Opgave 5 Een verwarmingselement heeft een weerstand van 14,0 Ω en is opgenomen in de schakeling van figuur 3.

Transcriptie

1 Opgave 5 Een verwarmingselement heeft een weerstand van 14,0 Ω en is opgenomen in de schakeling van figuur 3. figuur 3 De schuifweerstand is zo ingesteld dat de stroomsterkte 0,50 A is. a) Bereken het vermogen dat in het verwarmingselement wordt omgezet. Als de weerstand van de schuifweerstand kleiner wordt gemaakt, verandert het vermogen dat in het verwarmingselement wordt omgezet. b) Zal dit vermogen toenemen of afnemen? Licht je antwoord toe. Opgave 6 Een gloeilamp (lamp 1) wordt in een schakeling opgenomen. In figuur 4 zie je de onderdelen van de schakeling. De schakeldraden ontbreken. Met deze schakeling wordt het verband tussen de spanning over de lamp en de stroomsterkte door de lamp bepaald. Het resultaat van dergelijke metingen wordt weergegeven in een zogeheten (I,U)-karakteristiek. In figuur 5 zie je de (I,U)-karakteristiek van lamp 1. figuur 4 figuur 5 a) Neem de onderdelen van figuur 4 over en teken de draden zodat hiermee metingen gedaan kunnen worden waarmee uiteindelijk het diagram van figuur 5 gemaakt kan worden. In de loop van deze serie metingen werd de spanning steeds groter gemaakt. Zoals je in figuur 5 kunt zien blijkt de grafiek bij spanningen boven 60 V een rechte lijn te zijn. b) Beredeneer met behulp van figuur 5 of de weerstand van de gloeidraad van de lamp groter wordt, kleiner wordt of gelijk blijft als de spanning vanaf 60 V toeneemt.

2 Van een andere gloeilamp (lamp 2) is ook een (I,U)-karakteristiek gemeten. Deze karakteristiek is samen met die van lamp 1 uitgezet in figuur 6. figuur 6 Lamp 1 en lamp 2 worden in serie aangesloten op een spanningsbron van 80 V. c) Bepaal met behulp van figuur 6 de stroomsterkte in de lampen. Opgave 8 Tijdens een koude winterdag wordt voor de opwarming van een woning 18 m 3 (Gronings) aardgas verbrand. De warmtecapaciteit van de hele woning bedraagt 3, J/K. De temperatuur van de woning stijgt daarbij van 13,0 C tot 22,0 C. Bereken het rendement van het opwarmingsproces. Opgave 9 Arjen vindt zijn glas melk van 19 C te warm. Om het af te koelen doet hij er twee ijsblokjes in. Bij het smelten van het ijs neemt het ijs warmte op van de melk. De melk heeft een massa van 175 g. Eén ijsblokje heeft een massa van 12 g. Je moet ervan uitgaan dat er geen warmtetransport plaats vindt naar of vanuit de omgeving. Voor het smelten van één kilogram ijs is joule nodig. a) Bereken hoeveel warmte het ijs opneemt tijdens het smelten. b) Bereken de temperatuurdaling van de melk tijdens het smelten.

3 Opgave 10 In figuur 9 is een hoefijzermagneet getekend. Tussen de verdikte polen ervan heerst een homogeen magnetisch veld. Door punt P is een magnetische veldlijn getekend. figuur 9 a) Teken in figuur 9 vier veldlijnen die het homogene magneetveld veld tussen de polen aangeven. b) Teken in punt P met een pijl van 2,0 cm de vector voor de magnetische inductie in P. Opgave 11 Milou en Nadieh willen de sterkte van het magnetisch veld tussen de polen van een hoefijzermagneet bepalen. Milou begint daartoe een opstelling te bouwen zoals die in figuur 10 is getekend. Nadieh vindt echter dat de magneet moet staan zoals getekend is in figuur 11. figuur 10 figuur 11

4 a) Leg uit waarom in de opstelling van figuur 11 de lorentzkracht naar links of naar rechts gericht zal zijn. Milou en Nadieh bouwen de opstelling van figuur 10. Zij sluiten vervolgens de schakelaar en zien dat de veerunster een kleinere kracht aan gaat geven. De lorentzkracht is dus omhoog gericht. b) Noem twee manieren waarop Milou en Nadieh ervoor kunnen zorgen dat de lorentzkracht omlaag gericht zal zijn. Ze maken nu een opstelling waarbij de lorentzkracht omlaag is gericht. Om de magnetische inductie tussen de polen van de hoefijzermagneet te kunnen bepalen doen ze een aantal metingen. De resultaten van die metingen zijn: lengte staafje = 15,0 cm zwaartekracht = 0,123 N stroomsterkte = 7,5 A breedte magneet = 2,0 cm totale kracht = 0,135 N c) Bereken met behulp van deze meetresultaten de grootte van de magnetische inductie. d) Zou de grootte van de magnetische inductie ook te bepalen zijn geweest als de lorentzkracht omhoog gericht was? Licht je antwoord toe. Opgave 12 Figuur 12 is een sterk vereenvoudigde tekening van een elektromotor. Tussen de noordpool en de zuidpool is een homogeen magneetveld aanwezig. figuur 12 Met de enkele winding ABCD is de spoel schematisch aangegeven. In werkelijkheid heeft de spoel 50 windingen. Doordat er een gelijkspanning op de collector staat draait de elektromotor. De draairichting is zodanig dat het blokje omhoog gehesen wordt.

5 a) Loopt de stroom in de spoel in de richting ABCD of in de richting DCBA? Licht je antwoord toe. Bij een bepaalde stroomsterkte door de spoel van de elektromotor is de lorentzkracht op de zijde CD van de spoel in de getekende stand gelijk aan 1,6 N. Zijde CD is 3,8 cm lang en zijde BC is 3,0 cm. De grootte van de magnetische inductie is 0,27 T. b) Bereken de grootte van de stroomsterkte door de spoel. Tijdens het ophijsen is de draaisnelheid van de spoel constant. De omwentelingstijd is 1,0 s. Neem aan dat de windingen van de spoel in één vlak liggen. Telkens als de spoel dan in de verticale stand komt schuiven de koolborstels over de isolatielaag tussen de collectorhelften. c) Teken in figuur 5 de grafiek van de lorentzkracht op zijde CD gedurende een volledige omwenteling van de spoel. Houd hierbij ook rekening met de richting van de lorentzkracht. Het tijdstip waarop de spoel zich in de situatie bevindt die in figuur 12 is getekend, noem je t = 0 s. De lorentzkracht is op dat moment 1,6 N en is in figuur 13 aangegeven met de stip op de verticale as. figuur 13

6 Opgave 13 Ymke wil een soldeerbout (7,2 V; 16 W) via een doos D aansluiten op het lichtnet van 230 V. Zie figuur 14. figuur 14 Ze heeft twee schetsen gemaakt met een mogelijke schakeling die in doos D is aangebracht. Zie figuur 14a en 14b. figuur 14a figuur 14b Het energieverbruik van de soldeerbout is in beide gevallen gelijk. Toch gebruikt de ene schakeling meer energie in dezelfde tijdsduur dan de andere. De warmteontwikkeling in de verbindingsdraden worden buiten beschouwing gelaten. a) Leg uit welke schakeling de meeste energie per seconde verbruikt. Ymke maakt een schakeling zoals in figuur 14b. De secundaire spoel heeft 18 windingen. b) Bereken het aantal windingen van de primaire spoel. c) Bereken de grootte van de stroomsterkte door de primaire spoel tijdens het solderen.

7 Opgave 14 Een probleem bij het transport van elektrische energie over grote afstanden is het energieverlies in de kabels. Om dat probleem te onderzoeken bouwt Xander twee schakelingen om een lampje van 6,0 V goed te laten branden: een zonder transformatoren en een met transformatoren. In figuur 15 staat de schakeling zonder transformator. De spanningsbron levert een spanning van 9,0 V en de stroommeter wijst 1,5 A aan. De weerstand van de verbindingsdraden A en B is niet te verwaarlozen. figuur 15 a) Bereken de grootte van de weerstand van de draden. b) Bereken het energieverlies in de draden. Xander maakt vervolgens de opstelling volgens figuur 16. Hierin zijn twee transformatoren opgenomen. Het lampje (6,0 V; 9,0 W) brandt op de juiste spanning. figuur 16 c) Moet de spanning bij transformator T 1 omhoog of om laag getransformeerd worden om minder energieverlies in de draden C en D te krijgen? Licht je antwoord toe. Door stroommeter 1 gaat 1,1 A; spanningsmeter 1 wijst 9,0 V aan. d) Bereken het rendement van deze schakeling.

8 Opgave 15 Iris heeft om een plastic buis een spoel van koperdraad gewikkeld. Zie figuur 17. figuur 17 De uiteinden van de draden zijn aangesloten op een computer. Ze zet de buis verticaal en houdt aan de bovenkant een magneetje in het buisje. Als ze het magneetje laat vallen ziet ze op het computerscherm het beeld van figuur 18. figuur 18 Er zijn drie verschillen tussen de twee pieken. De eerste piek is naar boven gericht, de tweede piek naar beneden. De tweede piek is hoger dan de eerste en hij is smaller dan de eerste. a) Leg uit waarom er twee pieken met verschillende richtingen ontstaan. b) Noem een oorzaak die de andere twee verschillen in de pieken kan verklaren. Licht je antwoord toe. Iris maakt de verbindingen met de computer los en sluit de uiteinden van de draad aan op een gloeilampje. Als ze de buis tussen haar beide handen houdt en hard heen en weer schudt dan beweegt de magneet heen en weer door de spoel. Hierdoor gaat het lampje een beetje gloeien. Iris kan hetzelfde lampje feller laten gloeien zonder de opstelling aan te passen. c) Hoe kan Iris het lampje dan feller laten gloeien? Ook door de opstelling aan te passen is het mogelijk om het lampje met schudden van de buis feller te laten gloeien. De opstelling is op twee manieren aan te passen. d) Noem deze twee manieren.