QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 1 THEMA 5: elektrische schakelingen Inleiding: PHET-opdracht ---> GEVAL-1 : SERIE-schakeling OPDRACHT: 1. bepaal de spanningspijlen en de stroomsterkten. Zet de gevonden waarden op het schema in de vakjes en bereken de bijhorende potentiaalwaarden of elektrische drukwaarden. 2. Vul daarna telkens het energieschema op. R1=9 Ω R2=18 Ω Komponent U (V) I (A) P (W) batterij Lamp-1 (R1=9 Ω ) Lamp-2 (R2= 18 Ω) Zeg iets over de stroompijl en de blauwe bolletjes. Hoe groot is de stroomsterkte of het debiet op verschillende plaatsen? Hoeveel verbruikt elk lampje? Kontroleer: U = U1 + U2 = Er geldt ook: I = I1 = I2 Berekening: R = =... s U I Vervang de beide lampen eens door 1 enkele lamp met weerstand Rs; dit zou dezelfde stroomsterkte moeten geven???!!! Klopt dat??? DOEN! Theoretische berekening voor vervangingsweerstand: Rs In woorden: hoe is de verdeling van deelspanningen? Antw.:. = R1 + R2 =...
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 2 GEVAL-2: PARALLEL-schakeling OPDRACHT: IDEM ALS BIJ SERIE R1=9 Ω R2=18 Ω Komponent U (V) I (A) Pwinst (W) batterij Lamp-1 (R1=9 Ω) Lamp-2 (R2=18 Ω) Hoe groot is het debiet IN DE VERSCHILLENDE TAKKEN? DOE EENS split junction en kijk eens naar het wijzigende debiet! Schakel beide kanalen weer toegankelijk voor de lading. Hoe groot is het debiet in de hoofdtak als beide kanalen open staan? Kontroleer: U = U1 =U2 Kontroleer: I = I1 + I2 = Berekening R = =... Theoretische berekening voor vervangingsweerstand: In woorden: hoe is de verdeling van de deel-stroomsterkten? Antw.:. s U I Vervang de beide lampen eens door 1 enkel lamp met weerstand Rs; dit zou dezelfde stroomsterkte moeten geven???!!! 1 1 1 = + =... R R R s 1 2
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 3 Serieschakeling Eerste wet van de serieschakeling. In elk punt is de stroomsterkte I gelijk zodat geldt: I = I = I 0 1 2 Tweede wet van de serieschakeling. In een serieschakeling is de bronspanning verdeeld in deelspanningen URi over de weerstanden Ri zodat geldt: U = U + U +... R R 1 2 Substitutieweerstand van weerstanden in serie Betekenis: weerstand die je in een equivalente schakeling kan plaatsen zodat bij een spanning Ub dezelfde stroom I geleverd wordt! De substitutieweerstand Rs van weerstanden R1, R2, in serie is gelijk aan de som van de weerstanden: R = R + R +... 1 2 Parallelschakeling Eerste wet van de parallelschakeling. In een parallelschakeling wordt de stroom verdeeld over de weerstanden zodat geldt: I = I + I +... 1 2 Tweede wet van de parallelschakeling. In een parallelschakeling is de spanning U over elke tak hetzelfde zodat geldt: U = U =... = U = U R R b 1 2 Substitutieweerstand van parallelle weerstanden Het omgekeerde van de substitutieweerstand Rs van weerstanden R1, R2, in parallel is gelijk aan de som van de omgekeerden van de weerstanden: ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 R = R1 + R 2 +... of ook : = + +... R R1 R 2
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 4 Toepassing: spanningsdeler!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Concreet voorbeeld Bereken de spanning over elke weerstand. Duid overal de potentiaalwaarden aan. Toepassing: stroomdeler!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Concreet voorbeeld 4,5 A
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 5 Gevaren en maatregelen voor het veilig gebruik van elektrictieit Situering De elektrische installatie Nuldraad, fasedraad, aardingsdraad Bescherming tegen brand Zekering Oorzaken van te grote stromen Slecht contact Bescherming tegen elektrocutie Effect van stroom door het menselijk lichaam ADS aarding
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 6
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 7
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 8 Oefeningen Vraag-01: stroom door grootste weerstand Je schakelt een weerstand van 8,0 Ω parallel met een weerstand van 24,0 Ω. Door de kleinste weerstand loopt er een stroom van 6,0 A. Hoe groot is de stroom door de grootste weerstand? a) 2,0 A b) 6,0 A c)18 A d) Je kan de stroom niet bepalen, omdat je de bronspanning niet kent. Vraag-02: lichtsterkte? Twee identieke lampjes worden eerst in serie en daarna parallel verbonden met een batterij. a) Welke van volgende grootheden is bepalend voor de lichtsterkte? A spanning B stroomsterkte C weerstand D vermogen b) In welke situatie is de lichtsterkte het grootst? Toon aan. Vraag-03: fietslampjes De lampjes van een fiets zijn parallel op de dynamo aangesloten. Op het voorlampje staat 6 V/0,5 A, op het achterlampje 6 V/0,1 A. a) Hoe groot is de stroom in de kring, als beide lampjes op de juiste spanning branden? b) Welk lampje brandt het felst?
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 9 Vraag-04: hoe groot? Twee weerstanden worden in serie geschakeld en verbonden met een spanningsbron van 6,0 V. Op de ampèremeter lees je 50 ma af, op de voltmeter 3,4 V. Hoe groot zijn beide weerstanden? Vraag-05: ontbijt Voor je ontbijt gebruik je gedurende 15 minuten de waterkoker (230 V/1,5 kw) en de broodrooster (230 V/900 W). a) Teken de schakeling (binnen de zone met de stippelijnen), opdat beide toestellen optimaal zouden werken bij 230 V: b) Hoe zijn stopcontacten geschakeld? c) Bereken de stroom en het energieverbruik (in kwh):
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 10 1. voor elk toestel apart: 2. voor de hele schakeling: Vraag-06: zekering Een stroomkring met de stopcontacten van de woonkamer is beveiligd met een automatische zekering van 20 A. Is het mogelijk om, terwijl Kris strijkt met een strijkijzer van 2 300 W, gelijktijdig op dezelfde stroomkring nog een staanlamp (500 W) en een stofzuiger (800 W) aan te sluiten en in te schakelen, zonder dat de kring overbelast is en de zekering uitspringt? Toon aan.
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 11 Vraag-07: open/gesloten Drie weerstanden zijn geschakeld zoals op de figuur. De bron levert een spanning van 12,0 V. Bereken de spanning en de stroom door elke weerstand als a) de schakelaar open staat; b) de schakelaar gesloten wordt. Vul de tabel in (geen punten op berekening). a) schakelaar open Ri(Ω) Ui(V) Ii(A) 5,0 Ω 4,0 Ω 8,0 Ω b) schakelaar gesloten Ri(Ω) Ui(V) Ii(A) 5,0 Ω 4,0 Ω 8,0 Ω
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen Blz. 12 Vraag-08: gecompliceerd Duid de knooppunten aan. Vul de tabel aan: i Ri(Ω) Ui(V) Ii(A) Pi(W) 1 0,80 2 10 3 80 4 0,50 Bereken de substitutieweerstand en het vermogen dat door de bron geleverd wordt. Controleer of de som van de spanningen, de som van de stromen en de som van de vermogens overeenkomen met respectievelijk de bronspanning, de stroom en het vermogen geleverd door de bron.