Hoofdstuk 3. 1 Lading en spanning. Elektriciteit. Leerstof. Toepassing

Transcriptie

1 Hoofdstuk 3 Elektriciteit 1 Lading en spanning Leerstof 1 a Je moet de pvc-uis met een wollen doek wrijven. een negatieve lading c elektronen d De elektronen gaan van de doek naar de pvc-uis. e een positieve lading 2 a Er is evenveel positieve als negatieve lading. Er is meer positieve dan negatieve lading. c Er is meer negatieve dan positieve lading. Toepassing 3 Goede antwoorden zijn: Deze spanningsron levert geen continue stroom. Het is lastig de uiteinden van het elektrische apparaat op de polen van deze spanningsron aan te sluiten. Je weet van tevoren nooit waar deze spanningsron ontstaat. Je kunt de spanningsron niet verplaatsen. 4 a Door het lopen over nylon word je geladen. Bij het aanraken van de deurknop word je ontladen en loopt er een stroompje en dat voel je als een schok. Door het kammen worden je haren geladen en er springen vonkjes over. Dit hoor je als geknetter. c Een vliegtuig is na een vlucht geladen door wrijving met de lucht. Bij het tanken kan een vonkje rand veroorzaken. 5 a door wrijving van de anden met het wegdek; door wrijving met de lucht Via de strip kan de lading van de auto wegvloeien. 6 a Beide laadjes krijgen dezelfde lading en voorwerpen met dezelfde lading stoten elkaar af. Nee. De laadjes slaan in eide gevallen uit. 7 a Deze verdwijnt. De elektronen van de negatieve elektroscoop die te veel zijn, vloeien naar de positieve elektroscoop waar te weinig elektronen zijn. Beide elektroscopen zijn na afloop neutraal. -33

2 BASISSTOF Hoofdstuk 3 Elektriciteit Plus Elektriseermachines 8 a Bij vochtig weer wordt de lucht geleidend en lekt de lading weg. Zodra er een vonk is overgesprongen, is de lading even helemaal weg en moet het apparaat weer worden opgeladen. 9 a De elektronen zijn via haar vinger naar de elektriseermachine gegaan. Bij het lichtnet is de spanning voortdurend aanwezig en kan er continu een stroom lopen. Dat is gevaarlijk. 2 Elektrische stroom Leerstof 10 a 32 ma 0,620 A 11 Zie de figuur hieronder. 12 a de spanningsron de schakelaars Toepassing 13 a Zo wordt voorkomen dat de drukker met zijn handen in de machine komt. Zie figuur 4. c De schakelaars zijn in serie geschakeld. schakelschema.à figuur 4-34

3 14 a Zie figuur 5. De schakelaars zijn parallel geschakeld. el A figuur 5 15 Het ereik 300 ma= 0,3 A: op het ereik van 300 ma kan ze de stroomsterkte het nauwkeurigst meten. 16 De stroomsterkte ij Ais 0,4 A. De stroomsterkte ij B is 0,4 A. De stroomsterkte ij C is 0,6 A. De stroomsterkte ij D is 1,0 A. 17 a C 18 a C De lampjes 1 en 2 randen het felst, want daar loopt de grootste stroom door. Deze is 1,2 A. De stroomsterkte door lampje 5 is 0,4 A. Er is overelasting en de totale stroomsterkte is groter geworden dan de grenswaarde. De huiskamer is op een andere groep aangesloten. Hij had eerst een of meer apparaten moeten uitschakelen. Plus De elektriciteitsdraden in de huisinstallatie 19 a Zie figuur 8a. Zie figuur 8 en 8c. C In de situatie waarin de fasedraad is doorveronden met de computerkast; deze komt dan onder spanning te staan. stopcontact fasedraad,,.--.,, naar ~, 1--:! r computer - centrale ) zelf nu/draad C:::~~-...>oi::::::::::======t, ~---~ = aardedraad A figuur Sa computerkast van metaal -35

4 BASISSTOF Hoofdstuk 3 Elektriciteit stopcontact fasedraad naar computer - centrale '--' zelf nu/draad = aardedraad computerkast van metaal à figuur 8 stopcontact fasedraad ~ naar computer - centrale zelf nu/draad = aardedraad computerkast van metaal Á figuur Se 3 Weerstand Leerstof 20 Adri wil de weerstand van een lampje epalen. a Zie figuur 11. Zie het schakelschema hieronder..a figuur a De weerstand wordt groter. Het metaal constantaan vormt een uitzondering. -36

5 Toepassing 22 a door de straalkachel föhn: R = U / I = 230/4,4 = 52,3 0 gloeilamp: R = U / I = 230/0,26 = straalkachel: R = U / I = 230/7,8 = 29, a Het lampje moet op een spanning van 3,5 V worden aangesloten. Er loopt dan een stroom van 0,2 A door. R= U / 1= 3,5/0,2 = 17, a U = I R = 0,25 x 6 = 1,5 V De stroomsterkte wordt 3 x groter en de weerstand lijft gelijk. De spanning wordt dus c ook 3 x groter: 3 x 1,5 V = 4,5 V U = I R = 0, 75 x 6 = 4,5 V 25 a Zie de figuur. ~ 0,5 (lj f 1l 0,4 Ê 0 e t: Î 0,3 0,2 0, > spanning (V) c d De grafiek is geen rechte lijn door de oorsprong. Het verand tussen U en I is dus niet rechtevenredig, ofwel de weerstand is niet constant. Bij feller randen neemt de weerstand van het lampje toe. Bij toenemende spanning wordt de stroomsterkte in steeds mindere mate groter. Bij 7 volt hoort een stroomsterkte van 0,35 A (interpoleren). R = U / I = 7 /0,35 = 20 0 e R = U / I = 14/0,47 = 30 0 f Bij 14 0 moet je de grafiek doortrekken (extrapoleren). Dat is altijd onzekerder dan interpoleren. 26 Als je de kachel op de hoogste stand aanzet, loopt er een te grote stroom door de spiralen. De spiralen zijn namelijk nog koud en heen een lage weerstand. Plus De weerstand van je lichaam 27 De weerstand edraagt dan: x 1 ko = (er is op twee plaatsen huidcontact). I = U / R = 230/2100 = 0, 11 A 28 a Die verandering is een daling van de huidweerstand. Zweet evat zout, en zout water geleidt de elektrische stroom eter dan zuiver water. -37

6 -38 BASISSTOF Hoofdstuk 3 Elektriciteit 4 Weerstanden in serie en parallel Leerstof 29 a Tel de afzonderlijke weerstanden ij elkaar op. met de formule: 1/Rv = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R Toepassing 30 a in schakeling C in schakeling B c in schakeling C 31 a 1/Rv = l/r 1 + l/r 2 = 1/20 + 1/120 = 0, ,0083 = 0,0583; R 1 = 17,2 0 I=U/R=6/17,2=0,35A 32 a R = = V 1/Rv = l/r 1 + l/r 2 + 1/R 3 = 1/60 + 1/ /160 = 0, , , = 0,029 96; Rv = 33, a In stand 3 is de totale weerstand het kleinst en de stroomsterkte het grootst. Hier staan namelijk de drie draden parallel. 1/Rv = 1/Rl + 1/R2 + 1/R3 = 1/ / /100; Rv = 33,3 0 c I = U / R = 230/33,3 = 6,9 A 34 a Zie figuur 13. in serie c I = 230/( ) = 230/ = 0,23 ma neonlampje weerstand veer.à figuur a R = U / I = 10/0,3 = 33,3 0 Rt = 23 x 33,3 = c I = U / R = 230/767 = 0,3 A d De stroomsterkte wordt groter. Er is een lampje minder, dus de weerstand is kleiner geworden.

7 36 1/Rv = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 ; 1/15 = 1/60 + 1/40 + 1/R; 1/R = 1/15-1/40-1/60 = 8/120-3/120-2/120; R = a Bereken eerst de totale weerstand: deze is R = = I = U / R = 6/50 = 0, 12 A grootste weerstand: alle weerstanden in serie dus R = 80 0 kleinste weerstand: alle weerstanden parallel dus R = 5 0 Plus Kleurcode van weerstanden 38 a eerste ring = rood = 2 = eerste cijfer tweede ring= rood = 2 = tweede cijfer derde ring = zwart = 0 = aantal nullen vierde ring= afwijking in % = 5% dus R = 22 0 ± 5% maximaal , 1 = 23, geel-violet-ruin-zilver 5 Vermogen Leerstof 40 a Het vermogen geeft aan hoeveel elektrische energie per seconde door het apparaat wordt verruikt. Je kunt de stroom I door het apparaat meten ij een epaalde spanning. Het product I U levert het vermogen. Toepassing 41 a lampje 1: P = U I = 6 x 0,5 = 3 W lampje 2: P = 6 x 0,05 = 0,3 W Lampje 3: P = 3,5 x 0,2 = 0,7 W Het Lampje van 3 W, want dit heeft het grootste vermogen. 42 a C 43 a de gloeilamp in de ureaulamp de gloeilamp in de ureaulamp de gloeilamp in het spotje totale vermogen = = 3525 W I = P / U = 3525/230 = 15,3 A Nee, want de stroomsterkte is kleiner dan de toegestane 16 A. -39

8 BASISSTOF Hoofdstuk 3 Elektriciteit 44 totale vermogen = 2 x x x 5 = 135 W = O, 135 kw tijd: 1,75 uur E = 0,135 x 1,75 = 0,24 kwh 45 aantal kwh = aantal kw x aantal uur aantal kwh = 26,88 aantal uur= 4 x 7 x 24 = 672 P = 26,88/672 = 0,040 kw= 40 W 46 a E = 0,0003 x 8 = 0,002 4 kwh 0,002 4 x 20 eurocent= 0,048 eurocent c De energie uit atterijen is veel duurder dan die uit het stopcontact. 47 a tussen uur en uur; P = o, 73 kw om ongeveer uur; P = 0,58 kw c Door de tijd een uur 'op te schuiven' is het 's avonds langer licht. De verlichting kan dan ook een uur later aan. 48 P = U I = 1500 x 300 = 450 kw E = P t = 450 x 0,5 = 225 kwh dit kost: 225 x 0,20 = 45,00 49 a 10/86 = 0,12 Het gemiddelde verruik edraagt 86 kwh per 600 uur. dus P = E / t = 86 kwh/600 h = 0,143 kw gem gem Plus De aardlekschakelaar 50 Er moet een lekstroom zijn van 30 ma. Bij 230 V is dat een weerstand van 230/0,030 = 7, 7 ko. 51 Er is dan geen lekstroom. 6 Soortelijke weerstand Leerstof 52 De weerstand hangt af van de temperatuur, van de lengte van de draad, van de doorsnede van de draad en van het materiaal waarvan de draad is gemaakt. 53 Een ronzen draad met een lengte van 1 m en een doorsnede van 1 mm 2 heeft een weerstand van 0,

9 Toepassing 54 a Zie de figuur hiernaast. R = 0,5/0,14 = 3,57 0 ~ : C p =R. A / 1 = 3,57 x 0,030/1 = 0,107 mm 2 /m 55 a R = p 1 / A = 0,017 x 2/ 1,5 = 0,023 0 R = p I / A = 0,017 x 30/2,5 = 0,204 0 c R = p I / A = 0,017 X 0,3/ 0,5 = 0, A = p 1 / R = 0,45 x 4/2 = 0,90 mm 2 51 R = p 1 / A = 0,027 x 6/ 2 = 0,081 O; I = U / R = 0,45/ 0,081 = 7,4 A 58 a D = 0,25 mm; r = 0, 125 mm; A = n r2 = 3, 14 x 0, = 0,049 mm 2 1 = R A / p = 1,2 x 0,049/0,017 = 3,46 m 59 R = 230/ 0,260 = 885 l = R A / p = 885 x 0,000 5/0,88 = 0,503 m 60 a Elk stuk draad is 0,15 0. We nummeren de draden van oven naar onderen van 1 tot en met 10. draad 1 en 2 parallel: totaal 0,075 0 draad 3: 0,15 0 draad 4 en 5 parallel: totaal 0,075 0 draad 6: 0,15 0 draad 7 en 8 parallel: totaal 0,075 0 draad 9 en 10 parallel: totaal 0,075 0 In totaal staan ze in serie: R = 4 x 0, x 0,250 = 0,60 0. I = U / R = 12/0,6 = 20 A c Dat zijn de draden 3 en 6. Daar loopt de grootste stroom doorheen. _ ijzerdraad Plus Supergeleiding 61 a Als de metaaldraad in de elektromagneet wordt afgekoeld tot onder de kritische temperatuur, wordt het metaal supergeleidend. Voor het afkoelen is altijd energie nodig. 62 a aflezen in de grafiek: Te = 85 K Ja. Het kookpunt van stikstof is 77 K en ligt onder de kritische temperatuur. -41

10 TEST JEZELF Hoofdstuk 3 Elektriciteit Test Jezelf 1 Die is negatief. 2 Ze stoten elkaar af. 3 Er springen dan elektronen over tussen zijn vinger en de deurknop. 4 D 5 meter A 3 : 100 ma meter A 4 : 350 ma meter A 5 : 450 ma 6 De stroomsterkte is totaal 0,95 ma. De meter kan het este staan op het ereik van 1 A. Bij dat ereik he je de grootste uitslag en de grootste nauwkeurigheid ma 0,025 A ,25 W 10 0,125 A V totale weerstand = per lampje 5, per lampje 0,5 ampère; en /230 = 8, 7 A 17 in stand 1000 watt kw x 3 uur= 720 kwh 19 A 20 8, a totaal 137 watt= 0,137 kw; energie= 0,137 x 2 = 0,274 kwh P = U I; I = 137 /230 = 0,6 A -42

11 a J = P / U = 60/12 = 5 A; R = U / I = 12/5 = 2,4 0 Elke draad heeft een weerstand van R = p l / A = 0,017 x 40/0,5 = 1,36 0. De totale weerstand wordt 2 x 1,36 + 2,4 = 5,12 0. De stroomsterkte in de kring wordt 12/5, 12 = 2,34 A. Dit geeft over de lamp een spanning U = 2,34 x 2,4 = 5,6 V. c A, C, D /1200 = 0,0475 kwh; P = 0,047 5/0,05 = 0,95 kw= 950 W 24 a C 25 a C Dan lijft de spanning over de lamp 24 volt en het lampje gaat kapot. eigen antwoord Stroomsterkte= 15/6 = 2,5 A. Totale weerstand= 24/2,5 = 9,6 0. Het lampje heeft een weerstand van 6/2,5 = 2,4 0. Dus de extra weerstand moet 9,6-2,4 = 7,2 0 zijn. Nederland; 94, 7% van het totaal Het zijn percentages. waterkracht, vanwege de Ligging in de Alpen Brein kraker 26 a De lamp van 25 W randt wel, dus de stroomkring is niet verroken. De stroom door de grote lamp edraagt normaal: 25/230 = 0, 11 A. De stroom door het kleine lampje edraagt normaal 0,5 A. Er gaat nu in ieder geval minder stroom doorheen. Het lampje gloeit nauwelijks.

12 EXTRA BASISSTOF Hoofdstuk 3 Elektriciteit 8 Langste elektriciteitskael ter wereld 1 De kael heeft een massa van ton = kg. V = m / p = /8,96 = 5, dm 3 = m 3 2 A = V / L = 5200/ = 0,009 O m 2 = 90 cm 2 r 2 = 90/3, 14 = 28,6 r = 5,3 cm; d = 2r = 10,6 cm 3 R = p L / A = 0,017 x /9000 = 1, P = U I; I = P / U = / = 1555 A 5 P = U I = l 2 R = (1555) 2 x 1,1 = 2,7 MW 6 Capaciteit= 700 MW= kw; verlies= 2, 7 MW. Dit is 0,39%. 7 Als de spanning groter wordt, nemen ij hetzelfde vermogen de stroomsterkte en dus ook de ontwikkelde warmte af. 8 Bij toenemende temperatuur neemt de weerstand toe en dus ook het verlies. -44