39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet Experiment Donderdag 24 juli 2008 Lee dit eert! 1. Voor de practicumtoet i 5 uur bechikbaar. 2. Er zijn twee opdrachten die amen 20 punten waard zijn. 3. Gebruik uitluitend de door de organiatie ter bechikking getelde apparatuur en materiaal. 4. De antwoordbladen MOETEN gebruikt worden om de antwoorden op in te vullen. Geef numerieke reultaten weer met een verantwoord aantal ignificante cijfer. Vergeet ook niet om de eenheid te geven. Schrijf zo weinig mogelijk tekt en gebruik zoveel mogelijk vergelijkingen, getallen, ymbolen, grafieken en diagrammen. 5. Zet op de ANTWOORDBLADEN in het hokje bovenaan elke pagina je tudentcode. 6. Op de BLANCO BLADEN mag je uiteraard alle chrijven waarvan je denkt dat het belangrijk i voor het oploen van de opdrachten en dat je wil laten meetellen in de beoordeling. 7. Vul teven op de BLANCO BLADEN in: Je Studentcode, het nummer van de opdracht (Opdracht Nummer); het paginanummer en het totaal aantal blanco bladen dat je hebt gebruikt en dat nagekeken moet worden. Noteer ook aan het begin van elk blad dat je nagekeken wilt hebben het nummer en het onderdeel van de vraag waarmee je bezig bent. Vergeet niet de juite titel bij de grafieken te zetten. 8. Zet een krui door alle andere bechreven bladen die niet nagekeken hoeven te worden. Neem deze bladen ook niet op in de nummering van de bladen. 9. Al je een probleem hebt met de optelling, vraag dan om hulp door de rode kaart omhoog te teken. 10. Leg aan het eind per opdracht alle bladen in de juite volgorde: eert de antwoordbladen, de grafieken die nagekeken moeten worden, de bechreven bladen die nagekeken moeten worden, dan de grafieken en bladen die niet nagekeken hoeven te worden. 11. Stop de bladen per opdracht in de daarvoor betemde envelop: opdracht 1 in de envelop M6A en opdracht 2 in envelop M6B. Stop ze amen met de opgaven en de ongebruikte bladen in de envelop M5 en laat alle op je tafel achter. 12. Je mag geen apparatuur of bladen meenemen, behalve de pennen. 1
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet DIFFERENTIËLE THERMOMETRIE In deze toet gebruiken we de zogenaamde differentiële thermometrie om de volgende twee opdrachten uit te voeren: 1. het bepalen van het tolpunt van een kritallijne tof, 2. het bepalen van het rendement van een zonnecel. A. Differentiële thermometrie In dit experiment worden diode die in de doorlaatrichting gechakeld zijn, gebruikt al temperatuurenor. Al de troomterkte door een diode contant i, hangt de panning die over de diode taat af van de temperatuur volgen de volgende relatie: V( T) = V( T0) α ( T T0) (1) waarin V( T ) en V( T 0 ) de panningen over de diode zijn bij repectievelijk temperatuur T en kamertemperatuur T 0 (gemeten in o C), met de factor α = 2.00 ± 0.03 mv/ o C (2) De waarde van V( T0 ) kan voor elke diode iet verchillen. Al twee van zulke diode een verchillende temperatuur hebben, dan kan het verchil in temperatuur gemeten worden aan de hand van het verchil in panning over de diode. Het verchil tuen de twee panningen wordt de differentiële panning genoemd, die met grote nauwkeurigheid bepaald kan worden. Daarom kan ook het verchil in temperatuur met grote nauwkeurigheid bepaald worden. Deze methode wordt differentiële thermometrie genoemd. Het R 1 R 2 E elektrich chema i in figuur 1 Δ V weergegeven. De diode D 1 en D 2 taan in de doorlaatrichting gechakeld met een 9V V 1 D 1 D 2 V 2 batterij, via de 10 kω weertanden, R 1 en R 2. Hierdoor blijft de troomterkte door de diode contant. Fig. 1. Elektrich chema van de diode. Al de temperatuur van diode D 1 gelijk i aan T 1 i en die van D 2 i T 2, dan volgt uit (1): V1( T1) = V1( T0) α ( T1 T0) en V2( T2) = V2( T0) α ( T2 T0) Zodat de differentiële panning wordt: Δ V = V2( T2) V1( T1) = V2( T0) V1( T0) α( T2 T1) =ΔV( T0) α( T2 T1) Δ V =ΔV( T0 ) αδ T (3) waarin Δ T = T2 T1. Uit de meting van de differentiële panning Δ V, kan men het temperatuurverchil bepalen. 2
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet Voor het aanluiten van de diode gebruiken we de in figuur 2 weergegeven chakeldoo. naar D 1 - Blauw naar D 2 - Rood COM- Zwart 10 kω 10 kω Blauw ΔV Rood Rood V 2 Zwart 9 V Figuur 2. Schema van de doo (bovenaanzicht) De doo bevat een elektriche chakeling betaande uit de twee weertanden van 10 kω, elektriche bedrading naar de 9 V batterij, ingangen om de diode D 1 en D 2 op aan te luiten en ingangen voor het aanluiten van de multimeter waarmee de panning V 2 over diode D 2 en de differentiële panning ΔV over de diode D 1 en D 2 gemeten kunnen worden. B. Opdracht 1: Het bepalen van het tolpunt van een kritallijne tof. 1. Doel van het experiment Al een kritallijne tof zodanig wordt verwarmd dat deze helemaal gemolten i en men laat deze vervolgen afkoelen, dan zal de tof bij een bepaalde temperatuur T, het zogenaamde tolpunt, ook wel het meltpunt genoemd, tollen. De tandaardmethode om T te bepalen houdt in dat men tijden het afkoelen de temperatuur al functie van de tijd meet. Tijden het tollen komt er warmte vrij zodat tijden deze faeovergang de temperatuur contant blijft. Al de hoeveelheid te tollen materiaal groot genoeg i, zal het tijdinterval waarin de temperatuur contant blijft lang genoeg zijn om het tolpunt te bepalen. I daarentegen de hoeveelheid materiaal klein, dan zal het tijdinterval te kort zijn om waar genomen te worden en i het bepalen van het tolpunt T erg moeilijk. Om van kleine hoeveelheden materiaal toch het tolpunt T te kunnen bepalen gebruiken we differentiële thermometrie, dat in principe al volgt gaat. We gebruiken twee identieke chaaltje waarvan het ene het meetchaaltje - een klein beetje materiaal bevat en waarvan het andere leeg i en referentiechaaltje genoemd wordt. Beide chaaltje worden geplaatt op een en dezelfde warmtebron waarvan de temperatuur lecht langzaam in de tijd verandert. De warmtetroom mag voor beide chaaltje gelijk 3
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet veronderteld worden. Elk chaaltje bevat een diode al temperatuurenor. Zolang het materiaal niet van fae verandert, veranderen de temperaturen T amp van het monter in het meetchaaltje en die van het referentiechaaltje T ref nagenoeg op dezelfde manier al functie van de tijd en du zal het temperatuurverchil Δ T = Tref Tamp lecht langzaam veranderen al functie van T amp. Tijden de faeovergang verandert de temperatuur Tamp niet en i gelijk aan T, terwijl de temperatuur T ref wel verandert, waardoor ΔT nu nel verandert. De grafiek van ΔT al functie van Tamp laat dan een abrupte verandering zien. De waarde van Tamp bij de abrupte verandering van Δ T i nu gelijk aan de waarde T. Het doel van dit experiment i om het tolpunt T van een zuivere kritallijne tof te bepalen binnen het temperatuurinterval van 50 o C tot 70 o C met behulp van de tandaardmethode en met behulp van differentiële thermometrie. De hoeveelheid materiaal in dit experiment i ongeveer 20 mg. 2. Apparatuur en materiaal 1. De warmtebron i een 20 W halogeen lamp. 2. De chaaltjehouder betaat uit een bakelieten plaat met een vierkant gat erin, waarop een talen plaat i vatgemaakt. Twee kleine magneten zijn op de talen plaat geplaatt. 3. In beide talen chaaltje i een ilicium diode geoldeerd. Eén chaaltje wordt gebruikt al referentie het andere al het chaaltje voor het monter. Dekel Ref. chaal D 1 D 2 Meetchaal Stalen plaat Magneet Rood Zwart Blauw 12V/20W lamp Figuur 3. Apparatuur voor de bepaling van het tolpunt Elk chaaltje wordt op een magneet geplaatt. De kracht van de magneet zorgt voor een goed contact tuen chaal, magneet en talen plaat. De magneten zorgen voor een warmtetroom tuen de talen plaat en de chaaltje. Een grijze platic doo wordt gebruikt al dekel om de chaaltje te ioleren. 4
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet Figuur 3 toont hoe de chaaltje en de magneten op de chaaltjehouder en de lamp zijn geplaatt. 4. Twee digitale multimeter worden al voltmeter gebruikt. Ze kunnen ook de kamertemperatuur meten door de functieknop op de o C/ o F functie te zetten. De panning D 1 D 2 wordt door de multimeter gegeven met een Rood nauwkeurigheid van + 2 in het laatte cijfer. Zwart Let op: om te voorkomen dat de multimeter Blauw (zie Figuur 9) in de Auto power off functie Figuur 4. De chaaltje op de houder komt, draai je de Functieknop van de OFF (bovenaanzicht) poitie naar de gewente functie terwijl je de SELECT knop ingedrukt houdt. 5. Een doo met de elektriche chakeling (Figuur 2). 6. Een 9 V batterij. 7. Snoeren. 8. Een buije met een monter van ongeveer 20 mg van het te onderzoeken materiaal. 9. Een topwatch. 10. Een rekenmachine. 11. Grafiekpapier. 3. Experiment 1. De magneten zitten op twee vergelijkbare plaaten op de talen plaat. De referentiechaal en de lege meetchaal zijn op de magneten gezet zoal i aangegeven in Figuur 4. We gebruiken de linker chaal met diode D 1 al referentie (de referentiediode). De rechter chaal met diode D 2 (de meetdiode) i de chaal waar het monter in moet komen. Zet de afchermkap van de lamp zoal aangegeven in Figuur 5. Zet de lamp niet aan. Zet de chaalhouder op de lamp. Maak alle verbindingen zodat je de panning Vamp = V2 van de diode D 2 en de differentiële panning Δ V kunt meten. Om fouten veroorzaakt door de opwarmingtijd van het intrument te elimineren, i het aan te raden dat je het volledige meetcircuit aanzet ongeveer 5 minuten voordat je het experiment zelf tart. Figuur 5 Gebruik van de halogeenlamp al warmtebron 5
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet 1.1. Meet de kamertemperatuur 0 Vamp T 0 over de diode D 2 die vatgemaakt i aan het meetchaaltje die de kamertemperatuur T 0 heeft. 50 o C 70 o C V 80 o C over de T en de panning ( ) 1.2. Bereken de panningen V amp ( ), V amp ( ) en amp ( ) meetdiode voor de volgende temperaturen: 50 o C, 70 o C en 80 o C. 2. Zet de lamp aan; beide chaaltje moeten leeg zijn. Houd T amp in de gaten. Zet de lamp uit al de temperatuur van het meetchaaltje T amp ~ 80 o C geworden i. 2.1. Wacht tot T amp ~ 70 o C geworden i en meet dan V amp en Δ V al functie van de tijd tijden het afkoelen. Noteer de waarden van V en Δ V elke 10 à 20 in de tabel op het antwoordblad. Al Δ V nel verandert kun je het tijdinterval tuen de metingen kleiner maken. Al de temperatuur van het meetchaaltje gedaald i tot T ~ 50 o C, top je de meting. 2.2. Maak de grafiek Vamp al functie van t (Grafiek 1). Gebruik het grafiekpapier dat gegeven i. 2.3. Maak de grafiek Δ V al functie van V amp (Grafiek 2). Gebruik het grafiekpapier dat gegeven i. amp amp Merk op: Vergeet niet om beide grafieken van de juite titel te voorzien. 3. Breng de tof uit het buije in het meetchaaltje. Herhaal het experiment zoal je het uitvoerde in ectie 2. 3.1. Noteer de waarden van V amp en ΔV al functie van de tijd t in de tabel op het antwoordblad. 3.2. Maak de grafiek V amp al functie van t (Grafiek 3). Gebruik het grafiekpapier dat gegeven i. 3.3. Maak de grafiek Δ V al functie van V amp (Grafiek 4). Gebruik het grafiekpapier dat gegeven i. Merk op: Vergeet niet om beide grafieken van de juite titel te voorzien. 4. Bepaal het tolpunt van de tof door de grafieken die je maakte in ectie 2. en ectie 3. met elkaar te vergelijken. 4.1. Bepaal T volgen de tandaardmethode. Vergelijk daarvoor de grafieken V amp al functie van t uit de ectie 3 en 2 (Grafiek 3 en Grafiek 1). Geef in Grafiek 3 het punt aan waar de tof tolt en bepaal de waarde V van V amp in dat punt. Bepaal het tolpunt T van de tof en maak een chatting van de nauwkeurigheid. 4.2. Bepaal T met differentiële thermometrie. Vergelijk daarvoor de grafieken Δ V al functie van V uit de ectie 3 en 2 (Grafiek 4 en Grafiek 2). Geef in Grafiek 4 amp 6
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet het punt aan waar de tof tolt en bepaal de waarde V van V amp in dat punt. Bepaal het tolpunt T van de tof. 4.3. Bereken de nauwkeurigheid van T die je met differentiële thermometrie verkregen hebt uitgaande van de nauwkeurigheid van de meetgegeven en die van de apparatuur. Geef aan hoe je de nauwkeurigheid hebt berekend. Noteer ook de waarde van T en de nauwkeurigheid van T op het antwoordblad. 7
- 2008 39e Internationale Nartuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam Practicumtoet Student code Antwoordblad Opdracht 1: Bepaling van het tolpunt van kritallijn materiaal (9,5 pt) 1. 1,25 pt 1.1. 1.2. T 0 =... ±... Vamp ( T 0 ) =... ±... amp o ( ) 0.25 0.25 V 50 C =... ± 0.25... amp o ( ) V 70 C =... ± 0.25... amp o ( ) V 80 C =... ± 0.25... 1
- 2008 39e Internationale Nartuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam Practicumtoet Student code 2. 2,00 pt 2.1. Meetgegeven van de lege meetchaal (zonder monter) 1.00 t V amp Δ V t V amp Δ V t V amp Δ V 2.2. Grafiek 1 (op grafiekpapier). 0.50 2.3. Grafiek 2 (op grafiekpapier). 0.50 2
- 2008 39e Internationale Nartuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam Practicumtoet Student code 3. 3,25 pt 3.1. Meetgegeven van de gevulde meetchaal (met monter) 1.00 t V amp Δ V t V amp Δ V t V amp Δ V 3.2. Grafiek 3 (op grafiekpapier). 0.75 3.3. Grafiek 4 (op grafiekpapier). 1.50 3
- 2008 39e Internationale Nartuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam Practicumtoet Student code 4. 3,00 pt Markeer het punt dat overeenkomt metv op Grafiek 3 (tandaardmethode) 0.25 Waarde van V bepaald volgen de tandaardmethode met zijn 4.1. meetnauwkeurigheid: V =... ±... Stolpunt: 0.75 T = ±...... Markeer het punt dat overeenkomt met V op Grafiek 4 (differentiële 0.50 thermometrie). 4.2. Waarde van V bepaald volgen de differentiële thermometrie: V = ±...... Stolpunt: 0.50 T =... Waarde van T met berekende meetnauwkeurigheid volgen de 0.50 4.3. differentiële thermometrie T =... ±... Noteer de berekening van de meetnauwkeurigheid voor de differentiële thermometrie (gebruik de witruimte op de volgende bladzijde) 0.50 4
- 2008 39e Internationale Nartuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam Practicumtoet Student code 5
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet C. Opdracht 2: Bepaling van het rendement van een zonnecel bij belichting met een gloeilamp. 1. Doel van het experiment Doel van dit experiment i het rendement te bepalen van een zonnecel die belicht wordt met een gloeilamp. Het rendement i de verhouding van het maximale elektriche vermogen dat de zonnecel kan leveren in verhouding tot het totale vermogen van het licht dat de cel ontvangt. Het rendement i afhankelijk van het pectrum van de invallende traling. Hier i deze traling d = 12 cm afkomtig van een gloeilamp. Om het rendement van de zonnecel te bepalen, moeten we de irradiantie E in een punt op een verticale aftand d onder de lamp meten evenal het maximale vermogen P max Figuur 6 van de zonnecel in die poitie. In dit Gebruik van een halogeenlamp al experiment i d = 12 cm (Figuur 6). De lichtbron irradiantie E wordt gedefinieerd al: E =Φ / S Hierin iφ het tralingvermogen en S de oppervlakte van het belichte vlak. 2. Apparatuur en materialen 1. De lichtbron i een 20W halogeen lamp. COM Referentiediode D 1 Thermiche iolatie Meetdiode D 2 Blauw Zwart Rood Figuur 7. Schet van de tralingdetector 2. De tralingdetector i een holle koperen kegel waarvan de binnenkant zwart i gemaakt met roet (Figuur 7). De kegel i thermich niet volledig geïoleerd van de omgeving. We verondertellen dat de detector een ideaal zwart lichaam i. Om de 8
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet temperatuur te meten gebruiken we diode. De meetdiode i vatgemaakt aan de tralingdetector (D 2 in Figuur 1 en Figuur 7) zodat zijn temperatuur gelijk i aan die van de kegel. De referentiediode zit aan de binnenzijde van de doo waarin de detector zit, zijn temperatuur i gelijk aan die van de Rood omgeving. De totale warmtecapaciteit van de detector (kegel en meetdiode) i gelijk aan: C = 0. 69 ± 0. 02 J/K. De detector i bedekt met ( ) een hele dunne film van polyethyleen. De tralingaborptie en de reflectie van deze film mogen worden verwaarlood. 3. Een doo met de elektriche chakeling (Figuur 2). 4. Een zonnecel vatgemaakt op een platic doo (Figuur 8). Het oppervlak van de cel bevat enkele metalen bevetigingtrip. Bij de berekening van Zwart Figuur 8. Zonnecel het rendement wordt veronderteld dat deze trip deel uitmaken van de zonnecel. 5. Twee digitale multimeter. Al deze gebruikt worden om een panning te meten, i hun inwendige weertand zeer groot (oneindig groot). Al deze gebruikt worden om een troom te meten, mag hun inwendige weertand niet verwaarlood worden. De panning wordt door de multimeter gegeven met een nauwkeurigheid van + 2 van het laatte cijfer. Met deze multimeter kan ook de kamertemperatuur gemeten worden. Let op: om te voorkomen dat de multimeter (zie Figuur 9) in de Auto power off functie komt, draai je Functieknop van de OFF poitie naar de gewente functie terwijl je de SELECT knop ingedrukt houdt. 6. Een 9 V batterij 7. Een variabele weertand 8. Een topwatch 9. Een liniaal met een 1mm verdeling 10. Elektriche noeren 11. Grafiekpapier 3. Experiment De detector warmt op wanneer deze tralingenergie ontvangt. Tegelijkertijd verliet de detector op vercheidene manieren warmte, zoal door warmtegeleiding, convectie, traling. De tralingenergie die in een tijdinterval dt door de detector wordt ontvangen i du gelijk aan de om van de energie nodig voor de temperatuurtijging van de detector en de energie die aan de omgeving wordt afgetaan. In formule i dat: Φ dt = CdT + dq, hierin i C de warmtecapaciteit van de detector en de diode, dt 9
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet de temperatuurtoename en dq het warmteverlie. Al het temperatuurverchil tuen de detector en de omgeving Δ T = T T0 klein i, kunnen we aannemen dat de warmteoverdracht dq van de detector naar de omgeving in het tijdinterval dt in benadering evenredig i met ΔT en dt. Uitgedrukt in een formule: dq = kδ Tdt. Hierin i k een factor die de dimenie W/K heeft. We krijgen du de relatie Φ dt = CdT + kδ Tdt = Cd( Δ T ) + kδ Tdt d( ΔT) k Φ of + Δ T = (4) dt C C Al k contant i, bechrijft de oploing van deze differentiaalvergelijking de verandering van het temperatuurverchil ΔT al functie van de tijd t, vanaf het moment dat de detector licht begint te ontvangen met een contante irradiantie. Φ Δ T () t = 1 e k k t C Wanneer de traling wordt uitgezet, verandert boventaande differentiaal- vergelijking in d( ΔT) k + Δ T = 0 (6) dt C en het temperatuurverchil ΔT verandert nu al functie van de tijd volgen ondertaande formule: () ( 0 ) k t C Δ T t = Δ T e (7) Hierin i Δ T( 0) het temperatuurverchil op t = 0 (het moment waarop de meting begint). (5) 1. Bepaal de kamertemperatuur T 0. 2. Ontwerp een elektrich circuit dat betaat uit de diode enor, de doo met de elektriche chakeling en de multimeter om de temperatuur van de detector te meten. Om fouten die het gevolg zijn van de opwarmingtijd van intrumenten en apparaten te vermijden, wordt nadrukkelijk geadvieerd het gehele meetcircuit 5 (vijf) minuten achtereen ingechakeld te hebben alvoren met de echte experimenten aan te vangen. 2.1. Plaat de detector onder de lichtbron, op een aftand d = 12 cm van de lamp. Volg gedurende 2 minuten met intervallen van 10 het gedrag van Δ V, terwijl de lamp uit i, en bepaal de waarde van Δ VT ( 0) in vergelijking (3). 2.2. Zet de lamp aan zodat de detector verlicht wordt. Meet elke 10 à 15 ΔV al functie van de tijd en noteer de waarden in de tabel van het antwoordblad. Let op: de kolomen x en y worden pa in ectie 4 gebruikt. 10
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet Schakel de lamp na 2 (twee) minuten uit. 2.3. Schuif de detector van onder de lamp weg. Meet elke 10 à 15 ΔV al functie van de tijd gedurende ongeveer 2 (twee) minuten nadat de detector van onder lamp verwijderd i en noteer de waarden in de tabel van het antwoordblad. Let op: de kolommen x en y worden pa in ectie 3 gebruikt. Aanwijzingen voor de ectie 3 en 4: Daar de detector een thermiche traagheid heeft, wordt geadvieerd geen data te gebruiken die direct na de verlichting van de detector zijn verkregen of direct nadat de verlichting van de detector wa top gezet. 3. Maak een grafiek met gechikt gekozen variabelen x en y, om aan te kunnen tonen dat, nadat de lamp uitgechakeld i, vergelijking (7) geldt. 3.1. Geef de uitdrukkingen voor de variabelen x en y. 3.2. Teken nu de grafiek van y al functie van x en noem deze Grafiek 5. 3.3. Bepaal met behulp van deze grafiek de waarde van k. 4. Maak een tweede grafiek met gechikt gekozen variabelen x en y nu om aan te tonen dat wanneer de lamp de detector verlicht, vergelijking (5) geldt. 4.1. Geef de uitdrukkingen voor de variabelen x en y. 4.2. Teken nu de grafiek van y al functie van x en noem deze Grafiek 6. 4.3. Bepaal de irradiantie E ter plaate van de opening van de detector. 5. Plaat de zonnecel op dezelfde plaat al waar de tralingdetector tond. Verbind de zonnecel aan een gechikte elektriche chakeling die betaat uit de multimeter en een variabele weertand die gebruikt wordt om de belating van de cel te veranderen. Meet de troomterkte I door de chakeling en de panning V over de cel bij verchillende waarden van de weertand. 5.1. Teken een chema van de chakeling die in het experiment gebruikt wordt. 5.2. Door aan de knop van de variabele weertand te draaien, verander je de belating. Meet bij verchillende poitie van de knop, de waarden van de troomterkte I en de panning V. 5.3. Maak een grafiek van het door de cel aan de weertand geleverde vermogen van de cel, al functie van de troomterkte in de cel. Dit i Grafiek 7. 5.4. Bepaal uit de grafiek de maximumwaarde van het vermogen P max van de cel en maak een chatting van de nauwkeurigheid hiervan. 5.5. Geef de uitdrukking voor het rendement van de cel in termen van de gevonden maximumwaarde P max. Bereken de waarde van het rendement en de nauwkeurigheid daarvan. 11
39t Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet Componenten in de experimentdoo (zie hiertoe ook Figuur 10) 1 Halogeen lamp 220 V/ 20 W 9 Stopwatch 2 Schaalhouder 10 Rekenapparaat 3 Schaaltje 11 Stralingdetector 4 Multimeter 12 Zonnecel 5 Doo met chakeling 13 Variabele weertand 6 9 V batterij 14 Liniaal 7 Elektriche noeren 15 Dekel 8 Buije met de tof waaraan gemeten moet worden Let op: om te voorkomen dat de multimeter (zie Figuur 9) in de Auto power off functie komt, draai je Functieknop van de OFF poitie naar de gewente functie terwijl je de SELECT knop ingedrukt houdt. Select Functieknop Figuur 9. Digitale multimeter 12
2008 39e Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - Experiment Student code Antwoordblad Opdracht 2: Bepaling van het rendement van een zonnecel (10,50 pt) 1. 0.25 pt 1 T 0 =... ±... 0.25 2. 1,50 pt 2.1. Meetgegeven met de lamp uit (t in econden, ΔV in mv) 0.25 t ΔV t ΔV t ΔV t ΔV Δ VT ( ) =... ±... 0 0.25 1
2008 39e Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - Experiment Student code 2.2. Meetgegeven met de lamp aan 0.50 t ΔV x = y = 2
2008 39e Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - Experiment Student code 2.3. Meetgegeven nadat de lamp i uitgezet. 0.50 t ΔV x = y = 3. 2.50 pt 3.1. x = y = 0.50 3.2 Grafiek 5 (op grafiekpapier) 1.00 Bewij met grafiek 5 dat voldaan i aan vergelijking (7) 0.50 3.3. k =... 0.50 3
2008 39e Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - Experiment Student code 4. 2.50 pt 4.1. x = y = 0.50 4.2. Grafiek 6 (op a grafiekpapier) 1.00 Bewij met grafiek 6 dat voldaan i aan vergelijking (5) 0.50 4.3. E =... 0.50 5. 3,75 pt 5.1. Schakelchema van het experiment 0.50 4
2008 39e Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - Experiment Student code 5.2. Meetgegeven van de zonnecel in de chakeling 0.50 6 I (ma) V (mv) P ( 10 6 W) I (ma) V (mv) P ( 10 W) 5.3. Grafiek 7 (op a grafiekpapier). 0,75 5.4. P max =... ±... Uitdrukking voor η max = 0.50 0.25 5.5. η max =... ±... Bereken de meetonzekerheid voor η max (Gebruik de witruimte op de volgende bladzijde voor de berekening van de meetnauwkeurigheid 0,50 0,75 5
2008 39e Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - Experiment Student code 6
39e Internationale Natuurkunde Olympiade - Hanoi - Vietnam - 2008 Practicumtoet 1 10 9 8 14 4 2 3 13 12 5 11 15 7 6 Figuur 10. Inhoud van de doo met het experiment 12