Na 0,25T volgt een tweede piek die andersom staat. De pieken vloeien in elkaar over.

Transcriptie

1 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 1 van 1 Ogaven 8.1 Indutiesanning 1 a De sanning wordt zo hoog. Ook nu is de sanning zo hoog en de ieken volgen elkaar zo snel o. Na 0,5T volgt een tweede iek die andersom staat. De ieken vloeien in elkaar over.

2 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina van 1 De ringmagneet gaat niet zweven. Dat lijkt alleen maar zo, want hij ondervindt van de vinger zoveel wrijving dat hij niet omlaag zakt. De ring wordt alleen meegesleet, zoals o deze twee foto s te zien is. Hij ligt hier o een shijfje ersex dat 1 mm oven de shijf wordt vastgehouden. O de eerste foto staat de shijf stil, o de tweede draait hij. De vraag zou moeten luiden: Waarom wordt de ringmagneet meegesleet?

3 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 3 van 1 3 a 1 a 4 a De soel krijgt rehts een noordool als de magneet daar naar innen gaat. Daar hoort van rehts gezien een tegenwijzerstroom ij, dus flitst de rode led. Als de magneet de soel verlaat krijgt die rehts een zuidool wijzerstroom de groene led fl;itst. De soel krijgt nu links een zuidool, dus weer rehts een noordool. De flitsvolgorde is dus hetzelfde. 0,0 Vs = 0,0 W De flux van de magneet is 00 zo klein omdat er 00 windingen geruikt worden W 5 a De tweede iek is smaller doordat de snelheid van de magneet ij het verlaten van de soel groter is geworden. Zo n grafiek ziet er ijvooreeld zo uit: Tijdens het verlijf van de magneet in de lange soel verandert er geen flux ,03,5 10 U ind,gem = 000 = 1,5 V 1,5 V 0, Ja. Er loot alleen geen stroom als het rad de soel nadert, maar als die zih van de soel verwijdert. Het effet daarvan is afstoting. 8 a Je hoeft maar één kwart van de eriode te ekijken. Q = 4 (0,1 + 0, + 0,3 ) 100 0, =, J, J

4 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 4 van 1,8 = I eff 100 0,6 I eff = 0, A en U eff = 0, 100= V 0, A V

5 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 5 van 1 Ogaven 8. De transformator 9 - De eerste transformator rengt de sanning omlaag van 30 V naar ijvooreeld 1 V. De tweede rengt de sanning weer omhoog naar 30 V en die staat dan dus o de oneshermde ootjes van de stekker Bereken eerst het vermogen: P = 8 1 = 8 W P 8 I = = = 0,035 A U 30 0,035 A 11 a 500 I = =,17 A,17 A 30 1 a I s 100 = 500 I s =,4 A en U s =,4 100 = 4 V,4 A 4 V N : N s = 30 : 4 = 1 : 1 Je het dus te maken met een sheidingstransformator/ 13 a 14 a 15 a 600 I s =,4 = 88 A,9 10 A 5 De sijker wordt heet en daardoor neemt zijn weerstand toe. Beide stroomsterktes worden daardoor kleiner I = = 0,087 A en s 0 1, 7 A 1 I = = De draden naar de lam moeten zo kort mogelijk zijn want daar loot de grootste stroom door. U (V) I (A) P (W) N : N s U s (V) I s (A) R s (Ω) R (Ω) 30 4, : ,5 0, ,008 1,8 38 : 1 6 0, k, : , , , : , ,10 1 0,1 1 : , , : ,0 00 U U R = R = N N = N s s en stel : s I Is NU N R s = = N R 1 s I s d 5 = N 15 N = 0, = 1 : 5 1 : 5 1 : 1 0,087 A 1,7 A 30 I s = =,5 A,5 A 1 De weerstand van de kael is 1,0 Ω U verlies =,5 V,5 V U s = 1 +,5 = 14,5 V 14,5 V d 880 : N s = 30 : 14,5 N s = 55,5 56 windingen ( 14,6 V) 56 e 1 P verlies = I 1 =,5 1 = 6,3 W 6,3 W e verlies = 6, % 36,5 = 17% f Met de transformator in de shuur he je minder verlies, maar je het dan wel een kael door de tuin loen waar 30 V o staat. Ogaven hoofdstuk 8

6 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 6 van 1 16 a We gaan ervan uit dat er mooie hoeken geruikt zijn, zoals 90º en 10º. Meet de eriode en de tijd tussen de ieken: T 165 ms t 1 40 ms 0,5T 90º t 85 ms 0,5T 180º t I II 40 ms 90º 17 a Als S gesloten is, is er geen verandering van flux, dus staat de wijzer o nul. Het oenen van S heeft het omgekeerde effet van sluiten, dus gaat de wijzer naar links. Als S oen is, verandert er weer geen flux en staat de wijzer o nul. 18 a Het veld wordt dan niet vanaf nul ogeouwd. Er is daardoor een kleinere Φ in de formule van Faraday: Φ Uind = N t en dus een kleinere indutiesanning. Het lamje liht dus minder fel o. Bij snel lostrekken van het sluitstuk krijg je een kleine t en een grote indutiesanning. De atronen worden smaller en hoger doordat de snelheid van de magneet toeneemt. Φ De t in Uind = N wordt steeds kleiner. t De middelste soel is andersom gewikkeld. d 0,50 v1 = = 4,065 m/s 0,1440 0,010 0,70 v = = 5,63m/s 0,770 0,1440 v = 5,63 4,065 = 1,198 m/s Om t te ealen, moet je eerst de tijdstien t 1 en t ealen die ij de middens van de 50 m en 70 m horen: 0, ,1440 t1 = = 0,085 s 0, ,770 t = = 0,105 s t = 0,105 0,085 = 0,18 s v 1,198 g = = = 9, 4 m/s t 0,18 9,4 m/s

7 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 7 van De indutiewet van Faraday is: U ind Φ = N t De vier regels zijn: Een indutiesanning is groter als je 1 een sterkere magneet neemt grote Φ in de teller een soel met meer windingen kiest grote N 3 het toerental ovoert kleine t in de noemer 4 een ijzeren kern in de soel aanrengt. grote Φ in de teller 0 a Ja er ontstaat sanning want het sluiten van de linker kring zorgt voor een magnetish veld. Dat veld wordt door het ijzer doorgegeven aan de rehter soel. Er gaat nu in de rehter soel een stroom loen. Volgens de wet van Lenz wordt de oorzaak van die stroom tegengewerkt en dus zullen de soelen van elkaar weg shieten. 1 a De ringen die hier getekend zijn, kun je in gedahte rondom in het aluminium geruiken. Als de noordool zo n ring nadert, zorgt hij ervoor dat die ring zelf een noordool wordt afstoting, dus afremming. De zuidool van de magneet verlaat de andere ring en zorgt ervoor dat daar óók een noordool ontstaat aantrekking, dus ook afremming. Alleen ij de zaagsnede zijn de denkeeldige ringen onruikaar, maar o alle andere laatsen gaat de redering nog steeds o. De soortelijke weerstand van koer is kleiner dan die van aluminium, dus zijn de indutiestromen groter. d E z E k + E t (warmte) e Als de uis suergeleidend is, zal de magneet niet meer vallen maar lijft hij in de uis zweven. a Je het in feite te maken met een soel van één winding. Als er stroom verroken wordt, roeert de soel de stroom in stand te houden (wet van Lenz). De flux in de soel is nu veel groter dan de flux in de kring met het lamje. Met jouw twee handen aan de krokodillenekken he je een gesloten kring. De stroom door de soel lijft nu door jou loen. Als je de diode ij het lamje geruikt, zie je geen vonk en ij een soel voel je geen shok. De diode is in serrihting aangesloten o de atterij.

8 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 8 van 1 3 a Of je nu een magneet langs een soel eweegt (of er door laat vallen) of dat je de soel over de magneet laat zwaaien, het effet is hetzelfde: Eerst neemt de flux in de soel toe en vervolgens wordt die flux weer afgeroken. d e 1 e e 3 Bij het terugzwaaien heen de grafieken dezelfde vorm. Alleen de groottes van de ieken zullen wat kleiner zijn, want ij iedere assage wordt er wat trillingsenergie omgezet in liht. De kuil in de derde grafiek is het gevolg van afkoelen van het lamje als I even nul is. Bij een grote amlitude, dus ij een grote v max krijgt de gloeidraad geen tijd om af te koelen. De soel S 1 ondervindt een lorentzkraht, want daarin loot stroom. In S wordt alleen sanning ogewekt. De lorentzkraht is ij deze roef altijd afremmend. Als die kraht naar links geriht is, zwaait de soel dus naar rehts. De tijdstien 0,3 s en 0,5 s horen ij dezelfde assage. De soel ging naar rehts, dus was de lorentzkraht naar links geriht. De lorentzkraht o de soel en de magnetishe kraht o de kern vormen een atie/reatie-aar. De kern ondervond dus een kraht naar rehts. 4 a Als de stroom met de klok mee gaat dan is I > 0 U max = 30 = 35 V I max,1 = 35/1 = 35 ma I > 0 I max, = 35/ = 163 ma I < 0

9 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 9 van 1 Bij een omlete sinus is de effetieve stroomsterkte ½ I max Nu wordt in de helft van de eriode geen energie geleverd, dus is de effetieve stroomsterkte twee keer zo klein. 5 a De soel is een smoorsoel waarin voortdurend een tegenwerkende indutiesanning wordt ogewekt. Doordat de kern niet gesloten is, krijg je niet het effet van de transformator waar U ind = U ron. Met ijzer in de soel wordt dat effet versterkt en wordt de tegenwerkende indutiesanning dus groter I wordt kleiner. 6 a Bij het naar innen gaan, wordt de lihtsterkte eventjes kleiner want de flux wordt groter en de soel roeert dat te verhinderen. Die indutiestroom sterft uit en daarna randt het lamje weer even fel als tevoren. Als je het ijzer weghaalt, verzwak je de flux. De soel zal dat roeren te verhinderen. Als je het ijzer zéér snel wegtrekt, krijg je een sterke flits waarij het lamje zelfs kan doorranden. I max = 0/5 = 4 A

10 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 10 van De formule voor U(t) is: 4 Um 16 Um Ut () = t dusu = t T T Voor de energieomzetting in de tijd dt geldt: U de = dt R Voor een kwart eriode geldt dus: 0,5T 0,5T m m 3 m d eff RT 0 R R 0 16 U 16 U 1 1 U E = t t = t = T = U T RT Ueff = Um Ueff = 3 Um F = B I l T = N A 1 m 1 = kg m s A 1 m 1 1 =kg s A Φ = B A W = T m 1 = kg m s A E = U Q V =J C 1 = N m (A s) 1 = kg m s m A 1 s 1 1 = kg m s 3 A 1 Φ = U t W = V s = kg m s A 9 a Uit de wet van Lenz volgt dat de kleine soel roeert te ontsnaen uit het veld van de grote soel. 8 3,110 R , = = Ω 0, U 3,1 I = = = 88,9 A R 3, ,5 10 Ω 89 A I = ,1 = 90 A 90 A d e 90 I : I s = 5 : 500 I > = 4,5 A > 4,5 A 0 De grote stroom door het draadje zorgt ervoor dat er voldoende owaartse kraht is. Als die stroom wegvalt, komt de soel in een sterker veld. Daardoor wordt de indutiesanning groter en randt het lamje door. 30 a De twee draden van aan- en afvoerstroom zijn tegengesteld gewikkeld. Hun magnetishe velden in de ijzeren kern heffen elkaar dus o als die stromen even groot zijn. De testkno zit in de figuur niet o de goede laats. Het moet zo: Als je o de testkno drukt, gaat de afvoerstroom niet rondom de ijzeren kern en wordt het magnetishe veld van de aanvoerstroom niet geomenseerd.

11 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 11 van 1 31 a 100 I = = 0, 438 A 0,44 A 30 I s = ,438 = 4,8 10 A 4,8 10 A d 1 Bij een stel serieweerstanden wordt het meeste vermogen ogewekt in de grootste weerstand. Ja. De seundaire sanning is maar 30/1100 = 0,1 V Je handen staan arallel 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 Ja. Die seundaire sanning verandert niet. 3 a P verlies = 3, W = I 5 I= 8,37 10 A 8,4 10 A P = = I entrale I = 8, A en = = I kael U U = 1, V Bij S: U = 1, , ,0 = 115 kv transformatieverhouding is : = 5,8 : 1 d Al: A = 48 5, =, m en ρ = Ωm staal: A = 7 3, =, m en ρ = Ωm te verwaarlozen 9 4 5,0 = 7 10 = 4,8 10 m 4,6 10 Als je het staal wel meerekent en de formule voor arallelle weerstanden geruikt, vind je 49 km i..v. 48 km. 33 a Als de transformatoren ijzer zouden evatten, zou het metaal van de kogel geen effet meer heen. De twee transformatoren mogen samen geen signaal geven als er geen kogel gevonden wordt. Door het tegengesteld wikkelen zorg je ervoor dat de twee sanningen elkaar oheffen. 10 kv 5,8 : 1 4, m

12 Stevin vwo deel Uitwerkingen hoofdstuk 8 Indutie ( ) Pagina 1 van 1 Toets 1 De oine van een auto a U = 50 = 1,08 10 V 10,8 kv 44 Door de zelfindutie in de rimaire soel duurt het even voor de stroomsterkte de waarde van 4 A heeft. O t = 0,016 s ; 0,041 s... dus als de stroom verorken wordt. 3 Bij een hoog toerental heeft de rimaire stroom de waarde van 4 A nog niet ereikt. Er zijn = vonken er minuut 60 3 t = = 3,75 10 s 3,75 ms Een driehoeksstroom a Φ = 0,05,0 1, = 7, W 7, W I 1, 8 ( 1, 8) = = 3 t (16 7) 10 1 B 3 4,0 10 A/s = 0, = 10 T/s t Erratum: er wordt gevraagd naar U eff, dat moet U ind zijn. Aflezen: U ind = 0,9 V Uind N A t 4,0 10 A/s 10 T/s 0,9 V B = dus 0,9 = N 1, N = Een transformatorhuisje a 1 a 6 1, Is = = 4,35 10 A N : N s = 4, : 170 = 6 : : 1 Je kunt ook de rimaire sanning ij het transformatorhuisje uitrekenen, die is 5,9 kv. 1 P verlies = 170,0 = 58 kw 58 kw erentage = 100 = 5,5% 6 3 1, ,5% P station = 1, = U s 170 U s = 6, kv 6, kv