voorbeeldhoofdstuk havo natuurkunde

www.samengevat.nl

examenbundels - zelfstanding voorbereiden op het examen - examen voorbereiden op basis van persoonlijk studieadvies - stapsgewijs toewerken naar het examenniveau - oefenen met recente examens havo Duits havo Engels havo Frans havo Nederlands havo biologie havo natuurkunde havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo geschiedenis

voorbeeldhoofdstuk

havo M&O

havo

examenbundel + samengevat = jouw succesformule

natuurkunde

samengevat - schematisch overzicht van alle examenstof - beknopte en heldere uitleg - snel en overzichtelijk door te nemen en te herhalen - het perfecte uittreksel havo biologie havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo M&O I S B N 978-11-112-4539-9

omslagZFlap_natuurkunde.indd

1

/.$%27)*30%23

havo natuurkunde

22-01-2008

11:09:52

www.samengevat.nl

havo

natuurkunde

Ir. A.P.J. Thijssen

Natuurkunde_VW.indd 1

22-1-2008 13:02:14

Voorwoord Beste docent, Voor u ligt een deel van de nieuwe Samengevat havo natuurkunde. Dit katern bevat een voorbeeldhoofdstuk, waarmee u een goede indruk krijgt van de vernieuwde uitgave. In de zomer van 2008 verschijnt de complete Samengevat. De inhoudsopgave hiervan vindt u ook in dit katern. Uw examenleerlingen kunnen zich met de meest actuele Samengevat voorbereiden op hun examen in 2009! De belangrijkste wijziging in de nieuwe Samengevat is de aanpassing aan het examenprogramma dat vanaf 2007 van kracht is. Daarnaast zijn nog andere verbeteringen doorgevoerd: – Examenbundel en Samengevat zijn nog beter op elkaar afgestemd, doordat de hoofdstukindeling gelijk loopt. – Het lettertype is aangepast om de leesbaarheid te vergroten. – De onderwerpen voor het schoolexamen worden apart aangegeven. – De didactische scheiding tussen de schematische theorie op de linker pagina en de toelichting en voorbeelden op de rechter pagina is duidelijker, mede door gebruik van een steunkleur. – De tabellen zijn van kleur voorzien voor een betere leesbaarheid. Heeft u vragen over Samengevat en/of Examenbundel? Neem dan contact op met Anja Haggeman van Docentenlijn via telefoonnummer 0575-594 994. Ik wens u veel succes met de beoordeling van dit katern. Bent u enthousiast en wilt u de complete Samengevat ontvangen zodra het van de drukpers rolt? Mail dan uw gegevens naar: [email protected] en vermeld welke uitgave van Samengevat u wilt ontvangen.

Judith ten Brummelhuis – Uitgever Examentraining Zutphen, januari 2008


22-1-2008 13:02:14

inhoud

(met verwijzing naar het examenprogramma)

voorwoord

hoe werk je met dit boek

1 Elektriciteit (domein B1) 2 Regelsystemen en signaalverwerking (domein B2) 3 Elektromagnetisme (domein B3) 4 Opwekking en transport van elektrische energie (domein B4) 5 Licht (domein C1) 6 Trillingen en golven (domein C2) 7 Beweging (domein D1) 8 Kracht, arbeid en energie (domein D2) 9 Materie en energie (domein E1) 10 Straling, gezondheid en kernenergie (domein E2) 11 Compex-vaardigheden 12 Algemene vaardigheden (delen van domein A) trefwoordenregister


22-1-2008 13:02:14

1

1

Elektriciteit basiskennis lading er bestaat + en – lading; elektronen zijn dragers van – lading; protonen zijn dragers van + lading krachten tussen ladingen gelijke ladingen stoten elkaar af; + en – trekt elkaar aan elektrische geleiding vindt in metalen plaats door vrije elektronen; in vloeistoffen door ionen geleider heeft zéér kleine weerstand voor elektrische stroom supergeleider weerstand is exact nul ohm isolator bevat geen vrije ladingsdragers; heeft zeer grote weerstand spanningsbronnen gelijkspanningsbronnen accu , batterij, voedingsapparaat; symbool: polen de + pool is altijd ‘hoger’ dan de – pool bv. bij een 9 V batterij is de + pool 9 volt hoger dan de – pool één pool geaard die pool is dan 0 volt bij een 9 V batterij met de + pool geaard is deze pool dus 0 volt de – pool is 9 V lager: die is dan – 9 V symbool aarde of

bronnen in serie indien de + pool van de ene bron is verbonden met de – pool van de volgende bron geldt: totale spanning = som van de afzonderlijke spanningen

wisselspanningsbronnen dynamo, stopcontactspanning; symbool:

polen één pool is meestal 0 V, de andere wisselt tussen + en –

stroomsterkte I (in A)

constante stroomsterkte I = Q Q stelt hier lading voor (niet warmte) t onvertakte stroomkring I is overal even groot I1 = I2 = I3 = I4 (zie figuur hiernaast) vertakte keten Itoevoer = Iafvoer I1 I2 I3 I4 I5

N toevoer

I2

I4

I1

R1

I1

I4 R2

I3

I2

afvoer

I5 I3

I,t-diagram oppervlak = 'Q; dit is de getransporteerde lading (in coulomb) Q,t-diagram steilheid van de lijn in Q,t-diagram stelt I voor (in ampère) richting van stroomsterkte buiten de spanningsbron van + naar – (binnen de bron van – naar +)

elektronenstroom tegengesteld aan de richting van I; elektronen worden niet verbruikt: alle elektronen die de batterij verlaten, keren er ook weer terug, alleen met veel minder energie

O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\NATUURKUNDE\9043301404_hna45sg01L.doc

natuurkunde_hfd_01.indd 6

17-1-2008

1/6

22-1-2008 12:36:08

toelichting

1

eenheid van lading coulomb (C). Lading van 1 elektron = – 1,6 1019 C 1 Coulomb is de 1 = 6,25 1018 protonen (en –1 Coulomb die van 6,25 1018 elektronen). lading van 19 1,6 10 spanningsbron bron die een blijvende elektrische spanning kan onderhouden tussen zijn aansluitpunten er kan een blijvende elektrische stroom ontstaan. spanning aantal joule dat door 1 coulomb lading wordt afgegeven. Hieruit volgt: 1 volt = 1 joule/coulomb = 1 J/C of 1 J C 1 gelijkspanningsbronnen in serie (batterij) - In een zaklamp worden spanningsbronnen vaak in serie geschakeld. Dit doet men om een grotere spanning te krijgen. + – + – + – + – Een voorbeeld van een serieschakeling is A P Q B hiernaast weergegeven. Elke spanningsbron heeft een spanning van 1,5 volt Hoe groot is de spanning UAB? Gaande van A naar B ga je 4 maal van + naar– je daalt dus 4 1,5 = 6,0 V. Het geheel gedraagt zich dus als één batterij van 6,0 V, waarbij A de +kant is en B de –kant. stroomsterkte aantal coulomb dat per seconde de dwarsdoorsnede van een stroomdraad passeert 1 ampère = 1 coulomb/s = 1 C/s. Om een blijvende stroomsterkte te krijgen moet er een spanningsbron zijn èn een gesloten kring: een stroomkring. (Verwar stroomsterkte in C/s niet met stroomsnelheid in m/s). - In de situatie hiernaast geldt: IP = IQ , ondank het feit dat er bij Q een grotere doorstroomopening is (de draad is daar dikker). - Het diagram hiernaast toont hoe de stroom in een draad veranderde in de loop van de tijd. Hoeveel lading is er in totaal gestroomd? lading Q = oppervlak in I,t-diagram = 1 0,0050 s 6,00 C/s = 0,015 C 2

+ –

P

Q

I (A) 6,00 0

5,0 t (ms) - Bij een batterij van 9,0 V levert elke coulomb lading, die stroomt van + naar –, een energie aan de schakeling van 9,0 joule. Hoeveel energie wordt dan door deze batterij geleverd, als er gedurende 50 minuten een stroom loopt van 450 mA? 450 mA = 0,450 A elke seconde loopt er 0,450 coulomb rond en elke coulomb levert 9,0 J elk seconde wordt 0,45 9,0 = 4,05 J geleverd in 50 min (= 50 60 s) wordt 4,05 3000 = 1,2 104 J energie geleverd.

O:\THIEMEME\36746\OPMAAK\NATUURKUNDE\9043301404_hna45sg01R.doc


21-1-2008

1/6

22-1-2008 12:36:08

begrippen en relaties elektriciteit

2

merk hier op

R daalt naarmate I toeneemt voor 0 V≤ U ≤ 80 V geldt: I = 0 A, dus daar is R �oneindig groot berekening van R in punt P: deel de coördinaten van U en I op elkaar I is gevolg van combinatie van U en R I past zich altijd aan aan de omstandigheden

↑I

3

1

2

U

↑

formule van Ohm: U = I R U = spanning over de weerstand; R is waarde van de weerstand; formule U = I R geldt altijd, ook indien R niet constant is; wet van Ohm zegt: U = constant indien weerstand constant is I ↑I I,U-diagrammen R = constant rechte lijn door O; zie diagram lijn 1 en 2; hier geldt: Rlijn 1 < Rlijn 2 R ≠ constant de lijn is wel recht maar gaat niet door de oorsprong; zie lijn 3 in diagram hiernaast 0 kromme lijnen bv. diagram van een gasontladingslamp; zie figuur

gasontladingslamp

P

80 V

U

↑

0

weerstand R (in :�) 2 mogelijke betekenissen van het woord ‘weerstand’

naam voor eigenschap weerstand te bieden aan elektrische stroom naam van voorwerp dat weerstand biedt; elektrische onderdelen gedragen zich soms als weerstanden met constante waarde, soms als weerstanden met variabele waarde soorten weerstanden

ohmse weerstanden weerstanden met constante waarde koolweerstand vaak gebruikt in radio’s , tv’s etc uiterlijke afmeting van weerstand zegt in praktijk niets over het aantal ohm, wel over het vermogen dat zo’n weerstand kan opnemen zonder te verbranden (metalen) draad bij constante temperatuur A U= soortelijke weerstand (eenheid : m o f w e l : m ) R = U A

ഢ = lengte van de draad in meter A = grootte van doorstroomoppervlak in m2 ronde draden: A = S r 2= 14 S d 2

d

weerstand van (koperen) elektriciteitssnoer is heel klein temperatuurstijging U neemt toe dus de weerstand neemt ook toe



A

17-1-2008

2/6

22-1-2008 12:36:08

toelichting

2

wet van Ohm de stroomsterkte I in een geleider (met constante weerstand) is recht evenredig met de spanning U over de uiteinden van de geleider U = constant. I - In het diagram hiernaast is het I,U-diagram raaklijn weergegeven van een 6 volts lampje. I (mA) 500 Bereken de weerstand bij U = 6,0 V. Lees de stroomsterkte af bij 6,0 V. 400 lampje 6,0 0 = 14 : I = 420 mA R = U = 0,420 I 300 Neemt R toe of af bij afname van U? Neem een puntenpaar bij kleinere U bv. U = 3,0 V en I = 320 mA. 3,0 : = 9,4 :. Rbij 6V was Rbij 3V = U = 0,320 I

200 100 0

0 A

3

6

U (volt) 14 :, dus R neemt af bij afname van U. Bepaal de weerstand bij U = 0 V. Fout is: R = U = 0 = 0 : ( 0 kan niet). 0 0 I Goed is: teken raaklijn aan de grafiek in de oorsprong, kies een punt hoog op de lijn en lees 1,5 V = 3,1 :Let erop dat je niet O neemt i.p.v. A . O en A af R = U = A = 0, 480 A I O A O

soortelijke weerstand de weerstand van een draad van 1 m lengte en een doorsnede van 1m2. 2 De eenheid van U is dan :m. (volgt uit U = R A eenheid U = : m = : m) A m Doorsneden van draden komen vaker voor in de eenheid mm2 dan in m2. De eenheid van U is dan : mm2 m1.

weerstanden - Zie nevenstaande schakeling en diagram. Eén grafieklijn in het diagram heeft betrekking op de NTC in de schakeling, de andere lijn heeft betrekking op het lampje. Welke grafieklijn hoort bij de NTC, lijn 1 of lijn 2? Bij toename van U neemt de temperatuur van de NTC toe, dus neemt de weerstand af er loopt steeds gemakkelijker stroom lijn 2 hoort bij de NTC. Hoe groot is het ingeschakelde deel van de weerstand R indien gegeven is, dat het lampje brandt op een spanning van 6,0 V? Er geldt: Ulamp = UNTC = 6,0 V (parallelschakeling) UR = 9,0 – 6,0 = 3,0 V (serieschakeling). Uit het diagram volgt: IR = Ilamp + INTC = 320 + 260 = U 3,0 V = 580 mA R = R = = 5,2 : IR 0,580 A



9,0 V + –

R

NTC

I (mA) 400 300 200

1

100 0

2 0

2

4

6

U (volt)

21-1-2008

2/6

22-1-2008 12:36:09

3


10

weerstanden (vervolg) soorten weerstanden

niet-ohmse weerstanden weerstanden met variabele waarde koolmicrofoon bestaat uit zeer veel kleine korreltjes koolstof in een opgesloten ruimte, afgesloten door een membraan; bij geluid (verandering van de luchtdruk) verandert de afstand tussen de korreltjes en daarmee de weerstand PTC weerstand met ‘Positieve Temperatuur Coëfficiënt’ � bij temperatuurstijging neemt de weerstand toe, bv. verwarmingselement (metaaldraad), gloeilamp NTC weerstand met ‘Negatieve Temperatuur Coëfficiënt’ bij temperatuurstijging neemt de weerstand af LDR ‘Light Dependent Resistor’ lichtgevoelige weerstand; weerstand neemt af naarmate er meer licht op valt diode laat stroom maar in één richting door; weerstand neemt af bij toename van spanning over diode LED ‘Light Emitting Diode’; diode zendt bij stroomdoorgang licht uit S B schuifweerstand symbool: A aansluitingen met schuif S kun je aftakken op elk punt tussen A en B; bij draaiweer-

standen heeft de weerstand een ronde vorm schuifweerstand wordt gebruikt als:

regelbare weerstand je gebruikt 2 aansluitingen, waaronder schuif S spanningsdeler je gebruikt alle 3 de aansluitingen

schakelingen met weerstanden serieschakeling U1 Itot

R1

I1

U2 I2

R2

U3 I3

R3

vervangingsweerstand Rtotaal = Rv = R1 + R2 + R3 + ... stroomsterkte Itot = I1 = I2 = I3 = ... spanning over het geheel Utot = U1 + U2 + U3 + ... parallelschakeling

U1 I1 Itot

I2 I3

R1 U2 R2 U3

Itot

R3

1 = 1 = 1 + 1 + 1 + ... Rtotaal Rv R1 R2 R3

vervangingsweerstand

stroomsterkte Itot = I1 + I2 + I3 + ... spanning over het geheel Utot = U1 = U2 = U3 = ...



17-1-2008

3/6

22-1-2008 12:36:09

3

toelichting

11

weerstanden (vervolg) - Op een spoel bevindt zich koperdraad. De ronde draad is 1,20 mm dik. De spoel wordt aangesloten op een spanning van 0,50 V. De stroomsterkte in de spoel blijkt dan 2,4 A te bedragen. Bereken de lengte van de draad op de spoel. U ·A 0,50 Rspoel is te berekenen uit: Rspoel = U = = 0,21 :. Bovendien geldt: R = 2,4 A I Voor koper geldt (Binas 8) : U = 1710–9 :m De draad is cirkelvormig met diameter 1,20 mm r = 0,60 mm Voor de doorstroomopening A van de draad geldt: A = S r2 A = S (0,60 103)2 = 1,13 10– 6 m2 6 U A 0,21 1,13 10 ഢ = RA = = 14 m De lengte ഢ bereken je uit R = 9 A U 17 10 LED aansluiten - Een LED is met een weerstand R in serie aangesloten op een spanning van 5,0 V. De LED brandt normaal bij 2,0 V; de stroomsterkte is dan 10 mA. Hoeveel : moet de waarde van de weerstand R zijn om de LED normaal te laten branden? Vanwege de serieschakeling geldt: de spanning over de weerstand is 5,0 2,0 = 3,0 V; de 3,0 V 300 : 3,0 102 : stroomsterkte door de weerstand is (ook) 10 mA R = U = I 0,010 A gloeilampjes aansluiten - Twee lampjes A en B (zie I,U-diagrammen) zijn in serie aangesloten op een batterij van 6 V. Bepaal de stroomsterkte in de kring. Er geldt: IA = IB en UA + UB = 6 V. De werkpunten van de lampjes liggen dus op dezelfde horizontale lijn. Aan beide voorwaarden is voldaan voor een stroomsterkte Ibatterij = 150 mA.

200

A

I (mA) B 100

0

2

4

6

U (volt)

schakeling met weerstanden - Bij een modelspoorbaan zijn de + en – van de spanningsbron verbonden met de rails. UBron = 12,00 V A D

Irails A

seinlampje

Op een bepaald moment is de situatie als hierboven getekend en geldt: Itreinmotor = 540 mA en Iseinlampje = 300 mA. De stroom Itreinmotor loopt de treinmotor binnen via de wielen. De weerstand van de rails tussen A en B bedraagt 0,080 :. Tevens geldt: RAB = RCD (vervolg) Binas: soortelijke weerstand (8, 9 en 10)



21-1-2008

3/6

22-1-2008 12:36:10


4

12

schakelingen met weerstanden (vervolg) combinatie van serie en parallel vervangingsweerstand Rv berekenen uit

combinatie van serie- en parallelformules Ubron direct uit: Rv = Ibron Ubron stroomsterkte: Ibron = Rv

formule U = I R is op 2 manieren te gebruiken

UB = I R v voor een schakeling in zijn geheel (UB = Ubron) U = I R voor een gedeelte van een schakeling gedeelte kan een of meerdere weerstanden (of andere onderdelen) bevatten; er geldt: Uover gedeelte = Idoor gedeelte × Rvan gedeelte

spanningsdeling om vanuit één spanningsbron een of meer kleinere spanningen maken serieschakeling er is spanningsdeling; spanning over een weerstand is evenredig met de U1 U2 U3 waarde van de weerstand (zie figuur) U1 : U2 : U3 = R1 : R2 : R3 R1 R2 R3 UB = U1 + U2 + U3 parallelschakeling spanning is over élke weerstand even groot er is geen spanningsdeling gecombineerde schakelingen pas bovenstaande regels toe: de totale spanning is de spanning over de afzonderlijke delen (zie voorbeeld pag. 13) elektrische metingen spanningsmeting sluit voltmeter aan tussen de punten waartussen je spanning wilt meten; voltmeter heeft zeer grote weerstand stroommeting plaats ampèremeter in de draad waarin je

V

A

stroomsterkte wilt meten; ampèremeter heeft zeer kleine weerstand weerstandsmeting twee mogelijkheden

ohmmeter verwijder eerst weerstand uit schakeling en sluit deze dan direct aan op ohmmeter; ohmmeter heeft zeer grote weerstand; + – U ; wordt toegepast, A- en V-meter (zie figuur); gebruik R = V I R A terwijl weerstand zich in schakeling bevindt – + – I +



17-1-2008

4/6

22-1-2008 12:36:10

4

toelichting

13

schakelingen met weerstanden (vervolg) Welke spanning staat nu over het motortje in de trein? Maak eerst een schematische tekening van de situatie. A Zie figuur. Er geldt: Irails = 540 mA + 300 mA = 840 mA UAB = Irails R AB = 840 mA 0,080 : = 0,0672 V 12,00V Ook UCD = 0,0672 V en aangezien er geldt: D Ubron = UAB + Umotor + UCD geldt ook: Umotor = 12,00 V – 0,0672 V – 0,0672 V Umotor = 11,87 V

RAB

I rails trein motor

B 540mA

M

300mA

RCD C

spanningsdeling in een serieschakeling wordt de batterijspanning altijd verdeeld over de verschillende in serie geschakelde weerstanden. Bij parallelschakelingen is er geen spanningsdeling. - Hoeveel maal is in de schakeling hiernaast sprake van I Ubron = 60 V spanningsdeling? Spanningsdeling heb je alleen bij serieschakelingen VII A U2 U4 Ubron wordt hier gedeeld in UAB en UBC. De spanning UBC wordt op zijn beurt weer op twee 10Ω 20Ω RX manieren gedeeld: in U2 en U4 (bovenste tak) en VI B C A in U1 en U3 (onderste tak). Er is dus 3 maal sprake U3 U1 van spanningsdeling. 15Ω 30Ω Bereken Rx (zie figuur) indien gegeven is dat de stroommeter 2,0 A aanwijst. I = 2,0 A en Ubron = 60 V Rv = 30 :. De vervangingsweerstand RBC tussen B en C (30 : parallel aan 45 :) bedraagt 18 : Rx = 30 : – 18 : = 12 : Welke waarde zal voltmeter VI aanwijzen?

Er geldt: UAB : U BC = Rx : RBC = 12 : 18 = 2 : 3 UBC = 3 60 V = 36 V 5

In de onderste tak wordt de spanning gedeeld in de verhouding 30 : 15 = 2 : 1 UI = 2 36 V = 24 V 3

Welke waarde zal voltmeter VII aanwijzen? De spanning UBC wordt in de bovenste tak op dezelfde manier verdeeld als in de onderste tak, want 10 :: 20 := 15 :: 30 : voltmeter VII wijst ook 24 V aan. tekenen van elektrische schakelingen - Op een stopcontact wordt een lamp en een strijkijzer R aangesloten. Men wil de stroom meten die door het stopcontact wordt geleverd. A Ook de spanning van het stopcontact moet worden gemeten. Teken de schakeling, inclusief de meters. Oplossing: zie figuur hiernaast. V Bij het stopcontact staat alles parallel. Verder geldt: A-meter in serie plaatsen (in de draad waarin de hoofdstroom loopt) en de V-meter parallel. R = strijkijzer



21-1-2008

R

4/6

22-1-2008 12:36:11


5

14

elektrisch vermogen P (in W of J/s) berekenen uit

P = UI gebruiken bij

weerstanden en spanningsbronnen apparaten, zoals radio of elektromotor, moet je ook meestal beschouwen als weerstand gehele schakelingen of onderdelen hiervan

merk op

spanningsbronnen leveren vermogen alleen te berekenen met P = UB I waarin UB = Ubron weerstanden verbruiken vermogen te berekenen met 2 P = U I = I 2 R = U R

P=

Eel = steilheid in Eel,t-diagram t

elektrische energie Eel (in J of kWh met 1 kWh = 3,6 � 106 J) algemene formule voor elektrische energie

Eel = P t

P = elektrisch vermogen; t = tijd

afgeleide formules voor elektrische energie 2 Eel = U I t = I 2 R t = U t deze formules gebruik je indien P niet verandert in de loop R van de tijd Eel = oppervlak in P,t-diagram altijd te gebruiken, ook wanneer P in de loop van de tijd verandert

elektrische energie kan worden omgezet in

warmte (Q) ontstaat in weerstanden; berekenen met Q = I 2 R t mechanische energie bij een boormachine ontstaat er bv. draaiing (+ enige warmte); berekenen met E = U I t licht (+warmte) bij een gloeilamp geldt: Elicht = K U I t ; K is het rendement van de lamp gevaren van elektrische stroom oorzaken combinatie van hoge spanning, lage weerstand, grote stroomsterkte, lange contacttijd met de spanning beveiliging mogelijk door isolatie, stroomonderbreking, gebruik van lage spanning (transformator)



17-1-2008

5/6

22-1-2008 12:36:11

5

toelichting

15

elektrisch vermogen aantal joule elektrische energie dat per seconde wordt geleverd of wordt omgezet. - Een gloeilamp wordt aangesloten op het stopcontact (230 V). Er blijkt een stroom te lopen van 280 mA. De lamp blijkt slechts 3,2 W zichtbaar licht te produceren. Hoe groot is het rendement van deze gloeilamp (hoeveel procent van de aan de lamp geleverde energie wordt omgezet in licht)? Popgenomen = U I = 230V 0,280A = 64,4 W en Pnuttig = 3,2 W Pnuttig 3,2 W 100% = 100% = 5,0% K = Popgenomen 64,4 W - Een kerstboomverlichting (50 identieke lampjes in serie) wordt aangesloten op het stopcontact (230 V). In totaal wordt dan een vermogen verbruikt van 35 W. Bereken de weerstand van één lampje. Er geldt: P = U I 35 = 230 I I = 0,152 A. De spanning over één lampje is 4,6 = 30 : (serieschakeling) gelijk aan 230 = 4,6 V Rlampje = U = 50 I 0,152 2

2

(of: gebruik P = U R = U = 230 35 R P

2

= 1511 : Rlampje = 1511 = 30 :) 50

elektrische energie kilowattuur (kWh) wordt vaak gebruikt als eenheid van elektrische energie. 1,0 kWh = 1,0 kW u 1 h = 1000 W u 1 uur = 1000 J/s u 3600 s = 3,6 106 J - In een weerstand neemt het vermogen in de loop van de tijd toe als afgebeeld in 40 het diagram hiernaast. 20 Hoeveel energie is na 50 s opgenomen? 1 Eel = oppervlak = 2 5 0 20 + 50 20 J = 1,5 kJ 0

0 25 50 t (s) - Op het stopcontact zijn gedurende 3 uur en 20 minuten aangesloten: 2 lampen van 100 W, een lamp van 60 W en een televisie (85 W). Bereken hoeveel de gebruikte elektrische energie kost wanneer gegeven is, dat de kWh-prijs gelijk is aan € 0,13. Ptotaal = 200 W + 60 W + 85 W = 345 W (= 0,345 kW). Voor de tijd t geldt: t = 3,33 uur (want 20 minuten = 13 uur). Uit Eel = P t volgt:

Eel = 0,345 kW 3,33 h = 1,149 kWh dit kost 1,149 € 0,13 = € 0,15



21-1-2008

5/6

22-1-2008 12:36:11


6

16

elektriciteit in huis kenmerken

elektrisch circuit met wisselspanning U = 230 V; f = 50 Hz parallelschakeling van apparatuur hierbij werken alle apparaten op 230 V onderdelen

groepenkast de elektriciteit wordt verdeeld over verschillende groepen; op één groep zijn verschillende stopcontacten en lampaansluitingen aangesloten; elke groep heeft een eigen schakelaar S smeltveiligheid (stop of zekering) elke groep heeft zijn eigen smeltveiligheid; wanneer de stroom boven een bepaalde waarde komt (in huis meestal 16 ampère) smelt het draadje in de stop door hoofdzekering door deze zekering loopt de stroom van alle groepen samen; de zekering smelt meestal door bij 25 ampère kWh-meter registreert de hoeveelheid elektrische energie die in een bepaalde periode is gebruikt aardlekschakelaar wanneer de stroom die de groepenkast verlaat (Iuit) niet gelijk is aan de stroom die er terug keert (Iin), zit er ergens in huis een stroomlek dat kan gevaar opleveren; de schakelaar schakelt de stroom uit wanneer |Iin – Iuit| > ca. 30 mA; dit gebeurt met een relais fasedraad bruin van kleur; dit is de ‘gevaarlijke’ draad, waarop de (wissel)spanning staat nuldraad blauw van kleur; deze draad is 0 V; alle apparaten, lampen etc, worden aangesloten tussen fasedraad en nuldraad; de stroom loopt tussen fasedraad en nuldraad en wisselt voortdurend van richting (wisselstroom) aardleiding geel/groen van kleur; apparaten met metalen omhulsels en apparaten die met vocht in aanraking komen hebben deze extra draad; de draad voorkomt dat apparaten ‘onder stroom’ komen te staan begrippen

overbelasting treedt op indien de apparaten, die op één groep zijn aangesloten, meer stroom ‘vragen’ dan de maximale toegestane waarde de zekering smelt dan door kortsluiting treedt op wanneer de nuldraad en de fasedraad direct contact met elkaar maken, dus zonder een apparaat (met weerstand) er tussen; de stroomsterkte overschrijdt dan de maximaal toegestane waarde de zekering smelt door



17-1-2008

6/6

22-1-2008 12:36:12

6

toelichting

17

elektriciteit in huis - Hieronder staat schematisch hoe elektriciteit in huizen is geschakeld. S1

groep 1

0V S2 hoofdschakelaar kWhmeter hoofdzekering 25 A 0 V 230 V

230 V 0V

fasedraad

230 V

groep 2

Iuit Iin

S3

groep 3 nuldraad

S4 groep 4

= stopcontact (niet geaard)

aardleiding

Noem twee redenen om alle apparaten parallel te schakelen in plaats van in serie. - Alle apparaten werken dan op dezelfde spanning (230 V), dat is handig. - Wanneer één apparaat wordt uitgezet, dan gaan de andere apparaten niet ook uit Hoeveel vermogen kan in dit huis maximaal worden verbruikt? Door de hoofdzekering mag maximaal Imax = 25 A lopen Pmax = 230 V 25 A = 5,8 kW (fout is: Imax = 4 16 = 64 A in plaats van 25 A). - Pepijn registreert gedurende lange tijd de stand teller van 1790 kWh-meter stand van de kWh-meter in de meterkast, terwijl Marlien er in huis af en toe voor zorgt 1786 dat het verbruikte vermogen verandert. 1782 Dit levert nevenstaand diagram. Schakelt Marlien steeds meer apparaten in of 1778 steeds meer apparaten uit? t (uur) De steilheid in E,t-diagram stelt P voor. 0 0 3 6 9 De steilheid neemt af Marlien schakelt steeds meer apparaten uit. Hoeveel stroom liep door de hoofdzekering op t = 0 s? 3 4,0 10 Pt=0s = steilheid = 1784 kWh 1778 kWh = 4,0 kW I = P = = 17 A 230 U 1,5 h

toepassingen van elektriciteit - In gezondheidszorg en techniek: - meetapparatuur bv. meten ECG (elektrische activiteit van het hart), meten EEG (elektrische activiteit van de hersenen), meten van bloeddruk, etc. - elektrische hulpmiddelen bv. pacemaker (hartstimulator) en gehoorapparaat. - Opwekking van warmte bv. elektrische boiler, strijkijzer, lasapparaat, kookplaat, magnetron. - Magnetische werking, zoals in elektromotoren, dynamo’s, relais, harde schijf van computer.



21-1-2008

6/6

22-1-2008 12:36:12

www.samengevat.nl

examenbundels - zelfstanding voorbereiden op het examen - examen voorbereiden op basis van persoonlijk studieadvies - stapsgewijs toewerken naar het examenniveau - oefenen met recente examens havo Duits havo Engels havo Frans havo Nederlands havo biologie havo natuurkunde havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo geschiedenis

voorbeeldhoofdstuk

havo M&O

havo

examenbundel + samengevat = jouw succesformule

natuurkunde

samengevat - schematisch overzicht van alle examenstof - beknopte en heldere uitleg - snel en overzichtelijk door te nemen en te herhalen - het perfecte uittreksel havo biologie havo scheikunde havo wiskunde A havo wiskunde B havo aardrijkskunde havo economie havo M&O I S B N 978-11-112-4539-9

omslagZFlap_natuurkunde.indd

1

/.$%27)*30%23

havo natuurkunde

22-01-2008

11:09:52

voorbeeldhoofdstuk havo natuurkunde

Recommend Documents