Uitwerkingen opgaven Elektrische velden. DNA onderzoek met elektroforese

Transcriptie

1 Uitwerkingen opgaven lektriche velden Opgave 1.1 DNA onderzoek met elektroforee a Wat beweegt er precie? negatief geladen DNA fragmenten b Door welke tof vindt de beweging plaat? door een gel c Wat veroorzaakt de beweging? negatief en poitief geladen uiteinden van de bak d Waarom bewegen de fragmenten niet allemaal even ver? de DNA broktukken zijn niet even groot e Wat geeft de chaal naat de afbeelding weer? de grootte van de DNA fragmenten Opgave 1. Opgave Het principe van elektroforee a het negatieve eiwit wordt aangetrokken/afgetoten door de negatieve plaat en aangetrokken/afgetoten door de poitieve plaat Vul in: toten elkaar af of trekken elkaar aan : b gelijkoortige ladingen toten elkaar af en verchillende ladingen trekken elkaar aan c Wat bedoelt men met de uitpraak: poitieve ladingen bewegen met het veld mee en negatieve ladingen bewegen er tegenin? poitieve lading volgt de richting van de pijl in de veldlijnen, negatieve lading beweegt de andere kant op Chemiche bindingen Bekijk het principe van de ionbinding en covalente binding. a Atomen zijn tabiel al ze een volle buitente elektronenchil hebben. Op welke drie manieren kan dat gerealieerd worden? Door elektronen af te taan of door elektronen op te nemen en door elektronen te delen met andere atomen b Hoe verklaar je hiermee de werking van de ionbinding en de covalente binding? ionbinding: een atoom neemt elektronen op, de ander taat elektronen af, daarna trekken het poitieve en negatieve ion elkaar aan; bij covalente binding trekken de poitieve kernen een de negatieve elektronenparen c Tuen welke deeltje treden nu precie de elektrotatiche krachten op? Zie b

2 d e In plaatje B wordt de linkerzijde van het tuk metaal negatief gemaakt en de rechterzijde poitief. Wat gebeurt er daardoor? De elektronen gaan door het metaalrooter bewegen Hoe noemen we dat? en elektriche troom In plaatje C wordt de linkerzijde van het tuk metaal warm gemaakt. Waar zorgen de elektronen in dit geval voor? Voor warmtegeleiding Opgave.1 Opgave. Hoe groot i de lading van elektronen en protonen? a Hoe groot i de lading van één elektron? 1, C b Hoeveel elektronen heb je nodig om 1 C lading te krijgen? 1 elektron heeft 1, C lading, du om 1 C te krijgen heb je ,5 10 elektronen nodig 19 1,6 10 c Hoeveel elektronen paeren per econde bij een troom van 1 A? 1 18 per econde 1 C du 6,5 10 elektronen 19 1,6 10 f Hoeveel coulomb lading paeert per econde een lamp van 60 W die i aangeloten op de netpanning van 30 V? Gebruik P U I. P 60 C I U 0,61 A du Q 0,61 30 Berekenen van de elektrotatiche kracht a Hoe groot i de lading van deze ionen? 1+ en 1- In coulomb? +1, C en -1, C b Wat wordt bedoeld met een iontraal? Maak een tekening. iontraal c Bereken de aftand r tuen de ionen. aftand i de aftand tuen de middelpunten du de om van de iontralen: lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

3 traal 1 traal r m d Bereken de elektrotatiche coulombkracht tuen de twee ionen Q1 Q 9 1,6 10 1, F C 9 10,95 19 N 1 r (79 10 ) Opgave.3 I 1 coulomb lading veel? Neem aan dat twee terke mannen ieder een bol met 1 coulomb lading vat hebben. Op welke aftand moeten ze taan, zodat ze die bollen nog net tegen kunnen houden? Ieder levert een kracht van 500 N. Verraende uitkomt? 9 Q1 Q C Q1 Q F C r r F 500 r m 4, km!! Opgave.4 Watertofatoom: heel kleine en heel grote getallen en watertofatoom betaat uit 1 proton en 1 elektron. Het elektron cirkelt op een aftand van 5, m om het proton. a Bereken de elektrotatiche kracht die de deeltje op elkaar uitoefenen. Q1 Q 9 1, , F C ,6 10 N 11 r 5,8 10 ( ) b Reken met de formule de nelheid van het elektron uit (zoek de maa van een elektron op). elektron m 9, kg 8 11 m v FC r 8,6 10 5, FC v 4, r m 9, m v 4, , dat i 188 km/ c Hoe vaak per econde draait dit elektron rond de kern? Kun je je daar nog iet bij voortellen? baanomtrek π r π 5, m 3, m 3 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

4 , aantal omwentelingen 6,59 10 keer, 10 3,3 10 onvoortelbaar veel 6 Opgave.5 Opgave.6 Ladingen cheiden door wrijving a Noem de onbekende lading x en bereken zo de lading van iedere ballon. b Bereken hoeveel elektronen op iedere ballon zijn gewreven. Meer wrijvingelektriciteit a b c Nemen haren elektronen op of taan ze die af? ze hebben een behoorlijk terke neiging om elektronen af te taan want haar wordt poitief geladen n een rubber ballon? rubber neemt elektronen op Wat i in de figuur link gebeurd? de ballonnen zijn tegen het haar gewreven, waardoor er elektronen zijn overgeprongen; het haar i poitief en de ballonnen negatief, daardoor trekken ze elkaar aan Het meije op de foto i opgeladen door een elektrieermachine..3 d e f Verklaar met behulp van lading en krachten waardoor de haren van het meije uit elkaar gaan taan. het meije i door de elektrieermachine opgeladen; alle haren zijn du ook geladen met gelijkoortige lading, daardoor toten ze elkaar af en gaan zo ver mogelijk uit elkaar taan Wat gebeurt er al je gla met een polyeter doek wrijft? in de tabel zien we dat het gla poitief wordt geladen en de doek negatief Verklaar hoe je elektrich opgeladen kunt worden al je over kunttof vloerbedekking loopt (bijv. PVC). je choenen en de vloer worden door de wrijving met elkaar geladen Opgave.7 Statiche elektriciteit gaat bewegen a Bekijk en vonk naar de trapleuning. Maak een chatting van de aftand tuen de vinger en de trap en bereken hoeveel panning er op het jongetje wa opgebouwd. chatting aftand 3 cm U 0,03 3 miljoen V 4 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

5 Opgave.8 en heel grote vonk: blikem a Tuen welke gebieden onttaan nu elektriche velden? tuen de bovenkant en de onderkant van de wolk, en tuen de wolk en het aardoppervlak b Welke zijn dat? wolk1 wolk1, wolk1 wolk, wolk grond, wolk lucht c Welke ontladingen zie je in deze animatie? wolk grond én blikemontlading produceert een energie van 300 GJ. d Hoeveel kwh elektriche energie i dat? 1 kwh 3, J /3, kwh e Hoeveel m 3 water kun je met de energie uit één blikem van 0 C aan de kook brengen? 9 Q Q m c T m kg c T f Laat zien dat je met deze hoeveelheid water een zwembad van ongeveer 30 m 10 m 3 m kunt vullen. V m L Opgave 3.1 Opgave 3. Kenmerken van veldlijnen De maat van veldterkte en celmembraan i 7,85 nm dik. Bereken de elektriche veldterkte over het membraan. U 63,0 10 d 7, V m Opgave 3.3 P Kracht en veldterkte a Bereken de elektriche kracht op een lading van 1 mc in een veld van 50 V/m. 3 F Q , 5N In de figuur link zie je een elektrich veld. In het punt P taat een lading van μc. Hij ondervindt een elektriche kracht van 100 N. b Bereken de elektriche veldterkte in het punt P. Welke eenheid zou je opgeven? F N q 10 C T 5 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

6 c I die lading die het veld veroorzaakt poitief of negatief? Leg uit. de veldlijnen wijzen naar de lading toe, du het i een negatieve lading d Bereken de grootte van de lading die het veld veroorzaakt al punt P m van de lading af ligt. Gebruik de wet van Coulomb. Q1 Q F r 100 F C Q1, mc 9 6 r C Q Opgave 3.4 Homogeen veld a Hoe zie je dat? de veldlijnen lopen evenwijdig De batterij levert een panning van 150 V. De platen taan 50 cm uit elkaar b Bereken de veldterkte tuen de platen U 150 V 300 d 0,5 m c Hoe groot i de kracht die op de lading (Q +5 mc) in punt A wordt uitgeoefend? F F Q 500 0,005,5 N Q d Hoe groot i de veldterkte in punt B? even groot al in punt A want het veld i homogeen Opgave 3.5 en pel van elektronen: wat gebeurt er precie? a Waarom zou dat zo zijn? Denk aan elektriche krachten. het overchot aan elektronen wordt teed groter, du ook de aftotende elektrotatiche kracht b Wat gebeurt er tegelijkertijd op de linkerplaat? het tekort aan elektronen wordt teed groter, de reterende poitieve lading wordt groter en du ook de aantrekkende elektrotatiche kracht op de elektronen 1. Het proce topt al de panning tuen de platen even groot i al de panning van de bron.. De elektronen op de negatieve plaat verdelen zich zo ver mogelijk over de plaat. c Waarom zou dat zo zijn? omdat ze elkaar aftoten 6 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

7 3. De elektronen gaan zo dicht mogelijk tegen de linker buitenzijde van de plaat zitten. d Waarom? omdat ze aangetrokken worden door de poitieve plaat aan de overkant e Wat gebeurt er tegelijkertijd op de linkerplaat? daar worden de elektronen afgetoten waardoor er een overchot aan poitieve lading overblijft 4. De ladingen link en recht veroorzaken een elektrich veld. Zoal bekend wordt de veldterkte bepaald door de panning en door de aftand tuen de platen. f Verklaar met het model waarom bij een grotere panning de veldterkte toeneemt. Bij een grotere panning kunnen er meer elektronen worden verplaatt waardoor er een grotere kracht op een lading tuen de platen onttaat en du ook een grotere veldterkte g Verklaar met het model waarom bij een kleinere aftand de veldterkte ook toeneemt. Bij een kleinere aftand kunnen de ladingen in de platen een grotere kracht op een lading tuen de platen uitoefenen en du onttaat ook een grotere veldterkte Opgave 4.1 nergie in een homogeen elektrich veld Met een panningbron van 150 V i een homogeen elektrich veld gemaakt. De platen taan 10 cm uit elkaar. a Bereken de veldterkte. U 150 V 1500 d 0,1 m en voorwerp met een lading van,5 mc bevindt zich in dit veld, zie tekening. b Bereken de elektriche kracht op deze lading. F F Q ,005 Q c Wat gebeurt met deze lading? Die gaat vernellen naar link 3,75 N d Hoeveel arbeid levert deze kracht al de lading helemaal naar de andere plaat beweegt? W F 3,75 0,1 0,375 J 7 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

8 e Bereken deze potentiële energie. Concluie? 3 POT Q d, ,1 0,375 J potentiële energie i hetzelfde al arbeid door de veldkracht De lading heeft een maa van 5,0 g. f Bereken met welke nelheid de lading de plaat treft. KIN 0,375 m 1 KIN m v v 1, 3 m 5 10 g Hoeveel arbeid moet geleverd worden om de lading weer 10 cm terug naar de andere plaat te bewegen? ook weer 0,375 J Opgave 4. lektronen vernellen a Bereken de veldterkte. U 1500 V d 0,0 m b Bereken de potentiële elektriche energie die het elektron bezit. 16 Q d 1, ,0,4 10 J POT c Met hoeveel kinetiche energie paeert hij het gat in de poitieve plaat? ook met, J want alle potentiële elektriche energie i omgezet d KIN Welke nelheid heeft hij dan gekregen (zoek de maa van een elektron op)? 16 KIN, m 1 m v v, m 9, e Leg uit dat het elektron deze nelheid alleen krijgt al het in vacuüm beweegt. al het in lucht of een andere tof beweegt zal het afgeremd worden f Hoeveel ev energie heeft het elektron uit de opgave gekregen? 16 16,4 10, ev 1,6 10 g Reken uit: 1 ev 1, J km lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

9 Opgave 4.3 Protonen vernellen en intein a Bereken met potentiële en kinetiche energie de nelheid die het proton krijgt. Q U 1, , J 11 KIN 8, m 1 KIN m v v 3, m 1, b Vergelijk de uitkomt met de lichtnelheid c km/. De uitkomt i meer dan de lichtnelheid c Bereken de maatoename in mg die de atelliet door die nelheid heeft gekregen. m m 4000, kg v c 3 10 een toename van 1 mg d Waarom moet je niet afronden bij de vorige vraag? dan krijg je een toename van nul Atomen van een bepaald element hebben een maa van 414,8 u al ze een nelheid hebben van 0,88c. e Wat zou men bedoelen met 0,88c? 0,88 c 0, km/ km/ f Welke element zou dit zijn? m0 v 0,88c m m0 m 1 414, u v c c 1 c in PS opzoeken: het zijn goud (Au) atomen km Opgave 4.4 Maa energie a Bereken met hoeveel J de maa van 1 g materie overeenkomt. m c 0,001 ( ) J Al je deze energie helemaal zou kunnen vrijmaken, zou die omgezet worden in warmte en veel andere vormen van traling. én ton TNT (pringtof) levert een energie van 4,184 GJ. 9 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

10 b Bereken hoeveel kiloton TNT evenveel energie levert al 1 g materie m 1,,51 10 kg 1,51 ton TNT 9 4, c Bereken de energie waarmee de maa van een proton gelijktaat. m c 1, ( ) 1, J Opgave 4.5 Lineaire deeltjeverneller a Probeer dit een uit in de animatie door op het juite moment zelf de batterij om te polen: Het i duidelijk dat je dit beter kunt automatieren. Dat kan met een wielpanning.. b Tet dat zelf in de animatie. Ook deze animatie i vertraagd. Hieronder zie je een momentopname. c Waarom i de volgende vernellingbui teed iet langer dan de vorige? omdat de nelheid van het deeltje iedere keer toeneemt, maar de cilinder wel om en om een tegengetelde panning moeten hebben en proton heeft een rutmaa m 0 1, kg. c Bereken met hoeveel J energie dit overeenkomt. Gebruik m c 0 m 0 c 1, ( ) 1, J d Hoeveel MeV i dit? 1 ev 1, J 10 1, ,5 MeV 1,6 10 e 938 v 0 1 c 1 c 0, 719c 1350 du 71,9 % van de lichtnelheid f Reken nog een keer de nelheid uit aan het eind van het hele proce. Concluie? 938 v 0 1 c 1 c 0, c lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

11 du 99,951 % van de lichtnelheid! Opgave 4.6 Cirkelvormige deeltjeverneller: het cyclotron a Met welk doel? iedere keer al het deeltje de pleet overteekt moet het verneld worden en hij paeert de pleet om en om in een andere richting b Onderzoek in de imulatie of je de deeltje zo een hogere nelheid kunt geven. c Hoe zie je dat? de traal van de cirkel neemt iedere keer iet minder toe. Opgave 4.5 CRN en de LHC Reken uit hoeveel % van de lichtnelheid ze dan hebben gekregen. 938 v 0 1 c 1 c 0, c Opgave 5.1 Het principe van elektroforee: evenwicht van krachten a Waarom gaan ze niet teed neller bewegen? ze worden afgeremd door de gel b Welke drie krachten werken er op hem? afzetkracht (blauw) rolwrijving luchtwrijving c De krachten zijn in evenwicht. Hoe zie je dat? naar recht afzetkracht 5,74 N naar link rolwrijving + luchtwrijving 3,00 +,74 5,74, er i evenwicht d Waar zal de luchtwrijvingkracht van af hangen? van de nelheid, de troomlijn en de luchtdichtheid e Wat gebeurt er al zijn afzetkracht minder wordt (langzamer trappen)? Welke krachten veranderen? de afzetkracht wordt minder, de kracht naar link i groter dan de kracht naar recht, de fieter vertraagt, de luchtwrijving wordt minder 11 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

12 f Onttaat er weer evenwicht? Wat i het verchil met de beginituatie? er onttaat een nieuwe evenwicht met contante nelheid, het verchil i dat de nelheid lager i g Beredeneer of en hoe de migratienelheid verandert al de panning wordt verhoogd. hogere panning grotere, du nelheid groter h Wat gebeurt er al de temperatuur van het geheel wordt verhoogd? de geldeeltje gaan neller bewegen, du de wrijving zal minder worden, de nelheid neemt toe i Bereken hiermee hoe lang er gemeten moet worden om een verplaating van deze eiwitmoleculen van 3 cm te krijgen. U 50 V 4167 d 0,06 m 1 5 v q, , f ,03 v t t 3149 v 9, m 5 min 15 Opgave 5. Praktiche elektroforee a Bechrijf de kenmerken van een aminozuur. en aminozuur heeft een zure groep en een baiche groep Bij lage ph i een aminozuur poitief geladen en bij een hoge ph i het negatief geladen. b Geef hiervoor een verklaring. Bij lage ph zijn er veel H 3 O + ionen in de oploing, die hun overtollige H + aftaan aan de aminogroep, die daardoor een poitieve lading krijgt Bij hoge ph zijn er veel OH - ionen in de oploing, die een H + lomaken en opnemen van de zuurgroep, die daardoor een negatieve lading krijgt c Leg uit hoe je door een bufferoploing in de gel aan te brengen de lading van een aminozuur kunt beïnvloeden. 1 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken

13 en bufferoploing heeft een vate ph, du door een juite keuze van je buffer kun je bepalen of een aminozuur een poitieve of negatieve lading krijgt Het io-elektrich punt (IP) i de ph waarbij een aminozuur ongeladen i (neutraal). Het aminozuur lyine (recht) heeft een IP van 9,6. d Beweegt dit molecuul naar de poitieve of negatieve pool in een neutrale oploing? Leg uit. In een neutrale oploing geldt dat de ph 7, du de oploing gedraagt zich voor het lyinemolecuul al zuur; het molecuul wordt poitief en beweegt naar de negatieve pool Opgave 5.3 DNA gelelektroforee Welke concentratie van de gel? In verchillende gelconcentratie kunnen DNA fragmenten van verchillende grootte beter worden opgelot, zie figuur link. e Loen de grote of de kleine tukken beter op in de 0,7 % oploing? Hoe zie je dat? f n in de 1,5 % oploing? 13 lektriche velden uitwerkingen opgaven 015 Vervoort Boeken