6 Schakelingen. Lading en spanning. Nova. Leerstof. Toepassing

Transcriptie

1 6 Schakelingen 1 Lading en spanning Leerstof 1 a een negatieve lading b elektronen c De elektronen gaan van de doek naar de pvc-buis. d een positieve lading 2 a Het voorwerp trekt dan andere voorwerpen aan, of er springen vonkjes over naar andere voorwerpen. b Voorwerpen worden dan gemakkelijker ontladen. c Dit voorwerp bevat evenveel positieve als negatieve lading. d Tijdens het rijden kan een auto een spanning opbouwen. Als je uitstapt, ontlaadt de auto zich via je lichaam. Ca Toepassing 3 a Je hoort geknetter en je haar blijft aan de kam plakken. b Je ziet vonkjes tussen je hoofd en fleece trui, hoort geknetter en voelt een tinteling. c De strook plakband plakt ook met de niet-plakkant aan je vingers. 4 a Kevin heeft gelijk. Voorwerpen die op dezelfde manier geladen zijn, stoten elkaar af. b Zie figuur 1. c Zie figuur 1. Cb Dennis 5 a Bij het tanken wordt er via de brandstofslang een verbinding gemaakt tussen het geladen vliegtuig en de aarde. Via de brandstofslang kunnen vonken overspringen en brand veroorzaken. b De lucht is dan droog, waardoor een vliegtuig het meest geladen is. c Het vliegtuig wordt dan op een veilige manier ontladen. d Om te zorgen dat het vliegtuig goed ontladen wordt. Cc Peter 6 a Beide blaadjes krijgen dezelfde lading. Voorwerpen met dezelfde lading stoten elkaar af. b Nee. De blaadjes slaan in beide gevallen uit. figuur 1 69

2 7 a De uitslag verdwijnt: de blaadjes zilverpapier hangen recht naar beneden, tegen elkaar aan. b De elektronen die de negatieve elektroscoop te veel heeft, vloeien naar de positieve elektroscoop. Daar heffen ze het tekort aan elektronen op. Beide elektroscopen zijn na afloop neutraal. 8 a De negatief geladen onderdelen en de positief geladen coating trekken elkaar aan. b Elk poederdeeltje komt dan ook terecht op het geladen onderdeel. c Ook op de moeilijke plekken is een overschot aan (negatief geladen) elektronen. De positief geladen poedercoating wordt ook naar deze moeilijke plekken aangetrokken; iets wat met gewone verf moeilijk gaat. *9 a Goede antwoorden zijn: Deze spanningsbron levert geen continue stroom. Het is lastig de uiteinden van het elektrische apparaat op de polen van deze spanningsbron aan te sluiten. Je weet van tevoren nooit waar deze spanningsbron ontstaat. Je kunt de spanningsbron niet verplaatsen. b De negatief geladen onderkant van de onweerswolk stoot elektronen op het aardoppervlak af, zodat deze hiervandaan wegstromen. Het aardoppervlak onder de wolk wordt daardoor positief geladen. Plus Elektriseermachines 10 a Bij vochtig weer wordt de lucht geleidend en lekt de lading weg. b Zodra er een vonk is overgesprongen, is de lading even helemaal weg en moet het apparaat weer worden opgeladen. 11 a De elektronen zijn via haar vinger naar de elektriseermachine gegaan. b Bij het lichtnet is de spanning voortdurend aanwezig en kan er continu een stroom lopen. Dat is gevaarlijk. 2 Weerstand Leerstof U 12 a R = I b De spanning en de stroomsterkte zijn recht evenredig. c De weerstand van een constantaandraad heeft een constante waarde. d De spanning en de stroomsterkte zijn bij een gloeilampje niet recht evenredig. e van een NTC 13 grootheid symbool eenheid symbool spanning U volt V stroomsterkte I ampère A weerstand R ohm Ω 70

3 Toepassing 14 a Zie figuur 2a. b Zie figuur 2b. U 6,0 c R = = 26 Ω I 0,23 a schakeling b schakelschema A V figuur 2a figuur 2b 15 mixer: R = = 1, Ω I 1,4 lamp: R = = = 4791,66.. Ω 4,8 kω I 0,048 waterkoker: R = = 24 Ω I 9,6 16 a De spanning en de stroomsterkte zijn niet recht evenredig. b 4,5 A U 4,5 c R = = = 1,0 Ω I 4,5 d De temperatuur van de gloeidraad in het fietslampje stijgt, waarbij de weerstand toeneemt. e Na 10 ms. U 4,5 f R = = = 9 Ω I 0,5 17 a U = I R = 0,25 6,0 = 1,5 V b De weerstand van de constantaandraad blijft 6,0 Ω. Daarbij zijn de spanning en de stroomsterkte recht evenredig. Dus als de stroomsterkte 3 groter wordt, zal de spanning ook 3 groter zijn. De nieuw ingestelde spanning is 4,5 V. c U = I R = 0,75 6,0 = 4,5 V 71

4 18 a Zie figuur 3. b De spanning is niet recht evenredig met de stroomsterkte. c Bij toenemende spanning (en lichtsterkte) neemt de stroomsterkte in mindere mate toe. De weerstand neemt toe. d I = 0,35 A U 7,0 R = = = 20 Ω I 0,35 e De spanning is niet recht evenredig met de stroomsterkte. Hier geldt de wet van Ohm niet. I (A) 0,5 0,4 0,3 0,2 0, U (V) figuur 3 U 3,0 19 a R = = 14 Ω I 0,22 U 3,0 b R = = = Ω = 30 kω I 0,0001 c Dat kan bijvoorbeeld komen doordat de zon ondertussen is ondergegaan en er bijna geen licht op de LDR valt. *20 a Zie figuur 4. b bij 605 Ω; T = 36 C bij 154 Ω; T = 74 C bij 79 Ω; T = 96 C 72

5 R (Ω) figuur 4 T ( C) Plus De weerstand van je lichaam *21 a bij I = 10 ma = 0,0010 A R = = = Ω = 23 kω I 0,0010 bij I = 100 ma = 0,100 A R = = = 2300 Ω = 2,30 kω I 0,100 bij I = 1 A R = = kω (ergens rond 200 Ω) I 1 b Omdat bij een natte huid de contactweerstand sterk daalt, is het risico op ernstige ongelukken in een badkamer met elektrische apparaten groot. Veiligheid is daarom van levensbelang. 73

6 22 a De leugendetector maakt gebruik van metalen plaatjes die op de huid geplakt worden. Over de plaatjes wordt een lage spanning aangesloten, waardoor er een stroompje tussen de plaatjes loopt. De leugendetector meet de grootte van dit stroompje. b De huidweerstand wordt lager. c Zweet bevat zout, en zout water geleidt de elektrische stroom beter dan zuiver water. d de stroomsterkte e Het veranderen van de huidweerstand ten gevolge van het zweten kan ook een andere oorzaak hebben dan alleen liegen. 3 Werken met weerstanden Leerstof 23 a Je kunt het lampje aansluiten op een batterij van 9 V door een voorschakelweerstand in de schakeling op te nemen. b Als je het aantal weerstanden in een serieschakeling steeds groter maakt, wordt de totale weerstand steeds groter. c Als je de afzonderlijke weerstanden vervangt door één weerstand met een waarde gelijk aan de vervangingsweerstand, ( ), dan maakt dat voor de rest van de schakeling niets uit (de stroomsterkte verandert in dat geval niet). d De formule voor het berekenen van de vervangingsweerstand van drie parallel geschakelde weerstanden is: = + + R 3 24 a In een serieschakeling is de stroomsterkte overal even groot. b In een parallelschakeling splitst de stroom zich bij elke vertakking. c In een parallelschakeling staat de volledige bronspanning over elk schakelonderdeel. d In een serieschakeling verdeelt de spanning zich over de diverse schakelonderdelen. Toepassing 25 a De totale weerstand is het kleinst in schakeling c. De lampjes zijn hier namelijk parallel geschakeld (om precies te zijn: de totale weerstand is de helft van de weerstand die een lampje heeft in deze schakeling). b De stroomsterkte is het kleinst in schakeling b. In deze schakeling zijn drie lampjes in serie geschakeld, dus de totale weerstand is hier het grootst. c In schakeling c branden de lampjes het felst. In deze schakeling staat over elk lampje de volledige bronspanning. In schakeling c is de spanning over de lampjes dus het grootst, en daardoor is de stroomsterkte door de lampjes in deze schakeling ook het grootst. Daardoor zullen de lampjes in deze schakeling het felst branden. 26 a = 100 Ω = 200 Ω R 3 = 300 Ω = + + R 3 = = 600 Ω b = 12 V = 600 Ω 12 I = = = 0,020 A = 20 ma

7 27 a U lampje = 10 V I = 0,30 A U lampje 10 R lampje = = 33 Ω I 0,30 b De totale weerstand bereken je met de formule: = + + R Omdat de weerstand van elk lampje hetzelfde is (33 Ω), volgt voor de totale weerstand: = , Ω c = 230 V = 7, Ω 230 I = = 0,3 A 7, Dit is inderdaad gelijk aan de op de lampjes vermelde stroomsterkte. 28 a = 9,0 V I = 18 ma = 0,018 A 9,0 = = = 5, Ω I 0,018 b Manier 1: = + R led 500 = = = 390 Ω Manier 2: R led = 110 Ω I = 18 ma = 0,018 A U led = I R led U led = 0, = 1,98 V = 9,0 V = U 1 + U led 9,0 = U 1 + 1,98 U 1 = 7,02 V U 1 7,02 = = = 390 Ω I 0, a = + = + = 0, = b Manier 1: 1 0, Ω U 6,0 I tot = = 0,35 A 17 Manier 2: U 6,0 I 1 = = = 0,30 A 20 U 6,0 I 2 = = 0,050 A = 50 ma 120 I tot = I 1 + I 2 = 0,30 + 0,050 = 0,35 A 75

8 30 a = + = = 100 Ω I = = = 2,30 A 100 b I = = 3,5 A 65 c I = = 6,6 A 35 d Manier 1: beide weerstanden krijgen de volledige bronspanning van 230 V. De stroomsterktes door de weerstanden bij deze spanning heb je al bij b en c berekend. I tot = I 1 + I 2 = 3,5 + 6,6 = 10,1 A Manier 2: = + = + = 0, = 1 0, = 22, Ω I tot = = 10,1 A 22, = + + R = R = = 0,025 R R 3 = 1 0,025 = 40 Ω *32 a Voor de twee parallel geschakelde weerstanden geldt: R 3 = 20 Ω R 4 = 20 Ω = + = 0,10 R 3, R 3,4 = = 10 Ω 0,10 = 20 Ω = 20 Ω = + + R 3,4 = = 50 Ω Dus: = 6,0 V = 50 Ω 6,0 I = = = 0,12 A 50 76

9 b De grootste weerstand krijg je als je alle vier weerstanden in serie schakelt: = = 80 Ω De kleinste weerstand krijg je als je alle vier weerstanden parallel schakelt: = = 0, = = 5,0 Ω 0,20 (Omdat de vier weerstanden gelijk zijn, mag je ook meteen zeggen dat = 20 : 4 = 5,0 Ω.) Plus De kleurcode op weerstanden 33 a weerstand a: 220 Ω weerstand b: 680 Ω weerstand c: 1000 Ω weerstand d: 5600 Ω b Door weerstand a en weerstand b in serie te schakelen: = = 900 Ω. Door weerstand b en weerstand c in serie te schakelen: = = 1680 Ω 1,7 kω. c Door weerstand a, b en c in serie te schakelen: = = 1900 Ω. *34 a De drie gelijke weerstandjes hebben een waarde van 330 Ω. Het laatste weerstandje heeft een waarde van 47 Ω. b I = 19 ma = 0,019 A R led = 80 Ω U led = I R led = 0, = 1,52 V Dus: = 4,5 V U led = 1,52 V = U led + U R 4,5 = 1,52 + U R U R = 4,5 1,52 = 2,98 V U R 2,98 R = = = 1,6 102 Ω I 0,019 c De volgende combinatie geeft de juiste waarde van de vereiste vervangingsweerstand (zie figuur 5): = 47 + (330 : 3) = 157 Ω 330 Ω 47 Ω 330 Ω figuur Ω 77

10 4 Automatische schakelingen Leerstof 35 a De transistor functioneert in een inbraakalarm als een automatische schakelaar. b de collector, de emitter en de basis c De transistor laat de apparaatstroom door als er een kleine stroom loopt van de basis (B) naar de emitter (E). d De transistor houdt de apparaatstroom tegen als er geen of maar heel weinig stroom van de basis naar de emitter loopt. 36 Zie figuur 6. figuur 6 Toepassing 37 a de LDR en de NTC b de transistor c de elektromotor, het ledlampje en de zoemer 38 a de huisinstallatie (in de meterkast) b de thermostaat c de rookmelder d de automatische tijdschakelaar 39 a Zie figuur 7. b De stroom door het lampje is het grootst. De stroom door het lampje is gelijk aan de stroom die van de collector naar de emitter loopt, en deze is altijd veel groter dan de basisstroom, die door de weerstand loopt. c Als Fida haar hand over de LDR legt, wordt de weerstand van de LDR heel groot. De stroomsterkte door de basis wordt dan heel klein. Er kan dan geen stroom meer lopen van de collector naar de emitter: het lampje gaat uit. L R B C E figuur 7 78

11 40 a Lens 1 moet van een divergente bundel een evenwijdige bundel maken. Lens 2 moet van de evenwijdige bundel een convergente bundel maken: al het licht wordt dan geconcentreerd op de LDR (die zich in het brandpunt van lens 2 bevindt). b Zie figuur 8. c Ir-straling is onzichtbaar, en een inbreker zal zo n alarm minder snel ontdekken dan een inbraakalarm met zichtbaar licht. zoemer LDR figuur 8 41 a de NTC b De weerstand van de NTC neemt af als de temperatuur stijgt. c De schakelstroom wordt in dat geval groter. d Als de schakelstroom groter wordt, neemt ook de apparaatstroom door de motor toe. De ventilator gaat dan sneller draaien. 42 a Weerstand 2. Deze begrenst de stroom door de NTC. Bij een te grote stroomsterkte zou die stuk kunnen gaan. b Weerstand 1 begrenst de stroom door de basis. *43 a De schakelaar moet parallel aan de transistor worden geschakeld. Op die manier kan er toch een stroom door de lamp lopen terwijl de transistor in de UIT-stand staat. b Zie figuur 9. figuur 9 *44 a 250 0,2 ma = 50 ma b 80 ma : 250 = 0,32 ma c 70 ma : 250 = 0,28 ma De basisstroom moet dus minstens 0,28 ma zijn om de zoemer goed te laten werken. 79

12 Plus Een reedcontact als sensor *45 a Het reedcontact is de sensor. Het ledlampje is de actuator. b Het contact wordt verbroken als het raam wordt geopend. c Het (reed)contact is verbroken en de stroom kan nu alleen via de basis teruglopen naar de batterij. De schakelstroom van B naar E neemt hierdoor sterk toe. Er kan nu een flinke stroom van C naar E lopen: het lampje gaat aan. *46 a De weerstand zorgt ervoor dat er geen kortsluiting ontstaat als het reedcontact gesloten is. Zonder deze weerstand zou er bij een gesloten reedcontact namelijk een stroomkring zonder weerstand zijn. Hierdoor zou de batterij meteen leeg lopen. b Als veel te klein is, loopt de batterij meteen leeg. Als veel te groot is, zal er, als het reedcontact wordt verbroken, te weinig stroom door de basis lopen om de transistor in de AAN-stand te zetten. Test Jezelf 1 E 2 a elektronen b negatieve lading 3 A 4 stoten elkaar af; dezelfde 5 17,5 Ω 6 a onwaar b waar c onwaar d waar 7 12 Ω 8 grafiek C 9 4 V 10 C 11 a onwaar b waar c onwaar d onwaar e waar 12 a 5 V b 1 V c 0,5 A d 2 A 80

13 13 a een LDR b een transistor c twee ledlampjes 14 groter; meer; AAN-stand; ingeschakeld 15 a 89 ma b 2 ma c 91 ma 16 ontwerp b 17 I NTC = 6,0 ma = 0,0060 A U NTC = 10,8 V U NTC 10,8 R NTC = = = 1800 Ω = 1,8 kω I NTC 0,0060 Aflezen in de grafiek geeft dan een temperatuur van 19 C. *18 a Door het opnemen van de gewone weerstand krijgen de leds precies de juiste spanning. Zonder deze weerstand zou de spanning over de leds te groot worden, en zouden ze stuk gaan. b De spanning over beide ledjes samen is 2 1,6 = 3,2 V. = U leds + U R 9,0 = 3,2 + U R U R = 9,0 3,2 = 5,8 V I = 20 ma = 0,020 A U R 5,8 R = I = 0,020 = 290 Ω *19 a Zie figuur 10. Elk stuk draad heeft een weerstand van 1,5 : 10 = 0,15 Ω. Omdat alle draden dezelfde weerstand (0,15 Ω) hebben, geldt voor de vervangingsweerstand van twee parallel geschakelde draden 0,15 : 2 = 0,075 Ω. Draad 1 en 2 zijn parallel met elkaar geschakeld, evenals draad 4 en 5, draad 7 en 8 en draad 9 en 10. Deze setjes van draden hebben dus elk een weerstand van 0,075 Ω. Voor de totale weerstand geldt dan: =,2 + R 3 + R 4,5 + R 6 + R 7,8 + R 9,10 = 0,075 +0,15 + 0, ,15 + 0, ,075 = 0,6 Ω b = 12,0 V = 0,6 Ω 1 12,0 I = R = = 20 A 2 tot 0,6 3 c Draad 3 en 6 worden te heet. 4 Door deze draden loopt de totale 5 stroomsterkte van 20 A. Door de 6 andere draden loopt de helft van deze 7 stroomsterkte (10 A) figuur 10 staaldraad koperdraad 81

14 *20 a Zie figuur 11. b 12,0 V c Door een voorschakelweerstand voor de led te plaatsen. figuur 11 Praktijk Speuren naar metalen 1 a Ja. Hoe groter de munt, des te groter is de inductiestroom (en de kans op opsporing). b Ja. Hoe dieper de munt onder de grond zit, des te kleiner is de inductiestroom (en de kans op opsporing). c Ja. Hoe beter het metaal van de munt geleidt, des te groter is de inductiestroom (en de kans op opsporing). d Ja. Hoe horizontaler de positie van de munt, des te groter is de inductiestroom (en de kans op opsporing). 2 a voorwerpen die van metaal gemaakt zijn b bijvoorbeeld naalden, schroefjes en metaalsplinters 3 Je docent zal je vertellen hoe deze opdracht nagekeken en beoordeeld wordt. 82