Opgave 5 Een verwarmingselement heeft een weerstand van 14,0 Ω ...
Opgave 5 Een verwarmingselement heeft een weerstand van 14,0 Ω ...
Opgave 5 Een verwarmingselement heeft een weerstand van 14,0 Ω ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Opgave</strong> 5<br />
<strong>Een</strong> <strong>verwarmingselement</strong> <strong>heeft</strong> <strong>een</strong> <strong>weerstand</strong> <strong>van</strong> <strong>14</strong>,0 Ω en is opgenomen in de schakeling <strong>van</strong> figuur 3.<br />
figuur 3<br />
De schuif<strong>weerstand</strong> is zo ingesteld dat de stroomsterkte 0,50 A is.<br />
a) Bereken het vermogen dat in het <strong>verwarmingselement</strong> wordt omgezet.<br />
Als de <strong>weerstand</strong> <strong>van</strong> de schuif<strong>weerstand</strong> kleiner wordt gemaakt, verandert het vermogen dat in het<br />
<strong>verwarmingselement</strong> wordt omgezet.<br />
b) Zal dit vermogen toenemen of afnemen? Licht je antwoord toe.<br />
<strong>Opgave</strong> 6<br />
<strong>Een</strong> gloeilamp (lamp 1) wordt in <strong>een</strong> schakeling opgenomen. In figuur 4 zie je de onderdelen <strong>van</strong> de<br />
schakeling. De schakeldraden ontbreken. Met deze schakeling wordt het verband tussen de spanning over<br />
de lamp en de stroomsterkte door de lamp bepaald. Het resultaat <strong>van</strong> dergelijke metingen wordt<br />
weergegeven in <strong>een</strong> zogeheten (I,U)-karakteristiek. In figuur 5 zie je de (I,U)-karakteristiek <strong>van</strong> lamp 1.<br />
figuur 4 figuur 5<br />
a) Neem de onderdelen <strong>van</strong> figuur 4 over en teken de draden zodat hiermee metingen gedaan kunnen<br />
worden waarmee uiteindelijk het diagram <strong>van</strong> figuur 5 gemaakt kan worden.<br />
In de loop <strong>van</strong> deze serie metingen werd de spanning steeds groter gemaakt. Zoals je in figuur 5 kunt zien<br />
blijkt de grafiek bij spanningen boven 60 V <strong>een</strong> rechte lijn te zijn.<br />
b) Beredeneer met behulp <strong>van</strong> figuur 5 of de <strong>weerstand</strong> <strong>van</strong> de gloeidraad <strong>van</strong> de lamp<br />
groter wordt, kleiner wordt of gelijk blijft als de spanning <strong>van</strong>af 60 V toeneemt.
Van <strong>een</strong> andere gloeilamp (lamp 2) is ook <strong>een</strong> (I,U)-karakteristiek gemeten. Deze karakteristiek is samen met<br />
die <strong>van</strong> lamp 1 uitgezet in figuur 6.<br />
figuur 6<br />
Lamp 1 en lamp 2 worden in serie aangesloten op <strong>een</strong> spanningsbron <strong>van</strong> 80 V.<br />
c) Bepaal met behulp <strong>van</strong> figuur 6 de stroomsterkte in de lampen.<br />
<strong>Opgave</strong> 8<br />
Tijdens <strong>een</strong> koude winterdag wordt voor de opwarming <strong>van</strong> <strong>een</strong> woning 18 m 3<br />
(Gronings) aardgas verbrand. De warmtecapaciteit <strong>van</strong> de hele woning bedraagt 3,7∙10 7 J/K. De temperatuur<br />
<strong>van</strong> de woning stijgt daarbij <strong>van</strong> 13,0 °C tot 22,0 °C.<br />
Bereken het rendement <strong>van</strong> het opwarmingsproces.<br />
<strong>Opgave</strong> 9<br />
Arjen vindt zijn glas melk <strong>van</strong> 19 ˚C te warm. Om het af te koelen doet hij er twee ijsblokjes in. Bij het<br />
smelten <strong>van</strong> het ijs neemt het ijs warmte op <strong>van</strong> de melk. De melk <strong>heeft</strong> <strong>een</strong> massa <strong>van</strong> 175 g. Eén ijsblokje<br />
<strong>heeft</strong> <strong>een</strong> massa <strong>van</strong> 12 g. Je moet er<strong>van</strong> uitgaan dat er g<strong>een</strong> warmtetransport plaats vindt naar of <strong>van</strong>uit de<br />
omgeving.<br />
Voor het smelten <strong>van</strong> één kilogram ijs is 334∙10 3 joule nodig.<br />
a) Bereken hoeveel warmte het ijs opneemt tijdens het smelten.<br />
b) Bereken de temperatuurdaling <strong>van</strong> de melk tijdens het smelten.
<strong>Opgave</strong> 10<br />
In figuur 9 is <strong>een</strong> hoefijzermagneet getekend. Tussen de verdikte polen er<strong>van</strong> heerst <strong>een</strong> homog<strong>een</strong><br />
magnetisch veld. Door punt P is <strong>een</strong> magnetische veldlijn getekend.<br />
figuur 9<br />
a) Teken in figuur 9 vier veldlijnen die het homogene magneetveld veld tussen de polen aangeven.<br />
b) Teken in punt P met <strong>een</strong> pijl <strong>van</strong> 2,0 cm de vector voor de magnetische inductie in P.<br />
<strong>Opgave</strong> 11<br />
Milou en Nadieh willen de sterkte <strong>van</strong> het magnetisch veld tussen de polen <strong>van</strong> <strong>een</strong> hoefijzermagneet<br />
bepalen. Milou begint daartoe <strong>een</strong> opstelling te bouwen zoals die in figuur 10 is getekend. Nadieh vindt<br />
echter dat de magneet moet staan zoals getekend is<br />
in figuur 11.<br />
figuur 10 figuur 11
a) Leg uit waarom in de opstelling <strong>van</strong> figuur 11 de lorentzkracht naar links of naar rechts gericht zal zijn.<br />
Milou en Nadieh bouwen de opstelling <strong>van</strong> figuur 10. Zij sluiten vervolgens de schakelaar en zien dat de<br />
veerunster <strong>een</strong> kleinere kracht aan gaat geven. De lorentzkracht is dus omhoog gericht.<br />
b) Noem twee manieren waarop Milou en Nadieh ervoor kunnen zorgen dat de lorentzkracht omlaag gericht zal<br />
zijn.<br />
Ze maken nu <strong>een</strong> opstelling waarbij de lorentzkracht omlaag is gericht. Om de magnetische inductie tussen<br />
de polen <strong>van</strong> de hoefijzermagneet te kunnen bepalen doen ze <strong>een</strong> aantal metingen. De resultaten <strong>van</strong> die<br />
metingen zijn:<br />
– lengte staafje = 15,0 cm<br />
– zwaartekracht = 0,123 N<br />
– stroomsterkte = 7,5 A<br />
– breedte magneet = 2,0 cm<br />
– totale kracht = 0,135 N<br />
c) Bereken met behulp <strong>van</strong> deze meetresultaten de grootte <strong>van</strong> de magnetische inductie.<br />
d) Zou de grootte <strong>van</strong> de magnetische inductie ook te bepalen zijn geweest als de lorentzkracht omhoog<br />
gericht was? Licht je antwoord toe.<br />
<strong>Opgave</strong> 12<br />
Figuur 12 is <strong>een</strong> sterk ver<strong>een</strong>voudigde tekening <strong>van</strong> <strong>een</strong> elektromotor. Tussen de noordpool en de zuidpool<br />
is <strong>een</strong> homog<strong>een</strong> magneetveld aanwezig.<br />
figuur 12<br />
Met de enkele winding ABCD is de spoel schematisch aangegeven. In werkelijkheid <strong>heeft</strong> de spoel 50<br />
windingen. Doordat er <strong>een</strong> gelijkspanning op de collector staat draait de elektromotor. De draairichting is<br />
zodanig dat het blokje omhoog gehesen wordt.
a) Loopt de stroom in de spoel in de richting ABCD of in de richting DCBA? Licht je antwoord toe.<br />
Bij <strong>een</strong> bepaalde stroomsterkte door de spoel <strong>van</strong> de elektromotor is de lorentzkracht op de zijde CD <strong>van</strong> de<br />
spoel in de getekende stand gelijk aan 1,6 N. Zijde CD is 3,8 cm lang en zijde BC is 3,0 cm. De grootte <strong>van</strong> de<br />
magnetische inductie is 0,27 T.<br />
b) Bereken de grootte <strong>van</strong> de stroomsterkte door de spoel.<br />
Tijdens het ophijsen is de draaisnelheid <strong>van</strong> de spoel constant. De omwentelingstijd is 1,0 s. Neem aan dat<br />
de windingen <strong>van</strong> de spoel in één vlak liggen. Telkens als de spoel dan in de verticale stand komt schuiven de<br />
koolborstels over de isolatielaag tussen de collectorhelften.<br />
c) Teken in figuur 5 de grafiek <strong>van</strong> de lorentzkracht op zijde CD gedurende <strong>een</strong> volledige omwenteling <strong>van</strong> de<br />
spoel. Houd hierbij ook rekening met de richting <strong>van</strong> de lorentzkracht. Het tijdstip waarop de spoel zich in de<br />
situatie bevindt die in figuur 12 is getekend, noem je t = 0 s. De lorentzkracht is op dat moment 1,6 N en is in<br />
figuur 13 aangegeven met de stip op de verticale as.<br />
figuur 13
<strong>Opgave</strong> 13<br />
Ymke wil <strong>een</strong> soldeerbout (7,2 V; 16 W) via <strong>een</strong> doos D aansluiten op het lichtnet <strong>van</strong> 230 V. Zie figuur <strong>14</strong>.<br />
figuur <strong>14</strong><br />
Ze <strong>heeft</strong> twee schetsen gemaakt met <strong>een</strong> mogelijke schakeling die in doos D is aangebracht. Zie figuur <strong>14</strong>a<br />
en <strong>14</strong>b.<br />
figuur <strong>14</strong>a<br />
figuur <strong>14</strong>b<br />
Het energieverbruik <strong>van</strong> de soldeerbout is in beide gevallen gelijk. Toch gebruikt de ene schakeling meer<br />
energie in dezelfde tijdsduur dan de andere. De warmteontwikkeling in de verbindingsdraden worden buiten<br />
beschouwing gelaten.<br />
a) Leg uit welke schakeling de meeste energie per seconde verbruikt.<br />
Ymke maakt <strong>een</strong> schakeling zoals in figuur <strong>14</strong>b. De secundaire spoel <strong>heeft</strong> 18 windingen.<br />
b) Bereken het aantal windingen <strong>van</strong> de primaire spoel.<br />
c) Bereken de grootte <strong>van</strong> de stroomsterkte door de primaire spoel tijdens het solderen.
<strong>Opgave</strong> <strong>14</strong><br />
<strong>Een</strong> probleem bij het transport <strong>van</strong> elektrische energie over grote afstanden is<br />
het energieverlies in de kabels. Om dat probleem te onderzoeken bouwt Xander twee schakelingen om <strong>een</strong><br />
lampje <strong>van</strong> 6,0 V goed te laten branden: <strong>een</strong> zonder transformatoren en <strong>een</strong> met transformatoren. In figuur<br />
15 staat de schakeling zonder transformator. De spanningsbron levert <strong>een</strong> spanning <strong>van</strong> 9,0 V en de<br />
stroommeter wijst 1,5 A aan. De <strong>weerstand</strong> <strong>van</strong> de verbindingsdraden A en B is niet te verwaarlozen.<br />
figuur 15<br />
a) Bereken de grootte <strong>van</strong> de <strong>weerstand</strong> <strong>van</strong> de draden.<br />
b) Bereken het energieverlies in de draden.<br />
Xander maakt vervolgens de opstelling volgens figuur 16. Hierin zijn twee transformatoren opgenomen. Het<br />
lampje (6,0 V; 9,0 W) brandt op de juiste spanning.<br />
figuur 16<br />
c) Moet de spanning bij transformator T1 omhoog of om laag getransformeerd worden om<br />
minder energieverlies in de draden C en D te krijgen? Licht je antwoord toe.<br />
Door stroommeter 1 gaat 1,1 A; spanningsmeter 1 wijst 9,0 V aan.<br />
d) Bereken het rendement <strong>van</strong> deze schakeling.
<strong>Opgave</strong> 15<br />
Iris <strong>heeft</strong> om <strong>een</strong> plastic buis <strong>een</strong> spoel <strong>van</strong> koperdraad gewikkeld. Zie figuur 17.<br />
figuur 17<br />
De uiteinden <strong>van</strong> de draden zijn aangesloten op <strong>een</strong> computer.<br />
Ze zet de buis verticaal en houdt aan de bovenkant <strong>een</strong> magneetje in het buisje. Als ze het magneetje laat<br />
vallen ziet ze op het computerscherm het beeld <strong>van</strong> figuur 18.<br />
figuur 18<br />
Er zijn drie verschillen tussen de twee pieken. De eerste piek is naar boven gericht, de tweede piek naar<br />
beneden. De tweede piek is ‘hoger’ dan de eerste en hij is smaller dan de eerste.<br />
a) Leg uit waarom er twee pieken met verschillende richtingen ontstaan.<br />
b) Noem <strong>een</strong> oorzaak die de andere twee verschillen in de pieken kan verklaren. Licht je<br />
antwoord toe.<br />
Iris maakt de verbindingen met de computer los en sluit de uiteinden <strong>van</strong> de draad aan op <strong>een</strong> gloeilampje.<br />
Als ze de buis tussen haar beide handen houdt en hard h<strong>een</strong> en weer schudt dan beweegt de magneet h<strong>een</strong><br />
en weer door de spoel. Hierdoor gaat het lampje <strong>een</strong> beetje gloeien.<br />
Iris kan hetzelfde lampje feller laten gloeien zonder de opstelling aan te passen.<br />
c) Hoe kan Iris het lampje dan feller laten gloeien?<br />
Ook door de opstelling aan te passen is het mogelijk om het lampje met schudden <strong>van</strong> de buis feller te laten<br />
gloeien. De opstelling is op twee manieren aan te passen.<br />
d) Noem deze twee manieren.