Hoofdstuk 6 Elektriciteit. CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

Transcriptie

1 Auteur team NS Laatst gewijzigd Licentie Webadres 17 June 2016 CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijsleermiddelenplein. Wikiwijsleermiddelenplein is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt. Stel zo voor iedere onderwijssituatie de optimale leermiddelenmix samen.

2 Inhoudsopgave leerdoelen hoofdstuk Elektriciteit om je heen Vragen bij 6.1 Elektriciteit om je heen. Werking Elektriciteitscentrale 6.2 Energiegebruik Opdracht 1: Rekenen met vermogen opdracht 2: Rekenen met vermogen 6.3 Stroomkring stroomkring Prakticum Serie- parallelschakeling 6.4 Stroomsterkte Hoe groot is het vermogen? Veiligheid Antwoorden: hoe groot is het vermogen antwoorden: veiligheid Rekenvaardigheid Wetenschappelijke notatie Oefentoetsen Oefentoest Onthouden en begrijpen Oefentoets Toepassen en Integreren Antwoorden oefentoets toepassen en integreren Over dit lesmateriaal Pagina 1

3 Pagina 2

4 leerdoelen hoofdstuk 6 1. Kunnen benoemen van verschillende spanningsbronnen 2. De functie van spanningsbronnen kunnen noemen 3. Werking van een elektriciteitscentrale kunnen uitleggen 4. UItleggen wat de functie van elektriciteit is 5. Begrijpen wat de functie van elektronen is 6. Begrijpen wat vermogen is 7. Bereken van Elektrische energie (E) met de formule 8. Bereken van vermogen (P)met de formule 9. Bereken van tijd (t) met de formule 10. Omrekenen van eenheden van tijd, vermogen en Elektrische energie 11. Kosten van energieverbuik kunnen berekenen 12. Tekenen van een stroomkring 13. Begrijpen werking van een stroomkring en stroom 14. Begrijpen geleiding en isolatie 15. Tekenen en bouwen van stroom- en serieschakelingen 16. Begrijpen verschil tussen serie- en parallelschakeling 17. Rekenen met formule P = U*I 18. Begrijpen wat kortsluiting is 19. Berekenen stroomsterkte 20. Werking beveiliging Pagina 3

5 6.1 Elektriciteit om je heen leerdoelen die centraal staan in paragraaf Kunnen benoemen van verschillende spanningsbronnen 2. De functie van spanningsbronnen kunnen noemen 3. Werking van een elektriciteitscentrale kunnen uitleggen 4. UItleggen wat de functie van elektriciteit is 5. Begrijpen wat de functie van elektronen is Vragen bij 6.1 Elektriciteit om je heen. Vraag 1 Leg uit met natuurkundige woorden wat je verstaat onder het begrip elektrische spanning. Google ook eens naar 'Spanning Volt' Vraag 2 Welke soorten spanningbronnen ken je nog meer naast een batterij en accu? Vraag 3 Welk symbool gebruiken we voor de grootheid spanning? En welke eenheid met symbool hoort er bij de spanning? Vraag 4 Wat wordt er bedoeld met het lichtnet? Pagina 4

6 Vraag 5 Noem 5 apparaten die jullie thuis gebruiken die aangesloten zijn op een spanning van 230 V Vraag 6 Elk elektrisch apparaat heeft zijn eigen spanningsbron met bijbehorende spanning. Bijna alle apparaten thuis (zonder adapter) werken op 230 V. Een mobieltje werkt over het algemeen op een veel lagere spanning; tussen de 5 en de 10 V. Waarom zou dit zo zijn? Vraag 7 In welke vormen van energie wordt elektrische energie omgezet in een mobieltje? Welke vorm van energie ken je nog meer uit het vorige hoofdstuk? Vraag 8 Bekijk het filmpje over Energie nog eens uit het vorige hoofdstuk Welke energiebronnen worden er gebruikt voor het produceren van elektrische energie? Vraag 9 Welke voordelen en nadelen hebben deze energiebronnen? Vraag 10 Leg in je eigen woorden uit wat je verstaat onder het begrip elektriciteit. Pagina 5

7 Vraag 11 In de tekst 'Wat is elektriciteit' op blz 125 gesproken over dat er kennelijk iets beweegt bij elektriciteit. Wat beweegt er, en wat vervoeren deze deeltjes dan eigenlijk? Vraag 12 Welke symbool heeft grootheid energie en in welke eenheid (en symbool) wordt dit uitgedrukt? Vraag 13 Welk voordeel heeft een stopcontact van 230 V ten opzichte van een accu van 12 V als we het hebben over energie? Vraag 14 Reken de volgende waarden om in de bijbehorende eenheid: 12 V =.. kv V = kv mv =. V mv =. kv 8550 kj =. J 2,6 MJ =.. J Werking Elektriciteitscentrale Klik op de onderstaande link om het filmpje op te starten over: Pagina 6

8 Hoe werkt een Elektriciteitscentrale. Werken in een elektriciteitscentrale. kn.nu/ww.430e172 (edpuzzle.com) Pagina 7

9 6.2 Energiegebruik Leerdoelen bij deze paragraaf 6 tot en met 11 Bekijk de onderstaande filmpjes over energieverbruik Energieverbruik kn.nu/ww.00e8caf (youtube.com) film energieverbruik 2 kn.nu/ww.a9615d7 (youtube.com) Ga verder met opdracht 1 Opdracht 1: Rekenen met vermogen Bij het begrip elektrisch vermogen horen verschillende lastige begrippen. Al deze lastige begrippen moet je kennen en kunnen gebruiken voor de toets, maar ook in de derde klas. Hoe handig zou het zijn als je voor elk begrip een korte uitleg video hebt. Bij deze opdracht ga je dat als klas voor alle onderwerpen maken Opdracht: Maak een video waarin je 1 van de begrippen die horen bij Elektrisch vermogen uitlegt. Deze begrippen staan in de onderstaande lijst. Elk begrip mag maar 1 keer gekozen worden. Doel: Je zorgt er met de klas voor dat alle begrippen worden uitgelegd. Tijd: je krijgt 2 lessen de tijd om dit uit te werken. Hoe: Om de film te maken heb je verschillende opties. Werkwijze: Je kunt zelf een filmpje opnemen en daar later tekst aan toe kunnen voegen met bijvoorbeeld Cutecut Je kunt ook een animatie maken met behulp van powtoon hier kun je zowel tekst als gesproken tekst bij voegen. Andere zelf bedachte optie. Stap 1: zoek eerst informatie op over je onderwerp. Zorg dat jij precies weet hoe het werkt voordat je het gaat uitleggen Stap 2: maak een script. Schrijf uit wat je wilt filmen, hoe je dat erop wilt hebben en wat je wilt zeggen Stap 3: bespreek je script met je docent voordat je begint met opnemen Stap 4: maak de film Pagina 8

10 Stap 5: zet de film in de dropbox van de klas zodat iedereen deze kan bekijken Lijst met onderwerpen: a. Wat(t) is vermogen. b. Berekenen van vermogen met de formule. c. Berekenen van tijd met formule. d. Bereken van energieverbuik met formule. e. Omrekenen van eenheden. f. Berekenen van de kosten van het gebruik van apparaten Afronden: Je plaatst je filmpje na goedkeuring van je docent in de dropbox van je klas opdracht 2: Rekenen met vermogen Opdracht: Maak rekenopdrachten bij de rekenonderwerpen van opdracht 1. Doel: Zorgen voor rekenopdrachten bij alle onderwerpen van opdracht 1 (b tot en met f). Je maakt 2 eenvoudige rekenopdrachten en je maakt 4 moeilijke rekenopdrachten. Je zorgt ook voor uitwerkingen op deze vragen. Tijd: je krijgt twee lessen de tijd om deze opdracht af te ronden Hoe: Je werkt in tweetallen Je kiest een ander onderwerp dan het onderwerp die je bij opdracht 1 hebt gekozen Je zorgt ook voor uitgewerkte antwoorden Werkwijze: Stap 1: kijk de video van je onderwerp Stap 2: bedenk 2 eenvoudige vragen en werk deze uit Stap 3: laat deze controleren door je docent Stap 4: bedenk 4 moeilijke opdrachten en werk deze uit Stap 5: laat deze opdrachten controleren door je docent Stap 6: plaats je opdrachten met je uitwerkingen in de dropbox van je klas Afronding: Je rond je opdracht af door deze te plaatsen op de dropbox van je klas Pagina 9

11 6.3 Stroomkring Leerdoelen bij paragraaf 6.3 Stroomkring: 12. Tekenen van een stroomkring 13. Begrijpen werking van een stroomkring en stroom 14. Begrijpen geleiding en isolatie 15. Tekenen en bouwen van stroom- en serieschakelingen 16. Begrijpen verschil tussen serie- en parallelschakeling stroomkring Bekijk het volgende filmje over De Stroomkring. De Stroomkring kn.nu/ww.43d9258 (youtube.com) Vragen bij paragraaf 6.3 Stroomkring: Vraag 1: Leg aan de hand van een voorbeeld uit wat wordt bedoeld met een stroomkring. Vraag 2: Een batterij heeft een pluspool en een minpool. Hoe gaat de stroom door de stroomkring? Vraag 3: Een stroomkring kan 'gesloten' zijn en 'onderbroken'. Wat wordt hier mee bedoeld? Vraag 4: Teken met de symbolen uit bron 2 (blz 131) een schakelschema een gesloten stroomkring en een onderbroken stroomkring bestaande uit 2 lampjes, een batterij, een schakelaar en snoeren. Vraag 5: Wanneer spreekt men bij de natuurkunde over een geleider als men het over elektriciteit heeft? Vraag 6: Hoe noemen we een stof die elektriciteit niet of nauwelijks geleidt? Vraag 7: Hieronder staan een aantal stoffen. Maak een rij met stoffen die elektriciteit geleiden en een rij met stoffen die elektriciteit niet geleiden; Aluminium, rubber, hout, koper, glas, ijzer, porselein, papier, glas, zeewater. Tijdens dit prakticum: - leer je hoe je een spanningsbron gebruikt - leer je hoe je lampjes aansluit op een spanningsbron Pagina 10

12 - leer je hoe je een multimeter instelt om de spanning te meten - leer je hoe je een paralleschakeling maakt van 2 lampjes - leer je hoe je een serie schakeling maakt met 2 lampjes - leer je hoe de spanning/energie zich verdeelt in serie en parallelschakelingen - wat er gebeurt met de lichtsterkte in een parallel- en serieschakeling. Bekijk het volgende filmpje over Serie- en parallelschakelingen Prakticum Serie- parallelschakeling Serie- en Parallelschakeling. kn.nu/ww.ac4ac41 (youtube.com) Vragen bij paragraaf 6.3 Stroomkring. Vraag 8a: Teken een schakelschema waarin 2 lampjes (L1 en L2) parallel geschakeld zijn en aangesloten op een batterij. Vraag 8b: Wat kun je zeggen over de stroomkring in vraag 4a? Vraag 8c: Je wilt de lampjes L1 en L2 uit vraag 4a graag afzonderlijk aan en uit kunnen doen. Teken dit in je schakelschema. Vraag 8d: Wat kun je zeggen over de stroomkring uit vraag 4c wanneer beide lampjes uit zijn? Thuis staan verschillende apparaten in de huiskamer; een tv, verschillende lampen en een radio. Wanneer één van de lampen kapot gaat. Vraag 9a: Heeft het kapot gaan van één van de lampen invloed op het branden van de andere lampen? Vraag 9b: Wat kun je zeggen over hoe de stopcontacten thuis geschakeld zijn? 3 dezelfde lampjes worden in serie aangesloten op een batterij van 9V samen met een schakelaar. Vraag 10a: Teken een schakelschema van deze opstelling. Vraag10b: Hoe groot is de spanning die elk lampje krijgt in deze opstelling? De lampjes uit vraag 10 zijn zo gemaakt dat ze het beste werken bij een spanning van 9V. Vraag 10c: Wat kun je zeggen over de manier hoe de lampjes branden in vraag 10b? Vraag 10d: Pagina 11

13 Hoe komt de energie benodigd voor het branden van de lampjes bij de lampjes terrecht? Vraag 10e: Hoe wordt de energie over de lampjes verdeeld? 3 dezelfde lampjes worden parallel aangesloten op een batterij van 9V. Elk lampje kan afzonderlijk aan en uit worden geschakeld met een schakelaar. Vraag 11a: Teken een schakelschema van deze opstelling. Vraag 11b: Wat kun je zeggen over de spanning die elk lampje krijgt in deze opstelling wanneer de stroomkring gesloten is voor elk lampje? Vraag 11c: Wat kun je zeggen over de manier hoe de lampjes branden in de opstelling uit vraag 11b? Vraag 11d: Wat kun je vertellen over de benodigde energie die nodig is om de lampjes te laten branden? Pagina 12

14 6.4 Stroomsterkte In deze paragraaf worden de leerdoelen 17 tot en met 20 behandeld Hoe groot is het vermogen? 1. Rekenen met symbolen a. Neem onderstaande tabel over en vul in Naam grootheid Symbool grootheid Naam eenheid Symbool eenheid Watt volt A b. Verander de formule zo dat je de stroomsterkte zou kunnen uitrekenen. c. Verander de formule zo dat je de spanning zou kunnen uitrekenen 2. Omrekenen a. 15 ma =... A b. 0,0032 ma =...A c. 9,0 A =... ma d ma =... A 3. Standaard sommen a. Bereken P als I= 5,0 A en U = 1,8 V b. Bereken P als I = 325 ma en U = 70 V c. Bereken I als P = 150 W en U = 62,8 V d. Bereken I als P = 1,2 kw en U = 180 V e. Bereken U als P = 1,58 W en I = A f. Bereken U als P = 0.25 kw en I = 475 ma 4. Staafmixer In de keuken staat de lamp (50 W) aan, de koelkast (350 W) en de magnetron (800 W) a. Bereken de stroomsterkte die de lamp nodig heeft. b. Bereken de stroomsterkte die de magnetron nodig heeft. c. Bereken de stroomsterkte die de koelkast nodig heeft. d. Bereken de stroomsterkte die de drie apparaten samen nodig hebben. e. Leg uit hoe de apparaten geschakeld moeten zijn. f. Wanneer de staafmixer ook wordt gebruikt stijgt de stroomsterkte naar 6,08 A. Bereken het vermogen van de staafmixer g. Er mag maximaal 10 A aan stroom naar de keuken lopen. Wanneer er meer dan 10 A aan stroom naar de keuken loop gaat de smeltzekering erdoor. De eigenaar van de woning wil ook nog een vriezer installeren in de keuken. De vriezer heeft een vermogen van 950 W. Laat door een bereking zien of dat zou kunnen in combinatie met alle andere apparaten. Pagina 13

15 5. Kerstverlichting Bij een kerstverlichting zijn alle lampen Serie geschakeld. Op de verpakking staan de volgende gegevens: Spanning is 196 V. Totale vermogen is 78 W. Er zitten 82 lampen aan de kerstverlichting a. Leg uit waarom alle lampen uit gaan als er 1 lamp kapot gaat. b. Bereken de totale stroomsterkte. c. Beredeneer wat de stroomsterkte door 1 lamp is. d. Bereken de spanning en het vermogen van 1 lamp. 6. Weerstanden Van een elektrische schakeling zoals in afbeelding 1. Zijn de volgende gegevens bekend: weerstand 1 (R1) en Weerstand 2(R2) zijn dezelfde weerstanden. Door weerstand 1 gaat een stroom van 2,41 A. Over weerstand 3 staat een spanning van 9,4 V. Bereken het vermogen van weerstand Woonkamer In de woonkamer zit jij tv te kijken. Je moeder is aan het strijken en er staat ook nog een lamp aan van 50 W. Het strijkijzer heeft een vermogen van 150 W. De totalestroomsterke is 1.80 A. Bereken het vermogen van de tv. Veiligheid 1. Veiligheid De zekering (smeltzekering) en de aardlekschakelaar zijn 2 belangrijke manieren om de veiligheid van elektriciteit te vergroten. Leg de functie en het doel van beide maatregelen uit. 2. Lampen Bereken hoeveel lampen van 50 W je maximaal in huis aan kan doen zonder dat de smeltzekering van 10 A erdoor gaat. 3. Keuken Ín de keuken staat een elektrische kookplaat (0,75 kw), een koelkast van 500 W, een keukenapparaat (0,34 kw) a. Bereken de totale stroomsterkte. Vervolgens wordt de oven op 800 W ingesteld. Pagina 14

16 b. Laat door middel van een berekening zien dat de zekering erdoor gaat. c. Wat moet je doen om toch alle apparaten tegelijk te laten werken zonder dat de zekering erdoor gaat. 4. Auto In de auto zit een smeltzekering van 10 A er zit een accu met een spanning van 230 V in de auto. Jhonnie wil een nieuwe geluidsinstallatie in zijn auto hebben. Hij heeft een subwoofer gekocht met een vermogen van 1,2 kw en verder nog 4 boxen van elk 0,29 kw. Laat door middel van een berekening zien of dit samen op een smeltzekering van 10 A kan. Antwoorden: hoe groot is het vermogen 1. Rekenen met symbolen a. Neem onderstaande tabel over en vul in Naam grootheid Symbool grootheid Naam eenheid Symbool grootheid Vermogen P Watt W Spanning U volt v Stroomsterkte I Ampére A b. Verander de formule zo dat je de stroomsterkte zou kunnen uitrekenen. P = U * I I = P/U c. Verander de formule zo dat je de spanning zou kunnen uitrekenen U = P/I 2. Omrekenen a. 15 ma = 0,015 A b. 0,0032 ma = 3,2 * 10-6 A c. 9,0 A = 9000 ma d ma = 4,5 * 10-6 A 3. Standaard sommen a. Bereken P als I= 5,0 A en U = 1,8 V P = U * I P = 1.8 * 5,0 = 9,0 W b. Bereken P als I = 325 ma en U = 70 V I = 325 ma = 0,325 A U = 70 V P = U * I P = 0,325 * 70 = 22,75 W c. Bereken I als P = 150 W en U = 62,8 V P = 150 W U = 62,8 V I =? P = U* I I = P/U I = 150/62,8 = 2,39 A Pagina 15

17 d. Bereken I als P = 1,2 kw en U = 180 V P = 1,2 kw = 1200 W U = 180 V I =? P = U * I I = P/U I = 1200/180 = 6.67 A e. Bereken U als P = 1,58 W en I = A P = 1,58 W I = 0,0053 A U =? P = U * I U = P/I U = 1,58/ = 298 V f. Bereken U als P = 0.25 kw en I = 475 ma P = 0,25 kw = 250 W I = 475 ma = 0,475 A U =? U = P/I U = 250/0.475 = 526 V 4. Staafmixer In de keuken staat de lamp (50 W) aan, de koelkast (350 W) en de magnetron (800 W) a. Bereken de stroomsterkte die de lamp nodig heeft. P = 50 W U = 230 V I =? P = U * I I = P/U I = 50/230 = 0,22 A b. Bereken de stroomsterkte die de magnetron nodig heeft. P = 800 W U = 230 V I =? I = P/U I = 800/230 = 3,48 A c. Bereken de stroomsterkte die de koelkast nodig heeft. P = 350 W U = 230 V I =? I = P/U I = 350/230 = 1,52 A d. Bereken de stroomsterkte die de drie apparaten samen nodig hebben. I totaal = I 1 + I 2 + I 3 I 1 = 0,22 A I 2 =3,48 A I 3 = 1,52 A I totaal = 0,22 + 3,48 + 1,52 = 5,22 A e. Leg uit hoe de apparaten geschakeld moeten zijn. Elk apparaat heeft zijn eigen hoeveelheid stroom, bovendien kunnen alle apparaten afzonderlijk aan en uit geschakeld worden. Het moet hier dus gaan om een parallelschakeling. f. Wanneer de staafmixer ook wordt gebruikt stijgt de stroomsterkte naar 6,08 A. Bereken het vermogen van de staafmixer. U = 230 V I = 6,08-5,22 = 0,86 A P =? P = U * I P = 230 * 0,86 = 198 W Pagina 16

18 g. Er mag maximaal 10 A aan stroom naar de keuken lopen. Wanneer er meer dan 10 A aan stroom naar de keuken loop gaat de smeltzekering erdoor. De eigenaar van de woning wil ook nog een vriezer installeren in de keuken. De vriezer heeft een vermogen van 950 W. Laat door een bereking zien of dat zou kunnen in combinatie met alle andere apparaten. P = 950 W U = 230 V I =? I = P/U I = 950/230 = 4.13 A I totaal = 6,08 + 4,13 = 10,25 A Maximaal mag er 10 A stroom lopen, dus gaat de smeltzekering er door. 5. Kerstverlichting Bij een kerstverlichting zijn alle lampen Serie geschakeld. Op de verpakking staan de volgende gegevens: Spanning is 196 V. Totale vermogen is 78 W. Er zitten 82 lampen aan de kerstverlichting a. Leg uit waarom alle lampen uit gaan als er 1 lamp kapot gaat. Er is bij een serieschakeling maar 1 stroomkring. Als 1 lamp kapot gaat is de gehele stroomkring verbroken en krijgt dus geen enkele lamp meer stroom. b. Bereken de totale stroomsterkte. U = 196 V P = 78 W I =? I = P/U I = 78/196 = 0,40 A c. Beredeneer wat de stroomsterkte door 1 lamp is. Er is maar 1 stroomkring omdat het hier gaat om een serieschakeling. Dus is de stroomsterkte door lamp 1 ook 0,40 A d. Bereken de spanning en het vermogen van 1 lamp. P totaal = 78 W aantal lampen = 82 U totaal = 196 V P 1 = 78/82 = 0,95 W U 1 = P/I U 1 = 0,95/0,40 = 2,38 V 6. Weerstanden Van een elektrische schakeling zoals in afbeelding 1. Zijn de volgende gegevens bekend: weerstand 1 (R1) en Weerstand 2(R2) zijn dezelfde weerstanden. Door weerstand 1 gaat een stroom van 2,41 A. Over weerstand 3 staat een spanning van 9,4 V. Bereken het vermogen van weerstand 2. I 2 = 2.41 A U 1 + U 2 = 9,4 V U 2 = 9,4/2 = 4,7 V P =? P = U * I P = 2,41 * 4,7 = 11.3 W 7. Woonkamer In de woonkamer zit jij tv te kijken. Je moeder is aan het strijken en er staat ook nog een lamp aan van 50 W. Het strijkijzer heeft een vermogen van 150 W. De totalestroomsterke is 1.80 A. Bereken het vermogen van de tv. P 1 = 50W U = 230 V I 1 =? I 1 = P/U = 50/230 = 0,22 A P 2 = 150 W U = 230 V I 2 =? I 2 = 150/230 = 0,65 A Pagina 17

19 I totaal = 1,80 A I 2 = 0,65 A I 1 = 0,22 A I 3 =? I totaal = I 1 + I 2 + I 3 I 3 = 1,80-0,65-0,22 = 0.93 A P 3 =? P 3 = 230 * 0,93 P 3 = 214 W antwoorden: veiligheid 1. Veiligheid De zekering (smeltzekering) en de aardlekschakelaar zijn 2 belangrijke manieren om de veiligheid van elektriciteit te vergroten. Leg de functie en het doel van beide maatregelen uit. De smeltzekering smelt door bij een te hoge stroomsterkte, hierdoor kan de stroomsterkte in de kring nooit te hoog worden. De aardlekschakelaar schakelt de stroom uit wanneer de hoeveelheid uitgaande stroom ongelijk is aan de hoeveelheid terugkerende stroom. 2. Lampen Bereken hoeveel lampen van 50 W je maximaal in huis aan kan doen zonder dat de smeltzekering van 10 A erdoor gaat. I = 10 A U = 230 V P =? P U * I P = 230 * 10 = 2300 W Aantal lampen = 2300/ 50 = 46 lampen 3. Keuken Ín de keuken staat een elektrische kookplaat (0,75 kw), een koelkast van 500 W, een keukenapparaat (0,34 kw) a. Bereken de totale stroomsterkte. P 1 = 0,75 kw = 750 W U = 230 V I 1 = 750/230 = 3,26 A P 2 = 500 W U = 230 V I 2 = 500/230 = 2,17 A P 3 = 0,34 kw = 340 W U = 230 V I = 340/230 = 1,47 A I totaal = 3,26 + 2,17 + 1,47 = 6,9 A Vervolgens wordt de oven op 800 W ingesteld. b. Laat door middel van een berekening zien dat de zekering erdoor gaat. P 4 = 800 W U = 230 V I 4 = 800/230 = 3.47 A I totaal = ,47 = 10,37 A Zekering is maximaal 10 A, dus de stroomsterkte is boven de maximale stroomsterkte c. Wat moet je doen om toch alle apparaten tegelijk te laten werken zonder dat de zekering erdoor gaat. Niet alle apparaten op dezelfde zekering plaatsten, maar op verschillende zekeringen. 4. Auto In de auto zit een smeltzekering van 10A en een accu met een spanning van 230 V. Jhonnie wil een nieuwe geluidsinstallatie in zijn auto hebben. Hij heeft een subwoofer gekocht met een vermogen van 1,2 kw en verder nog 4 boxen van elk 0,29 kw. Laat door middel van een berekening zien of dit samen op een smeltzekering van 10 A kan. P 1 = 1,2 kw = 1200 W U = 230 V I 1 = 1200/230 = 5,2 A P 2 = 0.29 kw = 290 W U = 230 V I 2 = 290/230 = 1,3 A Pagina 18

20 de 4 boxen samen zijn 1,3 * 4 = 5,2 A totaal = de stroomsterkte 10,4 A. Dan kan de zekering niet aan want die is maximaal 10 A Pagina 19

21 Rekenvaardigheid Wetenschappelijke notatie Bestudeer Blz 142 en 143 Rekenvaardigheid Wetenschappelijke Notatie. Let op bij het gebruik van de rekenmachine wanneer je machten van 10 gebruikt. Bij de wiskunde heb je geleerd om 1,3 x 10 2 in te tikken op je rekenmachine als; (tussen accolades is een toets op je rekenmachine) "1" "," "3" "x" "10" "^" "2". Dit kan problemen geven als je delingen gaat berekenen wanneer je de machten van 10 niet tussen haakjes zet. Een manier die eenvoudiger is, is het gebruik van de functie "EXP" op je rekenmachine; Die betekent namelijk al x10 tot de macht... Makkelijker is dus op je rekenmachine intikken: "1" "," "3" "EXP" "2" Maak de volgende rekenopdrachten. Wetenschappelijke notatie kn.nu/065mf Vraag 1 Schrijf de volgende getallen om naar machten van 10 0,016 m =... m V =... V 380 kv =... V 4 Tbyte =... byte 0,035 ma =... A Vraag 2 Zet de getallen in volgorde van toenemende grootte a. 45kW b. 27Mw c. 33mW d. 9 GW vraag 3 Bereken de volgende opgaven met je rekenmachine en gebruik daarbij de EXP-functie. Pagina 20

22 6,2x10 2 x 4,72x10 6 =... 3,5x10 2 x 4,21x10 2 =... 7,32x10 5 x 13x10-2 =... 6,89x10 8 x 9,2x10-5 =... 34x10 4 x 1,53x10-7 =... Vraag 4 Erik sluit een lampje aan van 30mW op een spanningsbron van 3 Volt. Het lampje brandt vervolgens 2,5 uur. Bereken het energieverbruik in Joule. (schrijf je antwoord in machten van 10) Vraag 5 Een gemiddeld gezin verbruikt ongeveer 3500kWh per jaar. Hoeveel MJ is dat per dag? (Antwoord in machten van 10) Vraag 6 Een stofzuiger van 1,8kW wordt aangesloten op het lichtnet. Bereken de stroomsterkte in ma. (antwoord in machten van 10) Vraag 7 In een computerruimte staan 60 computers met monitor die elk een vermogen hebben van 215W. De computers staat 9 uur per dag aan. Pagina 21

23 Bereken het energieverbruik in kwh per jaar. Pagina 22

24 Oefentoetsen Oefentoest Onthouden en begrijpen Oefentoets Toepassen en Integreren Deze oefentoets bestaat uit 4 vragen en is vergelijkbaar met de vragen zoals ze in de toets van de toetsweek ook staan. Bij alle rekenopdrachten is het verstandig om gebruik te maken van het stappenplan voor rekenopdrachten. 1. Omrekenen a. 250 A =... ma b. 230 mv =... V c kwh =... kj d. 45 kj =... J e. 954 * 10 3 J =... kwh f. 450 J/s =... kw 2. Verbanden a. Een huis wordt een lamp met een vermogen van 50 W vervangen door een spaarlamp van 7 W. De lampen geven elk evenveel licht. Leg uit wat er gebeurt met de stroomsterkte. b. Twee batterijen bevat beide 2,5 kwh aan energie. Op batterij 1 wordt een telefoon aangesloten met een vermogen van 20 W. Op batterij 2 wordt een lamp aangesloten van 13 W. Leg uit welke batterij als eerst op is. c. Twee lampen moeten onafhankelijk van elkaar aan en uit kunnen. Leg uit op welke manier deze lampen geschakeld moeten worden. d. In huis staan 2 lampen parallel geschakeld. Lamp 1 heeft een groter vermogen dan lamp 2. Leg uit door welke lamp de meeste stroom loopt. 3. Rekensommen a. Een laptop met een vermogen van 42 W staat 98 min aan de lader. Bereken de verbruikte energie b. Een Iphone wordt in de auto opgeladen. Het vermogen van de Iphone is 12,5 W. De accu van de auto heeft een spanning van 24 V. Bereken de stroomsterkte c. De neonverlichting op broadway heeft gezamenlijk een vermogen van 98 kw en staat aangesloten op de netspanning. Bereken de totale stroomsterkte. d. De diepvriezer staat dagelijks 250 min aan. De vriezer heeft een vermogen van 0,47 kw. Een kwh kost 0,15 euro. Berekend hoe groot de elektriciteitskosten zijn als de diepvriezer een week aan staat. e. Een strijkijzer met een vermogen van 80 W is aan blijven staan tijdens de vakantie. De familie is 2 weken op vakantie geweest. Bereken de kosten van het aan laten staan van het strijkijzer gedurende de vakantie. f. De slaapkamers staan geschakeld op een zekering van 10 A. Wanneer alle lampen en andere apparaten aanstaan wordt de stroomsterkte gemeten op 7,89 A. Er wordt vervolgens een zonnebank in de slaapkamer geplaatst. De zonnebank heeft een vermogen van 0.55 kw. Laat door een berekening zien of de zekering eruit vliegt als alle apparaten inclusief zonnebank aan staan. Pagina 23

25 4. Parallel en serie schakelingen Linda koopt een kroonluchter met daarin 3 lampen en vraagt zich af of deze serie of parallel geschakeld zijn. Ze hangt de kroonluchter op in haar slaapkamer en a. Teken de schakeling met natuurkundige symbolen voor de parallel schakeling. b. Teken de schakeling met natuurkundige symbolen voor de serie schakeling. Ze hangt de kroonluchter op in haar slaapkamer en leest daarbij op de verpakking dat de lampen parallel geschakeld zijn. Er blijken helaas 2 lampen kapot, gelukkig heeft ze nog 2 lampen in huis.. Lamp 2 heeft een vermogen van 25 W. Lamp 3 heeft een vermogen van 10 W. Lamp 1 is de originele lamp uit de doos het vermogen van deze lamp is niet bekend. De totale stroomsterkte van de drie lamp en samen is 183 ma. c. Wat is de spanning die over lamp 1 staat? d. Bereken de stroomsterkte door lamp 2. e. Bereken de stroomsterkte door lamp 3. f. Bereken het vermogen van lamp 1. Antwoorden oefentoets toepassen en integreren 1. Omrekenen a. 2,50 * 10 5 ma b V c * 10 4 kj d. 4,5 * 10 4 J e. 2,65 * 10-2 kwh f. 0,45 kw 2. Verbanden a. Beide lampen zijn in huis aangesloten en dus staat over beide lampen een spanning van 230 V. De lamp met een vermogen van 50 W heeft meer energie per seconde nodig dan de lamp van 7 W. Omdat elke ampere evenveel energie meeneemt zal de lamp van 7 W dus minder stroom nodig hebben dan de lamp van 50 W. De stroomsterkte zal in deze situatie dus afnemen. b.de telefoon met een vermogen van 20 W verbruikt elke seconde 20 J aan energie. De lamp met een vermogen van 13 W verbruikt elke seconde 13 J aan energie. De lamp gebruikt dus minder energie per seconde dan de telefoon. Beide baterijen bevatten evenveel energie. De batterij van de telefoon zal eerder op zijn dan de batterij van de lamp omdat de telefoon meer energie per seconde gebruikt. c. Bij een parallelschakeling staat elk apparaat in een eigen stroomkring. Bij een serieschakeling staan alle apparaten in dezelfde stroomkring. Wanneer je in de serieschakeling de stroomkring onderbreekt kan er geen stroom en dus geen energie naar beide lampen. Als je bij een parallelschakeling een stroomkring onderbreekt dan blijft de andere stroomkring intact, er blijft dan dus wel stroom (en dus energie) naar de andere lamp gaan. Om beide lampen onafhankelijk van elkaar te kunnen bedienen die je de lampen parallel te schakelen. d. Wanneer de lampen parallel geschakeld zijn staat over beide lampen dezelfde spanning. De formule die hier geldt is P = U * I. Omdat de spanning over beide lampen gelijk is heeft U geen invloed op de stroomsterkte. Wanneer het vermogen groot is moet de stroomsterkte ook groot zijn. Pagina 24

26 Omdat lamp 1 een groter vermogen heeft dan lamp 2 zal de stroomsterkte door lamp 1 groter zijn dan de stroomsterkte door lamp Rekensommen a. P = 42 W t = 98 min = 98 * 60 = 5880 s E =? E = P * t E = 42 * 5880 E = 2,47 * 10 5 J b. P = 12,5 W U = 24 V I =? P = U * I I = P/U I = 12,5 / 24 I = 0,52 A c. P = 98 kw = W U = 230 V I =? P = U * I I = P/U I = /230 I = 4,26 *10 2 A d. t dag = 250 min = 250/ 60 = 4,17 h P = 0,47 kw 1kWh = 0,15 euro kosten per week =? t week = 4,17 * 7 = 29,17 h E = P * t E = 0,47 * 29,17 E = 13,7 kwh kosten per week = 13,7 * 0,15 = 2,06 euro e. P = 80 W = 0,080 kw t = 2 weken = 2 *7 * 24 = 336 h 1 kwh = 0,15 euro kosten =? E = P* t E = 0,080 * 336 E = kwh kosten = * 0,15 = 4,03 euro f. I 1 = 7.89 A P = 0,55 kw = 550 W U = 230 V I t =? P = U * I I 2 = P/U I 2 = 550/230 = 10,28 A I t = I 1 + I 2 I t =7,89 + 2,39 I t = 10,28 A De zekering kan maximaal 10 A hebben. De stroomsterkte is groter, dus de zekering gaat erdoor. 5 serie en parallel schakelingen a + b. Pagina 25

27 4c. U = 230 V d. U = 230 V P = 25 W I 2 =? P = U * I I 2 = P/U I 2 = 25/230 I 2 = 0,11 A e. U = 230 V P = 10 W I 1 =? P = U * I I 3 = P/U I 3 = 10/230 I 3 = 0,04 A f. I t = 283 ma = 0,283 A I 2 = 0.11 A Pagina 26

28 Antwoorden Vraag 1 Leg uit met natuurkundige woorden wat je verstaat onder het begrip elektrische spanning. Google ook eens naar 'Spanning Volt' Onder het begrip elektrische spanning verstaan we in de natuurkunde het elektrisch energie verschil tussen de pluspool en minpool van een spanningsbron. Bijvoorbeeld van een batterij of accu. Vraag 2 Welke soorten spanningbronnen ken je nog meer naast een batterij en accu? Een dynamo, generator, zonnecel, lichtnet (stopcontact), knoopcel-batterijtje Vraag 3 Welk symbool gebruiken we voor de grootheid spanning? En welke eenheid met symbool hoort er bij de spanning? Voor de grootheid spanning gebruiken we het symbool U. De eenheid die hoort bij de grootheid spanning is Volt met symbool V. Vraag 4 Wat wordt er bedoeld met het lichtnet? Met het lichtnet wordt bedoelt de spanningbron stopcontact. Op het lichtnet staat altijd een spanning van 230 Volt. Vraag 5 Noem 5 apparaten die jullie thuis gebruiken die aangesloten zijn op een spanning van 230 V 5 apparaten die je thuis aansluit op het lichtnet/stopcontact met een spanning van 230 V: - wasmachine, - afwasmachine, - oven, - magnetron, - televisie - (ook apparaten met een adapter sluit je aan op 230 V, de adapter zet de spanning van 230 V om naar een lagere spanning die nodig is voor het apparaat wat je aansluit op de adapter) Vraag 6 Elk elektrisch apparaat heeft zijn eigen spanningsbron met bijbehorende spanning. Bijna alle apparaten thuis (zonder adapter) werken op 230 V. Een mobieltje werkt over het algemeen op een veel lagere spanning; tussen de 5 en de 10 V. Waarom zou dit zo zijn? Pagina 27

29 Een mobieltje heeft geen grote hoeveelheden energie nodig, een wasmachine wel. Over het algemeen geldt dat hoe lager de spanning hoe minder energie het apparaat verbruikt. Vraag 7 In welke vormen van energie wordt elektrische energie omgezet in een mobieltje? Welke vorm van energie ken je nog meer uit het vorige hoofdstuk? In een mobieltje wordt elektrische energie omgezet in; - stralingsenergie - warmte energie (bv wanneer je lang een spelletje speelt) - bewegings energie (wanneer de trilmodus begint te werken) Andere vormen van energie die je kent uit het vorige hoofdstuk; - chemische energie - kernenergie Vraag 8 Bekijk het filmpje over Energie nog eens uit het vorige hoofdstuk Welke energiebronnen worden er gebruikt voor het produceren van elektrische energie? Voor elektrische energie worden de volgende energiebronnen gebruikt: - steenkool - aardgas - Windenergie (bewegingsenergie) - de zon (zonnepanelen) - uranium (kernenergie) - maar ook afval (huisvuil) Vraag 9 Welke voordelen en nadelen hebben deze energiebronnen? Steenkool en aardgas zijn reletief goedkoop, steenkool is echter milieuvervuilend De zon en windenergie zijn niet altijd voor handen (aanwezig), zijn wel milieuvriendelijk Kernenergie geeft heel veel energie, maar geeft ook radioactief afval wat honderden jaren een gevaar vormt, en kans op kernramp (Fukushima) Afval is veel voor handen (goedkoop en ruimt op) maar is milieuonvriendelijk) Vraag 10 Leg in je eigen woorden uit wat je verstaat onder het begrip elektriciteit. Elektriciteit gebruik je om de energie uit de elektriciteitscentrale/batterij/lichtnet/accu te verplaatsen Pagina 28

30 naar een apparaat dat de energie verbruikt. Vraag 11 In de tekst 'Wat is elektriciteit' op blz 125 gesproken over dat er kennelijk iets beweegt bij elektriciteit. Wat beweegt er, en wat vervoeren deze deeltjes dan eigenlijk? Elektronen, dit zijn superkleine deeltjes de de energie transporteren. Vraag 12 Welke symbool heeft grootheid energie en in welke eenheid (en symbool) wordt dit uitgedrukt? Voor de grootheid Energie gebruiken we het symbool E met de eenheid Joule, symbool J. Vraag 13 Welk voordeel heeft een stopcontact van 230 V ten opzichte van een accu van 12 V als we het hebben over energie? De elektronen vervoeren bij 230 V meet energie dan bij een accu van 12 V en kan dus met minder stroom (elekektronen) de benodigde energie leveren aan een apparaat. Vraag 14 Reken de volgende waarden om in de bijbehorende eenheid: 12 V =.. kv V = kv mv =. V mv =. kv 8550 kj =. J 2,6 MJ =.. J 12 V = 12 / 1000 = 0,012 kv V = / 1000 = 380 kv mv = / 1000 = 15 V mv = / 1000 = 250 V / 1000 = 0,250 kv 8550 kj = 8550 x 1000 = J 2,6 MJ =.. J Pagina 29

31 Over dit lesmateriaal Colofon Auteur team NS Laatst gewijzigd 17 June 2016 om 12:59 Licentie Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om: het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden. Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie Aanvullende informatie over dit lesmateriaal Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar: Leerniveau VWO 2; HAVO 2; Leerinhoud en Energie; Techniek; Vormen van energie, energie-omzetting, transport, doelen opwekking, rendement en vermogen; Natuurkunde; Verbranden en verwarmen; Eindgebruiker leerling/student Moeilijkheidsgraad gemiddeld Bronnen Bron Werken in een elektriciteitscentrale. Energieverbruik film energieverbruik 2 De Stroomkring Serie- en Parallelschakeling. Type Video Video Video Video Video Pagina 30