt verdeeld over de lampjes 17 Kennisvragen over spanning, stroom, en energie

a.

Als je in een schakeling meer energie nodig hebt, wat doe je dan volgens onze analogie? Wat doe je met U en met I?

Om de energie te verhogen, moet er meer lading in de karretjes, en / of moeten de karretjes sneller rijden. Je kunt dus meer energie in de schakeling stoppen door U en of I te vergoten.


9

b. Wat is het verschil tussen stroom en energie in onze analogie? De stroom wordt gevormd door de karretjes en de energie is datgene waarmee de karretjes worden gevuld. c. Kunnen elektronen op raken in een gesloten schakeling? Beredeneer met de analogie. Dat kan niet, want de karretjes blijven. Er is dus een soort “wet van behoud van elektronen”. d. Kan energie op raken in een gesloten schakeling met een batterij? Beredeneer met de analogie. Dat kan, als de spanningsbron geen energie meer kan leveren (denk aan een batterij die op gaat), worden de karretjes niet meer gevuld.

18 Voorspellingen parallel lampjes

Box 3: Voorspelling

Gebruik de symbolen >, <, of = om je antwoorden aan te geven. Bijvoorbeeld, als je vindt dat L1 feller zal schijnen dan L2, dan schrijf je H1>H2 a. H1 = H2 = H3 b. I1 = I2 = I3 c. IA > (=3) I1 ; IH > (=3) I1 ; IA = IH d. UBG = UCF = UDE

e. UBG = UCF = UDE = Ubron 19 Simulatie of practicum ---------------------------------------


10

20 Kennisvragen a. Welke regel geldt voor de stroomsterkte in een serieschakeling? De stroomsterkte, I, is in de schakeling overal gelijk b. Welke regel geldt voor de stroomsterkte in een parallelschakeling? De stroomsterkte, I, verdeelt zich over de paralleltakken. c.

Welke regel geldt voor de spanning in een serieschakeling?

De spanning wordt verdeeld over de lampjes d. Welke regel geldt voor de spanning in een parallelschakeling? De spanning is over iedere paralleltak gelijk 21 Handige formules Wanneer de wet van Ohm geldt (U = I · R, met R is constant) dan kunnen we de formule P = U · I ook anders schrijven. a.

Leid af P geschreven kan worden als P = I ⋅ R . Dit blijkt vooral handig te zijn in serieschakelingen omdat daar I overal gelijk is. 2

P =U ⋅I U = I ⋅R

(1) (2)

We vullen (2) in (1):

P = U ⋅ I = ( I ⋅ R) ⋅ I = I 2 ⋅ R b. Leid af dat geschreven kan worden als

P=

U2 . Dit blijkt vooral handig te zijn in R

parallelschakelingen omdat de spanning over parallelle onderdelen gelijk is.

P =U ⋅I

(1)

U = I ⋅R ⇒ I =

U R

(2)

We vullen (2) in (1):

P =U ⋅I =U ⋅

U U2 = R R


11

22 Kennisvragen a. Als de spanning in een schakeling hetzelfde blijft, maar we verdubbelen de weerstand, wat gebeurt er met de stroomsterkte? Wat gebeurt er met het vermogen?

U na = U voor = U Rna = 2 ⋅ Rvoor I na = ? Pna = ? We werken naar een verband tussen twee bekende variabelen en één onbekende. De stroomsterkte, I na :

U = I na ⋅ Rna ⇒ I na =

U U = Rna 2 ⋅ Rvoor

Dus als we de weerstand verdubbelen en de spanning onveranderd laten, wordt de stroomsterkte in de schakeling twee maal zo klein. Voor het vermogen,

Pna :

⎛ U Pna = U ⋅ I na = U ⋅ ⎜⎜ ⎝ Rna

⎞ U2 ⎟⎟ = ⎠ 2 ⋅ Rvoor

Dus als we de weerstand verdubbelen en de spanning onveranderd laten, wordt het vermogen van de schakeling twee maal zo klein. b. Als de spanning in een schakeling verdubbelt en de weerstand blijft gelijk, wat gebeurt er met de stroomsterkte? Wat gebeurt er met het vermogen?

U na = 2 ⋅ U voor Rna = Rvoor = R I na = ? Pna = ? We werken naar een verband tussen twee bekende variabelen en één onbekende. De stroomsterkte, I na :

U na = I na ⋅ R ⇒ I na =

U na 2 ⋅ U voor = R R

Dus als we de spanning verdubbelen en de weerstand onveranderd laten, wordt de stroomsterkte in de schakeling twee maal zo groot. Voor het vermogen,

Pna :

(2 ⋅ U voor ) 4 ⋅ U voor ⎛U ⎞ U = U na ⋅ ⎜ na ⎟ = na = = R R R ⎝ R ⎠ 2

Pna = U na ⋅ I na

2

2

Dus als we de spanning verdubbelen en de weerstand onveranderd laten, wordt het vermogen van de schakeling vier maal zo groot.


12

c.

Verhoging van de spanning heeft twee effecten op de elektronen in een schakeling, welke?

De elektronen krijgen meer energie en ze worden meer versneld. Het energieverbruik in de schakeling neemt dus toe en de stroomsterkte neemt toe. d. Een 230 V – 1200 W Europees strijkijzer wordt in de VS in een 110V stopcontact gedaan. Maak een schatting van het vermogen in deze situatie.

110 1 ⋅ U Ned ≈ ⋅ U Ned 230 2 = R Ned = R

U VS = RVS

PVS = ? 2

⎛ U ⎞ (U ) PVS = U VS ⋅ I VS = U VS ⋅ ⎜ VS ⎟ = VS R ⎝ R ⎠

2

⎛1 ⎞ 1 2 ⎜ ⋅ U Ned ⎟ ⋅ U Ned 2 ⎠ = 4 =⎝ R R

De haardroger zal in de VS dus in vergelijking met Nederland een vier maal zo klein vermogen leveren.

23 Rekenen met de wet van Ohm Een vaste weerstand wordt aangesloten op een variabele spanningsbron. Bij 6,0 V is de stroomsterkte 0,12 A. a. Bereken de stroomsterkte bij 10,0 V. We berekenen eerst de waarde van de vaste weerstand.

U = 6V I = 0,12 A R=? U = I ⋅R ⇒ R =

6 U = = 50Ω I 0.12

We voeren de spanning op tot 10 V. De weerstand blijft onveranderd. Voor de stroomsterkte krijgen we nu:

I=

U 10 = = 0,2 A R 50

b. Bij welke spanning is de stroomsterkte 0,17A?

R = 50Ω I = 0,17 A U =? U = I ⋅ R = 0,17 ⋅ 50 = 8,5V


13

24 Serieschakeling ongelijke lampjes

Box 5: Voorspelling

Gebruik de symbolen >, <, of = om je antwoorden aan te geven op de stippellijn. Bijvoorbeeld, als je vindt dat de stroom in lampje 1 groter zal zijn dan in lampje 2, dan schrijf je I1>I2 a. I1 = I2 = IBron b. UPQ > UQR c.

UPQ + UQR = UPR

d. UPR = UBron

25 Meting of simulatie Practicum 26 Conclusies a. Wat is je conclusie over stroomsterkte in deze serieschakeling? De stroomsterkte, I, is in de schakeling overal gelijk b. Wat is je conclusie over spanning in deze serieschakeling? De spanning wordt verdeeld over de weerstanden. Hoeveel spanning er over een onderdeel staat, hangt af van de weerstand van dat onderdeel.

c.

Hoe verdeelt de spanning zich over ongelijke lampjes?

Hoeveel spanning er over een onderdeel component staat, hangt af van de weerstand van dat onderdeel. Het lampje met de grootste weerstand (lampje 1) “krijgt” meer spanning dan het andere lampje (lampje 2).


14

27 Kennisvragen a. In een schakeling van twee ongelijke lampen X en Y in serie is de stroom door lamp X 1A. Wat is de stroomsterkte in lamp Y? Waarom? De stroomsterkte door lamp Y is eveneens 1 A. In een serieschakeling is de stroomsterkte overal even groot. b. In een schakeling van twee ongelijke lampen X en Y parallel is de stroom door lamp X 1A. Kun je iets zeggen over de stroomsterkte in lamp Y? Waarom wel/niet? In een parallelschakeling wordt de stroom verdeeld over de onderdelen. Aangezien de lampen niet gelijk zijn zal de stroomsterkte door lamp Y, waarschijnlijk ongelijk zijn aan die van lamp X. We hebben meer informatie nodig om te bepalen hoeveel groter of kleiner die stroomsterkte is. c.

Zijn schakelingen in huis meestal serie of juist parallel? Hoe weet je dat?

Schakelingen in huis zijn meestal parallel. Als dit niet zo was, zou je door een lamp uit een fitting te draaien de stroomkring van het gehele huis verbreken en alles uitschakelen. Dit is een van de redenen waarom thuis de apparaten in het algemeen parallel geschakeld zijn. 28 a.

Vragen over vermogen Op een lampje staat 9V/0.9W. Bereken de stroomsterkte en de weerstand als het lampje aangesloten is op 9V.

U = 9V P = 0,9W R=? U U2 P =U ⋅ I =U ⋅( ) = R R 2 2 9 81 U ⇒R= = = = 90Ω 0,9 0,9 P I =? U = I ⋅R 9 U ⇒I= = = 0,1A R 90


15

b. Stel dat we het aansluiten op 4,5V. Wat is dan de stroomsterkte? Wat is dan het vermogen? (Neem aan dat de weerstand1 van het lampje gelijk blijft).

U = 4,5V R = 90Ω P=? 2 (4,5) = 20,25 = 225mW ⎛U ⎞ U = P = U ⋅ I = U ⋅⎜ ⎟ = 90 90 ⎝R⎠ R U =? U 4,5 = 50mA U = I ⋅R⇒ I = = R 90 2

c.

We zetten twee van de bovenstaande lampjes in serie en sluiten ze aan op een 9V spanningsbron. i. Teken de schakeling.

ii. Wat is nu het vermogen van elk van de lampjes? We hebben te maken met een serieschakeling. De bronspanning wordt dus verdeeld over de componenten. Er zijn twee identieke lampen die ieder dus de helft van de spanning krijgen.

U 1 = U 2 = 4,5V R1 = R2 = 90Ω P1 = P2 = ? 2

P1 =

U1 4,5 2 20,25 = = = 225mW 90 90 R

1 In werkelijkheid blijkt de weerstand van gloeilampen sterk af te hangen van de temperatuur. Bij hogere spanning brandt een lamp feller, is de temperatuur hoger en dus ook de weerstand. De wet van Ohm, U/I=constant, geldt dan niet omdat de weerstand verandert als de spanning verandert.


16

iii. Wat is het vermogen van de schakeling als geheel? Voor het vermogen van de schakeling als geheel tellen we het vermogen van beide lampjes bij elkaar op:

Ptot = P1 + P2 = 225mW + 225mW = 450mW iv. Vergelijk dit vermogen in iii met het vermogen van de schakeling als we één lampje aansluiten op 9V i.p.v. twee lampjes. Er staat 9 volt over het lampje en de weerstand is nog steeds 90Ω. Dus we krijgen net als in onderdeel a:

U = 9V R = 90Ω P=? P= v.

U 2 81 = = 0,9W R 90

Wanneer is de batterij sneller leeg, als we 1 lampje aansluiten of als we 2 identieke lampjes in serie aansluiten?

Het vermogen van het enkele lampje is hoger dan de twee lampjes bij elkaar. Als je 1 lampje aansluit is de batterij dus eerder leeg.

vi. Controleer je berekening door de schakeling in Elektrix of Crocodile Clips te maken. Practicum 29 Ontwerp een proef om te zien of de Wet van Ohm klopt. In je ontwerp denk aan het volgende: a. Met welke grootheden heb je te maken? Spanning, U, weerstand, R, en stroomsterkte, I. b. Welke grootheden ga je meten? De spanning en de stroomsterkte. c. Is er een grootheid die je moet variëren? Zo ja, welke? Wat voor waarden kies je? We variëren de spanning. Neem een vaste stapgrootte (maar niet te klein).


17

d. Teken de schakeling die je gaat gebruiken. Gebruik weerstanden in de schakeling (niet lampjes). Welke meters heb je nodig?

e. Waar plaats je de meters? De ampèremeter plaatsen we in de schakeling. Waar, maakt niet zoveel uit. De stroomsterkte is in een serieschakeling immers overal gelijk. De voltmeter zetten we over de weerstand. f. Hoe ga je je metingen opschrijven? Ontwerp een tabel hiervoor.

Spanning U (V)

Metingen bij een weerstand van XX Ω Stroomsterkte I (A) U Weerstand R = (Ω)

I

g. Heb je grafieken nodig? Welke? Het gemakkelijkste is een I,U-diagram te maken (I op de y-as, uitgezet tegen U op de x-as). h. Wat verwacht je als uitkomst van het experiment? -------------------------------------------------------30 Uitvoering van het experiment. --------------------------


18

31 Kennisvragen a. Hoeveel energie krijgt elke Coulomb lading die uit een 12V accu stroomt? Elke Coulomb lading krijgt 12 Joule b. Een rij dominostenen staat op zijn kant. We geven er een een duwtje en dan valt de hele rij. Is dat een goede analogie voor elektrische stroom? Nee, dit is de manier waarop geluid zich voortplant. De analogie klopt niet voor elektrische stroom. Een betere analogie is de volgende. Een legeraanvoerder zegt tegen zijn bataljon: “Voorwaarts, mars!” en ze gaan allemaal tegelijk bewegen. c.

Wat is er fout als je zegt dat de bron van elektronen in een schakeling de batterij is (of het stopcontact)?

De batterij is geen bron van elektronen, maar een bron van energie. De elektronen zitten al in de schakeling. d. Wat is de relatie tussen elektrisch vermogen, stroomsterkte, en spanning?

P =U ⋅ I e.

Welke is een eenheid van vermogen, en welke van energie? Een watt, een kilowatt, een kilowatt-uur?

Eenheid Watt Kilowatt Kilowattuur

Grootheid Vermogen (joule per seconde) 1000 Watt, dus vermogen Dit is de hoeveelheid energie die er in een uur geproduceerd wordt. 1 kilowatt staat gelijk aan

Joule . In een uur zitten 3600 seconde. sec 6 Dus 1kWh = 1000 ⋅ 3600 = 3,6 ⋅ 10 J

1000

Energie dus

f.

Heeft een 10W lamp een dikker of een dunnere gloeidraad dan een 100W lamp? Waarom?

U2 Bekijk het verband P = . Deze breuk zal dus bij een 100 W lamp een grotere waarde R moeten hebben dan voor de 10 W lamp. Als we uitgaan van een constante spanning (de lampen worden immers op hetzelfde stopcontact aangesloten), kan alleen R variëren. Voor de 100 W lamp zal R dus een kleinere waarde hebben. Hoe dikker de draad hoe kleiner de weerstand (Bij een zesbaans-snelweg is er doorgaans minder snel file dan bij een eenbaansweg)). De 100W lamp heeft dus een dikkere gloeidraad.


19

g.

Het gevaar van een elektrische schok zit ‘m in stroomsterkte door het lichaam. Waarom worden we dan gewaarschuwd voor ‘Gevaar...Hoogspanning’ in plaats van ‘Gevaar...Hoge stroom’?

Een hoge spanning veroorzaakt een grote stroom. Die stroom doet weliswaar alle schade, maar de oorzaak is de spanning. h. Je tante uit de VS brengt een haardroger voor je mee waarop staat 120V, 1600W. Wat kan er mis gaan? In de VS geldt er een lagere spanning op het elektriciteitsnet dan bij ons (230 V). De gegevens vertellen ons iets over de weerstand van de haardroger:

P = 1600W U = 120V P=

U2 U 2 120 2 14400 ⇒R= = = = 9Ω R P 1600 1600

De weerstand van de haardroger verandert niet en de spanning verdubbelt. Schade kan ontstaan door een hoge stroom. We bekijken hoe de stroom verandert:

R = 9Ω U USA = 120V

R = 9Ω U Ned = 230V

I USA = ?

I Ned = ?

U = I ⋅ R ⇒ I USA =

U USA 120 U 230 = = 13,3 A U = I ⋅ R ⇒ I Ned = Ned = = 25,6 A R 9 R 9

De haardroger krijgt dus in Nederland een bijna tweemaal zo grote stroom te verwerken. Het apparaat kan hierdoor stukgaan. Of er kan kortsluiting ontstaan.


20

A

B

C

Figuur 12 Energieverbruik van identieke lampjes in verschillende schakelingen 32 Nogmaals spanning, stroomsterkte, en vermogen a. 1,2,3,4, en 5 zijn identieke lampjes. Neem aan dat de weerstand constant is. Vergelijk de spanning over de verschillende lampjes. Leg je redenering uit. In een serieschakeling wordt de spanning verdeeld over de onderdelen. Over lamp A staat dus de volledige bronspanning. Over lamp 2 staat de helft van de bronspanning. Dit geldt ook voor lamp 3. De spanning over parallelle onderdelen is hetzelfde. Over zowel lamp 4, als lamp 5 staat dus de volledige bronspanning. Kortom

U1 = U 4 = U 5 ,

U1 = 2 ⋅U 2 ,

U2 = U3

b. Vergelijk de stroomsterkte in de spanningsbronnen van de drie schakelingen. Leg je redenering uit. De stroomsterkte in een schakeling wordt bepaald door de spanning van de bron en de weerstand van de onderdelen. De spanningsbronnen zijn identiek. De weerstand bepaalt dus de stroomsterkte. In een serieschakeling neemt de totale weerstand toe naarmate er meer onderdelen zijn. De stroomsterkte in schakeling B zal dus kleiner zijn dan in schakeling A. In een stroomkring met parallelle onderdelen, zoals schakeling C, verdeelt de stroom zich. Aangezien lampen 4 en 5 identiek zijn, hebben ze dezelfde weerstand en delen ze de stroom. Kortom

I A = I B = 2I 4 ,

I4 = I5

c. Orden de schakelingen naar energieverbruik. Neem aan dat in elke schakeling een nieuwe en identieke spanningsbron gebruikt wordt. Welke spanningsbron is het eerst leeg, welke het laatst? Waarom? Zoals we in opgave 28 al hebben berekend, wordt er in een enkel lampje in serie meer energie verbruikt, dan in twee dezelfde lampjes die ook in serie zijn geschakeld. Dit geldt omdat in beide schakelingen identieke spanningsbronnen worden gebruikt. Er geldt:

U 22 U 32 + . De lampjes zijn identiek en hebben dus R2 R3 allemaal dezelfde weerstand (R1 = R2 = R3 ) . We kunnen dus schrijven: PA = P1 =

U 12 R1

PB = P2 + P3 =


21

U 12 PA = P1 = R

U 22 U 32 U 22 + U 32 . PB = P2 + P3 = + = R R R

De bronspanning is in beide schakelingen gelijk, dus moet er gelden: U 1 = U 2 + U 3 = U bron . Ook geldt U2=U3=½U1 dus PB

Pc =

2 2 ( ( ½U1) ½U1) = +

R

R

2 ( U1) =½

R

U 12 U 12 + R R

Kortom

PA =

1 PB , 2

PC = 2 ⋅ PA

d. Pim zegt: Omdat de lampjes in schakeling B precies hetzelfde zijn, krijgen ze elk de helft van de energie van de spanningsbron voordat de spanningsbron leeg is. Als je die energie van de lampjes in B optelt, dan krijg je hetzelfde als in schakeling A1. Dus de spanningsbronnen van schakeling A en B raken ongeveer tegelijk leeg. Wat vind je van deze redenering? Overleg met je buurman/buurvrouw. Formuleer een beter antwoord. Antwoord is correct. Een beter antwoord: De lampjes in schakeling B gebruiken de helft van het vermogen van het lampje in schakeling A, dus kunnen ze twee keer zo lang blijven branden

33 *Regelbare weerstand en stroomsterkte Twee lampjes 1 en 2 staan in serie met een weerstand R waarvan de waarde kan veranderen (figuur 13). Dat geven we door een pijl door de weerstand te tekenen.

Box 7 Regelbare weerstand 1. C 2. B

Figuur 13 Twee lampjes in serie met een regelbare weerstand


3. B

22

Figuur 14 Regelbare weerstand 34 *Regelbare weerstand en spanning. Een spanningsbron staat in serie met een regelbare weerstand en een lampje (Figuur 14). a. Wat gebeurt er met de spanning UAB als we de weerstand groter maken? Leg uit. In een serieschakeling, wordt de spanning verdeeld over de onderdelen. Hoe meer weerstand, hoe meer spanning er over dit onderdeel staat. Wanneer de weerstand groter wordt, is de weerstand van de lamp in verhouding kleiner. U AB zal dus afnemen. b. Wat gebeurt er met de felheid van het lampje? Leg uit. De spanning over het lampje is kleiner geworden. Het lampje wordt dus minder fel.

⎛ U2 ⎜⎜ P = R ⎝ c.

⎞ ⎟⎟ ⎠

Wat gebeurt er met de stroom-sterkte? Waarom? Leg uit.

De weerstand van de kring is toegenomen. De bronspanning is niet veranderd. De stroomsterkte in de kring neemt dus af

I=

U . R

35 **Drie lampjes Drie dezelfde lampjes zijn aangesloten op een ideale spanningsbron. Eerst branden alleen lampjes 1 en 2. Vervolgens wordt de schakelaar gesloten zodat lampje 3 ook brandt. Kies bij het beantwoorden van de vragen a t/m d uit de volgende antwoorden: A. neemt toe B. neemt af C. blijft gelijk a. Wanneer de schakelaar gesloten wordt, neemt de helderheid van lampje 1: b. Wanneer de schakelaar gesloten wordt, neemt de helderheid van lampje 2: c. Wanneer de schakelaar gesloten wordt, neemt de spanning over lampje 1: d. Wanneer de schakelaar gesloten wordt, neemt de spanning over lampje 2:


Box 8 Voorspellingen

a.

A

b.

B

c.

A

d.

B

23

36 **Drie lampjes vervolg Bij bovenstaand probleem werd leerlingen ooit gevraagd om de helderheid van de lampjes te vergelijken in de situatie met een gesloten schakelaar. Alle lampjes branden dus. We kregen de volgende antwoorden: Leerling A: Lampjes 2 en 3 branden even fel maar zwakker dan lampje 1. Lampjes 2 en 3 moeten de stroom delen terwijl lampje 1 alle stroom krijgt. Leerling B: Lampje 1 heeft meer weerstand dan 2 en 3 als je ze samen neemt, dus lampje 1 staat op een grotere spanning. Daarom brandt lampje 1 feller dan lampjes 2 en 3. Leerling C: Lampje 1 gebruikt de meeste stroom dus is er minder voor lampjes 2 en 3 die dan ook minder fel zijn. Leerling D: Na lampje 1 verdeelt de spanning zich in twee paden zodat 2 en 3 allebei minder spanning krijgen dan A. Daarom is lampje 1 helderder dan lampjes 2 en 3. a. • • •

Wie van deze leerlingen redeneert correct (is er wel iemand?) en wat is er fout met de andere redeneringen?

Leerling A en B redeneren correct. Leerling C redeneert vanuit de gedachte dat er stroom verbruikt wordt. Dat is niet het geval. Er wordt geen stroom verbruikt. Er raken immers geen elektronen weg. Er wordt energie verbruikt. Leerling D slaat de plank volledig mis. Hier wordt lokaal geredeneerd. `Stroomopwaarts` zou er gevolgen zijn, van wat daarvoor is gebeurt. Een verandering in een schakeling heeft altijd gevolgen voor de gehele schakeling. b. Practicum

Figuur 16 Spanning en schakelaars 37 Spanning en schakelaars Twee lampjes L1 en L2 zijn in serie aangesloten op een spanningsbron (zie figuur 16) . Naast elk lampje zit een schakelaar. Wat is de spanning over AB als a. S1 open is en S2 dicht? De spanning in een serieschakeling wordt verdeeld over de onderdelen, al naar gelang hun weerstand. S1 vormt een gat. De volledige bronspanning staat over het gat. De weerstand van de open schakelaar is immers oneindig.


24

b. S1 en S2 beide dicht zijn? De weerstand van de stroomdraad tussen A en B is nul (we gaan ervan uit dat het ideale draden zijn). U = I ⋅ R , dus bij een weerstand van nul staat er ook geen spanning over. Wat is de spanning over CD als c. S1 open is en S2 dicht? De volledige bronspanning staat over het gat S1. Over CD staat geen spanning. d. S1 en S2 beide dicht zijn? Net als bij onderdeel b is de weerstand van de stroomdraad tussen C en D nul (we gaan ervan uit dat het ideale draden zijn). U = I ⋅ R , dus bij een weerstand van nul staat er ook geen spanning over. 38 ***Keukenklok

Je hebt voor de keuken een leuke klok gekocht, die op batterijen loopt. In de klok zit ook verlichting, voor de verlichting is 1,5 V nodig en de stroomsterkte is 0,20 A. Voor de klok zijn twee batterijen nodig, samen 3,0 V, resulterend in een stroomsterkte in de klok van 0,05 A. In de keuken is een voeding van 12 V aanwezig voor de inbouwlampjes en je wilt de klok daar ook op aansluiten. a. Bedenk een schakeling waarmee dat lukt. In die schakeling zijn de klok en lamp parallel geschakeld en je mag twee (verschillende) weerstanden gebruiken. Bereken ook hoe groot deze weerstanden moeten zijn. Er zijn twee oplossingen! Door de verlichting stroom, bij een spanning van 1,5 V, 0,2 A. Dit betekent dat we voor de weerstand kunnen schrijven:

R=

U 1,5 = = 7,5Ω . Voor de klok geldt dat, bij een I 0,2

spanning van 3 V, er een stroom doorheen gaat van 0,05 A. Dit betekent dat we voor de weerstand kunnen schrijven:

R=

U 3 = = 60Ω . De klok en de lamp zijn parallel I 0,05

geschakeld. Over deze paralleltakken staat de volle bronspanning van 12V. We plaatsen op de parallelle takken weerstanden om de gewenste spanningen te verkrijgen.


25

•

Over de verlichting moet 1,5 V komen te staan. Dit is

1 7 U bron . De U bron , die nog over 8 8

is, moet over de weerstand komen te staan die ook op de parallelle tak van de verlichting komt. De spanning over de tak wordt verdeeld in verhouding met de waarde van de weerstanden.

1 van de totale weerstand van de tak moet voor de 8

rekening van de lamp komen. De weerstand van de verlichting is 7,5Ω . De totale weerstand van de

verlichtingstak wordt dus gegeven door: 7,5 ⋅ 8 = 60Ω . Halen we de weerstand van de verlichting hiervan af, krijgen we de waarde van de weerstand: 60 − 7,5 = 52,5Ω •

Net zo moet er over de klok verlichting moet 3 V komen te staan. Dit is

1 3 U bron . De U bron , die nog over is, moet 4 4

over de weerstand komen te staan die ook op de parallelle tak van de klok komt. De spanning over de tak wordt verdeeld in verhouding met de waarde van de weerstanden.

1 van de totale weerstand van de tak moet 4

voor de rekening van de klok komen. De weerstand van de klok is 60Ω . De totale weerstand van de verlichtingstak wordt dus gegeven door: 60 ⋅ 4 = 240Ω . Halen we de weerstand van de klok hiervan af, krijgen we de waarde van de weerstand: 240 − 60 = 180Ω

b. Je laat de schakeling en berekening door Siem de Slimste controleren. Siem zegt dat hij een betere schakeling weet die minder stroom nodig heeft. Heeft Siem gelijk? Bepaal ook welke weerstanden in zijn (onderstaande) schakeling zijn opgenomen. De bronspanning ( U bron = 12V )wordt verdeeld over de componenten. Over de lamp moet

1,5V komen te staan. Over de klok moet 3V komen te staan. We krijgen: U bron = U AB + U Lamp + U R 2 ⇒ U R 2 = U bron − U AB − U Lamp = 12 − 3 − 1,5 = 7,5V In onderdeel a hadden we de weerstand van de klok en de lamp berekend:

R Lamp = 7,5Ω; RKlok = 60Ω

De bronspanning wordt verdeeld over de onderdelen naar verhouding met hun

1 1 = U Bron , dus R Lamp = RTotaal ⇒ RTotaal = 8 ⋅ 7,5 = 60Ω 8 8 5 5 5 Over R2 staat 7,5V = U Bron , dus R2 = RTotaal = ⋅ 60 = 37,5Ω 8 8 8 Over U AB moet 3V komen te staan. Dit betekent dat zowel over R1, als over de klok een

weerstandswaarden. U Lamp


26

spanning van 3V staat. Voor de vervangingsweerstand RV geldt dus:

2 2 2 U AB = U Bron , dus RV = RTotaal ⇒ RV = ⋅ 60 = 15Ω 8 8 8 We krijgen voor de waarde van R1:

1 1 1 1 = = + RV 15 RKlok R1 ⇒

1 1 1 1 1 1 = − = − = R1 15 RKlok 15 60 20

⇒ R1 = 20Ω

We gaan nu bekijken of de stroomsterkte in deze schakeling kleiner is dan de stroomsterkte in de schakeling van onderdeel a. Voor de stroomsterkte in Siems schakeling:

RTotaal = 60Ω U bron = 12V I =? U = I ⋅R ⇒ I =

U 12 = = 0,2 A R 60

Om de stroomsterkte in de schakeling van onderdeel a te berekenen, berekenen we de vervangingsweerstanden van beide takken:

RV 1 = RKlok + R1 = 60 + 180 = 240Ω RV 2 = R Lamp + R2 = 7,5 + 52,5 = 60Ω Ook deze twee vervangingsweerstanden kunnen we samenvoegen tot één vervangingsweerstand RV:

1 1 1 1 1 1 = + = + = RV RV 1 RV 2 240 60 48 ⇒ RV = 48Ω


27

RTotaal = 48Ω U bron = 12V I =? U = I ⋅R ⇒ I =

U 12 = = 0,25 A R 48

De stroomsterkte in Siems schakeling is lager dan die uit onderdeel a. Hij heeft dus ongelijk. c. In deze schakeling mag je de klok en lamp niet verwisselen. Waarom kan dat niet? Wanneer we de onderdelen verwisselen, zal er door beide onderdelen een veel grotere stroom gaan lopen. De onderdelen kunnen hiervan stuk gaan. 39 Leds Veel elektrische apparaten hebben één of meer controlelampjes. Hiervoor gebruikt men vaak een led. De naam led is een afkorting van light emitting diode. Er bestaan verschillende soorten leds, waarvan er in bovenste figuur twee zijn afgebeeld, één met een bolle voorkant en één met een platte voorkant. Een led wordt opgenomen in een elektrische schakeling, waarvan het schakelschema in de middelste figuur is weergegeven. Om het verband te meten tussen de spanning over en de stroom door de led, moet in de schakeling van de middelste figuur een spanningsmeter en een stroommeter worden opgenomen. a. Teken het schakelschema van de schakeling, waarin deze meters zijn opgenomen.


28

Voorbeelden van juiste schakelschema’s

In de onderste figuur is het resultaat van de metingen weergegeven.Van de led, die is doorgemeten, blijkt de zogenaamde ’doorlaatspanning’ 1,4 V te bedragen. b. Beschrijf, gebruikmakend van de grafiek, wat men onder de ’doorlaatspanning’ van een led verstaat. Met de “doorlaatspanning” wordt de spanning bedoeld vanaf waar de led een stroom doorlaat. Dit zie je in de grafiek. Bij 1,4 V komt er pas een stroom op gang. c. Bepaal de weerstand van de led wanneer de stroomsterkte door de led 50 mA bedraagt. In de schakeling is een weerstand van 50 Ω opgenomen. Voor de weerstand van de LED geldt: R =U/I In de grafiek kan worden afgelezen dat, bij I = 50 mA, U = 2,25 V

R=

2,25 U = = 45Ω I 50 ⋅ 10 −3

d. Bepaal de spanning die de spanningsbron levert, als er door de led een stroom loopt van 100 mA. Uit de grafiek blijkt dat, bij I = 100 mA, U LED = 3,0 V. Voor de spanning U R over de weerstand geldt: U R = IR = 0,100≅50 = 5,0 V. Voor de spanning van de bron geldt: U bron = U LED + U R. Dus U bron = 3,0 + 5,0 = 8,0 V.

40 De elektriciteitsrekening. Drie leerlingen praten over de rekening voor elektriciteit. Leerling 1: Kilowatt-uur…Dat is de stroom die we in de hele maand gebruikten. Leerling 2: Nee, De kilowatt-uur is de hoeveelheid elektriciteit die we gebruikten. Leerling 3: Nee, kilowatuur is het vermogen dat we gebruikten. Bekritiseer elk van deze uitspraken en formuleer een beter antwoord. • • •

Leerling 1 ziet de kWh niet als een hoeveelheid energie, maar als een stroomsterkte. Leerling 2 ziet de kWh wel als een vorm van energie, maar koppelt aan het begrip een idee van verbruiksenergie. Dit is niet juist. Het verbruik wordt wel uitgedrukt in kWh. Leerling 3 ziet de kWh als een hoeveelheid vermogen. Dit is onjuist. De kWh is een hoeveelheid energie.

Beter antwoord: • De kWh is de energie die een apparaat met een vermogen van 1 kW, in 1 uur verbruikt.


29

41 Consumentenbond In het volgende stukje van de Consumentenbond staat een grove fout, welke?

In het stukje wordt gesproken over een vermogen dat verspild wordt. Een vermogen kun je niet verbruiken. Energie wel. Er staat nu dat er jaarlijks een hoeveelheid energie per seconde wordt verbruikt. Dat kan niet. Je verbruikt een bepaalde energie of per seconde of per jaar. 42 Gloeilamp In een gloeilamp wordt de draad enorm heet, zo heet dat er ook licht vrijkomt. In de allereerste lampen was de gloeidraad van koolstof, tegenwoordig van wolfraam. a. Waarom wordt de gloeidraad zo heet en de toe- en afvoerdraad nauwelijks? De toe- en afvoerdraden hebben een verwaarloosbare weerstand. De gloeidraad heeft een relatief hoge weerstand. Hierdoor wordt er in de gloeidraad hitte gegenereerd en gaat deze gloeien. b. Waarom gebruikt men voor de gloeidraad wolfraam en geen ander goedkoper metaal zoals koper of ijzer (zie BINAS)? Wolfraam heeft een hoog smeltpunt en een hoge soortelijke weerstand (Binas tabel 8).

43 Elektrische ventilatorkachel Een elektrische kachel kun je vaak op drie standen zetten, bijvoorbeeld 1200, 1800 en 3000 W. Verder zit er een ventilator in, die laten we hier buiten beschouwing. a. Welke stroomsterktes gaan er door de verwarmingselementen bij de drie standen? We nemen aan dat de ventilatorkachel op netspanning werkt (230V). De stroomsterktes worden dan:

P =U ⋅I ⇒ I = I 1200 =

P U

1200 = 5,2 A 230

I 1800 =

1800 = 7,8 A 230


I 3000 =

3000 = 13,0 A 230 30

b. De kachel bevat twee verwarmingsdraden. Bereken de weerstand van de twee verwarmingsdraden.

U = 230V P1200 = 1200W ; P1800 = 1800W ; P3000 = 3000W 2 U2 ⎛U ⎞ U P = U ⋅ I = U ⋅⎜ ⎟ = ⇒R= P ⎝R⎠ R 230 2 230 2 R1200 = = 44,1Ω R1800 = = 29,4Ω 1200 1800

c.

R3000 =

230 2 = 17,6Ω 3000

Hoe zijn de draden geschakeld in elk van de drie situaties om drie vermogens mogelijk te maken?

De draden zijn parallel geschakeld. 44 Pizza bakken Als je pizza wilt bakken moet een elektrische oven eerst 10 minuten op vol vermogen voorverwarmd worden, het vermogen is dan 3,0 kW. Tijdens het bakken staat de oven niet voortdurend aan maar gemiddeld nog 10 minuten van de baktijd. Bereken wat het bakken van de pizza kost. Voor het voorverwarmen:

J s t = 10 ⋅ 60 = 600 s P = 3 ⋅ 10 3

E = P ⋅ t = 3 ⋅ 10 3 ⋅ 600 = 1,8 ⋅ 10 6 J Voor het bakken staat de oven een zelfde tijd aan en verbruikt dus een even grote hoeveelheid energie.

Etotaal = EVoorverwarmen + E Bakken = 1,8 ⋅ 10 6 + 1,8 ⋅ 10 6 = 3,6 ⋅ 10 6 J Deze hoeveelheid energie is gelijk aan 1 kWh. De prijs van 1kWh is €0.15. Het bakken van de pizza kost dus €0.15.


31

Figuur 18 Opgave 45 fabrieksgegevens op apparaten

45 Televisie en Dvd-speler Op de achterkant van de televisie staat een plaatje (figuur 18 links) met de eigenschappen en op de Dvd-speler ook (figuur 18 rechts). Als beide apparaten ingeschakeld zijn a. welke zet meer energie per minuut om? De televisie heeft een vermogen van 65W . De DVD-speler heeft een vermogen van 30W . De televisie zet dus meer energie om per minuut. b. welke van de twee heeft de hoogste spanning? De apparaten werken bij dezelfde spanning. c.

welke van de twee heeft de grootste stroomsterkte?

PTV = 50W ; PDVD = 30W U TV = U DVD = 230V I TV = ?; I DVD = ? P =U ⋅I ⇒ I = I TV =

P U

50 = 0,22 A 230

I DVD =

30 = 0,13 A 230

Door de TV gaat dus de grootste stroomsterkte.


32

d. welke van de twee heeft de grootste weerstand?

PTV = 50W ; PDVD = 30W U TV = U DVD = 230V RTV = ?; RDVD = ? U ⎛U ⎞ U P = U ⋅ I = U ⋅⎜ ⎟ = ⇒R= P ⎝R⎠ R 2 230 230 2 3 RTV = = 1,1 ⋅ 10 Ω RDVD = = 1,8 ⋅ 10 3 Ω 50 30 2

2

De DVD-speler heeft dus de grootste weerstand.

46 Keuze van het type televisie Voor het televisiekijken kun je drie typen beeldschermen kopen. Er is een conventionele beeldbuis (32 inch en 90 W), een lcd-scherm (32 inch en 130 W) en een plasmascherm (42 inch en 220 W). a. Welke biedt jou het meeste comfort? Waarom? Antwoord verschilt per leerling. b.

Wat is de meerprijs per jaar van het plasmascherm ten opzichte van de beeldbuis? Maak een schatting van de uren dat je per jaar tv kijkt. Je kunt het simulatieprogramma Elektra gebruiken. Vraag het website adres aan je docent. Schatting van het aantal uren televisie per dag:

4 uur. Per jaar is dit dus: 365 ⋅ 4 = 1460 uur = 1460 ⋅ 60 ⋅ 60 s= 5,3 ⋅ 10 s 6

Pconventioneel = 90W ; Plcd = 130W ; Pplasma = 220W E = P ⋅t E conventioneel = 90 ⋅ 5,3 ⋅ 10 6 = 4,7 ⋅ 10 8 J = 131,4kWh Elcd = 130 ⋅ 5,3 ⋅ 10 6 = 6,8 ⋅ 10 8 J = 189,8kWh E plasma = 220 ⋅ 5,3 ⋅ 10 6 = 1,2 ⋅ 10 9 J = 321,2kWh Prijs per kWh: €0.15 Apparaat Conventionele beeldbuis

Kosten

LCD

189,8 ⋅ 0,15 = €28,47

Plasma

321,2 ⋅ 0,15 = €48,18

131,4 ⋅ 0,15 = €19,71


33

47 Koffie zetten Voor het zetten van koffie kun je gebruik maken van een koffiezetapparaat met verwarmingsplaat of van een Senseo. Afgezien van de vraag wat beter smaakt of handiger is, kijken we naar het energieverbruik. Een koffiezetapparaat heeft een continu vermogen van 1100 W en kan maximaal 10 koppen zetten, de senseo 1500 W voor 2 koppen tegelijk. Maak een goede schatting van de energiekosten per jaar van beide systemen voor een gezin met drie koffiedrinkers en gemiddeld 4 koppen per persoon per dag. Je kunt het simulatieprogramma Elektra gebruiken. Een gezin van drie koffiedrinkers, met 4 koppen per persoon per dag, drinken tezamen 12 koppen in een dag. We doen nu een paar aannames over de tijd die de apparaten aan moeten staan. Het koffiezetapparaat moet 15 minuten doorlopen, voor 10 koppen en voor 2 koppen 3 minuten. De Senseo doet 2 koppen tegelijk in 10 s. Elke dag moet het koffiezetapparaat voor 12 koppen dus 18 minuten aanstaan en de Senseo 2 minuten. Het dagenergieverbruik wordt dus:

PKofiiezetapparaat = 1100W ; PSenseo = 1500W t Koffiezetapparaat = 18 ⋅ 60 = 1080 s; t Sensei = 2 ⋅ 60 = 120 s E = P ⋅t E Koffiezetapparaat = 1100 ⋅ 1080 = 1,2 ⋅ 10 6 J E Sensei = 1500 ⋅ 120 = 1,8 ⋅ 10 5 J In een jaar verbruiken de apparaten dus:

E Koffiezetapparaat = 1,2 ⋅ 10 6 ⋅ 365 = 4.3 ⋅ 10 9 J = 120,45kWh E Sensei = 1,8 ⋅ 10 5 ⋅ 365 = 6,6 ⋅ 10 7 J = 18,25kWh

1kWh = €0.15. Apparaat Koffiezetapparaat

Jaarkosten

Senseo

18,25 ⋅ 0.15 = €2,47

120,45 ⋅ 0.15 = €18,07

48 Randapparatuur van de computer Bij een thuisnetwerk zijn er nogal wat onderdelen met sluipverbruik. Bij het netwerk hoort vaak een router (7,5 W), modem (6,8 W), printer (3,3 W), computer (2,9 W), luidsprekerset (1,7 W). Hoeveel kost dit sluipverbruik per dag? De apparaten staan constant aan (stand-by). We krijgen voor het dagelijks sluipverbruik van dit netwerk:


34

PRouter = 7,5W ; PModem = 6,8W ; PPr int er = 3,3W ; PComputer = 2,9W ; PLuidspre ker = 1,7W t = 1dag = 60 ⋅ 60 ⋅ 24 = 8,6 ⋅ 10 4 s E = P ⋅t E Router = 7,5 ⋅ 8,6 ⋅ 10 4 = 6,5 ⋅ 10 5 J ; E Modem = 6,8 ⋅ 8,6 ⋅ 10 4 = 5,9 ⋅ 10 5 J ; E Pr int er = 3,3 ⋅ 8,6 ⋅ 10 4 = 2,9 ⋅ 10 5 J ; EComputer = 2,9 ⋅ 8,6 ⋅ 10 4 = 2,5 ⋅ 10 5 J ; E Luidspre ker = 1,7 ⋅ 8,6 ⋅ 10 4 = 1,5 ⋅ 10 5 J Etotaal = E Router + E Modem + E Pr int er + EComputer + E Luidspre ker = 6,5 ⋅ 10 5 + 5,9 ⋅ 10 5 + 2,9 ⋅ 10 5 + 2,5 ⋅ 10 5 + 1,5 ⋅ 10 5 = 1,9 ⋅ 10 6 J = 0.53kWh 1kWh = €0.15. Dus de kosten van het sluipverbruik bedragen dagelijks: 0,53 ⋅ 0,15 =

€0,08

49 GSM Op de adapter die bij een gsm geleverd wordt, staat: input 230VAC 50Hz 0.08A output 4.8VDC 350mA a. Wat betekenen deze getallen? AC = Alternating Current (wisselstroom) DC = Direct Current (gelijkstroom) De getalen betekenen dat de adapter 230 V wisselstroom aangeleverd krijgt van het stopcontact. Bij wisselstroom wisselt de stroom voortdurend van richting (dan weer van + naar -, of weer van – naar +). Deze wisselstroom wisselt 50 maal per seconde van richting. Deze wisselstroom resulteert in een stroomsterkte van 0,08 A in de adapter. De adapter zet deze wisselstroom om in een lagere gelijkstroom van 4,8 V. Bij gelijkstroom wisselt de stroom niet van richting. Deze 4.8 V veroorzaakt een stroomsterkte van 350mA.

b. Is het vermogen van input en output gelijk? Hoe komt dat?

U input = 230V ; I input = 0,08 A U output = 4,8V ; I output = 0,35 A P =U ⋅I Pinput = 230 ⋅ 0,08 = 18,4W Poutput = 4,8 ⋅ 0,35 = 1,68W De input en output zijn niet gelijk. Er is een verlies van energie in de adapter.


35

c.

Het opladen van de batterij duurt 90 minuten. Hoeveel energie heeft de adapter aan het lichtnet onttrokken? Neem aan dat de stroomsterkte constant blijft.

Pinput = 18,4W t = 90 minuten = 5400 seconden.

E = P ⋅ t = 18,4 ⋅ 5400 = 9,9 ⋅ 10 4 J d. Bereken hoeveel energie de adapter daarbij aan de batterij heeft geleverd.

Poutput = 1,68W t = 90 minuten = 5400 seconden.

E = P ⋅ t = 1,68 ⋅ 5400 = 9,1 ⋅ 10 3 J e.

In de standby stand kan de gsm 230 uur werken. Bereken het vermogen in de standby stand.

Er wordt 9,1 ⋅ 10 J verbruikt in 230 uur = 230 ⋅ 60 ⋅ 60 seconden = 8,3 ⋅ 10 seconden. 3

P=

5

E 9,1 ⋅ 10 3 J = = 1,1 ⋅ 10 − 2 W 5 t 8,3 ⋅ 10 J

50 Keukenverlichting In de keuken bestaat de verlichting uit 4 lampen van 60 W, 230 V. Je wilt deze vervangen door inbouwspotjes van 20 W, 12 V. a. Welke verbruikt meer energie per uur, een lamp van 20 W, 230 V of een lamp 20 W, 12 V? Licht je antwoord toe. Ze verbruiken evenveel energie. De vermogens zijn immers gelijk. b. Hoeveel spotjes kan je maximaal in de keuken aanbrengen als je niet meer energie per uur wilt gebruiken? Geef de berekening erbij. Met 4 lampen van 60 W, zitten we voor de lampen op een totaal vermogen van 4 ⋅ 60 = 240W . We kunnen daarvoor

240 = 12 inbouwspotjes ophangen. 20


36

51 *Verwerken van metingen (1) Een vaste weerstand van 150 Ω sluit je aan op een variabele spanningbron. Je varieert de spanning van 1 tot 6 V in stappen van 1,0 V en meet steeds de stroomsterkte. Daarmee kun je bij deze spanningen het vermogen berekenen en ook de grafiek tekenen die het verband aangeeft tussen spanning en vermogen. a. Teken het schakelschema van deze proef.

b. Bereken het ontwikkelde vermogen en vul de tabel in: Met…

R = 150Ω U R 2 ⎛U ⎞ U P = U ⋅ I = U ⋅⎜ ⎟ = ⎝R⎠ R

U = I ⋅R ⇒ I =

U 1 = = 6,7 ⋅ 10 −3 A R 150 …berekenen we de waarden in de tabel. Bijvoorbeeld U= 1V: U2 12 P= = = 6,7 ⋅ 10 −3 W R 150 I=

U (V) I (A)

1,0

2,0

P (W)

6,7 ⋅ 10 −3

6,7 ⋅ 10 c.

−3

3,0

1,7 ⋅ 10

−2

2,0 ⋅ 10

2,7 ⋅ 10 −2

4,0 −2

6,0 ⋅ 10 −2

2,7 ⋅ 10

5,0 −2

1,1 ⋅ 10 −1

6,0 −2

4,0 ⋅ 10 −2

1,7 ⋅ 10 −1

2,4 ⋅ 10 −1

3,3 ⋅ 10

Teken het P,U-diagram 0,3 0,25

P(W)

0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

1

2

3

4

5

6

7

U(V)


37

d. Welke vorm heeft het diagram en welk verband volgt daaruit?

Dit is een kwadratisch verband tussen P en U. Zoals we al in de formule zagen: P =

e.

U2 R

Als je een apparaat dat voor 230 V gebouwd is aansluit op 115 V, met welke factor wordt het vermogen kleiner?

P en U zijn kwadratisch evenredig: P ∝ U . Dus als de spanning tweemaal zo klein wordt, 2

2

1 ⎛1⎞ wordt het vermogen vier maal zo klein ⎜ ⎟ = . 4 ⎝2⎠ 52 *Verwerken van metingen (2) Op een spanningsbron met een vaste spanning van 4,5 V sluit je steeds andere weerstanden aan (zie waarden in de tabel). Je meet steeds de stroomsterkte en vervolgens kun je het ontwikkelde vermogen van elke weerstand bepalen. Teken de grafiek, die het verband aangeeft tussen weerstand en vermogen. a. Teken het schakelschema.

b. Bereken het ontwikkelde vermogen en vul de tabel in: Met…

U = 4,5V U R 2 ⎛U ⎞ U P = U ⋅ I = U ⋅⎜ ⎟ = ⎝R⎠ R

U = I ⋅R ⇒ I =

…berekenen we de waarden in de tabel. Bijvoorbeeld R=50Ω

U 4,5 = = 9,0 ⋅ 10 − 2 A R 50 : 2 U 2 (4,5) P= = = 4,1 ⋅ 10 −1W R 50 I=


38

R (Ω) I (A)

50

100

120

150

200

250

9,0 ⋅10 −2

4,5 ⋅ 10 −2

3,8 ⋅ 10 −2

3,0 ⋅ 10 −2

2,3 ⋅ 10 −2

1,8 ⋅ 10 −2

P (W)

4,1⋅10 −1

2,0 ⋅ 10 −1

1,7 ⋅ 10 −1

1,4 ⋅ 10 −1

1,0 ⋅ 10 −1

8,1 ⋅ 10 −2

c.

Teken het P,R-diagram.

0,4

P(W)

0,3 0,2 0,1 0 0

100

200

300

R(ohm)

d. Welke vorm heeft het diagram en welk verband volgt daaruit? Dit is een omgekeerd evenredig verband tussen P en R. (hyperbool) Zoals we al in de formule zagen: P = e.

U2 R

Als je van een apparaat de weerstand verdubbelt en het op dezelfde spanning aansluit, hoe is het vermogen dan veranderd?

1 . Dus als de weerstand tweemaal zo groot wordt, wordt het vermogen twee maal R ⎛1⎞ zo klein ⎜ ⎟ . ⎝2⎠

P∝

f.

Verwacht je in een strijkbout een grote of een kleine weerstand?

Een strijkbout heeft een groot vermogen, dus P =


U2 is groot , dus R is klein R

39

53 Energiekosten van je computer Je computer met een vermogen van 240 W, staat gemiddeld 4,5 uur per dag aan. Bereken de kosten van het energieverbruik van deze computer per jaar.

P = 240W uur s s s t = 4,5 = 4,5 ⋅ 60 ⋅ 60 = 4,5 ⋅ 60 ⋅ 60 ⋅ 365 = 5,9 ⋅ 10 6 dag dag jaar jaar E = P ⋅ t = 240 ⋅ 5,9 ⋅ 10 6 = 1,4 ⋅ 10 9 J =

1,4 ⋅ 10 9 kWh kWh = 3,9 ⋅ 10 2 6 jaar 3,6 ⋅ 10 jaar

1kWh =€0,15. Dus de computer kost 3,9 ⋅ 10 ⋅ 0,15 = €59,13 2

54 Oplaadkosten gsm Het opladen van je gsm gaat via een adapter die aangeeft 230 V, 600 mA. Het opladen van de batterij duurt 100 minuten. Bereken de kosten van het één maal opladen van je gsm.

U = 230V I = 600 ⋅ 10 −3 A P=? P = U ⋅ I = 230 ⋅ 600 ⋅ 10 −3 = 138W t = 100 min = 100 ⋅ 60 s = 6,0 ⋅ 10 3 s E = P ⋅ t = 230 ⋅ 6,0 ⋅ 10 3 = 1,4 ⋅ 10 6 J =

1,4 ⋅ 10 9 kWh = 3,8 ⋅ 10 −1 kWh 6 3,6 ⋅ 10

1kWh =€0,15. Dus het opladen van de batterij kost: 3,8 ⋅ 10

−1

⋅ 0,15 = €0,06 .

55 kWh-prijs van een batterij Een penlite-batterij kost € 0,50 en bezit bij 1,5 V 2400 mAh. Wat is de prijs van 1kWh uit dit type batterijen? Geef de berekening erbij.

U = 1,5V I = 2400 ⋅ 10 −3 A P=? P = U ⋅ I = 1,5 ⋅ 2400 ⋅ 10 −3 = 3,6W 3,6 ⋅ 10 6 1 kWh = 3,6 ⋅10 J . Dus voor 1 kWh moet de batterijen s = 10 6 s 3,6 6

Totale energie : E=U.I.t = 1,5 . 2,4 . 3600 = 12960 J dat is 3,6 . 10-3 kWh

Dus 1 kWh kost

0,50 = 139euro 3,6 ⋅ 10 −3


40

56 Kosten van standby Met een (wisselstroom)ampèremeter kun je zelf het vermogen van een tv bepalen als deze in de standby staat. a. Teken het schakelschema met netspanning en stekker van de tv.

b.

Bereken het vermogen als de ampèremeter 55 mA aanwijst.

U = 230V I = 55 ⋅ 10 −3 A P=? P = U ⋅ I = 230 ⋅ 55 ⋅ 10 −3 = 12,7W c.

Er is ook een Cost Control (zie figuur) te koop die dit allemaal voor je uitrekent. Op welke wijze zet dit apparaat de ampères om in stroomkosten?

De CC meet de stroomsterkte en de spanning. Via P = U ⋅ I en de kWh-prijs, berekent de CC de stroomkosten.

57 Magnetron a. Waardoor is het opwarmen van een maaltijd in een magnetron energetisch voordeliger dan in een oven? De oven (1500-3000 W) heeft doorgaans een groter vermogen dan een magnetron (7001200 W). Daarnaast moet een oven langer aanstaan dan een magnetron (voorverwarmen, bakken). b. Waarom bakken we dan geen brood in een magnetron? Erg knapperig zal het brood niet worden in de magnetron.

58 Ideeën? Maak een lijst van tenminste 10 ideeën die je zou kunnen uitwerken. Individuele leerlingen opdracht, die vraagt om de creativiteit van de leerling.


41

Figuur 19 Hotelschakeling 59 Een hotelschakeling Als je ’s avonds naar boven gaat kun je beneden het licht aandoen, en het boven weer uitdoen. Dat is een simpele vorm van domotica, techniek die het comfort en de veiligheid verhoogt. De schakeling die dat doet heet een hotelschakeling (figuur 19), en is al heel lang in gebruik. Vaak hebben hotelkamers dezelfde schakeling: licht in de kamer doe je bij de deur aan en kun je bij het bed weer uitdoen. a. Zoek uit in duo’s, al of niet gebruik makend van ElektriX, of je zo’n schakeling kunt bouwen met gewone schakelaars. Nee. b. Hiernaast zie je twee wisselschakelaars in een schakeling. Leg aan elkaar uit wat die schakeling doet. Een wisselschakelaar is een schakelaar met drie aansluitingen. Door middel van de schakelaar kan draad 1 met draad 2 verbonden of draad 1 met draad 3 verbonden worden. Er kan dus "gewisseld" worden tussen twee verschillende stroomkringen c.

***Ontwerp nu de hierboven beschreven schakeling. Doe dat op papier of gebruik Crocodile Clips. Gebruik een wisselschakelaar boven en beneden (zie plaatje en symbool).


42

60 ***Een centrale lampenschakelaar. Mevrouw Den Besten is gehandicapt en loopt met een rollator. Als ze ’s avonds weg wil moet ze langs alle lampen om ze uit te doen. Vaak zitten de knopjes ook nog op een vervelende plaats. Het zou makkelijk zijn als je met 1 knop alle lampen tegelijk uit kon doen. Maar dan moet het eigenlijk wel mogelijk zijn om bij thuiskomst een willekeurige lamp gewoon weer met z’n eigen schakelaar weer aan te doen. a. Probeer zo’n schakeling op papier te ontwerpen, of liever nog op de computer in ElektriX of in Crocodile Clips. Kom er niet uit b. Test je ontwerp nog eens kritisch als je het klaar hebt. Doe dat in één van de genoemde simulatieprogramma’s (kan ook thuis): Doet de schakeling wat je wil? Zijn er toch nog onverwachte effecten? Kun je daar nog iets aan verbeteren?

61 Veilig ’s nachts naar het toilet Mevrouw Den Besten moet ’s nachts wel eens naar het toilet. Dat is gelukkig op dezelfde verdieping als waar ze slaapt. Maar ze moet zich zonder rollator wel goed vasthouden. Wat ze graag wil is dat de lampen op de gang en in de badkamer automatisch aan gaan als ze haar slaapkamer uitkomt. a. Ontwerp zo’n schakeling eerst op papier, en bouw hem dan in werkelijkheid. Als je op de pc kunt werken kan je ook bouwen in Elektrix of in Crocodile Clips. Tip: Bedenk eerst hoe je “iets” maakt dat reageert op de aanwezigheid van mevrouw den Besten! Je kunt denken aan een soort schakelaar die reageert op het open gaan van de deur, of op de druk die voeten uitoefenen op de drempel of een kleedje. De lamp moet natuurlijk wel aan blijven. De schakelaar onder een kleed aan het begin van de gang, doet de lamp aan, en aan het eind van de gang zit eenzelfde schakelaar om de lamp weer uit te doen.

Beter: een geluidssensor, bewegingssensor. b. Kijk nog eens kritisch naar je ontwerp als je het klaar hebt, of beter: laat anderen nog eens kritisch kijken en de volgende vragen beantwoorden: - Doet de schakeling wat je wil? - Zijn er toch nog onverwachte effecten? - Hoe zit het met de veiligheid? - Welke verbeteringen zou je nog willen aanbrengen? (hoef je niet te doen…beschrijven


43

is genoeg) Een sensor zou handig zijn, met een klok erop. 1 minuut na het signaal dat het licht aan doet, gaat het weer uit.

62 De badkamerlamp op afstand veilig aandoen Er is een schakelaar in de deurpost van de kamer van mevrouw den Besten gemonteerd. Die schakelt als de deur open gaat. Veiligheidshalve mag daar niet meer dan 12 V op staan. De badkamerlamp en de ganglamp werken op 230 V. Ontwerp en teken nu een verbeterde schakeling waarbij je gebruik maakt van een relais om de lampen aan te zetten. Geef aan waar de 6 V batterij en de 230 V zit. Geef ook een detailtekening van de deurschakelaar: hoe zou je die ontwerpen? Hoe bevestig je die aan de deurpost?

63 Temperatuursensor: een experiment Een temperatuursensor heeft drie aansluitingen. Aan elke aansluiting is een aansluitdraad met een andere kleur bevestigd (bovenzijde figuur 20). In de sensor bevinden zich een temperatuurafhankelijke en een temperatuuronafhankelijke weerstand (onderzijde figuur 20). Je gaat een meetplan opstellen voor een eenvoudig experiment. Het experiment moet twee vragen beantwoorden: • Tussen welke twee aansluitdraden bevindt zich de temperatuur-afhankelijke weerstand? • Is de temperatuurafhankelijke weerstand een NTC-weerstand? (Een NTCweerstand neemt af als de temperatuur toeneemt.) Je hebt de beschikking over een batterij, een stroommeter, een warmtebron en aansluitdraden. a. Bedenk je meetplan waarin je beschrijft: - welke metingen je achtereenvolgens moet doen; - welke schakelingen je daarbij moet gebruiken; - welke elke gegevens je noteert, en of dat in tabellen moet (maken!) - Hoe je op basis van de meetresultaten de twee vragen kunt Figuur 20 Temperatuursensor beantwoorden Laat je meetplan controleren en voer het experiment uit. Sluit tussen de rode en de gele aansluiting de batterij en de stroommeter in serie aan. Meet de stroomsterkte (I 0). Verwarm de sensor met de warmtebron en meet opnieuw de stroomsterkte (I1). Er zijn dan drie mogelijkheden A, B en C. • Mogelijkheid A: I1> I0. Dan is R1 een NTC-weerstand en R 2 de temperatuuronafhankelijke weerstand. • Mogelijkheid B: I1< I0. Dan is R1 een temperatuurafhankelijke weerstand die niet van het type NTC is. R 2 is de temperatuuronafhankelijke weerstand. • Mogelijkheid C: I1= I0. Dan is R1 de temperatuuronafhankelijke weerstand. Sluit vervolgens tussen de gele en de zwarte aansluiting de batterij in serie met de stroommeter aan. Meet de stroomsterkte (I 2). Verwarm de sensor met de warmtebron en


44

meet opnieuw de stroomsterkte (I 3). Als I3> I2, is R 2 een NTC-weerstand. In het andere geval is R 2 niet van het NTC-type. De waarden van de weerstanden van de temperatuursensor worden nauwkeurig gemeten. R1 heeft een waarde van 47,0 kΩ Van R2 is de weerstand als functie van de temperatuur weergegeven in figuur 4. De rode draad wordt aangesloten op +5,0 V; de zwarte wordt aangesloten 0,0 V. De sensorspanning is de spanning tussen de gele en de zwarte draad. Maak bij deze vraag gebruik van de ijkgrafiek uit opgave 64 b. ***Bepaal de sensorspanning bij een temperatuur van 36 °C. Bij 36 °C geldt R2 = 22,1kΩ . Dus R = R1 + R2 = 47,0 + 22,1 = 69,1kΩ .

5 U = = 7,24 ⋅ 10 −5 A. 3 R 69,1 ⋅ 10 −5 3 Dus U 2 = I ⋅ R' 2 = 7,24 ⋅ 10 ⋅ 22,1 ⋅ 10 = 1,6V . Dan geldt I =

64 ***Een ijkgrafiek Sluit de sensor nu op de voorgeschreven manier aan: De rode draad wordt aangesloten op + 5, 0 V; de zwarte geaard (0 V). De sensorspanning is de spanning tussen de gele en de zwarte draad. a. Meet de hoogte van de sensorspanning als de temperatuur van de sensor 35° C is. Stop de sensor daarvoor in water van 35°C. Uitvoeren De waarden van de weerstanden van de temperatuursensor worden nauwkeurig bepaald. R1 heeft een waarde van 47,0 kΩ. Van R2 is de weerstand als functie van de temperatuur weergegeven in de figuur hiernaast. b. Bereken nu de waarde die de sensor zal aangeven bij een temperatuur van 40°C.

Bij 40 °C geldt R2 = 24,6kΩ . Dus R = R1 + R2 = 47,0 + 24,6 = 71,6kΩ .

U 5 = = 6,98 ⋅ 10 −5 A. 3 R 71,6 ⋅ 10 −5 3 Dus U 2 = I ⋅ R' 2 = 6,98 ⋅ 10 ⋅ 24,6 ⋅ 10 = 1,7V . Dan geldt I =


45

Als je een sensor koopt is het gebruikelijk dat er in de specificaties een grafiek wordt meegeleverd. Horizontaal staat de spanning van de sensor, verticaal de temperatuur van de sensor. Dat heet een ijkgrafiek. Van de door jouw gebruikte sensor staat die grafiek hieronder. c.

Kloppen de waarden uit de grafiek met jouw metingen en berekeningen?

Practicum 65 Een verbeterde automatische schakelaar

66 ***Een NTC-weerstand Een NTC-weerstand (verder kortweg NTC genoemd) is een weerstand waarvan de weerstandswaarde afneemt naarmate zijn temperatuur stijgt. Een NTC, opgenomen in een elektrische schakeling, zal door zijn eigen warmteontwikkeling van weerstandswaarde veranderen. Een bepaalde NTC wordt bij kamertemperatuur opgenomen in een schakeling (figuur 21). De beide meters zijn ideaal. De spanningsbron heeft een niet te verwaarlozen inwendige weerstand Ri. Nadat de schakelaar S is gesloten, stijgt de temperatuur van de NTC. Men meet met regelmatige tussenpozen het potentiaalverschil over de NTC en de stroomsterkte door de NTC tot de gemeten waarden niet meer veranderen omdat de NTC dan niet verder in temperatuur stijgt. De meetresultaten worden in figuur 21 weergegeven door de grafiek tussen D en E

Figuur 21 NTC-weerstand


46

Figuur 22 Meetresultaten a.

Beredeneer in welke richting tijdens de proef de grafiek wordt doorlopen, van D naar E of van E naar D

U Uit de grafiek kunnen we bij de punten D en E, de waarden voor U en I aflezen. We I 6,9 U U 6,79 = = 44,5Ω en voor punt E R E = = = 20,58Ω . krijgen voor punt D R D = I 0,155 I 0,33 R=

De weerstand is bij D dus groter dan bij E. Na het sluiten van de schakelaar, zal de NTC warmer worden en de weerstand zal dus afnemen. De grafiek wordt tijdens de proef dus van D naar E doorlopen. b. Bepaal de bronspanning van de spanningsbron Een spanningsbron is meestal niet ideaal. Dit betekent dat de spanning afneemt, naarmate de bron meer wordt belast. Voor de (klem)spanning U klem (dit is de spanning die je meet) geldt dan: U klem = U bron − I ⋅ Ri . Hierbij is U bron de spanning als de bron onbelast is, oftewel als er geen onderdelen in de kring staan. Ri is de inwendige weerstand van de bron. Uit onderdeel a weten we dat:

U D = 6,9V ; I D = 0,155 A U E = 6,79V ; I E = 0,33 A U klem = U bron − I ⋅ Ri We hebben twee waarden voor de klemspanning ( U D en U E ) en eveneens twee waarden voor de stroomsterkte ( I D en I E ). We kunnen dus met de formule voor de klemspanning twee vergelijkingen met twee onbekenden opstellen:

U klemD = U bron − I D ⋅ Ri ~ 6,9 = U bron − 0,155 ⋅ Ri

(1)

U klemE = U bron − I E ⋅ Ri ~ 6,79 = U bron − 0,33 ⋅ Ri

(2)

We kunnen vergelijking (1) zo omschrijven dat we een uitdrukking voor Ri krijgen:

6,9 = U bron − 0,155 ⋅ Ri ⇒ 6,9 − U bron = −0,155 ⋅ Ri ⇒ Ri =

6,9 − U bron U bron − 6,9 = 0,155 − 0,155

(3)

Deze uitdrukking (3) kunnen we substitueren in vergelijking (2), zodat we een vergelijking met één onbekende krijgen:

− 6,9 ⎞ 0,33 0,33 ⋅ 6,9 ⎛U 6,79 = U bron − 0,33 ⋅ Ri ~ 6,79 = U bron − 0,33 ⋅ ⎜ bron ⋅ U bron + ⎟ = U bron − 0,155 0,155 ⎝ 0,155 ⎠ ⇒ 6,79 = U bron − 2,13 ⋅ U bron + 14,69 ⇒ 6,79 − 14,69 = −1,13 ⋅ U bron ⇒ U bron =

− 7,9 = 7,0V − 1,13


47

c.

Bepaal de inwendige weerstand Ri van de spanningsbron

In onderdeel b hebben we een uitdrukking voor Ri geformuleerd: Ri =

U bron − 6,9 0,155

Substitueren we hierin de uitkomst van onderdeel b U bron = 7,0V , dan krijgen we:

Ri =

U bron − 6,9 7,0 − 6,9 = = 0,59Ω 0,155 0,155

Het elektrische vermogen dat de NTC omzet in de schakeling van figuur 3.1 hangt af van de weerstand van de NTC en dus van zijn temperatuur. In figuur 22 is dit vermogen als functie van de temperatuur grafisch weergegeven door een getrokken lijn

Figuur 23 P,T-grafiek


48

d. Bepaal de temperatuur van de NTC behorend bij de toestand die in figuur 22 is aangegeven met het punt X.

= 6,84V , I = 0,25 A P = U ⋅ I = 6,84 ⋅ 0.25 = 1,71W

In punt X geldt: U

We lezen in figuur 23 bij een vermogen van 1,71 W een temperatuur van 34ºC af. De NTC staat warmte af aan de omgeving ten gevolge van het temperatuurverschil tussen de NTC en die omgeving. Voor de heersende omgevingstemperatuur is in figuur 23 het door de NTC afgegeven vermogen als functie van zijn temperatuur weergegeven door een streepjeslijn. Bij een temperatuur van de NTC van 25 °C is zijn temperatuurstijging per seconde groter dan bij een temperatuur van 30 °C. e. Leg uit hoe dit blijkt uit figuur 23 Uit figuur 23 blijkt dat bij een temperatuur van 25°C het verschil tussen de ontwikkelde warmte per seconde (getrokken lijn) en de afgegeven warmte per seconde (gestippelcde lijn) groter is dan bij 30°C. Bij 25°C wordt per seconde dus meer warmte opgenomen, dus de temperatuursstijging per seconde is groter dan bij 30°C De NTC heeft 1,4 J nodig per graad temperatuurstijging. f. Bepaal de temperatuurstijging per seconde van de NTC op het tijdstip dat zijn temperatuur 30 °C is. De per seconde toegevoerde warmte bij 30°C = het omgezette vermogen bij 30°C minus het afgegeven vermogen bij 30°C = 1,53 – 1,06 = 0,47 J.s-1

∆Q ∆T ∆t = 0,47 =0,34°C.s-1 Voor de temperatuursstuijging per seconde geldt = 1,4 ∆t 1,4 Vervolgens wordt de NTC, die nog steeds is opgenomen in de schakeling van figuur 3.1, met behulp van een vlammetje even verwarmd. (De schakelaar in figuur 3.1 is daarbij gesloten.) De temperatuur van de NTC stijgt hierdoor tot 120 °C. Dan haalt men het vlammetje weg. g.

Beredeneer of de temperatuur van de NTC na het weghalen van het vlammetje stijgt of daalt.

Na het weghalen van de vlam, zal de weerstand afkoelen. Hierdoor zal de weerstand toenemen.

67 ***Onderzoek aan een lichtsensor Maaike en Lia onderzoeken hoe de weerstand van een LDR afhangt van de verlichtingssterkte. Daartoe hangen ze een gloeilamp boven de LDR in een voor de rest verduisterde ruimte. Ze variëren de afstand tussen de lamp en de LDR. Bij elke afstand meten ze de weerstand van de LDR. Van de resultaten van de proef maken ze een grafiek die is weergegeven in figuur 24.

Figuur 24 Weerstand tegen afstand NiNa – uitwerkingen Domotica, versie augustus 2007

49

a.

Leg met behulp van figuur 24 uit of de weerstand van de LDR groter of kleiner wordt als de verlichtingssterkte toeneemt.

Als de verlichtingssterkte groter is, is de afstand tussen de lamp en de LDR kleiner. Uit de grafiek blijkt dat de weerstand dan kleiner is. Vervolgens maken ze de schakeling die in figuur 25 is afgebeeld. Voor de grootte van de weerstand R kan gekozen worden uit een weerstand van 100 Ω en een weerstand van 500 Ω b. Leg uit bij welke van deze twee weerstanden (R = 100 Ω of R = 500 Ω) de spanningsmeter de grootste spanning aangeeft, als op de LDR eenzelfde hoeveelheid licht valt.

Methode 1: In een serieschakeling verhouden de spanningen over de weerstanden zich als de waarden van die weerstanden. (Omdat de LDR in beide gevallen dezelfde weerstand heeft,) is de spanning over de weerstand van 500 Ω het grootst. Methode 2: Als de LDR in serie staat met 500 Ω is de stroomsterkte door de schakeling kleiner dan wanneer de LDR in serie staat met 100 Ω. (Omdat de LDR in beide gevallen dezelfde weerstand heeft,) is de spanning over de LDR dan ook klein. (Omdat de som van de spanning over R en LDR constant is,) is de spanning over R dan juist groot.

De hele schakeling van figuur 25 heeft de functie van lichtsensor. De spanning over R is het signaal dat de sensor afgeeft. Deze spanning als functie van de verlichtingssterkte bij de LDR is weergegeven in figuur 26.

Figuur 25 LDR schakeling

Figuur 26 Spanning tegen lichtsterkte


50

c.

Bepaal de gevoeligheid van de sensor in het lineaire gebied

De gevoeligheid is gelijk aan de helling van het lineaire deel van de grafiek. Hierin is ∆U = 1,2 V en de bijbehorende verandering van de verlichtingssterkte 600 lux. Hieruit volgt dat de gevoeligheid gelijk is aan 1,2/600 = 2,0Α10-3 V/lux. Hierna willen Maaike en Lia onderzoeken hoe de sensor reageert op verschillende kleuren licht. Zij formuleren de volgende onderzoeksvraag: "Hoe is, bij gelijkblijvende verlichtingssterkte, het verband tussen de kleur van het opvallende licht en de spanning die de sensor afgeeft?" Behalve de sensor en de spanningsmeter hebben zij de beschikking over: - een blauw, een geel en een rood stuk glas (kleurenfilters), - een meter die, onafhankelijk van de kleur, de verlichtingssterkte kan meten, - een lichtbron waarvan de sterkte veranderd kan worden. De kleurenfilters laten niet allemaal evenveel licht door. d. Beschrijf een onderzoek dat een antwoord kan geven op de onderzoeksvraag. Bij het onderzoek moet het hierboven genoemde materiaal gebruikt worden. Van het gefilterde licht wordt (ter hoogte van de LDR) steeds de verlichtingssterkte gemeten. De verlichtingssterkte wordt in alle drie de gevallen gelijk gemaakt door de sterkte van de lamp te variëren of door de hoogte van de lamp te veranderen. Steeds wordt de spanning over de sensor gemeten.

68 Invoeronderzoek Meet de signaalwaarden die de componenten op het invoerblok van het systeembord afgeven. a.

Meet de spanning van de drukschakelaar, als deze niet ingedrukt is en als deze ingedrukt is. Verbind daartoe de tweede draad met een zwarte bus.

5V. b. Meet de spanning van de ingebouwde geluidsensor bij bijna stilte, en met tikken op bord. 0 tot 1 V, 1 tot 5V. c.

Sluit de lichtsensor aan (zorg dat de kleuren bij de aansluiting overeenkomen!). Meet de spanning in donker (met je vinger het uiteinde afsluiten) en bij zoveel mogelijk licht.

0 V en maximaal 5 V. d. Sluit de pulsgenerator aan op een led, kijk en verklaar wat er gebeurt als je frequentie van 1 naar 10 Hz draait. De led knippert 10x zo snel, dus 10x per seconde.


51

69 Uitvoer onderzoeken Meet de signaalwaarden die de componenten op het uitvoerblok van het systeembord aan- of uitschakelen. a.

Verbind de variabele spanningsbron met een led (light emitting diode). Eén draad is voldoende. Via de aarde (zwarte bussen) wordt de stroomkring inwendig gesloten. Doen.

b. Zoek uit vanaf welke spanning de led brandt (sluit een voltmeter aan). Kan per bord verschillen. c.

Doe hetzelfde met de zoemer. Vanaf welke spanning is de zoemer aan? Kan per bord verschillen.

d.

Sluit de lichtsensor aan en verbindt de uitgang met de zoemer. -

Onderzoek wat er gebeurt bij sterker of zwakker licht. Bedenk een toepassing voor deze schakeling

Sterk licht: zoemer aan – zwak licht: zoemer uit, auto knippert met licht voor de garage, in huis gaat een zoemer dat de auto is aangekomen, alternatief met ir-sensor is een zoemer die meldt dat er iemand voor de deur staat. e.

Sluit de variabele spanning aan op de witte bus van het relais. Verbindt de onderste 2 bussen met een uitwendige spanningsbron van 6V en de bovenste 2 bussen met een lampje van 6V. -

Draai de regelbare spanningsbron op het bord langzaam omhoog en meet de spanning waarbij het relais schakelt

Kan per bord verschillen. 70 Drukschakelaars en leds Drukschakelaars kunnen direct worden aangesloten op de ingangen van verwerkers. a.

Leg uit waarom de drukschakelaars op het systeembord betrouwbare nullen en enen produceren (zie opgave 68). De spanning is altijd lager dan 0,8 of hoger dan 2 V.


52

b. Leg uit waarom de leds op het systeembord gebruikt kunnen om digitale signalen (nullen en enen) te meten. De led is uit onder 0,8 V en aan boven 2 V. 71 Comparator Een comparator vergelijkt een sensorsignaal op + ingang met een spanning die je kunt instellen met de bijbehorende draaiknop. Als de sensorspanning hoger dan de ingestelde spanning zet de comparator een hoog signaal (1 )op de uitgang en anders een laag signaal (0). a.

Controleer dit door de + ingang van de comparator te verbinden met de variabele spanningsbron en de uitgang van de comparator te verbinden met een led. Vergelijk de standen van de draaiknoppen bij de spanningsbron en comparator bij verschillende posities . Zelf doen.

72 Temperatuurmelder Met behulp van de comparator kunnen we een alarmsysteem bouwen waarbij een led gaat branden als de temperatuur in huis te hoog wordt.

Sluit een temperatuursensor aan op de + ingang van de comparator en verbind de uitgang met een led. Zet de knop bij de comparator op 0 V. a.

Draai de spanning zover omhoog dat de led net niet brandt. Zelf doen.

b. Verwarm de sensor met je hand en koel deze weer af door met de sensor te zwaaien. Verklaar wat er gebeurt. Bij verwarming stijgt de spanning van de sensor en gaat de led branden, bij afkoelen gaat de led weer uit.


53

73 Invertor Maak eerst de verbindingen van de drukschakelaar met de ingang van de invertor en van de uitgang met de led.

a.

Brandt de led?

Ja. b. Druk op de schakelaar. Gaat de led aan of uit? De led gaat uit. c.

Omschrijf kort de werking van de invertor.

De invertor keert hoog en laag om, als de ingang hoog is is de uitgang laag en omgekeerd. d. Leg uit waarom je voor de buitenverlichting in opgave 74 handiger een comparator en een invertor kunt gebruiken. Als het donker wordt gaat de verlichting aan.

74 EN-poort Je moet beide ingangen onafhankelijk van elkaar hoog en/of laag kunnen maken. Sluit de uitgang aan op de led. Druk eerst de bovenste (1e ) schakelaar in, vervolgens alleen de andere (2e ) en ten slotte allebei.

a.

Wanneer geeft een EN-poort een hoog signaal af?

Wanneer op beide ingangen een hoog signaal staat.


54

b. Vul de tabel hieronder in: 0 is laag, 1 is hoog. Zo’n tabel noemen we een waarheidstabel. Knop 1

Knop 2

led

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1

75 OF-poort Maak de aansluitingen weer net zo als bij de EN-poort. Onderzoek hoe de poort reageert op het indrukken van de schakelaars en vul de waarheidstabel weer in.

a.

Wanneer geeft een OF-poort een hoog signaal af?

Wanneer… • er een hoog signaal op de bovenste ingang staat • er een hoog signaal op de onderste ingang staat • er een hoog signaal op beide ingangen staat b. Vul de waarheidstabel in. Knop 1

Knop 2

led

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1


55

76 Geheugencel Ook de geheugencel heeft 2 ingangen, de set- en de resetingang.

Maak de 2 aansluitingen met set en reset en verbind de uitgang met de led. a.

De led brandt nu wel of niet?

De led brandt niet (tenzij de geheugencel al eerder aangesloten is geweest). b. Druk op de schakelaar van set. Gaat de led aan of uit? De led gaat aan. c.

Druk op de schakelaar van reset. Gaat de led aan of uit?

De led gaat uit. d. Kun je met set de led aan- of uitschakelen, of beide? Alleen aan als de led uit is. e.

Kun je met reset de led aan- of uitschakelen, of beide?

Alleen aan als de led uit is. f.

Leg uit waarom deze bouwsteen een geheugencel wordt genoemd.

Eénmaal aangezet blijft de geheugencel hoog, ook als het ingangssignaal laag wordt. 77 Pulsenteller Verbind een drukschakelaar met de blauwe 'telpulsen'-bus van de teller. Zet met reset-knop de teller op nul. a.

Druk op de drukschakelaar en kijk wat er gebeurt. Iedere keer als je op de schakelaar drukt gaat de teller één omhoog.

Maak de draad bij de drukschakelaar los en verbind deze met de variabele spanningsbron.


56

b. Wanneer meet de teller een puls? Als de spanning omhoog wordt gedraaid (boven 2 V) telt de teller een puls (vraag is verwarrend: verbind de variabele spanningsbron met Tel pulsen is duidelijker). c.

Gebeurt dit als de spanning oploopt of afneemt?

Alleen als de spanning oploopt. d. Sluit de variabele spanning aan op de reset-ingang en kijk bij welke spanning de teller weer op 0 gezet wordt. Doen, moet boven 2V. e.

Gebeurt dit als de spanning oploopt of afneemt?

Als de spanning oploopt (de figuur staat te ver naar voren: moet na vraag e). Verbind de pulsgenerator met telpulsen, sluit elk van de uitgangen 1, 2, 4 en 8 aan op een led. f. g.

Kijk en verklaar wanneer de leds branden. Geef een verklaring voor de werking van deze schakeling, bijvoorbeeld als de teller op ‘7’ staat.

78 Tellen tot en met 7 Behalve via de display kunnen we tellen via de leds. Sluit de 4 uitgangen van de teller aan op de 4 leds. Zet de pulsgenerator op 1 Hz en verbind de uitgang 8 ook nog met de reset-ingang van de pulsenteller. a.

Ga na dat je nu een teller hebt gemaakt die na 7 seconden tellen weer bij 0 begint.

De teller reset bij 8 en i.p.v. op 8 springt de teller dus op 0. b. Hoe kun je een teller van 0 t/m 3 maken? Verbind 4 met de reset. c.

Waarom kun je zo geen teller van 0 t/m 5 maken?

6 kun je niet direct met de reset verbinden. Zou je voor vraag c een oplossing met poorten kunnen bedenken?


57

d. Licht dit laatste kort toe en teken een geschikte schakeling. Verbind 4 en 2 met de ingang van de EN-poort en de uitgang van de poort met de reset van de teller (zie de figuur).

79 Ventilator Een ventilator moet gaan draaien zodra de temperatuur te hoog wordt, en dat moet het liefst automatisch gebeuren. Voor het draaien van de ventilator is een aparte spanningsbron nodig. Je mag de ventilator vervangen door een lampje van 6V in combinatie met een spanningsbron van 6V. a.

Maak de aansluitingen en controleer of alles aan de opdracht voldoet. Zie de figuur.

De

aansluiting op het relais moet eerst gecontroleerd worden, dus wacht met het aanzetten van de extra spanningsbron !!! b. Laat de ventilator aanslaan wanneer de temperatuur boven de 20 °C komt en uit gaan onder deze temperatuur. Controle vindt plaats via het dopen van de temperatuursensor in een bakje koud water en verwarmen met de hand. Stel de referentiespanning van de comparator zodanig in dat deze schakelt bij 20 °C.


58

80 Alarm Alarmsystemen in huis komen in vele uitvoeringen voor. We zullen enkele mogelijkheden bekijken en op het systeembord uitvoeren.

a. Dubbel geschakeld Ontwerp een alarm dat op 2 plaatsen aangezet kan worden. Het alarm moet afgaan als er iemand door de voor- of achterdeur naar binnen komt.

Onder de mat bij elk van deze deuren bevindt zich een drukschakelaar. Als deze ingedrukt wordt moet het alarm (gebruik een led of via de zoemer) afgaan. Via een extra schakelaar moet je het alarm ook weer uit kunnen zetten. Het alarm moet wel blijven afgaan als een eventuele inbreker direct van de mat afspringt! Teken je ontwerp in de figuur en bouw het op het systeembord. b. Een alarm dat op geluid en/of beweging (of licht) reageert De zoemer moet gaan werken als het geluid boven een bepaald niveau komt of als er een beweging wordt waargenomen. Neem voor de bewegingssensor een lichtsensor. Maak de schakeling en zorg dat het alarm aan blijft als het geluid of de beweging stopt. Via een drukschakelaar moet het alarm echter weer uitgeschakeld kunnen worden.


59

c. Een stil alarm Gebruik de geluidsensor van het systeembord om een alarm te maken dat reageert op geluid. Als het alarm afgaat, begint er ergens anders in het gebouw een licht te knipperen met een periode van 8 sec. Het licht gaat 4 s aan, 4 s uit, enz. Bouw deze schakeling op het bord met de getekende onderdelen. Probleem 1 Bedenk een manier om het alarm met een extra drukschakelaar uit te zetten

Probleem 2 Als je op het verkeerde moment het geheugen reset, dan blijft de lamp branden. Probeer dit. Zoek een oplossing door een extra EN-poort te gebruiken en maak de schakeling nu verder compleet. Teken je oplossing en bouw deze op het bord.


60

81 Buitendeurverlichting Je wilt een lamp automatisch aanzetten als het donker is en er iemand (warmte) in de buurt is. X is een lichtsensor die hoog is als er licht is. Y is een infraroodsensor die hoog is als er een warmtebron in de buurt is. Hieronder staan drie ontwerpen van een schakeling: a. Bekijk de drie schakelingen en beredeneer welke (1 of meer) geschikt zijn om een lamp aan te zetten als het donker is en er iemand (warmte) in de buurt is.

Schakeling 1 Knop X

Knop Y

lamp

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 0 0

Knop X

Knop Y

lamp

0 0 1 1

0 1 0 1

1 1 0 1

Knop X

Knop Y

lamp

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 0 0

Schakeling 2

Schakeling 3

Schakeling 1 en 3 werken identiek, schakeling 2 precies omgekeerd. De lamp moet alleen branden als X=0 (donker) en Y=1 (iemand in de buurt), schakeling 1 en 3 zijn beide goed.


61

b. Probeer de drie schakelingen op het systeembord uit. Voor het gebruik van 2 invertors moet je 2 borden doorverbinden (aarde) of een SEM gebruiken. Controleer op deze wijze het antwoord van vraag a. Doen. 82 Ramen open Voor de ventilatie in de goed als er minimaal 2 ramen drie ramen die open kunnen, drukschakelaars die een hoog als het raam dicht is.

huiskamer is het open staan. In de zitten signaal afgeven

Als er minder dan twee ramen een zoemer afgaan (zie systeem

open staan moet hiernaast).

a.

Bouw dit systeem en controleer de werking. - Waarom werkt het systeem niet goed?

Als S1 en S3 dicht zijn gaat de zoemer niet af. b. Hoe kun je dit systeem verbeteren? S1 en S2 naar een EN-poort en nog een OF-poort erbij. c.

‘

Voeg er minimaal 1 EN-poort aan toe en maak een schema dat aan de eis voldoet.

Er is nog een betere oplossing met één poort minder, zie de rechter figuur.


62

83 Temperatuurregeling Een bekende temperatuurregelaar is de thermostaat van de c.v. Wij bekijken een soortgelijk systeem. Oven als warmhouder In de oven met een vooraf bereide maaltijd mag de temperatuur maar korte tijd, hier maximaal 8 s, onder de ingestelde temperatuur blijven. Na 8 tellen onder de ingestelde waarde moet de verwarming aangezet. Direct boven de ingestelde waarde moet de verwarming weer uit. Het systeem moet daarna opnieuw reageren als de temperatuur weer daalt! Het verwarmingssysteem schakel je via het relais. Voor de verwarming kun je een dompelaar nemen en die in een bakje water zetten. De dompelaar heeft een extra spanningsbron nodig van 12V. Laat schakelingen met een relais altijd eerst controleren !! Zet de temperatuursensor erbij en koel af door extra koud water of een ijsklontje toe te voegen. a.

Bouw het systeem en demonstreer de werking.

b. Leg uit of de verwarming ook aanslaat als de temperatuur maar 4 of 5 s onder de ingestelde waarde zakt? Zodra de temperatuur boven de ingestelde waarde komt springt de teller op 0. Na 4 of 5 s slaat de verwarming dus niet aan.


63

84 De gangverlichting voor mevrouw Den Besten De gangverlichting moet aanspringen als het donker is EN als zij komt aanlopen. De bewegingssensor mag je imiteren door de geluidsensor. Als je er op tikt simuleert dat de beweging. De led stelt de lamp voor. Als er 8 tellen geen beweging meer is waargenomen moet de lamp weer uit gaan. Bouw de schakeling en teken je ontwerp.

(in de oorspronkelijke figuur is nog een invertor noodzakelijk! –of de lichtsensor is hoog als het donker is!?) 85 Halve Hotelschakeling Bij een hotelschakeling kun je met twee schakelaars een lamp aan en uit schakelen. Bij een halve hotelschakeling zet je de lamp met één schakelaar aan en met een andere schakelaar uit. Ontwerp en bouw de halve hotelschakeling met een led als lamp en één verwerker. De drukschakelaar naar de set van de geheugencel zet de lamp aan, de drukschakelaar naar de reset van de geheugencel zet de lamp uit.


64

86 Droogruimte Je hebt thuis een kastruimte waarin de regenkleding kan drogen. Je zet met een drukschakelaar in de kast de verwarming (een led gaat branden) aan en met een schakelaar buiten de kast de verwarming weer uit. In de kast is een temperatuursensor die ervoor moet zorgen dat de temperatuur niet boven de 40 °C komt. Bij 40 °C geeft de sensor een signaal van 2,0 V af. Ontwerp en bouw de schakeling. De comparator moet op 2,0 V staan in de volgende schakeling:

De geheugencel kan ook met een relais worden verbonden dat de verwarming aan zet.

87 Handendroger Ontwerp een handendroger die voldoet aan de volgende eisen: • • • •

De droger begint na 2 s warme lucht te blazen als je je handen er onder houdt. De droger blaast 6 s lang droge lucht en stopt daarna gedurende 4 s. Als de handen worden weggehaald, stopt de blazer direct. Gedurende de 4 s pauze start de blazer niet meer voordat er weer opnieuw handen onder de droger komen.

a.

Ontwerp een schakeling die aan deze voorwaarden voldoet. Gebruik als invoer de lichtsensor. Als er geen handen onder de droger gehouden worden, valt er licht op de sensor. Gebruik als uitvoer een LED of de zoemer. b. Ontwerp een uitvoering met en zonder geheugencel.


65

Eerst de oplossing zonder geheugencel, handen weg betekent teller weer op 0 en teller uit.

Met de geheugencel moet deze gereset worden als de handen weg zijn of de teller op 8.


66

88 Deurbeveiliging De deur van een wasmachine kan niet geopend worden als er een wasprogramma draait. Via de variabele spanningsbron stel je een wasprogramma in. Boven 1,0 V draait het programma en brandt er een lamp (led1). Bij een lage spanning (onder 1,0 V) is het programma afgelopen. Je kunt met drukknop 1 led1 uitschakelen. Vervolgens kan je met drukknop 2 de deur openen, led2 gaat dan branden zolang je de knop indrukt. Uit veiligheidsoverwegingen kan led2 kan niet branden zolang led 1 brandt. Als je op drukknop 2 drukt terwijl led1 brandt, gaat de zoemer af als

waarschuwing. Ontwerp en bouw deze schakeling.


67

89 Babyfoon Als een baby wakker wordt en 5 seconden schreeuwt of huilt, moet er in de huiskamer een zoemer gaan. De zoemer schakelt automatisch uit zodra de baby stopt met huilen. Ontwerp en bouw de schakeling.


68

90 Badkamer met twee deuren Tussen twee slaapkamers (A en B) bevindt zich een badkamer die van twee kanten toegankelijk is. Als iemand vanuit A de badkamer ingaat, gaat in kamer B een lampje “bezet” (gebruik een led) branden. Hetzelfde gebeurt in kamer A als iemand dat vanuit B doet. Bij het verlaten kan je met een drukknop de lampjes weer uitzetten en de deur vrijgeven (gebruik hiervoor de variabele spanningsbron die je omhoog en weer omlaag draait). Ontwerp en bouw de schakeling die de leds op juiste wijze aan en uitzet. Als A ingedrukt is, gaat in B de lamp branden, behalve als B die al eerder heeft ingedrukt.


69

91 Tijdinstelling van de magnetron Een magnetron moet automatisch na 6 minuten (stand 6 op de teller) uitgezet worden. Het element kan anders kapot gaan. Met een drukknop zet je de magnetron aan. Ontwerp en bouw de schakeling. Vervolgens wil je voor een maaltijd 2 minuten instellen. Hoe kun je dat in de schakeling regelen zonder draden om te zetten?

Om 2 minuten i.p.v. 6 minuten in te stellen kun je de pulsgenerator 3x zo snel zetten: gebruik 3 Hz i.p.v. 1 Hz.


70

92 Geheugencel (pittig) Maak met een invertor, een EN-poort en een OF-poort een geheugencel. Gebruik twee drukknoppen als ingang en een LED als uitgang om de werking te controleren.


71

Uitwerkingen Domotica

Recommend Documents