UITWERKINGEN OEFENVRAAGSTUKKEN 5 HAVO. natuurkunde

Transcriptie

1 ITWERKINGEN OEFENVRAAGSTKKEN voor schoolexamen (SE) en examen 5 HAVO natuurkunde katern 2: Licht, elektriciteit en signaalverwerking editie

2 ITWERKINGEN OEFENVRAAGSTKKEN voor schoolexamen (SE) en examen 5 HAVO natuurkunde katern 2: Licht, elektriciteit en signaalverwerking editie

3 . Variatie op een aquarium a. i 0º. De straal gaat rechtdoor. Zie figuur. b. Bij spiegeling geldt: i t 20º. ( i 90º - 70º 20º.) Zie verder figuur. c. n water,33 (zie BiNaS tabel 8B.) sin g 0,75 grenshoek g 48,6º.,33 d. De invalshoek bij het wateroppervlak: i 50º. 50º > 48,6º, dus i > g. Er is dus geen breking, maar volledige terugkaatsing. Daarbij is i t 50º. Zie verder figuur. e. Bij de rechterzijkant geldt: i 40º. We beschouwen de overgang van water naar lucht. (Bij het glas treedt een kleine evenwijdige verschuiving op.) sini sin r n water,33 r 58,7º 59º. Zie verder figuur. 0,75 sin r,33sin 40º,330,643 0,855 figuur bij bovenstaande antwoorden: lucht water 70º figuur 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

4 2. Sterkte! b a. f 0,2 m; N 6,0 b 6, 0 v. v + (We kiezen: v, b en f in meter) v b f + v 6 v 0, v 6 v 7 6v 0,2 6 v 7 0,2 0,84 v 0,4 m 0,2 ( 4 cm) b 6,0v 6,00,4 0,84 m (84 cm). b. lenssterkte S (met f in meter) volgens BiNaS tabel 35B (optica). f In tabel 4 (grootheden en eenheden) vind je de bijbehorende eenheid: dioptrie dpt m -. - In dit geval: S 8,3 m 8,3 dpt. f 0,2 3. De gloeidraad van Flips a. + (We kiezen: v, b en f in centimeter) v b f + v 62,2 0,5-0,0792 v 2,6 cm x 2,6 9,8 2,8 cm. v 0,5 62,2 0,0792 b 62,2 b. N 4, 94. v 2,6 grootte beeld N. grootte voorwerp 4,4 cm 4,4 cm 4,94 grootte voorwerp lengte draad 0,89 cm. grootte voorwerp 4,94 4. Het oog moet ook wat a. Omdat het voorwerpspunt L in het brandvlak ligt, ontstaat er geen beeld. De uittredende bundel bestaat dan uit evenwijdige stralen. b. De evenwijdige stralen snijden elkaar niet. Het virtuele beeld ligt dan oneindig ver weg. c. Als je naar het oneindige kijkt, ontstaat bij een niet geacccomodeerd oog een scherp beeld op het netvlies. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

5 5. Lens a. v 5 cm; f 0 cm. + (We kiezen: v, b en f in centimeter) v b f + 5 b 0-0,0333 b 30 cm. b 0 5 0,0333 In de figuur is het beeldpunt B getekend en vervolgens de randstralen vanuit L. it de figuur blijkt, dat, naarmate het scherm naar rechts wordt bewogen, de lichtvlek steeds kleiner wordt. Voorbij punt B wordt de vlek weer groter. B fig. 4 b. Het scherm moet dan in het beeldpunt B geplaatst worden (zie figuur bij a.). Bij a. is al berekend, dat de afstand van de lens tot het scherm dan 30 cm bedraagt. c. Als het voorwerp (lichtbron L) in het brandpunt F staat, is de bundel na de lens evenwijdig. Deze situatie is in de figuur getekend. De grootte van de lichtvlek op het scherm komt nu overeen met de grootte van de lens. Bij v f 0 cm is in het diagram van figuur 5 af te lezen: d lens d lichtvlek 6,0 cm. F d. Als de lichtbron 8,0 cm voor de lens staat, is de voorwerpsafstand kleiner dan de brandpuntsafstand. De randstralen lopen na de lens divergerend. Dichter bij de lens is de lichtvlek op het scherm dus kleiner. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

6 6. Fototoestel B B fig. 6 a. Zie figuur. Bij het tekenen van de constructiestralen hoef je geen rekening te houden met het diafragma. Het beeld BB moet weer loodrecht op de hoofdas staan. b. Zie figuur. Begin met de randstralen aan de rechterkant van de lens door B. c. * De hoeveelheid doorgelaten licht kan geregeld worden. Bij weinig licht diafragma geheel open Bij veel licht diafragma-opening klein maken. Het volgende deel van het antwoord behoort niet tot het examenprogramma: * De scherptediepte kan geregeld worden. Als een voorwerp van een tafereel een andere voorwerpsafstand heeft dan een ander, kun je met geheel geopend diafragma niet beide tegelijk scherp afbeelden. Door de diafragma-opening te verkleinen wordt de beeldvlek, die hoort bij een voorwerpspunt, kleiner. Er ontstaat zó een minder onscherp beeld. d. In figuur 7 is de lengte van de bordliniaal l foto 5,6 cm De lengte op de film is dus l film 5,6 cm 3, cm,8 grootte beeld 3, cm N lens 0, 03. grootte voorwerp 00 cm b e. f 50 mm 5,0 cm; N 0,03 b 0, 03 v v + (We kiezen: v, b en f in cm) v b f + v 0,03v 5,0 0,03 0,03v + 0,03v 5,0,03 0,03v 0,03 v,03 5,0 5,55 v 5,0 5,55 0,03 66 cm,7 m. f. Als de lens zó is ingesteld, dat één punt van de liniaal scherp op de film is afgebeeld, geldt dat voor alle punten. De liniaal staat loodrecht op de hoofdas van de film. Het diafragma is dus niet nodig. (Bij een kleine diafragma-opening wordt de achtergrond minder onscherp.) 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

7 7. Fotograferen a. Hoogte toren h toren 30 m cm; hoogte toren op de film h toren,film 36 mm 3,6 cm. Er geldt b f 55 mm 5,5 cm. grootte beeld b Voor de vergroting geldt: N. grootte voorwerp v 3, ,5 v 3,6 v ,5,65 0 4,65 0 v 3, cm 46 m. b. De hoogte van de toren en de hoogte op het beeld veranderen niet. Omdat v kleiner is dan 46 m, moet ook b kleiner zijn. Omdat bij ver verwijderde voorwerpen geldt b f, moet er een lens met kleinere brandpuntsafstand gebruikt worden. Zij moet de standaardlens dus vervangen door lens B. (Dit is een groothoeklens.) 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

8 8. Een loep fig. 8 a. Zie figuur. Construeer de bijzondere stralen door het bovenste punt van de pijl: - de straal door het optisch middelpunt van de loep (gaat na breking rechtdoor) - de straal evenwijdig aan de hoofdas (gaat na breking door F loep aan de rechterkant). De door de loep gebroken stralen snijden elkaar niet rechts van de loep. Verleng de gebroken stralen links van de pijl (postzegel). Er ontstaat een virtueel, rechtopstaand, virtueel beeld. b. Zie figuur. Construeer de straal vanuit het bovenste punt van het virtuele beeld van de loep en door het optisch middelpunt van de ooglens (gaat na breking door de ooglens rechtdoor). Je weet nu waar het beeld van de pijlpunt op het netvlies komt. Het beeld op het netvlies kan nu getekend worden. Eventueel de stralengang afmaken. c. Bij maximaal accomoderen ligt het voorwerp voor het oog in het nabijheidspunt. Het nabijheidpunt van deze verzamelaar ligt dus op de plaats van het virtuele beeld van de loep (in de figuur de gestippelde pijl). d. Zonder accomoderen komen de stralen evenwijdig op de ooglens. De postzegel moet dan in het brandpunt van de loep geplaatst worden, zodat rechts van de loep de stralen evenwijdig lopen. Zie figuur 3 bij opgave 4. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

9 9. Vergrotingsapparaat a. v 9,00 cm. v + b 54,0 cm, dus b 54,0 9,00 45,0 cm. + (We kiezen: v, b en f in centimeter) v b f + 9,00 45,0 f 0,333 f f 0,333 7,50 cm. b. Het negatief is 36,0 mm bij 24,0 mm, dus 3,60 cm bij 2,40 cm. Het beeld is 7,2 cm bij 4,8 cm. grootte beeld 7,2 4,8 De (lineaire) vergroting is dus N 2,0. grootte voorwerp 3,60 2,40 In figuur 0 moet het beeld dus 2,0 keer zo groot zijn als het voorwerp. Teken nu de stralen vanuit de uiterste punten van het voorwerp naar de uiterste punten van het beeld. Waar deze stralen elkaar en de hoofdas snijden, ligt het optisch middelpunt van de lens. De plaats van de lens is nu bekend. O lens fig. 0 c. De vergrotingsfactor N moet groter worden. N v b. De beeldafstand b moet groter worden. Om een scherp beeld te krijgen, moet dan v kleiner worden. Het vergrotingsapparaat moet dus omhoog geschoven worden (b wordt groter). Vervolgens moet de afstand van de lens ten opzichte van het negatief verkleind worden (v wordt kleiner). d. De hoeveelheid licht wordt nu over een groter oppervlak verdeeld. Om de uitvergroting even licht te maken, moet de fotograaf langer belichten. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

10 0. Lasers in de gezondheidszorg a. De diameter van de glasvezelkabel is in de figuur d kabel, figuur 2,5 mm; In werkelijkheid is de diameter d kabel 0,70 mm. grootte beeld 2,5 mm De vergrotingsfactor is N 3,57. grootte voorwerp 0,70 mm Evenwijdige stralen gaan na breking door de lens door P. Dan is P het brandpunt. De brandpuntsafstand is in de figuur f figuur 4,9 cm. De brandpuntsafstand is in werkelijkheid f 4,9 cm,37,4 cm. 3,57 b. Evenwijdige stralen snijden elkaar in P. Divergerende stralen zullen elkaar rechts van P snijden: de voorwerpsafstand wordt kleiner (was oneindig), dus de beeldafstand wordt groter. Figuur 3b geeft dus het juiste verloop van de bundel. schets 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht

11 . Oplaadbare batterijen a. It,2 Ah; I 500 ma 0,500 A t I t I,2 Ah 0,500 A 2,4 h ( 2,43600 s 8, ,60 3 s). b. 4 batterijen in serie totaal 4,24 4,96 V\ P I 4,960,500 2,48 W E Pt 2,48 W8,640 3 s 2,40 4 2,0 4 J 2,48 W2,4 h 5,95 Wh 6,00-3 kwh. I t,2 Ah c. I 0,2 A bij serieschakeling. t 0 h (eventueel I totaal 40,2 0,48 A bij parallelschakeling.) C 3 3 d. De lading is Q It,2 Ah, s 4,32 0 4,3 0 C. s (eventueel 40,2 Ah 0,48 Ah 4,83600,70 4 C bij parallelschakeling.) 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

12 2. Wiske en de waarachtige weerstanden Serieschakeling: I I I 2 Parallelschakeling: I I + I R R + R 2 + R R R a RAB 00 Ω R R R R AB R BC R R R BC 60 Ω R totaal R AB + R BC Ω 32 De hoofdstroom is dan I hoofd 0,20 A. R 60 totaal b. AB I hoofd R AB 0, V. c. BC I hoofd R BC 0, V (of BC totaal - AB V) BC 2 I 5 0,080 A. R 50 5 d. t,0 min 60 s Q It 0, ,8 C. e. R 4 00 Ω; ρ constantaan 0,450-6 Ωm (BiNaS tabel 9) A 0,0 mm 2 0,00-6 m 2 6 ρ l R A 00 0,0 0 R l 22 m. A ρ 6 0,45 0 (gezien de grote lengte zal dit een draadgewonden weerstand zijn.) f. Berekening: R AB 00 Ω (zie a.); R 5 50 Ω R totaal R AB + R Ω I hoofd R totaal ,28 0,3 A < 0,20 A (zie a.). De hoofdstroom is dus kleiner geworden. Beredenering: R 4 weg R BC groter R totaal groter I hoofd kleiner. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

13 3. Een batterij a. Let wel: de weerstanden R i en R u staan in serie. R totaal R i + R u 2,0 + 8,0 0,0 Ω bron 3,0 I 0,30 A. R 0,0 totaal AB IR u 0,308,0 2,4 V. (of: over Ri IR i 0,302,0 0,6 V AB bron - over Ri 3,0 0,6 2,4 V.) b. R totaal R i + R u 2, ,0 Ω bron 3,0 I,5 A. R 2,0 totaal (De kortsluitstroom is dus,5 A.) AB IR u,50 0 V. c. Nu is R u (oneindig groot); de batterij wordt niet belast. Dan is de stroomsterkte I 0 A over Ri IR i 02,0 0 V AB bron - over Ri 3,0 0 3,0 V. d. De karakteristiek van de batterij: 3 AB (V) ,5,0,5 I (A) 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

14 4. Parallel en serie 2 a. + + RAB 50 Ω R R R AB 2 Op dezelfde wijze: R BC 50 Ω R totaal R AB + R BC Ω I hoofd R totaal 6,0 00 0,060 A P bron I hoofd 6,00,060 0,36 W. b. t 2,0 min s AB IR AB 0, ,0 V I R R 3,0 00 AB 0,030 A Q It 0, ,6 C. c. De stroomsterkte mèt R 4 is al berekend in a.: I hoofd 0,060 A; Zònder R 4 : R AB 50 Ω (zie a.); R BC R 3 00 Ω R totaal R AB + R BC Ω I hoofd R totaal 6,0 50 0,040 A < 0,060 A. De hoofdstroom is dus kleiner geworden. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

15 5. Een temperatuurafhankelijke weerstand a. Als de temperatuur stijgt neemt de weerstand (R I ) af. (Metalen zijn dus PTC-weerstanden: als de temperatuur stijgt, neemt de weerstand toe.) b. Bij 0 ºC is R BD R NTC,8 kω (zie figuur 5) R totaal R BD + R serie,8 +,8 3,6 kω 3,60 3 Ω I R totaal 0,0 3 2,78 0 A ( 2,78 ma) 3 3,6 0 BD IR BD 2,780-3,80 3 5,0 V. c. Op dezelfde wijze als bij b. kan de spanning BD berekend worden bij de verschillende temperaturen. In onderstaande tabel is de temperatuur, de afgelezen R NTC, de berekende R totaal, de berekende I en de berekende BD aangegeven. temperatuur (ºC) R NTC (kω) R totaal (kω) I (ma) BD (V) 0,8 3,6 2,8 5,0 30 0,77 2,6 3,9 3,0 50 0,40 2,2 4,5,8 80 0,4,9 5,2 0,72 d BD (V) temperatuur (ºC) 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

16 6. Weerstand 25 a. R 47 Ω (gebruik figuur 7); ρ constantaan 0,450-6 Ωm (BiNaS tabel 9) I 0,53 A 0,00 mm 2 0,000-6 m 2 ρ l R A 47 0,00 0 R l,05,0 m. A ρ 6 0,45 0 b.. R 2 V I R 0,26 A (aflezen in figuur 7) P R R I R 20,26 3, W. b.2. In serieschakeling is de stroomsterkte overal gelijk. Dus I L 0,26 A L 7,6 V (aflezen in figuur 7) P L L I L 7,60,26 2,0 W Nòg een weerstand a. De spanning over R is IR 0,724,7 3,38 V 2 bron - 6,0 3,38 2,62 V 2,62 R 3,63 Ω; l 0,8 m I 0,72 ρ constantaan 0,450-6 Ωm (BiNaS tabel 9) 6 ρ l ρ l 0,45 0 0, R A,00 0 0,0 0 m 0,0 mm. A R 3,63 b. de vervangingsweerstand van de parallelschakeling is kleiner geworden de totale weerstand is kleiner geworden de hoofdstroom (I hoofd R totaal ) is groter geworden de stroomsterkte door de ampèremeter is dus groter geworden. c. De spanning over R is IR,04,7 4,7 V De spanning over R 2 en het lampje is 2 bron - 6,0 4,7,3 V. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

17 8. Bovenleiding a.. l,5 km,50 3 m; A,00 2 mm 2, m 2,00-4 m 2 ρ koper 70-9 Ωm (BiNaS tabel 8, kijk in de kolom van de soortelijke weerstand!) 9 ρ l 7 0,5 0 R 0,255 0,26 Ω. A 4,0 0 3 a.2. Het volume van het koper is V Al,00-4,50 3 0,5 m 3 ρ koper 8,960 3 kg/m 3 (BiNaS tabel 8, kijk in de kolom van de dichtheid!) m ρv 8, ,5 344,30 3 kg. b. R rails + R bovenleiding 0, ,40 0,84 Ω verlies I(R rails + R bovenleiding ) 3000,84 55,2 V motor bron verlies ,2 445 V. (Bij optelling/aftrekking kijken naar het kleinste aantal decimalen!) c.. 0,245 Ω 0,05 Ω Let op: de weerstand van 0,05 Ω staat in serie met de weerstand van 0,245 Ω! 500 V 0,40 Ω trein 300 A 0,044 Ω c.2. In de bovenste tak is R totaal 0, ,05 0,350 Ω de parallelschakeling: R v + + R R R 0,350 0,40 2 v 0,00 Ω d.. R rails + R bovenleiding 0, ,00 0,44 Ω verlies I(R rails + R bovenleiding ) 3000,44 43,2 V motor bron verlies ,2 457 V. (Je ziet het nut van de parallel geschakelde bovenleiding: de spanning over de motor is toegenomen van 445 V (vraag b.) naar 457 V (vraag d..).) d.2. In figuur 2 kleiner: de totale stroomsterkte blijft gelijk (300 A); een deel van de stroom gaat nu door de paralleltak de stroomsterkte in de bovenleiding van 0,40 Ω is kleiner geworden. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

18 9. Variabele spanning 230 a. I 0,280 A R 82 P I 2300,280 64,4 W. b. of: P R 82 64,4 W. A V fig. 3 c. De spanning over de parallelschakeling is 90 V. RAS 58 Ω RSB 40V 90 V De spanning over het bovenste stuk van de regelbare weerstand is dan V. I hoofd R AS AS 0,270 A lamp 90 V I lamp 0,6 A (zie figuur 4) De gevraagde stroomsterkte is dus: I 0,270 0,6 0, A. d. * Voordeel: er is minder energieverlies. In de schakeling van figuur 3 wordt in de regelbare weerstand warmte geproduceerd. * Nadeel: bij een normale transformator met vaste aftakking is de spanning aan de uitgang niet regelbaar, zodat de lichtsterkte van de lamp niet regelbaar is. Bovendien is de transformator alleen geschikt voor wisselspanning. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

19 0. Een gloeilamp a. 25 V P 23,5 W (aflezen in figuur 7) t 50 min uur 0,833 h E elektrisch Pt 23,5 W0,833 h 9,6 20 Wh 0,020 kwh. b. Als de spanning stijgt, wordt de stroomsterkte groter. Er wordt meer warmte geproduceerd in de gloeidraad. de temperatuur stijgt. I Bij een metaal neemt de weerstand dan toe. De stroomsterkte stijgt (in verhouding tot de spanning) minder sterk c. P lamp 40 W lamp 75 V (aflezen in figuur 7) P 40 P I I 0,229 A 75 De stroomsterkte in weerstand R is dan ook 0,229 A (serieschakeling) R bron - lamp V R R I R ,4 0 2 Ω. 0,229 d. De spanning blijft gelijk; ρ l doordat de draad dunner wordt, neemt de weerstand toe (R A ; A wordt kleiner); de stroomsterkte wordt kleiner (I R u ). Het opgenomen vermogen (P I) wordt dus kleiner. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

20 . Een elektrische kachel a. l 7, m; R 0,6 Ω; ρ koper 70-9 Ωm (BiNaS tabel 8: soortelijke weerstand!) 9 ρ l ρ l 7 0 7, R A 7,5 0 m 0,75 0 m 0,75 mm. A R 0,6 b. De twee aders van het aansluitsnoer en het bovenste verwarmingselement zijn in serie geschakeld. R totaal R ader + R verwarmingselement + R ader 0,6 + 53,2 + 0,6 53,52 Ω 230 I 4,30 A. R 53,52 totaal c. Het verwarmingselement had toen nog een lagere temperatuur, zodat de weerstand ervan lager was. De totale weerstand van de schakeling was dus ook lager. De stroomsterkte (I R ) was dus groter dan de in b. berekende waarde. d. Beide elementen zijn parallel geschakeld: R parallel + R R + 53,2 53,2 parallel e e R 26,6 Ω R totaal R ader + R parallel + R ader 0,6 + 26,6 + 0,6 26,92 Ω I R totaal ,92 8,54 A ader IR ader 8,540,6,37 V 2 aders 2,37 2,73 V P snoer 2 aders I 2,738,54 23,4 23 W De hoeveelheid warmte die in deze situatie per seconde in het snoer is ontwikkeld bedraagt dus 23 J. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

21 2. Gloeilampen a. Als 60 V is I 0,3 A (aflezen in figuur 2) dan is R I ,6 0 2 Ω ; 0,3 Als 80 V is I 0,5 A (aflezen in figuur 2) dan is R I ,3 0 2 Ω. 0,5 Als de spanning vanaf 60 V toeneemt neemt de weerstand dus toe. Zonder berekening: De weerstand is niet constant, want de grafieklijn is geen rechte lijn door de oorsprong. Omdat in verhouding meer toeneemt dan I, neemt R toe (R I ). b. In een serieschakeling is I overal gelijk en geldt: + 2 ; Zoek een stroomsterkte, waarbij geldt V. Dat kan het beste door in figuur 22 een (I,)-karakteristiek te tekenen van de serieschakeling. Kies een stroomsterkte en bepaal de bijbehorende totale spanning + 2. Herhaal dit voor enkele andere stroomsterkten (zie figuur). serie fig. 22 (V) Lees nu bij een totale spanning van 0,80 V de stroomsterkte af: I 0,084 A c. it de figuur bij b. blijkt, dat bij dezelfde stroomsterkte de spanning over lamp 2 groter is dan de spanning over lamp. Omdat P I is het vermogen van lamp 2 groter. Er is dus in lamp 2 per seconde de grootste hoeveelheid elektrische energie omgezet. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

22 3. Een NTC-weerstand a. De temperatuur t 50 ºC R NTC 2 Ω (aflezen in figuur 23); R totaal Ω;,69-2 I 0,040 A (,40 0 A). R 2 totaal b. t 5,0 min R,58 V (aflezen in figuur 25); in de serieschakeling is de stroomsterkte overal even groot, dus I NTC I hoofd I R R,58 00 R 0,058 A ; NTC totaal R,69,58 0, V; R NTC I 0, 0,058 NTC 7,0 Ω temperatuur t 00 ºC (aflezen in figuur 23). (Omdat het water kookt bij 00 ºC blijft de temperatuur constant!) c. In het begin is het temperatuurverschil tussen de NTC en de omgeving groot; er wordt dan veel warmte per seconde aan de omgeving afgegeven. Naarmate het temperatuurverschil met de omgeving kleiner wordt, wordt er minder warmte per seconde aan de omgeving afgegeven. Het afkoelen van de NTC gaat dus steeds langzamer. d. I NTC I hoofd I R,60-2 A; R IR, ,6 V; NTC totaal R,69,6 0,53 V; P NTC NTC I NTC 0,53,60-2 6,0-3 W. (Let wel: in de vraagstelling staat bereken. Het is dus niet de bedoeling, dat je de grafiek van figuur 23 gebruikt.) e. Door de hogere spanning gaat er een grotere stroomsterkte door R en de NTC; de temperatuur van de NTC stijgt de weerstand van de NTC neemt af de totale weerstand neemt af de stroomsterkte wordt groter de spanning over R ( R IR) neemt toe. De voltmeter geeft dus een hogere spanning aan. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: elektriciteit

23 . LEDs (oplichters?) a. Een diode laat de stroom slechts in één richting door. Of: een diode heeft een geringe weerstand als hij in de doorlaatrichting staat en een grote weerstand als hij in de sperrichting staat. b. De stroomsterkte door een LED (diode) mag niet te groot worden. c. Bij te grote stroomsterkte gaat een diode kapot, omdat hij door een te grote warmteontwikkeling smelt. V A let op: de ampèremeter staat in serie de voltmeter staat parallel figuur 2 d. Vanaf deze spanning laat de LED stroom door. 2,0 e. Bij voorbeeld: 2,0 V; I 34 ma 0,034 A; R 59 Ω. I 0,034 2,5 V; I 67 ma 0,067 A; R 3,0 V; I 00 ma 0,00 A; R I I 2,5 0,067 3,0 0,00 37 Ω De weerstand neemt dus af als de spanning toeneemt vanaf,5 V. f. I 80 ma 0,080 A R IR 0, ,0 V.. 30 Ω LED 2,7 V (grafiek aflezen bij 80 ma) bron 4,0 + 2,7 6,7 V.. g. Teken de normaal door M. Meet de hoeken op: i 39º ; r 52º n kunststof lucht sin i sin39 sinr o 0,80 sin52 dus de brekingsindex van kunststof is n lucht kunststof,25, 3. 0, 80 opm.: de opgemeten hoeken mogen enigszins afwijken. o i r h. De stralen breken van de normaal af bij de overgang van kunststof naar lucht. Er gaan dan te weinig stralen in de richting van de achterligger. De bolvormige LED heeft daarentegen een convergerende werking. Bolvormige LEDs hebben dus de voorkeur. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht en elektriciteit

24 2. Vuurtoren a. De stralen komen evenwijdig uit de lens. De lamp moet dan in het brandpunt van de lens staan. De afstand van de lamp tot het middelpunt van de lens is in figuur 8 3,25 cm. De schaal is : 20. De werkelijke brandpuntsafstand is dus f 203,25 cm 65 cm. b. R,6 Ω; ρ wolfraam Ωm (BiNaS tabel 8); c. d 0,35 mm 0,350-3 m r ½d ½0, ,750-3 m; A πr 2 π (0,750-3 ) 2 9,620-8 m 2. 8 ρ l R A,6 9,62 0 R l 2,8 m. A ρ i r Teken de normaal door Q. Meet de hoeken op: i 26º ; r 4º n prisma lucht sin i sin26 sinr o 0,668 sin4 o dus de brekingsindex van het materiaal waarvan het prisma gemaakt is: n lucht prisma 0, 668,5. d. sin g n prisma,5 0,668 grenshoek g 42º. Bij P: i 55º > 42º, dus i > g. (Er is dus geen breking, maar volledige terugkaatsing. Daarbij is i t 55º.) 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: licht en elektriciteit

25 . Geheugencel? a. S sluiten ingang a van OF-poort hoog uitgang OF-poort hoog LED aan. b. Bij het sluiten van S ging de LED aan ingang b * van de EN-poort hoog S 2 is open ingang invertor is laag uitgang invertor is hoog ingang a * van de EN-poort hoog Beide ingangen van EN-poort hoog uitgang van EN-poort hoog ingang b van de OF-poort hoog De LED blijft aan, ook als S geopend wordt waardoor de ingang a van OF-poort laag is. c. S 2 sluiten ingang invertor is hoog uitgang invertor is laag ingang a * van de EN-poort laag uitgang EN-poort is laag ingang b van OF-poort is laag. Omdat S open is, is ook ingang a van de OF-poort laag. Beide ingangen van OF-poort laag uitgang van OF-poort laag de LED gaat uit. d. S blijft open, zodat ingang a van de OF-poort laag is. De LED was uit, zodat ingang b * van de EN-poort laag is. (S 2 is nu open ingang invertor is laag uitgang invertor is hoog ingang a * van de EN-poort hoog.) Eén ingang van de EN-poort is laag uitgang van EN-poort laag ingang b van OF-poort is laag. Beide ingangen van OF-poort laag uitgang van OF-poort laag de LED blijft uit. e. De hele schakeling kan worden vervangen door een geheugencel: S is de set-ingang, S 2 is de reset-ingang. De uitgang van een geheugencel wordt blijvend hoog als men een tijdelijk hoog signaal op de set-ingang zet en de uitgang van de geheugencel wordt blijvend laag door een tijdelijk hoog signaal op de reset-uitgang. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: signaalverwerking

26 2. Knipperlicht a. A ( ingang invertor) hoog uitgang invertor (D) laag b. B hoog één ingang van de EN-poort laag uitgang van de EN-poort (E) laag uitgang van de invertor (C) hoog. De signaalwaarde van C is voor situatie IV dus correct weergegeven. figuur 3 Toelichting is niet gevraagd, maar toch: A laag C hoog (situatie I) B laag A laag B hoog C laag (situatie II) c. Geen trein, dus A laag. Situatie I/II, zie vraag b.: de LED knippert. Wel een trein, dus A hoog. Situatie III/IV. Volgens tabel is C dan steeds hoog, onafhankelijk van B. De LED is dan steeds aan. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: signaalverwerking

27 3. Temperatuurregeling a. Sensor 2 is de beste keus voor het meten van de temperatuur in de huiskamer: deze sensor heeft zijn bereik (temperatuurgebied) rond de kamertemperatuur en heeft 8 V V daarbij de grootste gevoeligheid (gevoeligheid 0,3 ). o o 60 C C b. Sensor voldoet niet, want, bij hetzelfde meetbereik als sensor 2, is de gevoeligheid 4 V V kleiner (gevoeligheid 0,067 ). o o 60 C C Sensor 3 voldoet niet want de (normale) kamertemperatuur (20 ºC) ligt niet binnen het meetbereik van deze sensor. Sensor 4 voldoet niet want de gevoeligheid van deze sensor is kleiner dan die van 7 V V sensor 2 (gevoeligheid 0,07 ). o o 00 C C + - oplossing ref, & + - ref,2 + - oplossing 2 ref, + - ref,2 De gasbrander mag en moet alleen maar branden als beide comparatoruitgangen laag zijn. Beide oplossingen zijn bruikbaar. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: signaalverwerking

28 4.???? a. A. b. B. c. C. d. D. e. E. Bij het ter perse gaan van Oefenvraagstukken, 5 HAVO, natuurkunde, katern 2 moest deze opgave nog worden verzonnen. Het is duidelijk dat Pa Pinkelman nog hevig nadenkt over de vraagstelling. iteraard onder het genot van een glaasje ranja met een rietje (zie figuur omslag boekje). Pa Pinkelman denkt na 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: signaalverwerking

29 5. Badkamerventilator a. gevoeligheid V 4,4 0,0 4,4 0 rel. vochtigh V %. b. 3, V figuur 7 c. Als hij/zij op het toilet zit, is de drukschakelaar gesloten en de geheugencel ge-set. Tegelijkertijd wordt de teller voortdurend ge-reset. De teller blijft dus op nul staan. Staat de persoon op, dan is de drukschakelaar open. De teller wordt niet meer gereset. De geheugencel was ge-set, dus de aan/uit-ingang van de teller is hoog. De teller begint nu te tellen. d. f 0,40 Hz T 2,5 s. f 0,40 De geheugencel wordt ge-reset als de teller op 28 staat. C wordt dan laag. t 282, ,20 2 s. (A is laag omdat de rel. vochtigheid lager is dan 70 %.) De ventilator blijft dus 3,20 2 s draaien nadat de persoon is opgestaan. e. In een jaar: t totaal h; E elektrisch Pt 45 W 624 h Wh 28 kwh euro energiekosten: 28 kwh0,6 4,5 euro. kwh 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: signaalverwerking

30 6. De watertank van professor Prlwytzkofski (vrij naar examen 2008) a. gevoeligheid waterniveau 3,8 0,0,6 0 V 2,4 m. b. h max max 5,0 2, m ; bij h 0 m is 0 V. / h 2,4 Het bereik van de sensor is van 0 m tot 2, m. c. sensorsignaal ref, 0,5 V set reset M naar pomp fig. 0 ref, 3,3 V d. De comparator, die de pomp inschakelt onder 0,20 m: ref 0,5 V. De comparator, die de pomp uitschakelt boven,4 m: ref 3,3 V. (De waarden zijn ook in bovenstaande figuur aangegeven.) e. De pomp zorgt ervoor, dat er water in de tank komt. Daardoor zal het waterniveau stijgen. Het sensorsignaal verandert dan. er is sprake van terugkoppeling er is een regelsysteem ontstaan. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE: signaalverwerking

31 Mgr. Frencken College Scholengemeenschap voor VWO en HAVO natuurkunde realisatie: < HPRO > 08/../207 Wijzigingen voorbehouden. 5 havo natuurkunde oefenvraagstukken SE