Uitwerkingen Domotica

Transcriptie

1 itwerkingen 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 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 ookmelder/ 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 007 1

2 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 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007

3 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. 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 en via de moderne communicatiemiddelen contact houden met anderen 6 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 Vermogen Tijd Airco W constant Oven W 1 uur Koelkast/vriezer W Constant Magnetron W 5 minuten Wasmachine W 1,5 uur Vaatwasser W 1,5 uur Droger W 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 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 3

4 7 Bliksem Bij een bliksemontlading verplaatst zich 0 C in ms van de onweerswolken naar de aarde. Bereken de gemiddelde stroomsterkte van deze bliksemschicht. Q 0 C 3 t 10 s I? Q 0 4 I I bliksem 10 A 3 t 10 8 Hoeveel elektronen? a. Hoeveel elektronen passeren per seconde bij een stroomsterkte van 1,0 A door een doorsnede van een draad? 19 1 Ampère staat voor 1 Coulomb per seconde. 1 elektron heeft een lading van 1,6 10 C Coulomb staat dus voor 6,3 10 elektronen. Een stroomsterkte, I, van 1A staat 19 1, dus voor een stroom van 6,3 10 elektronen per seconde. b. Hoeveel elektronen waren in beweging in vraag 7? Bij vraag 7 verplaatst er zich 0 C lading. 1 elektron heeft een lading van1, verplaatsten zich 1,3 10 elektronen. 19 1, C. Dus er NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 4

5 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 5b lampjes, batterij, schakelaar Figuur 5c met voltmeter Figuur 5d met ampère- en voltmeter a b c d NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 5

6 10 Tekenen van een schakelschema 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 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 6

7 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 1 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 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 7

8 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 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 18 lading staat voor 6,3 10 elektronen. c. 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. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 8

9 14 Voorspellingen Box 1: Voorspelling Gebruik de symbolen >, <, of om je antwoorden aan te geven op de stippellijn. Bijvoorbeeld, als je vindt dat L 1 feller zal schijnen dan L, dan schrijf je H 1 >H a. H 1 H b. I 1 I I B c. PQ Q d. PQ + Q P e. P B 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 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 en of I te vergoten. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 9

10 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 L 1 feller zal schijnen dan L, dan schrijf je H 1 >H a. H 1 H H 3 b. I 1 I I 3 c. I A > (3) I 1 ; I H > (3) I 1 ; I A I H d. BG CF DE e. BG CF DE bron 19 Simulatie of practicum NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

11 0 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 1 Handige formules Wanneer de wet van Ohm geldt ( I, met is constant) dan kunnen we de formule P I ook anders schrijven. a. Leid af P geschreven kan worden als P I. Dit blijkt vooral handig te zijn in serieschakelingen omdat daar I overal gelijk is. P I (1) I () We vullen () in (1): P I ( I ) I I b. Leid af dat geschreven kan worden als P. Dit blijkt vooral handig te zijn in parallelschakelingen omdat de spanning over parallelle onderdelen gelijk is. P I (1) I I () We vullen () in (1): P I NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

12 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? I P na na na na?? voor voor We werken naar een verband tussen twee bekende variabelen en één onbekende. De stroomsterkte, I : I na na na I na na voor Dus als we de weerstand verdubbelen en de spanning onveranderd laten, wordt de stroomsterkte in de schakeling twee maal zo klein. Voor het vermogen, P na : P na I na na voor 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? I P na na na na voor voor?? We werken naar een verband tussen twee bekende variabelen en één onbekende. De stroomsterkte, I : na na voor na I na I na Dus als we de spanning verdubbelen en de weerstand onveranderd laten, wordt de stroomsterkte in de schakeling twee maal zo groot. Voor het vermogen, P na : P na na I na na na na ( ) voor 4 voor Dus als we de spanning verdubbelen en de weerstand onveranderd laten, wordt het vermogen van de schakeling vier maal zo groot. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 1

13 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 30 V 100 W Europees strijkijzer wordt in de VS in een 110V stopcontact gedaan. Maak een schatting van het vermogen in deze situatie. P P VS VS VS VS? Ned VS Ned I VS 1 VS Ned VS ( ) VS 1 De haardroger zal in de VS dus in vergelijking met Nederland een vier maal zo klein vermogen leveren. Ned 1 4 Ned 3 ekenen met de wet van Ohm Een vaste weerstand wordt aangesloten op een variabele spanningsbron. Bij 6,0 V is de stroomsterkte 0,1 A. a. Bereken de stroomsterkte bij 10,0 V. We berekenen eerst de waarde van de vaste weerstand. 6V I 0,1A? I I Ω We voeren de spanning op tot 10 V. De weerstand blijft onveranderd. Voor de stroomsterkte krijgen we nu: I 10 0, A 50 b. Bij welke spanning is de stroomsterkte 0,17A? 50Ω I 0,17A? I 0, ,5V NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

14 4 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, dan schrijf je I 1 >I a. I 1 I I Bron b. PQ > Q c. PQ + Q P d. P Bron 5 Meting of simulatie Practicum 6 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 ). NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

15 7 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. 8 Vragen over vermogen a. Op een lampje staat 9V/0.9W. Bereken de stroomsterkte en de weerstand als het lampje aangesloten is op 9V. 9V P 0,9W? P I ( ) Ω P 0,9 0,9 I? I I ,1 A NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

16 b. Stel dat we het aansluiten op 4,5V. Wat is dan de stroomsterkte? Wat is dan het vermogen? (Neem aan dat de weerstand 1 van het lampje gelijk blijft). 4,5V 90Ω P? P I? I I 4,5 90 ( 4,5) 90 50mA 0,5 5mW 90 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. 4,5V 1 P P P1 90Ω? 4,5 90 0,5 5mW 90 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, /Iconstant, geldt dan niet omdat de weerstand verandert als de spanning verandert. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

17 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: P tot P + P 5mW + 5mW 450mW 1 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: 9V 90Ω P? P 81 0,9W 90 v. Wanneer is de batterij sneller leeg, als we 1 lampje aansluiten of als we 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 9 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,, weerstand,, 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). NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

18 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 (V) Metingen bij een weerstand van XX Ω Stroomsterkte I (A) Weerstand I (Ω) g. Heb je grafieken nodig? Welke? Het gemakkelijkste is een I,-diagram te maken (I op de y-as, uitgezet tegen op de x-as). h. Wat verwacht je als uitkomst van het experiment? itvoering van het experiment NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

19 31 Kennisvragen a. Hoeveel energie krijgt elke Coulomb lading die uit een 1V accu stroomt? Elke Coulomb lading krijgt 1 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 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 ,6 10 J Energie dus f. Heeft een 10W lamp een dikker of een dunnere gloeidraad dan een 100W lamp? Waarom? Bekijk het verband P. Deze breuk zal dus bij een 100 W lamp een grotere waarde 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 variëren. Voor de 100 W lamp zal 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. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

20 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 10V, 1600W. Wat kan er mis gaan? In de VS geldt er een lagere spanning op het elektriciteitsnet dan bij ons (30 V). De gegevens vertellen ons iets over de weerstand van de haardroger: P 1600W 10V P 9Ω P De weerstand van de haardroger verandert niet en de spanning verdubbelt. Schade kan ontstaan door een hoge stroom. We bekijken hoe de stroom verandert: 9Ω I SA SA 10V? 9Ω I Ned Ned 30V SA 10 Ned 30 I ISA 13,3 A I I Ned 5,6 A 9 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.? NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 0

21 A B C Figuur 1 Energieverbruik van identieke lampjes in verschillende schakelingen 3 Nogmaals spanning, stroomsterkte, en vermogen a. 1,,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 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, , 3 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 I 4, I 4 I 5 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 8 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: P 3. De lampjes zijn identiek en hebben dus 1 A P1 PB P + P allemaal dezelfde weerstand ( ) 3. We kunnen dus schrijven: NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 1

22 PA P1 PB P + P3 +. De bronspanning is in beide schakelingen gelijk, dus moet er gelden: + Ook geldt 3 ½ 1 dus 1 P 1 + c P Kortom A 1 PB, PC P A ( ½1) ( ½1) ( 1) P B + ½ 1 3 bron. 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 *egelbare weerstand en stroomsterkte Twee lampjes 1 en staan in serie met een weerstand waarvan de waarde kan veranderen (figuur 13). Dat geven we door een pijl door de weerstand te tekenen. Box 7 egelbare weerstand 1. C. B Figuur 13 Twee lampjes in serie met een regelbare weerstand 3. B NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007

23 Figuur 14 egelbare weerstand 34 *egelbare weerstand en spanning. Een spanningsbron staat in serie met een regelbare weerstand en een lampje (Figuur 14). a. Wat gebeurt er met de spanning AB 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. 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. P 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. AB 35 **Drie lampjes Drie dezelfde lampjes zijn aangesloten op een ideale spanningsbron. Eerst branden alleen lampjes 1 en. 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 : c. Wanneer de schakelaar gesloten wordt, neemt de spanning over lampje 1: d. Wanneer de schakelaar gesloten wordt, neemt de spanning over lampje : Box 8 Voorspellingen a. A b. B c. A d. B NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 3

24 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 en 3 branden even fel maar zwakker dan lampje 1. Lampjes en 3 moeten de stroom delen terwijl lampje 1 alle stroom krijgt. Leerling B: Lampje 1 heeft meer weerstand dan en 3 als je ze samen neemt, dus lampje 1 staat op een grotere spanning. Daarom brandt lampje 1 feller dan lampjes en 3. Leerling C: Lampje 1 gebruikt de meeste stroom dus is er minder voor lampjes en 3 die dan ook minder fel zijn. Leerling D: Na lampje 1 verdeelt de spanning zich in twee paden zodat en 3 allebei minder spanning krijgen dan A. Daarom is lampje 1 helderder dan lampjes 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 L 1 en L 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 S 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. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 4

25 b. S1 en S beide dicht zijn? De weerstand van de stroomdraad tussen A en B is nul (we gaan ervan uit dat het ideale draden zijn). I, dus bij een weerstand van nul staat er ook geen spanning over. Wat is de spanning over CD als c. S1 open is en S dicht? De volledige bronspanning staat over het gat S1. Over CD staat geen spanning. d. S1 en S 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). I, 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 0,0 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 1 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, A. Dit betekent dat we voor de weerstand kunnen schrijven: 1,5 7, 5Ω I 0,. Voor de klok geldt dat, bij een spanning van 3 V, er een stroom doorheen gaat van 0,05 A. Dit betekent dat we voor de weerstand kunnen schrijven: 3 60Ω I 0,05. De klok en de lamp zijn parallel geschakeld. Over deze paralleltakken staat de volle bronspanning van 1V. We plaatsen op de parallelle takken weerstanden om de gewenste spanningen te verkrijgen. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 5

26 Over de verlichting moet 1,5 V komen te staan. Dit is bron. De bron, die nog over 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. 8 1 van de totale weerstand van de tak moet voor de 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 5, 5Ω Net zo moet er over de klok verlichting moet 3 V komen te 1 3 staan. Dit is bron. De 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. 4 1 van de totale weerstand van de tak moet voor de rekening van de klok komen. De weerstand van de klok is 60 Ω. De totale weerstand van de verlichtingstak wordt dus gegeven door: Ω. Halen we de weerstand van de klok hiervan af, krijgen we de waarde van de weerstand: Ω 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 ( bron 1V )wordt verdeeld over de componenten. Over de lamp moet 1,5V komen te staan. Over de klok moet 3V komen te staan. We krijgen: bron AB + Lamp + bron AB Lamp 1 3 1,5 7,5V In onderdeel a hadden we de weerstand van de klok en de lamp berekend:,5ω; 60Ω Lamp 7 Klok De bronspanning wordt verdeeld over de onderdelen naar verhouding met hun weerstandswaarden. Over staat Over 1 1 Lamp Bron, dus Lamp Totaal Totaal 8 7,5 60Ω ,5V Bron, dus Totaal 60 37, 5Ω AB moet 3V komen te staan. Dit betekent dat zowel over 1, als over de klok een NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 6

27 spanning van 3V staat. Voor de vervangingsweerstand geldt dus: AB Bron, dus V Totaal V 60 15Ω We krijgen voor de waarde van 1: V 15 Klok Klok 15 0Ω V 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: Totaal bron I? 60Ω 1V I I ,A Om de stroomsterkte in de schakeling van onderdeel a te berekenen, berekenen we de vervangingsweerstanden van beide takken: V1 V Klok Lamp Ω + 7,5 + 5,5 60Ω Ook deze twee vervangingsweerstanden kunnen we samenvoegen tot één vervangingsweerstand V: V V 1 V 48Ω V NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 7

28 Totaal bron I? 48Ω 1V I I ,5A 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. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 8

29 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: /I In de grafiek kan worden afgelezen dat, bij I 50 ma,,5 V,5 45Ω 3 I d. Bepaal de spanning die de spanningsbron levert, als er door de led een stroom loopt van 100 ma. it de grafiek blijkt dat, bij I 100 ma, LED 3,0 V. Voor de spanning over de weerstand geldt: I 0, ,0 V. Voor de spanning van de bron geldt: bron LED +. Dus 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 : 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 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. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 9

30 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. 4 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 100, 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 (30V). De stroomsterktes worden dan: P P I I 100 I 5,A 30 I ,8A 30 I ,0 A NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

31 b. De kachel bevat twee verwarmingsdraden. Bereken de weerstand van de twee verwarmingsdraden. 30V P W ; P P I ,1Ω 1800W ; P P W ,4Ω ,6Ω c. 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: 3 J P 3 10 s t s E P t , J Voor het bakken staat de oven een zelfde tijd aan en verbruikt dus een even grote hoeveelheid energie E E + E 1, ,8 10 3,6 10 J totaal Voorverwarmen Bakken Deze hoeveelheid energie is gelijk aan 1 kwh. De prijs van 1kWh is Het bakken van de pizza kost dus NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

32 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 65 W. De DVD-speler heeft een vermogen van30 W. 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? P I P I I I TV TV TV TV 50W ; P?; I DVD DVD DVD 30V? P 0,A 30W I DVD ,13A Door de TV gaat dus de grootste stroomsterkte. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 3

33 d. welke van de twee heeft de grootste weerstand? P TV TV TV 50W ; P DVD?; DVD DVD 30V? P I 30W P TV 1,1 10 Ω DVD 1,8 10 Ω 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 (3 inch en 90 W), een lcd-scherm (3 inch en 130 W) en een plasmascherm (4 inch en 0 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 6 dus: uur s 5,3 10 s P E P t E E E conventioneel conventioneel lcd plasma 90W ; P 130 5,3 10 lcd 90 5, , W ; P 1, 10 plasma 0W 8 4,7 10 J 131,4kWh 8 6,8 10 J 189,8kWh J 31,kWh Prijs per kwh: 0.15 Apparaat Kosten Conventionele beeldbuis 131,4 0,15 19, 71 LCD 189,8 0,15 8, 47 Plasma 31, 0,15 48, 18 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

34 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 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 1 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 koppen 3 minuten. De Senseo doet koppen tegelijk in 10 s. Elke dag moet het koffiezetapparaat voor 1 koppen dus 18 minuten aanstaan en de Senseo minuten. Het dagenergieverbruik wordt dus: P 1100W ; P 1500W t Koffiezetapparaat E P t E E Kofiiezetapparaat Koffiezetapparaat Sensei Senseo s; t , J Sensei , 10 In een jaar verbruiken de apparaten dus: E E Koffiezetapparaat Sensei 1,8 10 1, , s 6 J J 10,45kWh 7 J 18,5kWh 1kWh Apparaat Jaarkosten Koffiezetapparaat 10, , 07 Senseo 18,5 0.15, andapparatuur 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 (,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: NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

35 P t 1dag ,6 10 E P t E E E E E E outer outer Modem Pr int er Computer Luidspre ker totaal 6,5 10 7,5W ; P E outer Modem 7,5 8,6 10 6,8 8,6 10 3,3 8,6 10 5,9 8,6 10 1,7 8, E + 5, Modem 6,8W ; P + E +,9 10 s Pr int er Pr int er 5 6,5 10 J; 5 5,9 10 J; 5,9 10 J; 4 5,5 10 J; 4 1, J + E +,5 10 3,3W ; P Computer 5 + E + 1,5 10 Computer Luidspre ker 5,9W ; P 1, Luidspre ker J 0.53kWh 1,7W 1kWh Dus de kosten van het sluipverbruik bedragen dagelijks: 0,53 0,15 0, GSM Op de adapter die bij een gsm geleverd wordt, staat: input 30VAC 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 30 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? input 30V ; I input 0,08A output 4,8V ; I output 0,35A P I Pinput 30 0,08 18,4W P 4,8 0,35 1,68W output De input en output zijn niet gelijk. Er is een verlies van energie in de adapter. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

36 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. P input 18, 4W t 90 minuten 5400 seconden. E P t 18, , J d. Bereken hoeveel energie de adapter daarbij aan de batterij heeft geleverd. P output 1, 68W t 90 minuten 5400 seconden. E P t 1, , J e. In de standby stand kan de gsm 30 uur werken. Bereken het vermogen in de standby stand. Er wordt 3 5 9,1 10 J verbruikt in 30 uur seconden 8,3 10 seconden. P E t J 8,3 10 J 3 9,1 10 1, W 50 Keukenverlichting In de keuken bestaat de verlichting uit 4 lampen van 60 W, 30 V. Je wilt deze vervangen door inbouwspotjes van 0 W, 1 V. a. Welke verbruikt meer energie per uur, een lamp van 0 W, 30 V of een lamp 0 W, 1 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 W. 40 We kunnen daarvoor 1 inbouwspotjes ophangen. 0 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

37 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 150Ω I I P I 1 3 I 6,7 10 A 150 berekenen we de waarden in de tabel. Bijvoorbeeld 1V: 1 3 P 6,7 10 W 150 (V) 1,0,0 3,0 4,0 5,0 6,0 I (A) 3 6,7 10 P (W) 3 6,7 10 1,7 10,7 10 c. Teken het P,-diagram,0 10 6,0 10,7 10 1, ,3 10 1, ,0 10, ,3 0,5 0, P(W) 0,15 0,1 0, (V) NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

38 d. Welke vorm heeft het diagram en welk verband volgt daaruit? Dit is een kwadratisch verband tussen P en. Zoals we al in de formule zagen: P e. Als je een apparaat dat voor 30 V gebouwd is aansluit op 115 V, met welke factor wordt het vermogen kleiner? P en zijn kwadratisch evenredig: P. Dus als de spanning tweemaal zo klein wordt, 1 1 wordt het vermogen vier maal zo klein. 4 5 *Verwerken van metingen () 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 4,5V I I P I berekenen we de waarden in de tabel. Bijvoorbeeld 50Ω 4,5 I 9,0 10 A 50 : ( 4,5) 1 P 4,1 10 W 50 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

39 (Ω) I (A) 9,0 10 P (W) 1 4,1 10 4,5 10, ,8 10 1, ,0 10 1,4 10 1,3 10 1, ,8 10 8,1 10 c. Teken het P,-diagram. 0,4 0,3 P(W) 0, 0, (ohm) d. Welke vorm heeft het diagram en welk verband volgt daaruit? Dit is een omgekeerd evenredig verband tussen P en. (hyperbool) Zoals we al in de formule zagen: P e. Als je van een apparaat de weerstand verdubbelt en het op dezelfde spanning aansluit, hoe is het vermogen dan veranderd? 1 P. Dus als de weerstand tweemaal zo groot wordt, wordt het vermogen twee maal 1 zo klein. f. Verwacht je in een strijkbout een grote of een kleine weerstand? Een strijkbout heeft een groot vermogen, dus P is groot, dus is klein NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

40 53 Energiekosten van je computer Je computer met een vermogen van 40 W, staat gemiddeld 4,5 uur per dag aan. Bereken de kosten van het energieverbruik van deze computer per jaar. P 40W uur t 4,5 dag 4, E P t 40 5, s dag 4,5 1, J s ,9 jaar 9 1,4 10 kwh 3, ,6 10 jaar 1kWh 0,15. Dus de computer kost 3,9 10 0,15 59, s jaar kwh jaar 54 Oplaadkosten gsm Het opladen van je gsm gaat via een adapter die aangeeft 30 V, 600 ma. Het opladen van de batterij duurt 100 minuten. Bereken de kosten van het één maal opladen van je gsm. 30V I P? 3 A P I t 100 min s 6,0 10 E P t 30 6, W 3 1,4 10 s 6 J 1,4 10 3, kwh 3, kwh 1 1kWh 0,15. Dus het opladen van de batterij kost: 3,8 10 0,15 0, kwh-prijs van een batterij Een penlite-batterij kost 0,50 en bezit bij 1,5 V 400 mah. Wat is de prijs van 1kWh uit dit type batterijen? Geef de berekening erbij. 1,5V I P? 3 A P I 1, ,6W 6 6 3, kwh 3,6 10 J. Dus voor 1 kwh moet de batterijen s 10 s 3,6 Totale energie : E.I.t 1,5., J dat is 3, kwh Dus 1 kwh kost 0,50 3, euro NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

41 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. 30V I P? 3 A P I ,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 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 ( W) heeft doorgaans een groter vermogen dan een magnetron ( 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. NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus

42 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 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). NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus 007 4

43 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 NiNa uitwerkingen Domotica, versie augustus