Halfgeleiders LDR. experiment -1. gemakkelijk middelmatig moeilijk. demonstratie-experiment leerlingenpracticum

Transcriptie

1 experiment -1 Halfgeleiders LDR 3de graad - Halfgeleiders Onderwerp: LDR LDR, multimeter Meet de weerstand van de LDR zonder dat die afgedekt is. Meet de weerstand als je de LDR afdekt. Waar zou je een LDR kunnen voor gebruiken? R niet 5 k ; R afgedekt 20 k

2 experiment -2 Diode 3de graad - Halfgeleiders Onderwerp: Diode diode, lampje (6 V, 3 W), regelbare gelijkspanningsbron Maak de schakeling. Drijf langzaam de spanning van de bron op tot ongeveer 6 V. Zet de spanning op nul en draai de diode om. Herhaal het vorige. Verklaar je waarneming.

3 experiment -3 Black box met diodes 3de graad Halfgeleiders Onderwerp: black box met diodes black box (2 lampjes en 2 schakelaars gemonteerd op een doos, 4 diodes gemonteerd in de doos) gelijkspanningsbron 6 V Verbind de blackbox met de spanningsbron Zoek hoe de schakeling gemaakt is. jacky

4 experiment -4 Weerstand als functie van de temperatuur R NTC ( ) (1) 3de graad R(T) Onderwerp: R NTC ( ) NTC, multimeter, beker met warm water of haardroger 1. Meet met de multimeter rechtreeks de weerstand van de NTC bij kamertemperatuur. 2. Warm de NTC op door de sensor in een beker met warm water te steken of rechtstreeks met de haardroger. R kamer 5 k R warm 2 k

5 experiment -5 R NTC ( ) (2) 3de graad R( ) Onderwerp: R NTC ( ) NTC (bij voorkeur met afzonderlijke sensor anders de sensor in plastieken zak steken), multimeter, bekerglas gevuld met heet water, thermometer 1. Zet de sensor van de NTC en de thermometer in het bekerglas met water. 2. Meet rechtstreeks de weerstandswaarde van de NTC met de multimeter. 3. Bepaal R en bijvoorbeeld elke C. 4. Maak de grafiek. Verlaar de naam NTC.

6 experiment -6 R PTC ( ) (1) 3de graad R(T) Onderwerp: R PTC ( ) PTC, regelbare gelijkspannngsbron, lampje (0,03 A ), beker met warm water of haardroger 1. Sluit het lampje en de PTC in serie aan op de bron. 2. Regel de spannig van de bron zo dat het lampje juist brandt. 3. Warm met de haardroger de PTC op of steek de sensor in een beker met warm water. Verklaar je waarneming. Je kunt ook, zonder de PTC in een schakeling te zetten, de weerstandswaarde ervan opmeten bij kamertemperatuur en bij verwarming.

7 experiment -7 R PTC ( ) (2) 3de graad R( ) Onderwerp: R PTC ( ) PTC (bij voorkeur met afzonderlijke sensor anders de PTC in een plastieken zakje steken), multimeter, bekerglas gevuld met heet water, thermometer 1. Zet de sensor van de PTC en de thermometer in het bekerglas met heet water. 2. Meet rechtstreeks de weerstandswaarde van de PTC met de multimeter. 3. Bepaal R en bijvoorbeeld om de C. 4. Maak de grafiek. Verklaar de naam PTC.

8 experiment -8 Magnetisme Veldlijnen bij permanente magneten 3de graad - Magnetisme Onderwerp: veldlijnen bij permanente magneten middelmatig magneten (verschillende vormen), ijzervijlsel, glazen plaat of plexi plaat, 3D-model van staafmagneet in ijzervijlsel, kompasnaaldjes op voet, overheadprojector 1. Plaats achtereenvolgens magneten van verschillende vorm op de overhead. Leg er een glasplaat of een plexiplaat op. Strooi een fijne laag ijzervijlsel op de plaat. Observeer het veldlijnenpatroon. 2. Plaats 2 staafmagneten in elkaars verlengde, op een paar cm van elkaar. Eerst met tegengestelde polen naar elkaar, daarna met gelijksoortige polen naar elkaar. Herhaal het vorige. 1. Neem het veldlijnenpatroon over. 2. Zoek de richting en de zin van de veldlijnen bij een homogeen veld en een dipolair veld. 3. Vergelijk met de elektrische veldlijnenspectra (verschillen/ overeenkomsten). 1. Vermijd zorgvuldig het rechtstreeks contact tussen magneten en ijzervijlsel. Leg eerst de magneet op de overheadprojector, daar bovenop de glasplaat waarop je met een strooibus (b.v. een zoutvat) een fijne laag ijzervijlsel strooit. Tik zachtjes tegen de plaat. 2. Je kunt ook een staafmagneet tegen een ijzeren staaf plaatsen en het veld bestuderen.

9 experiment -9 Krachten tussen magnetische polen 3de graad - Magnetisme demonstratie-experiment Onderwerp: krachten tussen magnetische polen middelmatig staafmagneten, kompasnaald, paperclips 1. Duw een staafmagneet in een bakje paperclips. 2. Nader met een staafmagneet een andere magneet (of een kompasnaald). Draai de magneet om. 3. Stapel ringvormige magneten op elkaar. Gebruik hierbij de houder. Verklaar telkens je waarnemeningen. 1. Als je de proeven uitvoert als demonstratie, prik je voor een betere zichtbaarheid best een stukje papier op de noordpool van de kompasnaalden. 2. Je kan ook gebruik maken van doorzichtige kompasdozen die je op een overheadprojector plaatst.

10 experiment -10 Kenmerken van permanente magneten 3de graad - Magnetisme Onderwerp: kenmerken van permanente magneten middelmatig gebroken magneet (ofwel set van supermagneten), staafmagneet, ijzerdraad, kompasnaald, paperclips, metalen plaatjes, staaf in ijzer en staafmagneet met identiek uiterlijk, (bier)kaarten 1. Haal de stukken van een gebroken magneet uit elkaar en toon aan dat dit 2 afzonderlijke magneten zijn (b.v. met een kompasnaald of met ijzervijlsel). Breng de 2 stukken van een gebroken magneet tegen elkaar. Toon aan dat je nu 1 magneet hebt. 2. Breng het uiteinde van de ijzerdraad in de omgeving van een kompasnaald. Wrijf een paar keer, steeds in dezelfde zin, met een magneet langs de ijzerdraad. Breng het uiteinde opnieuw in de omgeving van de kompasnaald. Breng ook het andere uiteinde in de omgeving van de kompasnaald. 3. Leg een magneet bovenop de bierkaartjes. Hang een paperclip onderaan. Schuif verschillende plaatjes tussen de bierkaarten. 1. Verklaar telkens je waarnemingen. 2. Zoek uit welke de magneet is als je beschikt over 2 staven met een identiek uiterlijk. Als je de gemagnetiseerde draad in 2 stukken knipt bekom je dan 2 magneten.

11 experiment -11 Curietemperatuur 3de graad - Magnetisme Onderwerp: curietemperatuur 2 isolerende klemmen op voet, ijzerdraadje (diam = 0,4 mm, l =10cm), duimspijker, ronde bordmagneet, gelijkspanningsbron (15V, 5A) 1. Bevestig het ijzerdraadje tussen de klemmen en verbind deze met de bron. 2. Zet een duimspijker met de platte kant tegen de magneet en hang het geheel met de punt aan de ijzerdraad. 3. Laat de stroom door de draad toenemen tot 5A. 1. Verklaar. ( curie (Fe) = 767 C) 2. Waarom moet er een duimspijker tussen de ijzerdraad en de magneet?

12 experiment -12 Elektromagneten Proef van Oersted bij een rechte geleider en een cirkelvormige winding. 3de graad - Elektromagneten Onderwerp: proef van Oersted bij een rechte en een cirkelvormige geleider horizontale plooibare geleider (b.v. soldeerdraad of dikke koperdraad), isolerende voeten, kompasnaald op staander, gelijkspanningsbron (tot 15 A) en snoeren 1. Plaats een kompasnaald onder de rechte geleider. Zorg er voor dat beide evenwijdig zijn. Schakel de stroom in. 2. Keer de stroomzin om. 3. Plooi de draad tot een cirkelvormige winding en herneem de proef. Plaats de kompasnaald binnen de cirkel en ook net buiten de cirkel. Observeer de richting en de oriëntering van de kompasnaald t.o.v. de geleider en de stroomzin. 1. Herneem, indien dat mogelijk is, de proef met een kompasnaald boven de geleider. 2. Prik een stukje papier op de noordpool van de kompasnaald voor een betere zichtbaarheid.

13 experiment -13 B bij een rechte geleider: richting en zin 3de graad - Elektromagneten Onderwerp: richting en zin van B bij een rechte geleider dikke, rechte geleider (Cu) met aansluitklemmen en horizontaal tafeltje, kompasnaalden, spoel en horizontaal tafeltje, ijzervijlsel, gelijkspanningsbron (tot 10 A), snoeren 1. Plaats enkele kompasnaalden op het tafeltje. 2. Verbind de geleider met de bron. Schakel de stroom in. 3. Verbind de spoel met de bron. Strooi ijzervijlsel op het tafeltje en tik er een paar keer tegen. Schakel de stroom in. 4. Keer de stroomzin om en herneem de proef. Observeer de richting en de oriëntatie van de kompasnaalden. 1. Strooi het ijzervijlsel in een dunne gelijkmatige laag op het tafeltje en tik een paar keer op het tafeltje als de stroom opstaat. De veldlijnen zijn dan duidelijk zichtbaar. 2. Als je het geheel op een overheadprojector zet is het beeld duidelijk voor iedereen.

14 experiment -14 B bij een rechte geleider (1) 3de graad - Elektromagnetisme Onderwerp: B bij een rechte geleider rechthoekig kader met 30 windingen, ampèremeter, gelijkspanningsbron (tot 8 A) en snoeren, teslameter op statief gemonteerd, meetlat. Plaats de hallsonde van de teslameter vlakbij de rechte geleider. Oriënteer deze zorgvuldig, houd rekening met de oriëntatie van de hallsonde. Pas de nulstand van de teslameter aan. Meet de afstand r tussen de hallsonde en de geleider. 1. Schakel daarna de stroom in. Noteer de waarde van B. 2. Keer de stroomzin om, vergelijk de waarde van B met de voorgaande. 3. Verhoog bij een vaste positie van de hallsonde, de stroom in 4 stappen tot 8 A. Noteer telkens de waarde van B en van I. 4. Houd de stroom constant (max. 8A) en verplaats de hallsonde in stappen steeds verder van de rechte geleider. Meet bij elke stand r de bijhorende waarde van B. 1. Maak beide grafieken, B(I) en B(1/r). 2. Bereken de regressielijn door de meetpunten. 3. Bereken hieruit de waarde van μ o.

15 experiment -15 B bij een rechte geleider (2) 3de graad Magnetisme Onderwerp: B bij een rechte geleider groot rechthoekig stroomkader met 30 wikkelingen, meter, computer met interface en hallsensor, gelijkspanningsbron (0-8 A zonder rimpel), ampèremeter, verbindingsdraden, statiefmateriaal Omdat het kader groot is, is een zijkant ervan te beschouwen als een rechte stroomvoerende geleider. De stroom is gelijk aan de afgelezen stroom x aantal windingen. 1. Sluit het kader en de ampèremeter aan op de bron. 2. Klem de hallsensor vast loodrecht op de zijkant van het kader. 3. Stel de computer en de interface in. 4. Meet B bij verschillende waarden van I (0 tot 8 A) op een vaste afstand van de geleider. 5. Meet B als functie van de afstand r tot de geleider. voor een vaste stroom (7 A). 1. Leid het verband tussen B en I af. 2. Maak de grafiek B (1/r). Leid het wiskundig verband af.

16 experiment -16 B bij een spoel (1) 3de graad - Elektromagnetisme Onderwerp: B bij een spoel B(I), B(1/l) en B(N/l) uitrekbare spoel met 24 windingen, ampèremeter, gelijkspanningsbron (tot 8 A), snoeren, teslameter op statief gemonteerd, meetlat Plaats en oriënteer zorgvuldig de hallsonde van de teslameter zodat de veldlijnen opgevangen worden in het midden van de spoel. Pas de nulstand van de teslameter aan. 1. Start met de spoel op maximale lengte en meet deze lengte l. 2. Schakel de stroom in. Verhoog deze in 4 stappen tot 8 A. Meet telkens de waarde van B. 3. Verander bij een constante stroom (b.v. 8 A) de lengte van de spoel in 4 stappen. Meet telkens de waarde van l en van B. 1. Maak de grafieken B(I) en B(1/l). 2. Bereken de regressielijn door de meetpunten. 3. Bereken hieruit de waarde van μ o. B (mt) 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 l =27cm N=30 B = 0,125 I I(A) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 B (mt) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 N=30 I=8,0A B = 0,22 / l + 0,18 1/ l (1/m) 0,0 5,0 10,0 15,0

17 experiment -17 B bij een spoel (2) 3de graad Magnetisme Onderwerp: B bij een spoel spoel met constant aantal wikkelingen en variabele lengte, meter, computer met interface en hallsensor, gelijkspanningsbron (0-8 A zonder rimpel), stroommeter, verbindingsdraden, statiefmateriaal 1. Sluit de spoel en de ampèremeter aan op de bron. 2. Afhankelijk van de meetmethode van de hallsensor, schuif je deze in de spoel of in de opening in de zijkant van de spoel. 3. Stel de computer en de interface in. 4. Meet B bij verschillende waarden van I (0 tot 8 A) bij een vaste instelling van de spoel. 5. Meet B als functie van de windingsdichtheid bij een vaste waarde van I (bv. 7 A) door de lengte van de spoel te veranderen. 1. Leid het verband tussen B en I af. 2. Maak de grafiek B (1/lengte van de spoel). Leid het wiskundig verband af.

18 experiment -18 B bij een spoel (3) 3de graad Magnetisme Onderwerp: B bij een spoel spoel, gelijkspanningsbron (0-8 A zonder rimpel), stroommeter, verbindingsdraden, statiefmateriaal, (sterke) magneet Sluit de spoel aan op de bron. Zet de magneet op de balans. Schuif het geheel onder de spoel. Tarreer de balans. Schakel de stroom in. Meet de grootte van de kracht F als functie van de stroom I. Maak de grafiek F (I). Leid het wiskundig verband af.

19 experiment -19 Elektromagnetische kracht Kooldraadlamp in een magnetisch veld 3de graad Elektromagnetische kracht Onderwerp: kooldraadlamp in kooldraadlamp (220 V) met houder en aansluitingsdraden, magneet Monteer de lamp in de houder. Steek de stekker in het stopcontact. Houd de magneet met een pool in de buurt van de kooldraad, loodrecht op het vlak an de wikkeling van de draad. Wat neem je waar? Verklaar. Pas goed op als je de magneet bij de draad brengt opdat de windingen niet door elkaar komen.

20 experiment -20 Richting en zin van de laplacekracht 3de graad Magnetisme Onderwerp: laplacekracht: richting en zin gelijkspanningsbron (5 V), vaste opstelling laplacekracht ofwel hoefijzer magneet, metalen staaf met ophangingsdraden en statiefmateriaal 1. Sluit de bron aan of maak de opstelling 2. Draai de zin van de stroom om. 1. Beschrijf je waarneming. 2. Bepaal de richting en de zin van de stroom en de richting en zin van het magnetisch veld in het metalen staafje. 3. Bepaal de richting en de zin van de kracht op het staafje.

21 experiment -21 Krachten tussen evenwijdige geleiders - krachten op een spoel 3de graad Elektromagnetische kracht Onderwerp: krachten tussen evenwijdige geleiders krachten op een spoel spanningsbron (15 A), twee geleidende linten, verbindingsstukken(zwart gedeelte is een isolator), spoel bevestigd aan een lint 1. Evenwijdige geleiders met tegengestelde stroomzin. Schakel de twee linten in serie en gebruik hierbij de verbindingsstukken. Plaats de linten verticaal en evenwijdig met elkaar zodat de afstand tussen de linten ongeveer gelijk is aan 5 cm. Schakel een stroomsterkte van ongeveer 8 A in. 2. Evenwijdige geleiders met dezelfde stroomzin. Schakel de twee linten in parallel en gebruik hierbij de verbindingsstukken. Plaats de linten vertikaal en evenwijdig met elkaar zodat de afstand tussen de linten ongeveer gelijk is aan 5 cm. Schakel een stroomsterkte van ongeveer 8 A in. 3. Plaats de spoel tussen de polen van een hoefijzermagneet en schakel de stroom in. Verklaar telkens de verschijnselen die optreden.

22 experiment -22 Kracht op een gespannen draad 3de graad Elektromagnetische kracht Onderwerp: kracht op een gespannen draad wisselspanningsbron, Ni-Cr-draad, hoefijzermagneet, isolerende voeten 1. Maak de opstelling. Schakel de stroom in, deze moet kleiner dan 200 ma zijn. 2. Regel de spanningkracht in de draad door te voeten te verschuiven tot er staande golven ontstaan in de draad. Verklaar.

23 experiment -23 Laplacekracht 3de graad Elektromagnetische kracht Onderwerp: lorentzkracht gelijkspanningsbron, vaste opstelling voor de lorentzkracht, digitale balans (0,1 g)

24 experiment -24 Elektromagnetische inductie Inductieverschijnsel (1) 3de graad Inductie Onderwerp: magneet in spoel sterke cilindervormige magneet, spoel (N = 1200), sterke LED, suikertje en banaanstekkers Verbind de LED via het suikertje en de banaanstekkers met de uiteinden van de spoel. Laat een sterke magneet door de spoel vallen. Wat neem je waar? Verklaar. 1. Laat de magneet op mousse vallen. Gebruik een stuk plastic buis b.v. elektriciteitsbuis om de magneet door te laten vallen. 2. Om een sterke magneet te krijgen kun je verschillende kleine mageten aan elkaar koppelen. 3. Maak een vaste opstelling met behulp van een spoel die je uit een elektrisch apparaat hebt gerecupereerd. 4. Je kunt een draad winden om een elektriciteitsbuis waarbij je op regelmatige afstanden de draad als een spoel wikkelt. De spanning in de spoel moet je dan opnemen met een computer en een interface.

25 experiment -25 Inductieverschijnsel (2) 3de graad Inductie Onderwerp: vallende magneet 1. Al of Cu buis (l 1,5 m, 15 mm), sterke cilindervormige magneet met diameter kleiner dan de diameter van de buis 2. Alternatief: 2 Al ringen waarvan 1 doorgesneden (ofwel apparaat), staafmagneet, eventueel statiefmateriaal 1. Houd de buis verticaal. Laat de magneet door de buis vallen. 2. Alternatief: hang de ringen met touwtjes op (of gebruik het apparaat). Breng een staafmagneet in elke ring. Verklaar je waarneming. 1. Zet onderaan een doos met een stukje mousse in zodat de magneet niet breekt. 2. Je kunt tegelijkertijd een magneet en een voorwerp dat dezelfde vorm heeft als de magneet laten vallen door 2 identieke buizen. 3. Je kunt een buis in de verticale richting doorzagen met een heel dunne zaag zodat je niet ziet dat de buis doorgezaagd is. Laat dan 2 identieke magneten door op het eerste gezicht identieke buizen vallen.

26 experiment -26 Geïnduceerde spanning U i 3de graad Inductie Onderwerp: geïnduceerde spanning U i spoel ( windingen), magneet, computer met interface en spanningsensor, verbindingsdraden 1. Verbind de spoel met de spanningsensor. 2. Stel de computer en de interface in. 3. Laat de magneet door de spoel vallen. 4. Herneem met de spoel 180 gedraaid. Verklaar je waarnemingen. Als variante kun je een stuk elektriciteitsbuis nemen waar een koperen draad om de 10 cm tot een spoel is gewikkeld. Verbind de uiteinden van de draad met de spanningsensor. Verklaar.

27 experiment -27 Toepassingen Elektrische motor 3de graad -Toepassingen Onderwerp: Elektrische motor batterij type AA, blank koperdraadje Φ = 1,0 mm geplooid zoals op de foto, 1 of 2 supermagneetjes 1. Plaats de batterij bovenop de magneetjes, schuif de koperen ring over de constructie. 2. leg het koperen contactpunt bovenop de + pool van de batterij. 3. Geef een zijdelingse tik aan het kader. Verklaar de werking. Controleer of de onderste ring op 2 plaatsen raakt aan de magneet. Schuur eventueel het contactpunt wat af.

28 experiment -28 Magnetische demping (1) 3de graad Toepassingen Onderwerp: magnetische demping spiraalveer, staafmagneet, spoel (N groot), positiesensor, interface, computer, statiefmateriaal, snoeren, schakelaar, vlag 1. Bevestig de staagmagneet aan één uiteinde van de veer. Hang het andere uiteinde van de veer aan een statief zodat de veer en de magneet verticaal hangen. 2. Bevestig een vlag aan het ondereinde van de magneet. 3. Maak de spoel vast zodat de bovenkant van de magneet er ongeveer midden in hangt. Verbind de schakelaar met de spoel. 4. Zet de positiesensor onder de vlag. Er moet ongeveer 30 cm tussen deze 2 zijn. 5. Meet de positie van de vlag met de schakelaar open en met de schakelaar toe. Verklaar je waarneming. Meet met een spanningssensor tegelijkertijd de spanning over de spoel. Verklaar.

29 experiment -29 Magnetische demping (2) 3de graad Toepassingen Onderwerp: magnetische demping sterke magneet opgehangen aan een koordje, Al plaat, statiefmateriaal Laat de magneet slingeren op maxim. 1 cm boven een tafelblad. Schuif de Al plaat onder de slingerende magneet. Verklaar je waarneming.

30 experiment -30 Transformator 3de graad - Toepassingen Onderwerp: transformator spanningsbron (220 V), transformator1( prim. 500 W, sec W) + gebogen staven vonkenboog, transformator2( prim. 600 W, sec. 6 W), transformator1( prim. 600 W, sec. ringvormig pannetje), water Voorzichtig zijn bij de uitvoering van de proeven! 1. Optransformeren van de spanning. Plaats de gebogen staven op de secundaire spoel met W. Schakel de tranformator1 in met de schakelaar. 2. Opwekken van een grote stroomsterkte in de secundaire spoel. De secundaire spoel (6 windingen) wordt afgesloten met een nagel. Schakel de tranformator in. 3. Opwekken van een grote stroomsterkte in de secundaire spoel. De secundaire spoel bestaat uit een ringvormig pannetje. Vul het pannetje met water en schakel de tranformator in. Verklaar telkens de verschijnselen die optreden. Gebruik een beschermkap bij de uitvoering van proef 1 of leerlingen op voldoende afstand houden (spanning van V tussen de staven).