Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 Inductie ( ) Pagina 1 van 10

Transcriptie

1 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 1 van 10 Opgaven 6.1 ndutiespanning 1 a De spanning wordt 2 zo hoog. Ook nu is de spanning 2 zo hoog en de pieken volgen elkaar 2 zo snel op. Na 0,25T volgt een tweede piek die andersom staat. De pieken vloeien in elkaar over. 2 a 1 a 2 De spoel krijgt rehts een noordpool als de magneet daar naar innen gaat. Daar hoort van rehts gezien een tegenwijzerstroom ij, dus flitst de rode led.

2 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 2 van 10 Als de magneet de spoel verlaat krijgt die rehts een zuidpool wijzerstroom de groene led fl;itst. De spoel krijgt nu links een zuidpool, dus weer rehts een noordpool. De flitsvolgorde is dus hetzelfde. 3 a De tweede piek is smaller doordat de snelheid van de magneet ij het verlaten van de spoel groter is geworden. De oppervlakken van de pieken zijn even groot. Zo n grafiek ziet er ijvooreeld zo uit: 4 - Tijdens het verlijf van de magneet in de lange spoel verandert er geen flux. De denkeeldige ringen zoals ij het rehter tolletje worden door de zaagsnedes onderroken en daardoor kunnen indutiestromen niet goed op gang komen.

3 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 3 van 10 5 De ringmagneet gaat niet zweven. Dat lijkt maar zo; hij ondervindt van de vinger zoveel wrijving dat hij niet omlaag zakt. De ring wordt alleen meegesleept, zoals op deze twee foto s te zien is. Hij ligt hier op een shijfje perspex dat 1 mm oven de shijf wordt vastgehouden. Op de eerste foto staat de shijf stil, op de tweede draait hij. De vraag zou moeten luiden: Waarom wordt de ringmagneet meegesleept?

4 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 4 van 10 6 a De ringen die hier getekend zijn, kun je in gedahte rondom in het aluminium geruiken. Als de noordpool zo n ring nadert, zorgt hij ervoor dat die ring zelf een noordpool wordt afstoting, dus afremming. De zuidpool van de magneet verlaat de andere ring en zorgt ervoor dat daar óók een noordpool ontstaat aantrekking, dus ook afremming. E z E k + E t (warmte) De soortelijke weerstand van koper is kleiner dan die van aluminium, dus zijn de indutiestromen groter.

5 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 5 van De transformator 7 - De eerste transformator rengt de spanning omlaag van 230 V naar ijvooreeld 12 V. De tweede rengt de spanning weer omhoog naar 230 V en die staat dan dus op de oneshermde pootjes van de stekker. 8 a 2,19 V is ongeveer het honderdste deel van 230 V. Je kunt ook zeggen: 2,3 V 2,19 V. Bij een ideale trafo met N s = 5 zou de meter 2,30 V aanwijzen. 2,30 V 9 a 500 p = = 2,17 A 2,17 A 230 s2 100 = 500 s = 2,24 A en U s = 2, = 224 V 2,24 A 224 V N p : N s = 230 : 224 = 1 : 1 Je het dus te maken met een sheidingstransformator/ 10 - Bereken eerst het vermogen: P = 8 1 = 8 W P 8 p = = = 0,035 A U U p (V) 12 a 13 a 14 a p p (A) P (W) N p : N s U s (V) s (A) R s (Ω) 230 4, : ,5 0, ,008 1,8 38 : 1 6 0,3 20 2, : , , : , ,10 1 0,1 1 : , : ,02 1 : 1 0,035 A 600 s = 2,4 = 288 A 2, A 5 De spijker wordt heet en daardoor neemt zijn weerstand toe. Beide stroomsterktes worden daardoor kleiner p = = 0,087 A en s 20 1, 7 A 12 = = De draden naar de lamp moeten zo kort mogelijk zijn want daar loopt de grootste stroom door. 0,087 A 1,7 A 30 s = = 2,5 A 2,5 A 12 De weerstand van de kael is 1,0 Ω U verlies = 2,5 V 2,5 V U s = ,5 = 14,5 V 14,5 V d 880 : N s = 230 : 14,5 N s = 55,5 56 windingen ( 14,6 V) 56 e 1 P verlies = 2 1 = 2,5 2 1 = 6,3 W 6,3 W e 2 verlies = 6, % 36,25 = 17% f Met de transformator in de shuur he je minder verlies, maar je het dan wel een kael door de tuin lopen waar 230 V op staat.

6 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 6 van 10 Opgaven hoofdstuk 6 15 a De winnaar kan de magneet héél snel in de spoel steken of hem er uit halen. Met minder windingen en je in het nadeel, want je krijgt een grote spanning met: een sterke magneet een spoel met veel windingen een snelle verandering van het magnetish veld in de spoel. 16 a Je kijkt tegen een tegenwijzerstroom aan dus tegen een Noordpool. De ring wordt door de magneet weggestoten. Die heeft dus aan zijn linkerkant een noordpool. Er vindt nu weer afstoting plaats want de ring verzet zih volgens de wet van Lenz altijd tegen een verandering van het magnetish veld. Nu nadert de zuidpool van de magneet de indutiezuidpool van de ring. Daarin loopt nu een wijzerstroom. 17 a Als de stroom met de klok mee gaat dan is > 0 U eff = = 325 V max,1 = 325/1 = 325 ma > 0 max,2 = 325/2 = 163 ma < Als S gesloten is, is er geen verandering van flux, dus staat de wijzer op nul. Het openen van S heeft het omgekeerde effet van sluiten, dus gaat de wijzer naar links. Als S open is, verandert er weer geen flux en staat de wijzer op nul.

7 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 7 van Als je de stroom in- of uitshakelt, verander je het veld van de spoel. Dit veranderende veld zorgt voor een indutiestroom in de ring. Als de verandering voorij is, sterft de stroom uit door warmteontwikkeling. Het veld van de magneet en de indutiestroom in de ring zorgen ervoor dat er een lorentzkraht ontstaat die de ring laat draaien aan het ophangtouwtje. Deze figuur toont de vetoren als er een wijzerstroom in de ring loopt. 20 a Dewisselspanningsmeter wijst de effetieve spanning aan. U eff = ½ 2 10 = 7 V. C Een gelijkspanningsmeter wijst de gemiddelde spanning aan. Die is 0 V. B Bij deze sinusvormige spanning geldt: U eff = ½ 2 U max = 0,7 U max 21 a 1 Q 1 = 4 2 2,0 0,1 = 3,2 J Q 2 = 1 2 2,0 0,2 = 0,4 J Q 3 = (1) 2 2,0 0,2 = 0,4 J Q 4 = (4) 2 2,0 0,1 = 3,2 J 22 a 3,2 J 0,4 J 0,4 J 3,2 J a 2 Q = 3,2 + 0,4 + 0,4 + 3,2 = 7,2 J 7,2 J 7,2 = eff2 2,0 0,6 eff 2 = 6,0 eff = 2,45 A 2,5 A Het vlak van het draadraam waar we nu tegenaan kijken noemen we A, de ahterkant B. Bij de getekende situatie hoort het tijdstip t = 0. Er prikken dan veldlijnen ij A naar innen. Tijdens de eerste kwartslag ná t = 0 neemt het aantal veldlijnen door A af. n de winding gaat dus volgens Lenz een stroom lopen die de afnemende veldlijnen aanvult. We kijken tegen een zuidpool aan zie de shets. We noemen die stroomrihting positief (in verand met vraag ). Op t = 0,25T gaan er geen veldlijnen meer door de winding. Na dit tijdstip kijken we tegen B aan. Tijdens de tweede kwartslag neemt het aantal veldijnen dat ij B naar innen gaat toe. Volgens Lenz zal de winding zih daartegen verzetten met een stroom in dezelfde rihting als zojuist, dus weer positief. Tussen t = 0 en t = 0,5T loopt er dus een stroom in positieve rihting.

8 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 8 van 10 Op t = 0 is de veldsterkte in de spoel maximaal en geeft een kleine draaiing weinig verandering van veld. De indutiestroom is dan nul. Na een kwartslag is het veld nul, maar geeft een kleine draaiing een grote verandering. De stroomsterkte is dan maximaal. 23 a De twee draden van aan- en afvoerstroom zijn tegengesteld gewikkeld. Hun magnetishe velden in de ijzeren kern heffen elkaar dus op als die stromen even groot zijn. De testknop zit in de figuur niet op de goede plaats. Het moet zo: Als je op de testknop drukt, gaat de afvoerstroom niet rondom de ijzeren kern en wordt het magnetishe veld van de aanvoerstroom niet geompenseerd. 24 a P verlies = 3, W = 2 5 = 8, A 8, A P = = entrale = 8, A en p = = kael U U = 1, V Bij S: U = 1, , ,0 = 115 kv transformatieverhouding is : = 5,8 : 1 d Al: A = 48 5, = 2, m 2 en ρ = Ωm staal: A = 7 3, = 2, m 2 en ρ = Ωm te verwaarlozen 9 4 5,0 = = 4,8 10 m 4 2,6 10 Als je het staal wel meerekent en de formule voor parallelle weerstanden geruikt, vind je 49 km i.p.v. 48 km. 25 a De weerstanden spelen voor hoogspanningsleiding kv 5,8 : 1 4, m

9 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 9 van 10 Door de spanning ij T1 omhoog te transformeren wordt S,1 = P,2 klein. Het verliesvermogen 2 R wordt daardoor klein. d P verlies = 2 1, = 90 W 90 W e f 26 a 6 U verlies = 2 1,5 10 = 30 V U P,2 = 200 V U S,2 = 200 = 5,2 V 5,2 V 230 A R R = ρ = ρ = Ωm A = π (1, ) 2 = 4, m 2 A ρ 4 4, , 8 10 m = 180 km = = km 100 p = = 0, 438 A 0,44 A 230 s = ,438 = 4, A 4, A d 1 Bij een stel serieweerstanden wordt het meeste vermogen opgewekt in de grootste weerstand. Ja. De seundaire spanning is maar 230/1100 = 0,21 V Je handen staan parallel aan het draadstuk. De weerstand van je handen en de rest van je lihaam is zo groot dat er geen 480 A door jou gaat stromen. d 2 Ja. Die seundaire spanning verandert niet. 27 a Uit de wet van Lenz volgt dat de kleine spoel proeert te ontsnappen uit het veld van de grote spoel ,110 2 R , = = Ω 0, U 3,1 2 = = = 88,9 A R 3, , Ω 89 A 2 = ,1 = 90 A 90 A d e 90 p : s = 25 : 500 p > = 4,5 A > 4,5 A 20 De grote stroom door het draadje zorgt ervoor dat er voldoende opwaartse kraht is. Als die stroom wegvalt, komt de spoel in een sterker veld. Daardoor wordt de indutiespanning groter en randt het lampje door.

10 Stevin havo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 6 ndutie ( ) Pagina 10 van 10 Toets 1 Twee spoelen a Ja er ontstaat spanning want het sluiten van de linker kring zorgt voor een magnetish veld. Dat veld wordt door het ijzer doorgegeven aan de rehter spoel. Er gaat nu in de rehter spoel een stroom lopen. Volgens de wet van Lenz wordt de oorzaak van die stroom tegengewerkt en dus zullen de spoelen van elkaar weg shieten. 2 Wisselstroom meten - 3 Een transformatorhuisje a 1 a 2 6 1, s = = 4,35 10 A N p : N s = 4, : 170 = 26 : : 1 Je kunt ook de primaire spanning ij het transformatorhuisje uitrekenen, die is 5,9 kv. 1 P verlies = ,0 = 58 kw 58 kw perentage = 100 = 5,5% 6 3 1, ,5% P station = 1, = U s 170 U s = 6,2 kv 6,2 kv 4 Magneten die door spoelen vallen a A Al de tijd dat de magneet in de spoel zit, verandert er niets plaatje 2. B Dit is plaatje 1, zoals ij andere metingen in dit hoofdstuk. Het wordt nog duidelijker dat dit het goede plaatje is als je eerst ij C je keuze maakt. C Het naar innen gaan van de magneet wordt niet gemeten. Je krijgt dus maar één piek: plaatje 3. De eerste piek van de andere plaatjes ontreekt. Bij plaatje 2 weet je dat de noordpool onder zit. Bij de plaatjes 1 en 3 moet de noordpool dus oven zitten. A 2 B 1 C 3