Antwoorden Natuurkunde Hoofdstuk 1

Transcriptie

1 Antwoorden Natuurkunde Hoofdstuk 1 Antwoorden door een scholier 3703 woorden 23 maart ,3 69 keer eoordeeld Vak Methode Natuurkunde Banas Tekstoek Gecursiveerde tekst is een toelichting op het antwoord. De uitkomst van een erekening is geaseerd op niet-afgeronde tussenuitkomsten. Hoofdstuk 1 1.1A 1 Een spanningsron levert elektrische energie. 2 Volt 3 Serieschakeling en parallelschakeling. 4 Kenmerken van een serieschakeling: Alle onderdelen zitten in dezelfde stroomkring. Als één onderdeel kapot is, werken de andere onderdelen ook niet meer. Kenmerken van een parallelschakeling: Elk onderdeel zit in een aparte stroomkring. Als één onderdeel kapot is, lijven de andere onderdelen werken. 1.1B 5 Een elektrische stroom transporteert energie. 6 a In een serieschakeling is de stroomsterkte overal even groot. Iron = I1 = I2 7 a In een parallelschakeling is de stroomsterkte die de spanningsron levert gelijk aan de som van de stroomsterkten in de aparte stroomkringen. Iron = I1 + I2 8 Lampjes die gelijk zijn aan elkaar. 9 Iron = I1 + I2 Iron = 2,3 A I1 = 0,8 A 1.2A Pagina 1 van 19

2 10 a Spanningsron Schakelaar-open c Weerstand d Schakelaar-gesloten De stroomkring is niet rechthoekig getekend. 2 De onderdelen zijn niet goed over de schakeling verdeeld. 1.2B 13 Een elektrische stroom is ewegende lading. 14 a In serie. 15 a Spanning is de energie die een epaalde hoeveelheid lading krijgt of afgeeft. Volt 16 a Voltmeter c Parallel 1.3A 17 Je kunt de weerstand van een metalen draad veranderen door een ander metaal te nemen, een dikkere draad te nemen of een langere draad te nemen. 18 Door de koolstoflaag. 19 a Een lichtgevoelige weerstand. Als er veel licht opvalt. 20 Dan daalt de weerstand. 21 Potentiometer, potmeter. 22 In een walkman om hem harder of zachter te zetten, de volumeknop van een radio. 23 a Lichtgevoelige weerstand NTC-weerstand c Regelare weerstand 1.3B 24 Ohm 25 Dan wordt de weerstand twee keer zo groot. 26 Dan wordt de weerstand twee keer zo klein. 27 a Soortelijke weerstand. Ohm vierkante millimeter per meter 28 a R is de weerstand in ohm (Ω) is de soortelijke weerstand in ohm vierkante millimeter per meter (Ω mm2/m) l is de lengte van de draad in meter (m) Pagina 2 van 19

3 A is de doorsnede van de draad in vierkante millimeter (mm2). 29 l = 15 cm = 0,15 m A = 0,05 mm2 = 0,106 Ω mm2/m 30 = 0,6 Ω mm2/m R = 2,0 Ω A = 0,043 mm2 31 = 0,022 Ω mm2/m R = 0,7 Ω l = 25 cm = 0,25 m 1.4A 32 a Om elektrische energie in op te slaan. 33 a Dan wordt de elektrische energie opgeslagen in de condensator. De schakelaar (knop) die je indrukt ij het nemen van de foto. 34 Omdat de condensator in zeer korte tijd al zijn energie afgeeft. 1.4B 35 U = I R 36 a Een lampje. 37 Dan neemt de weerstand toe. 38 Spanning en stroomsterkte zijn rechtevenredig met elkaar. 39 a De weerstand is constant. Ook ij andere temperaturen heeft de weerstand dezelfde waarde. 1.5A 40 Condensator, diode, LED, transistor, chip. 41 Een stroom die heen en weer gaat. 42 Een diode laat een elektrische stroom maar in één richting door. 43 Een diode die licht geeft als er stroom doorgaat Buizen 46 Emitter, asis en collector. 47 Geruik als elektronische schakelaar. 48 Een plaatje waarop zeer veel schakelingen ij elkaar zijn geracht. Pagina 3 van 19

4 Op één chip kunnen miljoenen transistoren, diodes, enz. aanwezig zijn. 1.5B 49 Door de kleurcode Ω De eerste ring is ruin, dus het eerste cijfers is 1. De tweede ring is zwart, dus het tweede cijfers is 0. De derde ring is geel, dus de vermenigvuldigingsfactor is De weerstand is dus = Ω. 51 Met de formule. 52 a Door serieschakelen kun je een grotere weerstand maken. Door parallelschakelen kun je een kleinere weerstand maken. 53 a Rv = R1 + R2 54 Rv = R1 + R2 R1 = 12 Ω R2 = 33 Ω Rv = = 45 Ω 55 R1 = 120 Ω R2 = 60 Ω Werkoek Gecursiveerde tekst is een toelichting op het antwoord. De uitkomst van een erekening is geaseerd op niet-afgeronde tussenuitkomsten. Hoofdstuk 1 Voorkennis Spanning is de sterkte van een spanningsron. Volt is de eenheid van spanning. Ampère is de eenheid van stroomsterkte. Een elektrische stroom loopt door een schakeling van de pluspool naar de minpool. Een ampèremeter moet je in serie aansluiten. Het meetereik is het geied waarin gemeten kan worden. 1.1A 7 Als je dan één lamp uitdoet, gaan alle lampen uit. 8 Alle elektrische energie die door de apparaten geruikt wordt, moet door de kilowattuurmeter gaan. Daar om staat de kilowattuurmeter in serie met de apparaten. 9 De stekkers van één ox uit de versterker trekken. Als de andere ox dan nog werkt, zijn de oxen parallel geschakeld. Pagina 4 van 19

5 1.1B 10 B Als één lampje uitgaat, gaan ze allemaal uit. De lampjes staan dus in serie. Door elk lampje gaat dus een even grote stroom. 11 Meter 2 meet de stroom sterkte door het ovenste lampje: 0,30 A Meter 3 meet de stroomsterkte door eide lampjes samen: 0,75 A Meter 1 meet de stroomsterkte door het onderste lampje, dus 0,75 0,30 = 0,45 A, want de lampjes zijn parallel geschakeld. 12 a 0,25 A 0,25 A 13 a 0,25 A 0,5 A Berekening: Iron = I1 + I2 I2 = I1 = 0,25 A Iron = 0,25 + 0,25 = 0,5 A 14 Iron = I1 + I2 Iron = 0,4 A I1 = 0,25 A 0,4 = 0,25 + I2 I2 = 0,15 A 15 Iron = I1 + I2 + I3 Iron = 0,65 A I1 = 0,25 A I2 = I3 (identieke lampjes) De stroomsterkte in de andere lampjes is dus 0,2 A. 1.2A 16 a Lampje 1 randt wel en lampje 2 randt niet. De lampjes 1 en 2 randen niet. Want de schakelaar ij de atterij is open. Hierdoor zijn alle stroomkringen niet gesloten. 17 a 18 C De schakeling is rechthoekig en de onderdelen zijn gelijkmatig over de schakeling verdeeld Lampje 1 want daar gaat de grootste stroom door B a Door geen lampje, want ze staan in serie. De stroom in een serieschakeling is overal even groot. Pagina 5 van 19

6 Het rechterlampje, want daar staat de grootste spanning (4 V) over a Twee 1.3A 26 De weerstand van een draad is afhankelijk van de lengte, de doorsnede en het materiaal. Koper heeft een kleinere soortelijke weerstand dan ijzer. Als de draden even dik zijn en dezelfde lengte heen, heeft de draad van koper een kleinere weerstand dan de draad van ijzer. Maar de koperdraad kan veel langer een dunner zijn, zodat de draad van koper toch een grotere weerstand heeft. Arjan heeft dus gelijk. 27 Zilver is te duur. 28 a NTC De schakeling moet reageren op warmte. LDR De schakeling moet reageren op licht. c Regelare weerstand De schakeling moet reageren op de grootte van een elektrische stroom. d LDR De schakeling moet reageren op licht. Door de rook wordt het donkerder. 29 a Spanningsron, NTC, lampje regelare weerstand en snoertjes. Met de regelare weerstand. c De regelare weerstand instellen op een kleinere waarde. Daardoor zal ij een grotere weerstand van de NTC-weerstand, dus ij een lagere temperatuur, al een stroom lopen die groot genoeg is om het lampje te laten randen. Alternatieven: Een sterkere spanningsron geruiken of een weerstand parallel schakelen aan de NTCweerstand Ongeschikt De weerstand is nog groter, dus het lampje randt niet. 2 Kan geschikt zijn. Een dikkere draad heeft een kleinere weerstand. Het is dus mogelijk dat het lampje fel genoeg randt. 3 Ongeschikt De weerstand is nog groter, dus het lampje randt niet. 1.3B 31 R (Ω) ρ (Ω mm2/m) l (m) A (mm2) r (mm) 8 0,016 Pagina 6 van 19

7 15 0,03 0,098 1,68 0,45 0,56 0,15 0, , ,0908 0,17 0,007 0,022 0,035 0,11 0,19 2,48 0,068 3,46 0,095 0,17 0,1696 0,10 0,12 0,0707 0,15 2,5 0,21 7,7 0,65 0,45 67,8 1,1 9,2 0,15 0, ,055 6,2 0, Pagina 7 van 19

8 0, ,30 58,7 0,043 0,12 2,5 0,72 0,68 0,196 0, ,6 3,8 0,051 0,13 = 0,016 Ω mm2/m l = 15 m A = 0,03 mm2 A = 0,03 mm2 = 0,45 Ω mm2/m l = 0,56 m A = 0,15 mm2 A = 0,15 mm2 = 0,017 Ω mm2/m l = 2500 m r = 0,17 mm A = 3,14 0,172 = 0,0908 A = 0,0908 mm2 R = 0,007 Ω l = 0,035 m A = 0,11 mm2 A = 0,11 mm2 Pagina 8 van 19

9 R = 2,48 Ω l = 3,46 m A = 0,095 mm2 A = 0,095 mm2 R = 0,1696 Ω l = 0,12 m r = 0,15 mm A = 3,14 0,152 = 0,0707 mm2 A = 0,0707 mm2 R = 2,5 Ω = 0,21 Ω mm2/m A = 0,65 mm2 A = 0,65 mm2 R = 67,8 Ω = 1,1 Ω mm2/m A = 0,15 mm2 A = 0,15 mm2 R = 12 Ω = 0,055 Ω mm2/m r = 0,095 mm A = 3,14 0,0952 = 0,0284 mm2 A = 0,0284 mm2 R = 400 Ω = 0,30 Ω mm2/m l = 58,7 m A = 0,043 mm2 R = 2,5 Ω = 0,72 Ω mm2/m l = 0,68 m Pagina 9 van 19

10 A = 0,196 mm2 R = 45 Ω = 0,6 Ω mm2/m l = 3,8 m A = 0,051 mm2 27 R = 1 Ω = 0,6 Ω mm2/m l = 0,25 m Aantal draadjes = 28 Een 2 keer zo grote lengte geeft een 2 keer zo grote weerstand. Een 2 keer zo grote doorsnede geeft een 2 keer zo kleine weerstand. De weerstand is dus even groot als ij de eerste draad, dus 10 Ω. 29 a d = 2r d = 6 mm 6 = 2r r = 3 mm r = 3 mm R = 12 Ω = 0,017 Ω mm2/m A = 0,10 mm2 Eén winding heeft een lengte van 18,8 mm = 0,0188 m Aantal windingen = 1.4A 30 Twee 31a De stroomkring is gesloten, maar het lampje randt niet meer. Er is dus geen elektrische ener gie meer opgeslagen in de condensator. Dan neemt de tijdsduur toe. 32 a De aansluitingen van de condensator moet je tegen de polen van een spanningsron houden. Je hoort een zoemtoon totdat de condensator geen elektrische energie meer heeft. c De toon klinkt harder en duurt korter. 1.4B 33 a De weerstand van een ohmse weerstand verandert niet, dus de weerstand lijft:. Pagina 10 van 19

11 In een ohmse weerstand zijn spanning en stroomsterkte rechtevenredig met elkaar. Als de spanning 2 keer zo groot wordt, wordt de stroomsterkte ook 2 keer zo groot, dus 2 2,5 = 5 A. 34 R U I 58,8 Ω 20 V 0,34 A 750 Ω 30 kv 40 A 5,6 Ω 67 mv 12 ma 12 Ω 107 V 8,9 A 56,8 mω 0,048 V 0.26 A 0,54 kω 18 V 34 ma 400 Ω 32 V 0,08 A 2,5 mω 0,67 V 268 A 45 kω 369 mv 0, A U = 20 V I = 0,34 A U = 30 kv = = V I = 40 A Pagina 11 van 19

12 U = 67 mv = = 0,067 V I = 0,12 ma = = 0,012 A R = 12 Ω I = 8,9 A R = 56,8 mω = = 0,0568 Ω I = 0,26 A R = 0,54 kω =0, = 540 Ω I = 34 ma = = 0,034 A R = 400 Ω U = 32 V R = 2,5 mω = = 0,0025 Ω U = 0,67 V R = 45 kω = = Ω U = 369 mv = = 0,369 V 44 a R = Ω U = 230 V De stroom door je lichaam is 0,00015 A = 0,15 ma. Dit is kleiner dan 30 ma. De aardlekschakelaar schakelt de installatie dus niet uit. 45 a R = 2,2 Ω I = 2,5 A (in een serieschakeling is de stroomsterkte overal even groot) R = 4,7 Ω I = 2,5 A 46 a U = 51 V I = 0,2 A U = 158 V I = 0,4 A 47 a R = 5,6 Ω Pagina 12 van 19

13 U = 12 V (de spanning over parallel geschakelde onderdelen is even groot) U = 12 V I = 3,70 2,14 = 1,56 A 48 a De temperatuur neemt toe. De stroomsterkte neemt af. De uitwerkingen van de vragen c t/m g zijn epaald door 'uitlezen' van de grafiek die hoort ij het meetestand. Dit is gedaan innen 'VERWERKING' van IP-COACH. De leerlingen zullen ij geruik van figuur 1.48 de weerstand minder nauwkeurig kunnen epalen. c U = 4,43 V I = 1,18 A d U = 4,55 V I = 0,89 A e U = 4,65 V I = 0,65 A f U = 4,73 V I = 0,45 A g U = 4,76 V I = 0,35 A h 1.5A 49 a Handel via internet. Vergelijk post via internet. c De Pentium 4 heeft 14 miljoen transistors meer dan de Pentium 3. d 1 data-encryptie voor veiliger en etalingsverkeer. 2 real-time videocompressie voor we-tv. 3 home-networking (ijvooreeld thuiswerken op het netwerk van de zaak) e Voor eeldverwerking zijn veel ewerkingen nodig. Hierdoor is zeer veel geheugen nodig. De Pentium 3 evat veel minder transistoren, waardoor deze in een epaalde tijd minder ewerkingen kan uitvoeren. Pagina 13 van 19

14 50 In schakeling. De stroom kan dan van de pluspool naar de minpool via de diode. Door de diode loopt de dan stroom in de richting van de pijl. 51 a Zonder zonlicht is de stroom door de regelkring al zo groot dat de transistor een stroom door laat. De weerstand in de regelkring moet dus groter worden. De regelare weerstand moet dus op een grotere waarde worden ingesteld. 52 a LDR De motor. 53 a IC (geïntegreerde schakeling) 1 diode (1N4004) 2 condensatoren (100 nf) condensator (22 μf) 1 IC LM317 weerstand (220 Ω) weerstand (880 Ω) snoertjes (printplaat) c Stekkers voor de walkman en de aansluiting op de sigaretteaansteker van de auto. 1.5B 54 R1 (Ω) R2 (Ω) Rv (Ω) ij serie Rv (Ω) ij parallel ,5 1,8 3,3 0, ,68 0,56 1,24 0,31 Pagina 14 van 19

15 ,8 10,2 92 9,1 Serie: R1 = 78 Ω R2 = 56 Ω Rv = = 134 Ω Parallel: R1 = 78 Ω R2 = 56 Ω Serie: R1 = 1,5 Ω R2 = 1,8 Ω Rv = 1,5 + 1,8 = 3,3 Ω Parallel: R1 = 1,5 Ω R2 = 1,8 Ω Serie: R1 = Ω R2 = Ω Rv = = Ω Parallel: R1 = Ω R2 = Ω Serie: R1 = 0,68 Ω R2 = 0,56 Ω Rv = 0,68 + 0,56 = 1,24 Ω Parallel: R1 = 0,68 Ω R2 = 0,56 Ω Serie: R1 = 480 Ω R2 = 220 Ω Rv = = 700 Ω Parallel: Pagina 15 van 19

16 R1 = 480 Ω R2 = 220 Ω Serie: R1 = 81,8 Ω R2 = 10,2 Ω Rv = 81,8 + 10,2 = 92 Ω Parallel: R1 = 81,8 Ω R2 = 10,2 Ω 61 a R1 = 68 Ω R2 = 68 Ω Het is de helft van de weerstanden die parallel zijn geschakeld. 62 a U = 12 V I = 0,27 A Rv = 44 Ω R1 = 12 Ω U = 12 V I = 1,1 A Rv = 10,9 Ω R1 = 18 Ω c U = 12 V I = 0,65 A Rv = 18,46 Ω R1 = 68 Ω R2 = 47 Ω 63 a figuur weerstand (Ω) tolerantie (%) 1.69a c Pagina 16 van 19

17 d a De eerste ring is ruin, dus het eerste cijfers is 1. De tweede ring is groen, dus het tweede cijfers is 5. De derde ring is zwart, dus de vermenigvuldigingsfactor is 1 De vierde ring is zilver, dus de tolerantie is 10%. De weerstand is dus = Ω De eerste ring is geel, dus het eerste cijfers is 4. De tweede ring is violet, dus het tweede cijfers is 7. De derde ring is zwart, dus de vermenigvuldigingsfactor is 1. De vierde ring is goud, dus de tolerantie is 5%. 1.69c De eerste ring is oranje, dus het eerste cijfers is 3. De tweede ring is wit, dus het tweede cijfers is 9. De derde ring is groen, dus de vermenigvuldigingsfactor is De vierde ring ontreekt, dus de tolerantie is 20%. 1.68d De eerste ring is violet, dus het eerste cijfers is 7. De tweede ring is groen, dus het tweede cijfers is 5. De derde ring is rood, dus de vermenigvuldigingsfactor is 100. De vierde ring is zilver, dus de tolerantie is 10%. c De tolerantie van de weerstand in 1.69a is 10%. De waarde van de weerstand kan 10% meer of 10% minder zijn dan 15 Ω. 10 % van 15 Ω is 1,5 Ω ,5 = 16,5 Ω en 15-1,5 = 13,5 Ω. De waarde ligt dus tussen 13,5 Ω en 16,5 Ω. 64 Ze zijn te klein om de cijfers in leesare grootte te kunnen vermelden. 65 De ontwikkelde warmte moet via de uitenkant van de weerstand worden afgevoerd. Een grotere weerstand heeft een grotere uitenkant en kan dus meer warmte afvoeren. Er kan dus zonder schadelijke gevolgen een groter vermogen worden ontwikkeld in de weerstand. 66 a Blauw, grijs, goud. Een tolerantie van 20% wordt aangegeven door geen ring. De gouden ring is hier dus de vermenigvuldigingsfactor. c Een tolerantie van 20% geeft aan dat de werkelijk waarde van deze weerstand ligt tussen 6,8-0,2 6,8 = 5,4 Ω en 6,8 + 0,2 6,8 = 8,2 Ω. De waarde 5,8 valt innen dit geied. 67 Bij weerstanden met een gouden ring is de tolerantie 5%. De spreiding om de opgegeven waarde is dus veel kleiner. Er treedt dan niet zo gauw overlap van weerstandswaarden op. 68 a Voor de vervangingsweerstand van de parallel geschakelde weerstanden van 82 Ω en 47 Ω geldt: R1 = 82 Ω R2 = 47 Ω Pagina 17 van 19

18 De schakeling is dus te vervangen door twee in serie geschakelde weerstanden van 30 Ω en 56 Ω. Hiervoor geldt: R1 = 30 Ω R2 = 56 Ω Rv = = 86 Ω. Voor de vervangingsweerstand van in serie geschakelde weerstanden van 56 Ω en 47 Ω geldt: R1 = 56 Ω R2 = 47 Ω Rv = = 103 Ω. De schakeling is dus te vervangen door twee parallel geschakelde weerstanden van 103 Ω en 82 Ω. Hiervoor geldt: R1 = 103 Ω R2 = 82 Ω 69 a Uron = 12 V Iron = 25 ma = 0,025 A De vervangingsweerstand van R en de weerstand van 470 Ω noemen we Rparallel. Voor de serieschakeling van de weerstand van 330 Ω en Rparallel geldt: Rv = 480 Ω R1 = 330 Ω Voor de parallel geschakelde weerstanden R en de weerstand van 470 Ω geldt: Rparallel = 150 Ω R1 = 470 Ω Uron = 24 V Iron = 5,7 A De vervangingsweerstand van R, de weerstand van 5,6 Ω en de weerstand van 3,9 Ω noemen we R',v. Voor de serieschakeling van de weerstand van 1,5 Ω en R',v geldt: Rv = R1 + R',v Rv = 4,21 Ω R1 = 1,5 Ω 4,21 = 1,5 + R',v R',v = 4,21-1,5 = 2,71 Ω De vervangingsweerstand van R en de weerstand van 3,9 Ω noemen we Rserie. Voor de parallelschakeling van Rserie en de weerstand van 3,9 Ω geldt: Rv = 2,71 Ω R1 = 3,9 Ω Voor de vervangingsweerstand van de serieschakeling van R en de weerstand van 5,6 Ω geldt: Rserie = 8,9 Ω Pagina 18 van 19

19 R1 = 5,6 Ω 8,9 = 5,6 + R R = 8,9-5,6 = 3,3 Ω Zoekpuzzel Woord: Weerstand Pagina 19 van 19