Antwoorden Scheikunde Elektriciteit

Transcriptie

1 Antwoorden Scheikunde Elektriciteit Antwoorden door een scholier 4034 woorden 20 mei ,3 26 keer beoordeeld ak Scheikunde 3 Elektriciteit 3.1 Elektriciteit om je heen oorbeelden van elektrische apparaten in een huiskamer zijn de tv, lampen en de telefoon. 2 oorbeelden van elektrische apparaten die je zelf draagt, zijn een walkman en een elektronisch horloge. 3 Elektrische verschijnselen in de natuur zijn poollicht en bliksem. 4In je lichaam worden signelaelketnr isch overgebracht. 5 Door een strijkijzer wordt warmte geleverd. 6 Een computer verwerkt elektrische signalen Niet waar. Het gebeurt alleen bij droog weer. 2 Waar 3 Niet waar. Het verwarmingselement levert warmte. 4Niet waar. Het is een elektrisch apparaat. 5 Niet waar. Uit een stopcontact komt stroom. 6 Niet waar. Het zijn verschillende grootheden. 7 Waar 3.4 a 1 elektromotoren in een lift of een cd-speler 2 mixer 3 centrifuge in een wasmachine b 1 strijkijzer 2 verwarmingselement in een wasmachine 3 koffiezetapparaat 3.5 Een elektrisch apparaat levert warmte of kracht, een elektronisch apparaat maakt of verwerkt berichten of geeft signalen af. 3.6 gloeilamp: warmte + straling aquariumpomp: beweging + kracht computer: elektrische signalen pomp in een cv-installatie: beweging + kracht elektrische boiler: warmte + straling magnetron: warmte + straling Pagina 1 van 12

2 elektrische naaimachine: beweging + kracht snelheidsmeter in een auto: elektrische signalen zonnebank: warmte + straling E l e k t r i c i t e i t 27 NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Lading Lading kan bij wrijving overgaan van de ene stof op de andere. 2 Bij elektrische ladingen komen twee soorten krachten voor: aantrekkende en afstotende. 3 Er bestaat positieve lading en negatieve lading. 4Ladingen van gelijke sosotortt en elkaar af. 5 Ladingen van ongelijke soort trekken elkaar aan. 6 Als lading in wolken tijdens een onweersbui te groot wordt, ontstaat bliksem. 7 We meten de hoeveelheid lading in de eenheid coulomb Waar 2 Waar 3 Niet waar. Er zit even veel positieve als negatieve lading in. 4Niet waar. Twee positieve ladingen stoten elkaar af. 5 Waar 6 Niet waar. Het omgekeerde kan ook het geval zijn. 7 Niet waar. Elektronen zijn negatieve deeltjes. 3.9 Door wrijving kan er lading van de trui overgaan op de haren (of omgekeerd) Een voorwerp heeft een positieve lading, als het een tekort heeft aan elektronen. 2 Een voorwerp heeft een negatieve lading, als het een overschot heeft aan elektronen. 3 Een voorwerp is neutraal, als het geen overschot of tekort heeft aan elektronen Door het wrijven gaan er elektronen van de doek over op het voorwerp Door de wrijving met de lucht en met de bodem bij het landen kan er lading verplaatst zijn. 2 Nee. Het kan beide zijn. 3 Anders zou bij het tanken de lading in de vorm van vonken een explosie kunnen veroorzaken Deze strip geleidend materiaal dient om elektrische lading van de auto te verwijderen Door toevoer van negatieve lading. 2 Ze stoten elkaar af en worden ook afgestoten door het bakje van aluminiumfolie De strookjes krijgen een negatieve lading; ze stoten elkaar af. 28 H o o f d s t u k 3 NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Stroom en spanning Bij bliksem gaat er lading van de wolk naar de aarde (of omgekeerd). Pagina 2 van 12

3 2 Bewegende lading noemen we een elektrische stroom. 3 Als je een fietsband oppomt, ontstaat er spanning in de band. 4In een geladen voorwerp stoten de ladingen elkaar af. 5 Een hogere spanning betekent een grotere lading. 6 Bij een geladen voorwerp kan de spanning ervoor zorgen dat lading kan bewegen. 7 De eenheid van spanning is de volt ampèremeter Niet waar. Er kan ook lading van de wolk naar de aarde gaan. 2 Niet waar. De eenheid van stroom is ampère (A). 3 Waar 4Niet waar. Het symbool voor spanning is U. 5 Niet waar. Er staat een spanning van 1,5. 6 Waar 3.19 Dit kun je aantonen door een geladen staaf bij het voorwerp te houden. Heeft het voorwerp dezelfde lading, dan wordt het afgestoten. Heeft het een tegengestelde lading, dan wordt het aangetrokken Tussen de twee hoogspanningsdraden springen geen vonken (bliksem) over, tussen de onweerswolk en de aarde wel. 2 Je weet dat je niet met je vingers aan de aansluitpunten van een stopcontact mag zitten. Bij een batterij kan dat geen kwaad Onder de bomen, bij metalen voorwerpen en op heuveltjes. 2 Door zogenaamde bliksemafleiders. Bij blikseminslag wordt door deze metalen geleiders de elektrische lading direct verder naar de grond afgevoerd. 3 Als je nergens kunt schuilen, moet je je zo klein en zo laag mogelijk maken. 3.4 Spanningsbronnen en stroomkringen De bliksem is een elektrische stroom die maar heel kort duurt. 2 Om een blijvende stroom te houden moet lading worden teruggepompt. 3 Een stroomkring is een gesloten kring, opgebouwd uit geleiders. 4Alle stoffen bestaan uit kleinste deeltjes. 5 In geleiders kan lading bewegen, in isolatoren niet. 6 In een stroomkring is een spanningsbron nodig die de stroom rondpompt. 7 De spanning van een gewone batterij is 1,5. 8 In een oplaadbare batterij is het chemische proces omkeerbaar. 9 Bij een wisselspanningsbron wisselen de plus en de min. 10 Wisselspanning heeft een frequentie van 50 hertz. E l e k t r i c i t e i t 29 NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Niet waar. De ontlading duurt maar heel kort. 2 Waar 3 Waar 4Niet waar. Koolstof is een geleider. Pagina 3 van 12

4 5 Niet waar. Een platte batterij levert 4,5. 6 Niet waar. Een zonnecel zet stralingsenergie om in elektrische energie. 7 Niet waar. Op een stopcontact staat wisselspanning a Een spanningsbron zorgt ervoor dat de elektrische stroom in de stroomkring kan lopen (of: dat de elektrische lading wordt rondgepompt). b 1 accu 2 batterij 3 dynamo Ook een zonnecel is een voorbeeld van een spanningsbron Een batterij levert gelijkspanning, een dynamo levert wisselspanning. 2 Een batterij kan leeg raken, een dynamo levert altijd spanning. 3 Een batterij zet chemische energie om in elektrische energie; een dynamo zet bewegingsenergie om in elektrische energie het lampje is stuk 3 de batterijen zijn niet goed geplaatst 2 de batterijen zijn le4edge schakelaar werkt niet goed 3.27 zilver: geleider perspex: isolator hout: isolator aluminiumfolie: geleider gedestilleerd water: isolator kraanwater: geleider zand: isolator blik: geleider piepschuim: isolator 3.28 a 1 batterij raakt op 2 batterij geeft weinig spanning 3 het verbruik is duur b 1 Hij is verplaatsbaar en dus overal te gebruiken. 2 Hij is veiliger, want hij geeft veel minder spanning a 1 Hij werkt alleen als je fietst. 2 Hij geeft weinig spanning. b Hij is verplaatsbaar en dus overal te gebruiken H o o f d s t u k 3 NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Geleider van de stroom. Batterijen aanduwen zodat er goed contact blijft. 4Nee 5 Nee. Dan heffen de spanningen van de batterijen elkaar op. 6 Nee. Alleen als er dan goed contact blijft, wat hier niet kan omdat de aansluiting van de lamp speciaal voor de +-kant gemaakt is. Pagina 4 van 12

5 3.5 Schakelschema s In een schema wordt een spanningsbron aangegeven door een symbool. 2 X is het symbool voor lichtpunt. 3 is het symbool voor signaallamp. 4is het symbool voor stroommeter. 5 De spanning tussen twee punten meet je met een spanningsmeter. 6 Met een stroommeter meet je de stroomsterkte. 7 Om een spanning te meten in een schakeling hoeft de schakeling niet te worden onderbroken Waar 2 Niet waar. Je meet de spanning tussen twee punten met een voltmeter. 3 Waar 4Waar 5 Niet waar. Als een stroommeter 1 A aangeeft, gaat er elke seconde 1 C door de meter. 6 Waar 3.34 E l e k t r i c i t e i t 31 uit aan isolator isolator isolator + X A NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina De stroommeter moet in serie met het lampje staan. De spanningsmeter moet parallel aan het lampje staan B 2 B 3 C Nee, er is geen stroomkring. 2 Ja 3.38 Schakelaar linksboven (1) dient om achterlichten en voorlichten in en uit te schakelen; schakelaar rechts (2) dient om mistlamp in en uit te schakelen (als tenminste de andere schakelaar gesloten is) Schema A: De lamp brandt alleen als beide schakelaars gesloten zijn. Schema B: Schakelaar in stand 1: lamp 1 brandt. Schakelaar in stand 2: lamp 2 brandt. Schema C: De lamp brandt als òf schakelaar 1, òf schakelaar 2, òf beide gesloten zijn. Pagina 5 van 12

6 Schema D: De lamp brandt alleen als beide schakelaars in stand 1 of 2 staan Linker schakelaar op 2: lamp aan. Rechter schakelaar op 1: lamp uit. Linker schakelaar op 1: lamp aan. Rechter schakelaar op 2: lamp uit schakeling 1: 2 schakeling 2: 0 schakeling 3: H o o f d s t u k 3 A A + NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Elektrische energie en vermogen Elektrische stroom wordt gebruikt voor het overbrengen van energie. 2 Een boormachine maakt van elektrische energie bewegingsenergie. 3 De hoeveelheid gebruikte energie per seconde heet vermogen. 4De hoeveelheid energie meten kwwe h oinf i n J. 5 De eenheid van vermogen is de watt. 6 Elektrische energie wordt gemeten met een energiemeter. 7 Bij een serieschakeling gaat door alle apparaten dezelfde stroom. 8 Bij een parallelschakeling zijn alle apparaten op dezelfde spanning aangesloten Niet waar. Het zijn verschillende grootheden. 2 Waar 3 Niet waar. ermogen is energie per seconde. 4Waar 5 Niet waar. 1 kwh = J. 6 Niet waar. ermogen geven we aan in de eenheid watt J = 720 kj J = kj 3 50 kwh 40,025 kwh E = P. t = 60 W x 4 h = 60 W x s = J 2 E = P. t = 60 W x 4 h = 0,060 kw x 4 h = 0,24 kwh licht en warmte Pagina 6 van 12

7 2 warmte 3 bewegingsenergie (en warmte) 4straling (en warmte) 5 warmte en bewegingsenergie 6 warmte 7 straling en warmte A en D 2 B en C en Hierdoor loopt de onvertakte stroom. 2 allemaal 3 2 en 3 42 en 3 5 alleen en 2; 3, 4 en 5 2 De lampjes 1 en 2 krijgen ieder de helft van de hoofdstroom; 3, 4 en 5 ieder een derde deel. 3 Ze krijgen nu allemaal de helft van de hoofdstroom. E l e k t r i c i t e i t 33 NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Door het lampje moet 0,40 A gaan om het op de juiste manier te laten branden ,40 A = 400 ma. Ze moet het meetbereik van 500 ma kiezen, daar past deze waarde op en zo is de uitwijking van de wijzer het grootst. 4Het meetbereik van 5A, dit is het veiligste meetbereik, als de stroomsterkte ook groter zou zijn dan 500 ma. 5 De meter kan te ver uitslaan en daardoor kapotgaan In tekening E; alles splitst in één keer en komt in één keer bij elkaar. 2 In tekening B, D en F; daar zijn geen stroomvertakkingen. 3 In tekening A en C; er zijn meerdere splitsingen. 4Zie de tekening: in de toe- en afvoerdraden naar de spanningsbron De energie per startbeurt is: E = P. t = 1,2 kw x 35 = 1,2 kw x 3/3600 h = 0,001 kwh. Zonder bijladen kun je dus 0,70 kwh/0,001 = 700 x starten In een jaar wordt kwh gebruikt; alle auto s kunnen kwh leveren. Dus: kwh/ deel van een jaar = 4, jaar = 4, x uur = 0,42 uur = 25 minuten. 3.7 eiligheid Een zekering onderbreekt de stroom als de stroom te groot wordt. 2 Bij kortsluiting kan brand ontstaan. 3 Apparaten die samen op één zekering zijn aangesloten, vormen samen een Pagina 7 van 12

8 groep. 4Een zekering schakelt bij overbelasting de stroom heel snel af. 5 De aardleiding is een verbinding tussen de kast van een apparaat en de aarde. 6 Apparaten met een dubbele isolatie hebben geen aardleiding Niet waar. Een zekering slaat uit bij een te grote stroomsterkte. 2 Niet waar. Overbelasting: te grote stroom door te veel ingeschakelde apparaten. Kortsluiting: twee aders raken elkaar, waardoor er een zeer grote stroom kan ontstaan (zie ook 3.58). 3 Niet waar. Het mag op dezelfde groep als er maar geen overbelasting optreedt. 4Waar 5 Waar 6 Niet waar. Aardlekschakelaar: vergelijkt een stroom in met een stroom uit. Aardleiding verbindt de buitenkant van een apparaat met de aarde. 7 Waar 34 H o o f d s t u k A NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Overbelasting kan optreden als er te veel apparaten in een groep zijn ingeschakeld. Daardoor wordt de stroomsterkte in de groep groter dan de zekering aankan. 2 Bij kortsluiting is de isolatie stuk en komen de geleidende draden tegen elkaar aan Anouk heeft gelijk. Bij overbelasting wordt de stroom erg groot en daarbij kan er brand ontstaan in de leiding. Bij kortsluiting geldt hetzelfde, maar de zekering kan kortsluiting zelf niet voorkomen Geen van beiden. Een aardlekschakelaar beveiligt niet tegen kortsluiting; de schakelaar schakelt uit als inkomende stroom en uitgaande stroom niet gelijk zijn. Dat hoeft bij kortsluiting niet het geval te zijn. Een aardleiding beveiligt niet tegen overbelasting; hij zorgt ervoor dat bij kortsluiting de stroom via de grond wegloopt en niet via een persoon. Geen van beiden heeft dus gelijk! 3.61 A: Er is te veel isolatie weggehaald. B: De blanke draadjes zitten niet goed (niet diep genoeg) in de stekkerpennen Aluminiumfolie heeft een kleine weerstand en kan een grote stroom doorlaten. Daardoor kan de stroomsterkte in de betrffende groep veel groter dan, bijvoorbeeld, 16 A worden, met alle gevolgen van dien De apparatuur brandt al bij lagere stromen door (of gaat op een andere manier kapot) dan de zekering in de huisinstallatie Een aparte aardleiding laat nog steeds toe dat de buitenkant van een apparaat onder spanning komt te staan en dat blijft gevaarlijk. Daarom is een haardroger Pagina 8 van 12

9 voorzien van dubbele isolatie, waardoor de buitenkant niet onder spanning kan komen te staan De stroomsterkte in een tent of caravan mag (zal) niet zo hoog worden; de leidingen zijn daar niet op gemaakt Een zekering reageert pas als er een te grote stroom door de groep loopt en dat is hier niet het geval. De aardlekschakelaar regaeert bij een verschil tussen ingaande en uitgaande stroom en reageert dus ook niet. 3.8 Even voorstellen weerkundige 2 natuurkundig onderzoeker elektrotechnicus 3 procesoperator 2 industrieel ontwerper 4reparateur/ontwerper van bijvoorbeeld mobiele telefoons meteropnemer 3 hogespanningsmonteur 2 onderhoudstechnicus 4operator in een elektriciteitscentrale E l e k t r i c i t e i t 35 NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina Ja: elektrische verschijnselen in de natuur; onweer; bliksem. 2 Ja: licht en geluid worden elektrisch geregeld. 3 Ja: allerlei onderzoeken en processen lopen via elektrische signalen. 4Ja: bodemonderzoek en onderzoek van luchtmonsters gebeuren vaak met elektrische apparatuur. 5 Ja: in de cockpit wordt veel elektriciteit toegepast in besturings-, regel- en meetapparatuur. 6 Ja: die gebruikt regel- en meetapparatuur bij toedienen en beademen. 7 Ja: afhankelijk van het soort onderhoud. 8 Ja: afhankelijk van het proces dat de operator bewaakt. 3.9 O, zit dat zo 3.71 a 1 autolampen 3 autoradio 2 achterruitverwarming 4startmotor b 1 licht 3 geluid 2 warmte 4beweging W W x 5 x 60 s = J 4Korter, er wordt per seconde meer warmte ontwikkeld. 5 Nee, want voor het brood roosteren is even veel warmte nodig (het vermogen is groter, maar de tijd is korter) Het frame geleidt de stroom terug De zonnecellen werken inderdaad niet milieubelastend. De kleine batterijen blijven toch schadelijk voor het milieu. eel kleintjes maken tenslotte ook een grote. Pagina 9 van 12

10 2 Geen standaard antwoord. De eigen keuze wordt bepaald door de milieuproblematiek eurocent eurocent; 450 eurocent : (100 x 0,075) = 20 eurocent 36 H o o f d s t u k 3 dynamo lamp draad frame NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina parallel E = P. t = 0,4 W x 8 h = 0,0004 kw x 8 h = 0,0032 kwh. (Dat kost dus 3,-.) 2 0,0032 x 15 = 0,048 eurocent 3 Dat is heel erg groot. 4Bijvoorbeeld omdat er geen adapter is, of omdat je geen stopcontact in buurt hebt. Herhaling Ik zou wel eens willen weten Een wasmachine kan niet op batterijen werken. Daarvoor zijn meerdere redenen aan te voeren. We noemen er twee: het vermogen dat een wasmachine gebruikt is veel groter dan batterijen kunnen leveren en een wasmachine werkt op wisselspanning, terwijl een batterij gelijkspanning levert. 2 Hoogspanningskabels zijn niet geïsoleerd omdat ze in normale omstandigheden geen gevaar opleveren: ze hangen zo hoog dat je er normaal gesproken niet bij kunt komen. Dat is heel anders in de woning: daar moeten alle leidingen wel geïsoleerd zijn, omdat je er wel bij kunt. 3 Het stopcontact vormt het doorgeefluik van de elektrische energie. Alleen als er een gesloten kring is, loopt er een elektrische stroom. Die gesloten kring kan alleen maar gemaakt worden door beide polen van het stopcontact te gebruiken. Bij een fietsdynamo geldt hetzelfde (zie opgave 3.73). 4Er is wel een overkomst: beiden moeten veel afweten van elektriciteit. Maar zijn ook grote verschillen: de hoogspanningsmonteur heeft te maken met hele hoge spanningen en zeer grote vermogens die door de kabels gaan; een elektronicus werkt meestal met veel kleinere spanningen en vermogens; zijn werk heeft meer te maken met spanningen die als signalen werken. E l e k t r i c i t e i t 37 + A + A boven Pagina 10 van 12

11 beneden NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina 37 Antwoorden Extra opdrachten hoofdstuk 3 E 3.1 Adapters en voedingskastjes a 1 Als een elektrische spanning wordt opgewekt door een accu dan heeft die accu een positieve pool en een negatieve pool. Sluiten we die polen aan in een stroomkring, dan loopt de elektrische stroom van de positieve pool door de schakeling naar de negatieve pool. In de accu of de batterij zelf loopt de stroom dan van min naar plus. Bij een wisselspanning gaat dat anders: nu wisselen de polen periodiek: het ene moment is de volgorde plus min, een moment later is het min plus. 2 Wat we onder gelijkspanning verstaan, is bij vraag a1 uitgewerkt. 3 Elektronische apparaten hebben slechts een kleine spanning nodig, omdat het vaak gaat om signalen of om kleine vermogens. 4Drie voorbeelden van apparaten waarbij een adapter wordt toegepast, zijn: laptop-computer, oplaadapparaat voor bijvoorbeeld mobiele telefoons, lichtdimmer. 5 De adapter zet ook elektrische energie om in warmte, een niet-nuttige energiesoort! b 1 oor de wisselspanning is geen plus en min aangegeven, omdat die per periode wisselt. Bij het lichtnet dus via het stopcontact wisselt elke 0,01 seconde de plus met de min en omgekeerd. We zeggen dat de frequentie van de wisselspanning 50 Hz is. 2 Je moet bij het maken van een schakeling weten hoe de stroom door de keten beweegt. Daarvan hangt bijvoorbeeld af hoe je een stroommeter en een spanningsmeter moet schakelen. E 3.2 Energie uit batterijen a 1 De batterij heeft na 1 uur 0,001 kw x 1 h = 0,001 kwh geleverd. 2 Om 4 kwh te leveren zouden er 4 kwh/0,001 = 4000 batterijen nodig zijn. 3 Een batterij kost 75 eurocent; de wasbeurt kost dan 4000 x 75 eurocent = 3.000,-. 4Nemen we aan dat een batterij een dikte heeft van 0,8 cm, dan zouden 4000 batterijen naast elkaar gelegd een ruimte innemen van 4000 x 0,8 cm = 3200 cm = 32 m. 5 Uitgaande van een batterijprijs van 0,75 die 0,001 kwh kan leveren, kost 1 kwh elektrische nergie uit een batterij dan 750,-. Een kwh via het stop contact kost ongeveer 15 eurocent. En dat is toch wel heel veel minder b 1 Personenauto s rijden niet of nauwelijks op accu s, winkelwagens wel, omdat winkelwagens veel minder hard en veel minder ver hoeven te rijden. 2 Twee voordelen van het gebruik van accu s om een voertuig voort te laten bewegen zijn: onafhankelijk van het elektriciteitsnet en schone energie. Twee nadelen zijn: een accu kan maar een beperkte hoeveelheid energie Pagina 11 van 12

12 leveren en de accu moet daarna weer opgeladen worden. 3 Ongeveer 20 uur (of 40 km). 4De accu s van een winkelwagen worden s nachts weer opgeladen omdat ze dan niet gebruikt worden en omdat dan het zogenaamde nachttarief van toepassing is. Dan kost de elektrische energie minder! 38 H o o f d s t u k 3 NAT. 1 havo/vwo antw :18 Pagina 38 Pagina 12 van 12