Werkboek natuurkunde 3 havo

Transcriptie

1 Werkboek natuurkunde 3 havo Hoofdstuk 02: elektriciteit in huis Naam: Klas:

2 Fioretticollege 27 Werkboek natuurkunde 3V Experiment 2.1 Welke eigenschappen hebben geladen voorwerpen? Proef A Wrijven Vraag Inleiding Wat is elektrische lading? Je hebt in de tweede klas al wat geleerd over elektriciteit, maar wat elektriciteit precies is, bleef buiten beschouwing. En er zijn nog meer vragen. Wat doet een batterij? Wat stroomt er eigenlijk in een elektrische stroom? Wat is elektrische energie? In deze proef ontdek je wat over wat er stroomt in elektrische stroom. Waarschijnlijk heb jij ook wel eens geknetter gehoord als je bij droog weer een trui uittrekt. In het donker is het zelfs mogelijk dat je kleine vonkjes ziet. En met een kam kun je je haren overeind laten staan. In dit practicum ga je onderzoeken welke verschijnselen er kunnen optreden. App. Setje wrijfstaven met verschillende doekjes, confetti, watten plastic, zaagsel en aluminiumfolie. Statief Hanger voor staafje 1 Wrijf een pvc-buis met het wollen doekje. Houd de buis vlak bij de confetti, maar raak die niet aan. Wat gebeurt er? Conclusie een gewreven pvc-buis kan papier aantrekken Je kunt je nu een paar dingen afvragen: Kan dat alleen met PVC? Waarmee moet je wrijven? Kan het alleen bij papier? Op deze drie vragen ga je nu een antwoord proberen te vinden. 2 Wrijf de glazen staaf op met het wollen doekje. Kun je met deze staaf ook confetti aantrekken? Ja / Nee 3 Wrijf het perspex staafje op met het wollen doekje. Kun je met deze staaf ook confetti aantrekken? Ja / Nee 4 Neem ook een pen van jezelf. Wrijf deze op met het wollen doekje. Kun je met je pen ook confetti aantrekken? Ja / Nee 5 Het doekje waarmee je telkens wrijft, is gemaakt van wol. Probeer ook eens het papieren zakdoekje en het plastic. Schrijf de resultaten hieronder op:

3 Fioretticollege 28 Werkboek natuurkunde 3 havo 6 Wrijf de pvc-buis op en probeer of de andere materialen (watten, plastic, aluminiumfolie en hout) ook worden aangetrokken. Schrijf de resultaten hieronder op: 7 Laat een dun straaltje water uit de kraan lopen. Wrijf de pvc-buis goed op en houd deze naast het waterstraaltje. Beschrijf wat je ziet gebeuren: Door een voorwerp te wrijven is er iets aan veranderd. We zeggen, dat het voorwerp geladen is. Uit proeven is duidelijk gebleken dat een geladen voorwerp ongeladen voorwerpen kan aantrekken. Maar hoe zit het met de kracht tussen geladen voorwerpen onderling? 8 Hang de pvc-buis met behulp van het houdertje aan het statief. Wrijf één kant van dit buisje goed op en laat het stil hangen. Het mag niet tegen het statief aankomen. Wrijf nu het andere pvc-buisje en houd dit bij het hangende buisje aan de gewreven kant. Niet er tegenaan dus. Beschrijf wat er gebeurt: 9 Wrijf het hangende pvc-buisje weer op. Wrijf ook de perspex staaf op en houd deze bij de pvc-buis. Wat gebeurt er? 10 Wrijf weer de hangende pvc-buis op. Wrijf nu de glazen staaf op en houd deze bij de pvc-buis. Wat gebeurt er? 11 Vervang nu de pvc-buis aan het statief door de perspex staaf. Wrijf de andere perspex staaf op en houd deze erbij. Wat gebeurt er?

4 Fioretticollege 29 Werkboek natuurkunde 3V 12 Wrijf de hangende perspex staaf weer op. Wrijf ook het glazen staafje op en houd dit bij de perspex staaf. Wat gebeurt er? 13 Schrijf nu de resultaten op in onderstaande tabel: geef aantrekking aan met een rondje ο en afstoting met een kruisje x. pvc perspex glas pvc perspex 14 Je hebt kunnen zien dat er twee soorten krachtwerking zijn: aantrekking en afstoting. Daaruit concluderen we, dat er ook twee soorten lading zijn. Die noemen we positief (+) en negatief (-). De lading op glas is positief. Welke lading zit er op gewreven pvc? En welk soort lading op gewreven perspex? Ten slotte kun je nog twee conclusies uit de proeven trekken. Vul ze hieronder in. Gelijksoortige ladingen Ongelijksoortige ladingen

5 Fioretticollege 30 Werkboek natuurkunde 3 havo Experiment 2.1 Welke eigenschappen hebben geladen voorwerpen? Proef B: de Van de Graaff generator Vraag App. Wat is spanning? Van de Graaff generator, Tl-buis, statief, pvc-buis, elektroscoop, bol, staaf met papierstrook, draden. Inleiding Hoe kun je een voorwerp elektrisch opladen? We onderzoeken dit verschijnsel met een zg elektriseermachine. Hiernaast zie je een afbeelding van de Van de Graaff generator. De belangrijke onderdelen zijn de metalen kammen en de rubber rol. We onderzoeken eerst de werking van de generator. 1 Kun je aan de stand van de papieren pluim zien, of de kap van de generator geladen is of niet? Ja / Nee, want 2 We laten nu de rubber rol even draaien. Hoe blijkt nu dat de metalen kap van de generator geladen is? 3 We hangen nu een gewreven pvc-buis naast de kap. Wat voor soort lading zit er op de pvc-buis? Nu laten we de generator even draaien. Wat gebeurt er? Welke soort lading zit er dus op de kap?

6 Fioretticollege 31 Werkboek natuurkunde 3V 4 Blijkbaar is de generator in staat om lading vrij te maken en te verplaatsen. Hoe zou de generator die lading vrijmaken? En hoe wordt de lading verplaatst? 5 Als de generator niet draait, reageert de pvc-buis helemaal niet. De generator is dan ongeladen. Zit er dan helemaal geen lading in of op de generator? 6 De voet van de generator wordt nu verbonden met een metalen bol. Deze metalen bol wordt via een koperdraad verbonden met de voet van de generator. De bol wordt dan een stukje naast de kap van de generator geplaatst. We laten de generator draaien. Wat gebeurt er? Wat zie je gebeuren met de papieren pluim op de kap? Leg uit waarom dit gebeurt. Leg uit, waarom de bol van metaal moet zijn en waarom die bol met een metalen draad aan de voet moet worden verbonden. Wanneer ongelijksoortige lading zich op verschillende plaatsen bevindt, ontstaat er een elektrische spanning tussen die plaatsen. Deze spanning kunnen we meten met een spanningsmeter. Schrijf op hoe de spanning van de generator wordt bepaald.

7 Fioretticollege 32 Werkboek natuurkunde 3 havo 7 Een leerling gaat zich elektrisch opladen. Hoe kun je aan deze leerling zien dat hij geladen is? Als de leerling genoeg is opgeladen, zetten we de generator uit. De leerling laat nu de kap los. Is hij nu ook meteen van die lading af? Ja / Nee, want Hoe komt de leerling van de lading af? 8 We verbinden de Van de Graaff generator met de koperen bol via een tlbuis. Beschrijf wat je ziet. Wat gebeurt er met de elektrische lading in deze proef? Wat is de rol van de elektrische lading in deze proef dus precies?

8 Fioretticollege 33 Werkboek natuurkunde 3V Extra Stroom meten in een schakeling Bij de vorige proef heb je ontdekt dat elektrische stroom niets anders is dan bewegende lading. Wat er precies beweegt is heel erg klein. In een draad of in een tl-buis bewegen heel kleine geladen deeltjes. Deze deeltjes noemen we elektronen. Elektronen zijn duizenden malen zo klein als de moleculen die je vorig jaar bent tegengekomen. In paragraaf 2.3 kun je meer over elektronen lezen. Elektrische stroom kun je ook meten. In deze proef ga je leren hoe dat gaat. Voordat we echt met meten gaan beginnen moeten we eerst even een paar afspraken maken. Werken met elektriciteit kan namelijk gevaarlijk zijn. Wij werken met zulke lage spanningen dat het niet gevaarlijk is. Toch is het belangrijk dat je de wel nauwkeurig met de apparatuur omgaat want bij verkeerde schakelingen kan de apparatuur wel beschadigen. Daarom hier nog even een paar aanwijzingen. * Als je een schakeling bouwt kijk dan goed naar het schakelschema en bouw het nauwkeurig na. * Werk overzichtelijk en gebruik verschillende kleuren draden. Het is een goede gewoonte om bij de +kant van de spanningsbron te beginnen met een lange rode draad en bij de kant te eindigen met een lange zwarte draad. * Wacht met het inschakelen van de spanningsbron altijd totdat je schakeling door de docent of door de TOA is gecontroleerd. In de schakelschema s gebruiken we verschillende symbolen voor de onderdelen die we gebruiken. Hiernaast zie je de symbolen die we het eerst zullen gebruiken. Een elektrische energiebron kan een batterij zijn maar ook een voedingskastje (zie volgende bladzijde). Vaak staat er een schuine pijl door het symbool van een voedingskastje om aan te geven dat het een energiebron is waarvan je de waarde kan veranderen.

9 Fioretticollege 34 Werkboek natuurkunde 3 havo Het voedingskastje: Op school hebben we verschillende soorten voedingskastjes die er allemaal net even anders uitzien. Toch hebben alle voedingskastjes de volgende onderdelen: (a) Twee aansluitbussen waarin de stekkers van de draden passen. (b) Een regelknop waarmee de sterkte van het voedingskastje kunt regelen. (c) Een meter die aangeeft op welke waarde je het kastje hebt ingesteld (kan ook een digitale meter zijn). (d) Een aan/uit knop, meestal voorzien van een lampje. (e) Een snoer met een stekker voor een gewoon stopcontact De stroommeter (of ampèremeter): De meter die wij als stroommeter gebruiken is eigenlijk een multimeter (je kunt er ook spanningen en weerstanden mee meten.) Hij ziet er ongeveer uit zoals in het plaatje hiernaast. Aan de bovenkant zitten de aansluitbussen voor de draden. Er moet altijd één draad in de aansluiting waar COM of bij staat. Als je de multimeter als stroommeter gebruikt moet de andere draad altijd in de aansluitbuis waar A bij staat. Luister verder goed naar de uitleg van de TOA over hoe je de meter moet aansluiten en aflezen.

10 Fioretticollege 35 Werkboek natuurkunde 3V Vraag Stroom meten in een schakeling Hoe kun je elektrische stroom meten en welke regels gelden er voor stroom in een schakeling? App. Voedingskastje, stroommeter, 3 lampjes (2 van L 1 =3,5V en 1 van L 2 =6V), snoeren. 1 Zet het voedingskastje op 6 V. Verander de stand niet meer bij proef 1! Maak Schakeling A Meet de Stroom Maak Schakeling B Meet de Stroom Maak Schakeling C Meet de Stroom I = I = I = Conclusie: In een serieschakeling 2 Zet het voedingskastje nu op 3,5 V!!! Maak Schakeling D Meet de Stroom Maak Schakeling E Meet de Stroom Maak Schakeling F Meet de Stroom I = I = I = Conclusie: In een parallelschakeling geldt voor de stromen:

11 Fioretticollege 36 Werkboek natuurkunde 3 havo Huiswerkopdrachten 2.2 Lading 1. Ga naar a. Van welk metaal is de gloeidraad van een lamp gemaakt? Zoek naar periodiek systeem. Je kunt daar elementen aanklikken om hun eigenschappen te weten te komen. b. Zoek de symbolen van koper en ijzer op. c. Zoek de smeltpunten van koper en ijzer op. d. Leg uit waarom men niet koper of ijzer gebruikt om de gloeidraad van een lamp te maken. 2. Op een verjaardagspartij wrijf je een ballon tegen je trui. Daarna houd je deze ballon tegen het raam. Hij blijft aan het raam plakken. a. Welke eigenschap heeft de ballon gekregen door het opwrijven? b. Waardoor is die eigenschap ontstaan? 3. Ga naar phet.colorado.edu (zonder www dus). Dit is de site van een school in Colorado, USA, die veel applets heeft. Klik op Browse Sims en daarna op Physics. Kies in het lijstje links Electricity, Magnets and Circuits. Kies hier Balloons and Static Electricity. Neem eerst één ballon. Zorg ervoor dat je alle ladingen zichtbaar hebt. Je kunt de ballon met de muis bewegen. Als je de ballon loslaat, dan beweegt hij door de elektrische kracht. a. Hoe kun je zien dat de trui niet geladen is? Je kunt de ballon opladen door hem over de trui te wrijven. b. Waarom gaat de lading die op de ballon komt er niet weer vanaf? c. Wat gebeurt er als je de ballon tegen de muur houdt?

12 Fioretticollege 37 Werkboek natuurkunde 3V d. Waarom gaat de lading van de muur niet op de ballon? e. Laat de ballon tussen de trui en de muur los. Welke kant gaat de ballon op? Hoe kun je zien dat de kracht op de ballon steeds groter wordt? Reset de applet en kies dan twee ballonnen. Laad de gele ballon op en de blauwe wat minder. f. Laat de ballonnen tussen de trui en muur los. Wat gebeurt er? Kun je dat verklaren? 4. Beantwoord de volgende vragen. a. Wat is het symbool van lading? b. Wat is de eenheid van elektrische lading? Geef naam en symbool. c. Wat is het symbool van kracht? d. Wat is de eenheid van kracht? Geef naam en symbool. 5. Een magneet en een opgewreven pen kunnen allebei een kracht uitoefenen op andere voorwerpen. Leg uit of dit dezelfde soort kracht is. 6. Je hebt een glazen staaf opgeladen met een lading Q glas =24 mc. En je hebt een pvc-buis opgeladen met Q pvc = 36 mc. a. Je strijkt eerst de glazen staaf op een metalen bol af en daarna de pvc-buis. Leg uit hoeveel lading er dan op de metalen bol zit. b. Je wil de bol weer elektrisch neutraal maken. Wat moet je daarvoor doen?

13 Fioretticollege 38 Werkboek natuurkunde 3 havo 7. Je wrijft een pvc-buis op met een wollen lapje. a. Welke soort lading komt er op de pvc-buis? b. Hoeveel lading had de pvc-buis voordat je begon met wrijven? c. Waar komt de lading op de pvc-buis vandaan? d. Hoe groot is de lading van het lapje als er 30 μc op de pvc-buis zit? 8. Je aait de kat. De kat gaat een beetje knetteren. Als je even later de deurknop aanraakt voel je een klein schokje. Geef een verklaring voor het schokje dat je krijgt. 9. Ga naar Zoek onweer en bliksem op. a. Welke lading heeft een onweerswolk? En welke lading heeft de Aarde dan? b. Hoe loopt de stroom in de bliksemschicht die de Eiffeltoren treft? 10. Ga naar phet.colorado.edu. Klik op Browse Sims en daarna op Physics. Kies in het lijstje links Electricity, Magnets and Circuits. Kies hier John Travoltage. a. Hoe kan John zich elektrisch laden? b. Waarom gaan de elektronen allemaal aan de buitenkant van John zitten? c. Zoek uit of je meer lading op John kunt krijgen door de afstand tussen John s hand en de deurknop te veranderen.

14 Fioretticollege 39 Werkboek natuurkunde 3V 11. Ga naar de site van het boek. Bekijk het onderdeel Veilig bij onweer. Schrijf twee voor jou nieuwe en belangrijke weetjes op. 12. Beantwoord de volgende vragen. a. Geef de definitie van elektrische stroom. b. Door een dunne en een dikke draad loopt allebei een stroom van 0,34 A. In welke draad stroomt de lading sneller? Leg uit. c. In een draad naar een lamp zit een dun stukje, waar de dikte maar half zo groot is. Door het dikke deel van de draad loopt een stroom van 0,6 A. Hoeveel stroom loopt er in het dunne stukje? 13. In een draad naar een stofzuiger loopt een stroom van 5,1 A. a. Hoeveel lading passeert er in 1 seconde? b. Hoeveel lading is er na 12 s gepasseerd? c. Hoe lang duurt het voordat er 100 C is gepasseerd? 14. Door een lampje loopt een stroom van 50 ma. Bereken hoeveel lading er in 1 minuut door de lamp passeert. 15. Een dvd-speler speelt een film van 1,5 uur af. De stroom door het apparaat is 1,2 A. Bereken hoeveel lading er door de dvd-speler is gepasseerd tijdens het afspelen van de film.

15 Fioretticollege 40 Werkboek natuurkunde 3 havo 16. Beantwoord de volgende vragen: a. Wat zijn de scheikundige symbolen voor waterstof, ijzer, natrium, koper, koolstof, zilver en chloor? b. Welke namen horen bij K, O, Au, U, H, Co? 17. Welke elementen uit vraag 16 zijn metalen? 18. Ga naar de site en kies in de linkerkolom "Periodiek systeem". Beantwoord de volgende vragen: a. In welke groepen worden de atoomsoorten ingedeeld? b. Hoeveel atoomsoorten staan er in dit periodiek systeem? c. Hoeveel verschillende metalen zijn er? d. Wanneer zijn de metalen met nummers 26, 79 en 111 ontdekt? e. Welk metaal van vraag d kan niet door Tom Lehrer in zijn Elementsong genoemd zijn? 19. Hiernaast staat een model van een suikermolecuul. Geef de molecuulformule. 20. Koperblok A is positief geladen met Q=1000 mc. Nikkelblok B is negatief geladen met Q= 500 mc. a. Teken een plaatje van de situatie. Geef de ladingen duidelijk aan. A en B worden met een metaaldraad verbonden. Er gaat lading stromen. b. Hoeveel lading gaat er stromen en in welke richting?

16 Fioretticollege 41 Werkboek natuurkunde 3V 21. Ga naar de site van het boek. Bekijk het onderdeel Metaalatomen onder de loep. a. Hoe zijn de elektronen die van atoom naar atoom kunnen springen getekend in het model? b. Zijn de metaalatomen geladen? c. Waaraan is de lading van de atoomkern gelijk? d. Hoe bewegen de elektronen in het metaal? e. Door een koperdraad loopt een elektrische stroom. Leg uit of de koperdraad dan elektrische geladen is. 22. Glas, pvc en perspex zijn isolators. Ze kunnen wel worden opgeladen. a. Welke lading krijgt glas door te wrijven? b. Hoe komt die lading op het glas? 23. Doe op de site van het boek de opdracht Geleiders en isolatoren.

17 Fioretticollege 42 Werkboek natuurkunde 3 havo Intermezzo Energie en energieomzettingen Energie is een moeilijk begrip. Je kunt energie niet voelen, zien of ruiken. Toch weet je of je energie genoeg hebt om iets te doen; als je geen energie meer hebt, dan ben je moe. Je hebt blijkbaar energie nodig om te kunnen leven en bewegen. Energie is dus nodig voor beweging, vervorming, verwarming en straling. Omgekeerd zijn beweging, vervorming, warmte en straling vormen van energie. Energie kan voorkomen in energiebronnen. Voorbeelden hiervan zijn batterijen, benzine en de zon. Een energiebron is dus een stof of een voorwerp waarin energie is opgeslagen. Uit een energiebron kan energie komen. Het hoeft dus niet. Omdat een batterij (en ook het stopcontact) elektrische stroom nodig hebben om hun energie af te geven, noemen we dit soort bronnen elektrische energiebronnen. Steenkool, aardgas en aardolie zijn fossiele energiebronnen. Bij het verbranden van gas en benzine maar ook bij het verbranden van voedsel treden scheikundige reacties op. We noemen het daarom chemische energiebronnen. De energie in een bron is te meten. Energie is een natuurkundige grootheid. Het symbool voor energie is E. De eenheid die bij energie hoort is de joule met symbool J. Een joule is een kleine hoeveelheid energie. Je hebt ongeveer 1 J energie nodig om een mobieltje dat op de grond is gevallen op tafel te leggen. Vaak worden dan ook grotere eenheden van energie gebruikt: 1 kj (= 1000 J = J) en 1 MJ (= J). Op een pak halfvolle melk staat bijvoorbeeld: Bevat 200 kj (48 kcal) per glas van 100 ml. Een oude eenheid van energie die nog wel gebruikt wordt, is de calorie. Vooral bij voedingsmiddelen is deze eenheid erg belangrijk. Mensen die willen lijnen kunnen een calorieëndieet volgen. Er geldt 1 calorie = 4,2 joule en 1 kcal = 4,2 kj. Een energiesoort is een algemene term voor een bepaalde vorm van energie. Er zijn 9 energiesoorten. chemische energie (E ch ) Chemische energie zit in alle brandstoffen. Als je de brandstoffen verbrandt komt de chemische energie eruit. Voedsel is ook een vorm van chemische energie. bewegingsenergie (E bew ) Alle voorwerpen die in beweging zijn hebben bewegingsenergie. Een vrachtauto die 50 km/h rijdt heeft meer bewegingsenergie dan een Smart die 50 km/h rijdt en een Smart die 100 km/h rijdt heeft meer bewegingsenergie dan de Smart van 50 km/h. Ook bewegende lucht heeft bewegingsenergie. Windenergie is dus een vorm van bewegingsenergie. Geluid is trillende dus bewegende lucht en heeft dus ook bewegingsenergie. veerenergie (E v ) Een uitgerekte of ingedrukte veer heeft deze energie. Met deze energie kun je bijvoorbeeld een balletje in een flipperkast wegschieten. Ook een gespannen katapult of boog en de samengeperste lucht in een luchtbuks bevatten veerenergie. zwaarte-energie (E z ) Alle voorwerpen die zich boven het aardoppervlak bevinden hebben zwaarte-energie. Een schooltas heeft op de 4 e verdieding meer zwaarte-energie dan op de 1 e verdieping. Opmerking: Zwaarte-energie, bewegingsenergie en veerenergie noemt men mechanische energieën. De term mechanische energie is dus een verzamelnaam voor E z, E bew en E v.

18 Fioretticollege 43 Werkboek natuurkunde 3V warmte (Q) Warmte is de meest bekende vorm van energie. Een ander woord voor warmte is thermische energie. elektrische energie (E el ) Elektrische energie zit in elektrische stroom. magnetische energie (E m ) IJzeren voorwerpen die zich in de buurt van een magneet bevinden kunnen gaan bewegen; ze bevatten dus energie. stralingsenergie (E str ) Zichtbaar licht is een vorm van stralingsenergie, maar ook andere vormen van straling hebben deze energie. Denk aan magnetronstraling, UV-straling, radiogolven en röntgenstraling. Kernenergie (E kern ) Deze energie zit in atoomkernen. Door deze kernen te splijten kan de energie eruit komen. Energie komt voor in verschillende vormen maar het is allemaal energie. Energie kan van een voorwerp op een ander voorwerp worden overgedragen (denk aan een biljartbal die op een andere botst). Energie kan ook van vorm veranderen. De energie wordt dan omgezet in een andere vorm van energie. Als je een balletje in een flipperkast wegschiet wordt veerenergie omgezet in bewegingsenergie. Voor iedere energieoverdracht en/of omzetting geldt dat de verdwijnende energie even groot is als de energie die er ontstaat. Talloze experimenten hebben aangetoond dat de totale hoeveelheid energie nooit groter of kleiner kan worden. Dit is de belangrijkste wet uit de natuurkunde. Wet van behoud van energie (WBE): De totale h De hoeveelheid energie blijft altijd even groot. Soms lijkt het wel of er energie zomaar verdwijnt. Je laat een tennisbal vallen en hij gaat stuiteren. De bal komt uiteindelijk stil op de grond te liggen: de oorspronkelijke zwaarte-energie is dus weg. In welke energiesoort is het veranderd? Niet in bewegingsenergie, want de bal ligt stil. De oorspronkelijke zwaarte-energie is nu allemaal omgezet in warmte. Doordat dit een tijdje duurde heeft de tennisbal de warmte ook nog doorgegeven aan de lucht en je zult geen merkbare temperatuurstijging aan de bal kunnen meten. Bij een squashballetje, dat je hard tegen de muur ramt, kun je de temperatuurstijging wel meten omdat de energieomzetting daar veel sneller gebeurt. Bij alle energieomzettingen wordt altijd een deel van de energie omgezet in warmte. Dit komt omdat er altijd wrijving bij de omzetting optreedt.

19 Fioretticollege 44 Werkboek natuurkunde 3 havo Huiswerkopdrachten Energie en energieomzettingen 24. Noem vijf energiesoorten en de bijbehorende bronnen. energiesoort bron 25. Kirsten van vijf jaar heeft elke dag 7000 kj energie nodig. a. Reken om: 7000 kj = MJ b. Reken uit hoeveel glazen van 200 ml Kirsten moet opdrinken, als zij alle energie uit halfvolle melk moet halen. Kirsten drinkt liever volle melk. Dan heeft zij 13 glazen (van 200 ml) per dag nodig. c. Reken uit hoeveel energie er dus in 1 L volle melk zit. d. Slaat vol in halfvolle en volle melk op de energie in de melk? Geef uitleg! 26. Welke energieomzettingen vinden er plaats in: a. een elektrische kookplaat? b. een bromfietsmotor? c. een luidspreker? d. een gloeilamp? e. een opwindwekker? f. een elektrische mixer? g. een waterkrachtcentrale? h. een magnetron? i. een auto die met constante snelheid tegen een helling op rijdt?

20 Fioretticollege 45 Werkboek natuurkunde 3V j. een fietser die zonder te trappen van een helling af rijdt en steeds sneller gaat rijden? k. een auto die een noodstop moet maken voor een overstekende eend? 27. Een elektrisch kacheltje neemt in 1 minuut 60 kj elektrische energie op. Hoeveel warmte komt er dan in 1 minuut in de kamer bij? 28. Een gloeilamp gebruikt in 1 uur 360 kj aan elektrische energie. a. Hoeveel stralingsenergie en warmte samen geeft de lamp dan in 1 uur? De lamp blijkt in 1 uur maar 18 kj aan stralingsenergie te leveren. b. Hoeveel warmte geeft de lamp dan in 1 uur? Een tl-buis heeft voor dezelfde hoeveelheid stralingsenergie als de gloeilamp per uur maar 90 kj nodig. c. Hoeveel warmte levert de tl-buis in 1 uur? 29. Als het licht van je fiets aan staat (en het licht niet op batterijen werkt) moet je harder trappen. Leg uit waarom. 30. Een stofzuigerfabrikant maakt reclame met het energiegebruik van zijn stofzuigers: Onze stofzuigers gebruiken per seconde geen 800 J maar 1200 J. Wat vind jij van deze reclame?

21 Fioretticollege 46 Werkboek natuurkunde 3 havo Experiment 2.2 Geschakelde spanningsbronnen Vraag App. Welke eigenschappen hebben geschakelde spanningsbronnen? Batterijhouder met twee batterijen, snoeren, voltmeter Uitvoering: 1 Haal de middelste batterij uit de houder en leg die opzij. Meet de spanning van elke batterij afzonderlijk: Kijk op bladzijde 41 in het leerboek hoe je een spanningsmeter moet aansluiten! Batterij links rechts U (V) 2 We gaan de batterijen in serie zetten. Dat kan op drie manieren. Meet iedere keer weer de spanning over de combinatie van batterijen. Verbind de min van de ene batterije met de plus van de andere batterij. Meet de spanning Verbind de plus van de ene batterije met de plus van de andere batterij. Meet de spanning Verbind de min van de ene batterije met de min van de andere batterij. Meet de spanning 3 U = U = U = We gaan de batterijen parallel zetten. Dat kan op twee manieren. Meet iedere keer weer de spanning over de combinatie van batterijen. Verbind de plus van de ene batterije met de plus van de andere batterij. Verbind de min-aansluitingen met elkaar Meet de spanning Dit mag dus helemaal nooit!!! Waarom niet?? U =

22 Fioretticollege 47 Werkboek natuurkunde 3V Huiswerkopdrachten 2.3 Spanningsbronnen 31. Op een lampje staat 6 V/0,050 A. Je sluit het lampje aan op een batterij van 6 V. a. Wat betekent het dat de batterij een spanning heeft van 6 V? Gebruik in je antwoord de woorden stroom, energie en seconde. b. Bereken hoeveel energie er per seconde in het lampje aankomt. 32. De accu van een auto levert een spanning van 12 V. Als de lampen branden, dan laat de accu een stroom van 2,7 A naar de lampen lopen. Bereken hoeveel energie de accu in een kwartier levert. 33. Een koffiezetapparaat gebruikt in 1 minuut 60 kj energie. Het koffiezetapparaat is aangesloten op het stopcontact. a. Bereken hoeveel energie in 1 seconde wordt gebruikt. b. Hoeveel spanning levert het stopcontact? c. Hoeveel energie levert het stopcontact aan een stroom van 1 A in 1 s? d. Bereken de stroomsterkte in het snoer naar het koffiezetapparaat. 34. Op elke batterij staat aangegeven wat de pluspool is. Waarom is dit bij stopcontacten niet gedaan? 35. De elektriciteitscentrale levert een spanning van 5 kv. Hoeveel keer zoveel is dat als de spanning van het stopcontact?

23 Fioretticollege 48 Werkboek natuurkunde 3 havo 36. In een zonnepaneel zitten veel zonnecellen. Bij goed zonnig weer kan een zonnecel een spanning van 2,4 V leveren. Een strandtent aan de Costa Brava wil met zonnecellen een spanning van 230 V opwekken. a. Hoeveel zonnecellen zijn er dan nodig in het zonnepaneel? b. Hoe moeten die zonnecellen geschakeld zijn in het zonnepaneel? c. In het zonnepaneel blijken 4 keer zoveel zonnecellen te zitten als jouw antwoord bij vraag a. Leg uit hoe die zonnecellen dan geschakeld zijn en waarom dat nodig is. 37. Je sluit lampje 1 aan op een batterij van 4,5 V. Er loopt dan een stroom van 35 ma door het lampje. Dan sluit je lampje 2 parallel aan op de batterij. De batterij levert nu een stroom van 60 ma. a. Teken de schakeling. b. Hoeveel spanning staat er over lampje 2? c. Hoeveel stroom loopt er door lampje 2? 38. Je hebt twee lampjes, een batterij en een schakelaar. Teken een schakeling die aan de volgende eisen voldoet: I. met de schakelaar moet je beide lampen aan en uit kunnen schakelen. II. als één lampje stuk gaat, moet het andere lampje blijven branden. 39. Je hebt twee lampjes, een batterij, een schakelaar en een spanningsmeter. Teken een schakeling die aan de volgende eisen voldoet: I. met de schakelaar moet je beide lampen aan en uit kunnen schakelen. II. als één lampje stuk gaat, dan gaat het andere lampje ook uit. III. met de spanningsmeter meet je de spanning over één lampje.

24 Fioretticollege 49 Werkboek natuurkunde 3V 40. Je hebt twee lampjes, een batterij, een schakelaar en een stroommeter. Teken een schakeling die aan de volgende eisen voldoet: I. met de schakelaar moet je één lampje aan en uit kunnen schakelen II. het andere lampje blijft steeds branden. III. met de stroommeter meet je de stroom door het lampje dat je aan en uit kunt schakelen. 41. Je hebt een zaklantaarn waar drie batterijen in moeten. Je doet er drie nieuwe batterijen in. Het lampje blijkt maar zwak te branden. Leg uit, wat je verkeerd kan hebben gedaan. 42. Johan Cruijff heeft eens gezegd: Elk nadeel heb ze voordeel. Zo ook batterijen. Je koopt een zaklantaarn. Je kunt er oplaadbare batterijen in doen of wegwerpbatterijen. a. Noem twee voordelen van oplaadbare batterijen ten opzichte van wegwerpbatterijen. b. Noem twee voordelen van wegwerpbatterijen in vergelijking met oplaadbare batterijen. 43. Je kunt nu op de site van het boek Deeltoets 1 maken.

25 Fioretticollege 50 Werkboek natuurkunde 3 havo Experiment 2.3 Verband tussen spanning en stroomsterkte Vraag Wat is het verband tussen de spanning en de stroomsterkte bij een constantaandraad en bij een gloeilampje? App. Constantaandraad, gloeilampje 6V, voltmeter, ampèremeter, voedingskastje, snoeren. Inleiding In dit experiment bepaal je met behulp van de schakeling hiernaast de stroom en de spanning door verschillende voorwerpen. Dit doe je bij verschillende waarden van de spanning. Het doet er niet toe, dat je de spanningsbron precies op 1,00 V afstelt. Zorg wel dat je metingen doet in de buurt van de 0 V, 1 V, 2 V, 3 V, 4 V, 5 V en 6 V. 1 Bouw de schakeling met de constantaandraad. LAAT DE SCHAKELING CONTROLEREN!!! Meet stroom en spanning. Vul deze in de tabel in. 2 Vervang de constantaandraad door het lampje en herhaal de metingen. Meting 1, draad U U(V) I(A) I Meting 2, lampje U U(V) I(A) I 3. Deel de gevonden spanning (in volt) door de stroomsterkte (in ampère). Noteer dit quotiënt in kolom 3 van de tabellen. Wat valt je op?

26 Fioretticollege 51 Werkboek natuurkunde 3V a) Eén grafiek hoort een rechte lijn te zijn, de ander niet. Bij welk component hoort de rechte lijn? U(V) b) Hoe heet zo n verband waarbij de grafiek een rechte lijn door O is? c) Bepaal uit de grafiek de evenredigheidsconstante = hellingsgetal. d) Kijk naar de tabel. Wat valt je op, wanneer je naar punten kijkt die precies op de rechte lijn liggen? 0 0 I (ma) e) Voor een constantaandraad geldt: wanneer je de spanning twee maal zo groot maakt, dan wordt de stroomsterkte: ook twee maal zo groot / minder dan twee maal zo groot / meer dan twee maal zo groot. f) Voor een gloeilamp geldt: wanneer je de spanning twee maal zo groot maakt, dan wordt de stroomsterkte: ook twee maal zo groot / minder dan twee maal zo groot / meer dan twee maal zo groot.

27 Fioretticollege 52 Werkboek natuurkunde 3 havo Extra Experiment: Weerstand meten Vraag Hoe kun je elektrische weerstand meten? App. Spanningsbron, weerstand R 1 en R 2, stroommeter, spanningsmetermeter, lampje. 1 Maak de schakeling: Stel de spanning steeds in op de aangegeven waarde (aflezen op de gele spanningsmeter, niet op de spanningsbron). Vul de gemeten waarde van de stroom in de tabel in (Let op in ma). Teken daarna de grafiek. R 1 U (V) I (ma) R 1 I (ma) R 2 I (ma) U (V) 2 Herhaal meting 1 met R 2 in plaats van R 1. Maak ook van R 2 een grafiek in hetzelfde diagram. Bereken weerstand R 1 : Bereken weerstand R 2 : Hoe blijkt uit de grafieken dat R 2 groter is dan R 1?

28 Fioretticollege 53 Werkboek natuurkunde 3V 3 Maak de schakeling met een 6V lampje: Stel de spanning steeds in op de aangegeven waarde. Vul de gemeten waarde van de stroom in de tabel in. Teken daarna de grafiek. U (V) I (ma) I (ma) U (V) Hoe blijkt uit de grafiek van het lampje dat de weerstand van het lampje niet constant is? Bereken de weerstand van het lampje bij U = 1,3 V: Bereken de weerstand van het lampje bij U = 5,7 V: Verklaar het verschil.

29 Fioretticollege 54 Werkboek natuurkunde 3 havo Huiswerkopdrachten 2.4 Weerstand 43. Je hebt een batterij die een spanning levert van 1,5 V. Je sluit eerst lampje A aan. Er loopt dan een stroom van 30 ma door het lampje. Daarna sluit je lampje B aan. Door lampje B loopt dan 20 ma stroom. Welk lampje heeft de grootste weerstand? 44. Je sluit lampje C aan op een spanningsbron. Er loopt 40 ma door het lampje. Daar is een spanning van 1,5 V voor nodig. Dan sluit je lampje D aan. Om 40 ma door lampje D te laten lopen is een spanning van 1,2 V nodig. Welk lampje heeft de grootste weerstand? 45. Op een practicumlampje staat op de fitting vermeld: 6 V/50 ma. a. Wat betekent dat? b. Bereken de weerstand als het lampje wordt aangesloten op een spanning van 6 V. 46. Op een gloeilamp staat: 230 V/0,4 A. Bereken de weerstand van deze gloeilamp. 47. Lampje A heeft een weerstand van 25 Ω. Lampje B heeft een weerstand van 40 Ω. Beide lampjes worden parallel aangesloten op een spanningsbron van 3 V. a. Bereken de stroom door lampje A.

30 Fioretticollege 55 Werkboek natuurkunde 3V b. Bereken de stroom door lampje B. c. Hoeveel stroom moet de spanningsbron leveren? 48. Je sluit een lampje eerst aan op een spanningsbron van 3 V. Er loopt dan 30 ma stroom. Dan verhoog je de spanning naar 6 V. Dan loopt er 50 ma door het lampje. a. In welke situatie heeft het lampje de meeste weerstand? b. Geef een verklaring voor dit verschijnsel. 49. Je kunt de wet van Ohm op twee manieren formuleren: I spanning en stroomsterkte zijn recht evenredig met elkaar. II de weerstand reken je uit met de U Rformule I Vul met een kruisje in de tabel in of alleen de evenredigheid geldt of alleen de formule of allebei: weerstand Constantaandraad Lampje koperdraad Evenredigheid formule 50. Een lampje is aangesloten op een spanningsbron. Het lampje heeft een weerstand van 12 Ω. Met een stroommeter meet men dat de stroom door het lampje 0,25 A is. a. Teken de schakeling. b. Met een spanningsmeter meet men de spanning over het lampje. Teken de spanningsmeter in de schakeling. c. Bereken hoeveel de spanningsmeter meet. 51. Doe op de site van het boek de opdracht Wet van Ohm.

31 Fioretticollege 56 Werkboek natuurkunde 3 havo Experiment 2.5: Regels voor spanning in een schakeling Vraag App. Welke regels gelden er voor elektrische spanningen in een schakeling? Voedingskastje, voltmeter, ampèremeter, snoeren, twee lampjes (3,5V) 1 Maak de schakeling. Let op: in deze schakeling blijft de schakelaar open. Meet de stroom I = Meet de spanning tussen A en B: U AB = Meet de spanning tussen B en C: U BC = Meet de spanning tussen C en D: U CD = 2 Sluit de schakelaar in schakeling 1. Let op: in deze schakeling zet je de schakelaar dicht. Meet de stroom I = Meet de spanning tussen A en B: U AB = Meet de spanning tussen B en C: U BC = Meet de spanning tussen C en D: U CD =

32 Fioretticollege 57 Werkboek natuurkunde 3V 3 Maak de schakeling 3 Meet de stroom I = Meet de spanning tussen A en B: U AB = Meet de spanning tussen B en C: U BC = 3 Maak de schakeling 4. Meet de stroom I = Meet de spanning tussen A en B: U AB = Meet de spanning tussen B en C: U BC = Meet de spanning tussen C en D: U CD = 4 Conclusie: De spanningen in een serieschakeling: De spanningen in een parallelschakeling:

33 Fioretticollege 58 Werkboek natuurkunde 3 havo Huiswerkopdrachten 2.6 Parallelschakelingen 52. In stacaravan zijn alle apparaten aangesloten op één zekering van 3 A. In de caravan brandt een lamp (0,3 A), er staat een televisie aan (0,8 A), en de koelkast gaat aan (1,0 A). Op dat moment wil je gaan strijken met strijkbout die 2,5 A nodig heeft. a. Waaruit blijkt, dat alle apparaten parallel zijn aangesloten? b. Leg uit waarom de stop stuk springt. c. Wat moet je doen om toch te kunnen strijken? 53. In huis zitten er in de meterkast vier groepen. Elke groep heeft een zekering van 16 A. a. Wat betekent de aanduiding 16 A op een zekering? b. Waarom heeft men vier groepen gemaakt in plaats van alles op één zekering van 64 A aan te sluiten? c. Waarom zijn de wasmachine en droger op een aparte groep aangesloten? d. De meeste mensen spreken over een stop in plaats van over een zekering. Leg dit spraakgebruik uit. 54. Ga naar de site van het boek en doe de opdracht Overbelasting. 55. Je wilt een tosti maken. Je zet het elektrische tostiapparaat aan. Dan gaat de zekering stuk. Maar gisteren gebeurde er niets toen je hetzelfde deed. Geef een mogelijke verklaring.

34 Fioretticollege 59 Werkboek natuurkunde 3V Experiment 2.6 A Vermogen deel 1 Vraag App. Inleiding Hoe meet je het vermogen van elektrische apparaten? kwh-meter, stopcontact, diverse gloeilampen, stofzuiger, koffiezetapparaat Onder vermogen verstaan we de energie die per seconde wordt geleverd of verbruikt. Formule: In deze proef gaan we van een paar elektrische apparaten meten hoe lang ze doen over het verbruik van een bepaalde hoeveelheid energie. De hoeveelheid elektrische energie meten we met een kilowattuurmeter. Eerst even rekenen: 1 kilowattuur (kwh) = J De draaischijf van de kilowattuurmeter maakt omwentelingen als er 1 kwh is gebruikt. Dus 1 omwenteling komt overeen met J We sluiten steeds een apparaat op de kwh-meter aan en tellen hoeveel omwentelingen de kwh-meter maakt in ongeveer 1 minuut. Je zet eerst het apparaat aan. Wanneer de rode streep de eerste keer voorbijkomt roep je start en de ander drukt de stopwatch in. Je telt hoeveel keer de rode streep voorbijkomt. Wanneer hij na ongeveer een minuut weer precies bij het beginpunt is roep je stop en drukt de ander de stopwatch weer in. apparaat aantal omwentelingen energie (J) tijd (s) vermogen (W)

35 Fioretticollege 60 Werkboek natuurkunde 3 havo Extra Experiment 2.6 B Vermogen deel 2 (demo) Vraag App. Hoe meet je het vermogen van elektrische apparaten? Stopcontact, stroommeter, spanningsmeter. In deze proef bepalen we het vermogen van een aantal apparaten door de spanning en de stroom te meten. apparaat U(V) I(A) P(W) Welke stille gebruikers zijn er bij jou thuis?

36 Fioretticollege 61 Werkboek natuurkunde 3V Extra Experiment 2.6 C Vermogen deel 3 Vraag App. Hoe bereken je elektrisch vermogen in een schakeling? Batterij, twee identieke 3,5V lampjes, draden, stroommeter De spanning één batterij is 3,6 V. 1 Maak schakeling A Meet de stroom: I = Bereken het vermogen: P = 2 Maak schakeling B De lampjes branden feller /even fel / minder fel vergeleken met schakeling A Meet de stroom: I = Bereken het vermogen: P = 3 Maak schakeling C De lampjes branden feller /even fel / minder fel vergeleken met schakeling A Meet de stroom: I = Bereken het vermogen: P = Conclusie: Het vermogen dat de spanningsbron moet leveren in een schakeling is dus evenredig met en met

37 Fioretticollege 62 Werkboek natuurkunde 3 havo Huiswerkopdrachten 2.7 Vermogen en energie 56. Een televisietoestel heeft een vermogen van 200 W. a. Wat betekent dat? b. Bereken hoeveel energie het televisietoestel in 10 minuten verbruikt. 57. Je leest op 1 oktober de stand van de kilowattuurmeter af. Hij staat op kwh. Een jaar later lees je de meter opnieuw af. Hij staat nu op kwh. Eén kwh kost 0,16. Bovendien moet je iedere maand 12,00 betalen voor het gebruik van de meter. Bereken hoeveel je dat jaar aan het energiebedrijf moet betalen voor de gebruikte elektrische energie. 58. Een strijkbout is aangesloten op het lichtnet. Door de strijkbout loopt een stroom van 3,2 A. Bereken het vermogen van de strijkbout. 59. Reken om: a. 350 J = kj b J = MJ c. 460 kj = MJ d. 2,3 MJ = kj e. 0,6 MJ = J 60. Reken om: a. 2 kwh = J b. 38 kwh = J c. 450 Wh = J d J = kwh e J = kwh f. 4, J = kwh

38 Fioretticollege 63 Werkboek natuurkunde 3V 61. Je strijkt een was met een strijkbout van 600 W. Onder het strijken heb je de radio van 150 W aanstaan en er brandt een lamp van 60 W. Het strijken duurt een half uur. Bereken hoeveel energie alle apparaten samen hebben gebruikt in dat halve uur. 62. Een waterkoker heeft een vermogen van 1200 W. a. Bereken de stroomsterkte in de waterkoker als hij aanstaat. b. Bereken de weerstand van de waterkoker. c. Bereken de energie die de waterkoker in 1 minuut gebruikt. 63. Op lamp A staat 230 V/40 W. Op lamp B staat 230 V/ 0,3 A. a. Welke lamp gebruikt het grootste vermogen? b. Welke lamp heeft de grootste weerstand? 64. In een huis staat een radio van 150 W aan, boven kijkt iemand televisie (400 W), er branden 6 lampen van 60 W en stofzuigt iemand met een stofzuiger van 1400 W. a. Bereken hoeveel stroom er door de kilowattuurmeter loopt. b. Bereken hoeveel energie er in een half uur gebruikt wordt.

39 Fioretticollege 64 Werkboek natuurkunde 3 havo 65. Maak de volgende tabel compleet: U (V) I (A) R (Ω) P (W) t E s 3, J ,4 u 0,05 0,3 2 u kwh 66. Je sluit een koffiezetapparaat aan op het lichtnet. Als je het apparaat aanzet loopt er 200 seconden lang een stroom van 2 A door. a. Bereken het vermogen van het koffiezetapparaat. b. Hoeveel energie heeft het koffiezetapparaat gebruikt? c. Hoeveel lading is er door het koffiezetapparaat gegaan? d. Waar betaal je voor: stroom, energie of lading? 67. Iemand wil een gloeilamp van 60 W vervangen door een spaarlamp. Beide lampen moeten worden aangesloten op 230 V. Op de spaarlamp staat dat het vermogen 15 W en dat hij net zoveel licht geeft als een gloeilamp van 60 W. De spaarlamp zet 80% van de elektrische energie om in licht. a. Bereken hoeveel procent van de energie door de gloeilamp wordt omgezet in licht. De gloeilamp brandt 500 uur per jaar. b. Hoeveel energie bespaar je per jaar door de gloeilamp te vervangen door de spaarlamp? Eén kwh kost 0,16. c. Hoeveel geld bespaar je per jaar door de gloeilamp te vervangen door de spaarlamp? Een gloeilamp kost 0,90 en een spaarlamp 7,50. d. Na hoeveel jaar heb je de spaarlamp terugverdiend?

40 Fioretticollege 65 Werkboek natuurkunde 3V Huiswerkopdrachten 2.8 Veiligheid 68. Geef een omschrijving in je eigen woorden van a. de overeenkomst tussen overbelasting en kortsluiting; b. het verschil tussen overbelasting en kortsluiting. 69. Sommige apparaten hebben ook een drie-aderig snoer. Dat is een snoer met 3 draden. Om het apparaat te laten werken heb je maar twee draden nodig. De derde draad is aangesloten op de randaarde in het stopcontact. a. Verklaar de aanduiding rand in randaarde. b. Verklaar de aanduiding aarde in randaarde. 70. Een magnetron heeft een drie-aderig snoer en moet worden aangesloten op een stopcontact met randaarde. a. Leg uit, waarom dat veilig is. Een mixer heeft geen drie-aderig snoer. b. Leg uit waarom een mixer niet hoeft te worden aangesloten op een stopcontact met randaarde. 71. Een groep in huis is gezekerd met een zekering van 16 A. a. Hoeveel is de spanning van het lichtnet? b. Hoeveel stroom mag er lopen, voordat de zekering smelt? c. Hoeveel is het maximale vermogen dat op deze groep mag worden aangesloten?

41 Fioretticollege 66 Werkboek natuurkunde 3 havo 72. De keukengroep is aangesloten op een zekering van 16 A. Er staat een elektrische oven van 1500 W aan. Tegelijk is de magnetron van 700 W in gebruik en de waterkoker van 1200 W staat ook aan. Je zet de mixer van 400 W aan. a. Wat gebeurt er dan in de keuken? b. In de praktijk gebeurt dat pas na een minuut. Leg uit waarom het niet meteen gebeurt. 73. De huiskamergroep is gezekerd met 16 A. Er brandt een schemerlampje van 40 W. Je broertje zit met een passer in een ander stopcontact in de kamer te priegelen. Plotseling gaat de schemerlamp uit. Leg uit, waarom de schemerlamp uitgaat. Je mag het woord kortsluiting niet gebruiken in je antwoord. 74. Bekijk op de site van het boek de opdracht Gevaren in huis. 75. Ga na hoe een bliksemafleider werkt op de site van het klokhuis: Als je geen zin hebt om de hele aflevering te kijken ga dan meteen naar 9:42 minuten. Leg hier kort uit hoe een bliksemafleider werkt: 76. Je kunt nu op de site van het boek de Deeltoets 2 maken.