Overal natuurkunde 3 v h03 uitwerkingen - Overal Natuurkunde 3 V Uitwerkingen Hoofdstuk 3

Overal Natuurkunde 3 V

Uitwerkingen

Hoofdstuk 3 Elektriciteit

3 Elektriciteit en lading

Fout! Verwijzingsbron niet gevonden.a In een atoom zitten elektronen, protonen en neutronen.b De elektronen zijn negatief geladen, de protonen zijn positief geladen en de neutronen zijn neutraal.

A

a De deeltjes die bewegen in een stroomdraad zijn de elektronen.b Wanneer de stroom van rechts naar links beweegt, gaan de elektronen juist van links naar rechts.

A

De spanning (in volt) geeft aan hoeveel energie de lading meekrijgt.

A

In een stroomkring gaat de stroom buiten de bron om van de pluspool naar de minpool, de elektronengaan juist van de minpool naar de pluspool.

B

a 1,200 A b 0,450 A c 80 000 A d 0,0000004 A

a 2818 mA b 347 mA c 263 000 000 mA d 0,070 mA

B

a De stroomkring is onderbroken, dus er loopt geen stroom en de gloeidraad gaat niet meer gloeien.b Het maakt niet uit of de draad voor of achter het lampje is doorgeknipt; als er geen gesloten stroomkring is, dan gaat de gloeidraad niet meer gloeien omdat er geen stroom loopt.c Er is alleen sprake van energietransport als er stroom is. Voor stroom is een gesloten stroomkring nodig.

B

a Spanning veroorzaakt stroom.b Je kunt het op twee manieren bekijken: vanuit krachten en vanuit energie. Via krachten: bij een batterij is er een ladingsverschil tussen de plus- en minpool. Dit ladingsverschil veroorzaakt een elektrische kracht. Door die kracht gaan de elektronen van de min- naar de pluspool bewegen. Via energie: door het ladingsverschil bij de batterij willen de elektronen naar de pluspool van de spanningsbron. Hierdoor krijgen de elektronen energie die ervoor zorgt dat ze zich kunnen verplaatsen. Opmerking: in latere hoofdstukken en ook eventueel in de bovenbouw zul je vaker tegenkomen dat je beweging zowel kunt beschrijven via een krachtenbeschouwing, als via een energiebeschouwing. Het is afhankelijk van de situatie wat het handigste werkt.c De spanning wordt veroorzaakt doordat de batterij elektronen ‘pompt’, waardoor het ladingsverschil ontstaat.

B

a, b

C

De spanningbron De ketelDe stroomkring Het buizenstelselHet lampje De radiator

Ca Het staat niet ‘onder’ stroom, er gaat juist stroom doorheen.b Je zegt ofwel: ‘er gaat stroom doorheen’ of je zegt: ‘iets staat onder spanning’.

C

Materialen zijn opgebouwd uit neutrale atomen. Die atomen bevatten evenveel positieve protonen alsnegatieve elektronen. Als er dus elektronen vanaf gaan, dan blijven er meer protonen over dan dat erelektronen zijn. Het materiaal is dan positief geladen.

C

Als de pvc-buis de haren aantrekt, dan hebben de haren en de pvc-buis een verschillende lading. Depvc-buis is negatief geladen, dus dan zijn de haren positief geladen. Als de haren afgestoten worden,zijn de ladingen hetzelfde en dus zijn de haren dan negatief geladen.

C

a De spanning op het stopcontact in Nederland is 230 V.b We hebben in Nederland op het stopcontact wisselstroom.c Bij gelijkstroom blijft de stroom altijd in dezelfde richting lopen. Bij wisselstroom keert de stroom telkens om van richting. Eén keer de ene en één keer in de andere richting en dit gebeurt 50 keer per seconde in Nederland.

+

a In 1 seconde loopt er dus 3 C door de draad. De lading van één elektron is 1 ,6 ∙ 10−19 C. Dan moeten er 31 ,6 ∙ 10−19 = 1,9 ∙ 10

19 elektronen per seconde door de draad stromen.

b De lading van een miljard elektronen is 109 x 1,6 ∙ 10−19 = 1,6 ∙ 10−10C.

Er stroomt 3 C/s door de draad, dus na 1,6 ∙ 10− 3 = 5,3 ∙ 10

−11 s zijn de miljard elektronen door de

draad gegaan.

3 Geleidbaarheid en weerstand

Aa Symbool R met eenheid ohm (Ω).b Symbool G met eenheid siemens (S).

c 𝐺 = 𝐼𝑈d 𝑅 = 𝑈 𝐼e 𝑅 = 1 𝐺 𝑒𝑛 𝐺 =

1𝑅

AOhmse weerstanden hebben een constante geleidbaarheid. De grafiek in het (I,U)-diagram is dan eenrechte lijn door de oorsprong. Bij niet-ohmse weerstanden is het geen rechte lijn en dus is degeleidbaarheid ook niet constant.

A

Bij een grafiek van een recht evenredig verband wordt, als de waarde van de ene grootheid n maal zogroot wordt, de andere waarde ook n maal zo groot. En de grafiek gaat door de oorsprong.

B

a De eerstgenoemde van het (T,W)-diagram staat altijd op de verticale as. Dus de T staat op de verticale as en de W op de horizontale as.b Dit is het (Z,B)-diagram.c De grootheid waarvan je de waarde zelf bepaalt (dit wordt ook wel de onafhankelijke grootheid genoemd), in dit geval N, wordt op de horizontale as gezet en de C komt dus verticaal.d Dit is het (C,N)-diagram.

B

a Per volt is de stroomsterkte 3 A groter (I is 3 keer U), dus bij U = 7 V wordt I = 21 A.

b Als I = 10,7 A, dan moet de spanning 1 3 deel hiervan zijn, dus U = 3,6 V.c Omdat er hier een recht evenredig verband is tussen stroom en spanning, maakt het niet uit welke bij elkaar horende waarden je gebruikt (behalve U = 0 en I = 0). Berekening: 𝐺 = 𝐼𝑈 =

21 7 = 3 S.d Berekening: 𝑅 =𝑈𝐼 =

721 = 0,33 Ω.

a 20 mA = 0,020 A, dus 𝑅 = 𝑈 𝐼 =

90,020 = 450 Ω.

b Manier 1: 𝐺 = 𝐼𝑈 =

0, 9 = 0,0022 S.Manier 2: 𝐺 =1𝑅 =

1450 = 0,0022 S.

Ba De helling (ook wel steilheid of richtingscoëfficiënt genoemd) is wiskundig gezien gelijk aan:

ℎ𝑒𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 = 𝑦 𝑥, maar hier wordt dat: ℎ𝑒𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 =

𝐼𝑈 =

B

De spanningszoeker bevat een heel klein lampje. Dit gaat branden wanneer er een hele kleine stroomdoor gaat. Stroom is er pas wanneer er spanning is en wanneer de stroomkring gesloten is. Degenedie de spanningszoeker vasthoudt is onderdeel van de stroomkring. Om veilig met despanningszoeker te kunnen werken moet de weerstand heel groot zijn, want er mag maar een heelklein stroompje door iemands lichaam gaan.

C

a Dunne draadjes hebben een kleinere geleidbaarheid (een kleine hellingshoek in fig. 3) dan dikke draadjes. De weerstand van de gloeidraad is dus groter dan die van het aansluitsnoer. De stroomsterkte is in het aansluitsnoer hetzelfde als in de lamp. Hoe groter de weerstand is, hoe groter de warmteontwikkeling is.b Het verlengsnoer heeft maar heel weinig weerstand, waardoor de stroomsterkte niet merkbaar afneemt. Dit komt door de dikte, maar ook door het materiaal. Het binnenste van het verlengsnoer is gemaakt van koper en dat geleidt stroom heel erg goed. Wanneer er meer dan 100 m verlengsnoer wordt gebruikt, zal men het wel gaan merken.

C

a De constantaandraad van 1,20 m is 6 maal zo lang, dus de weerstand is ook 6 maal zo groot. Als de weerstand 6 maal zo groot is, loopt er bij die spanning een 6 maal zo kleine stroom. Er loopt dan een stroom van 330 / 6 = 55 mA.b De grafiek heeft een kleinere helling omdat er bij dezelfde spanning minder stroom door de draad loopt. Vergelijk dit met het dunne draadje in fig. 3; die heeft ook een grotere weerstand.

C

a De helling wordt dan: ℎ𝑒𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 en de eenheid is dan 𝑘𝑔 𝑚

⁄ 3

b Dit is dichtheid.c Andere voorbeelden zijn: afstand en tijd (de helling is dan de snelheid), kracht en uitrekking veer (veerconstante), elektrische energie en tijd (vermogen).

C

Nee, dit is niet het geval. Als je de grootheid x n keer zo groot maakt, dan lees je in de grafiek af datde grootheid y dan stijgt van x – 1 tot nx – 1 en dat is niet n keer zo groot. Cijfervoorbeeld: Als degrootheid x verdubbelt van bijvoorbeeld x = 2 naar x = 4, dan lees je in de grafiek af dat de grootheid yverandert van y = 1 naar y = 3. De grootheid y wordt in dat geval drie keer zo groot.

C

a Aflezen bij U = 4,0 V geeft I = 0,41 A. Berekening: 𝑅 = 𝑈 𝐼 =

4,0,41 = 9,8 Ω.b Deze waarde van de weerstand komt overeen met de helling van de lijn van de oorsprong tot hetpunt U = 4,0 V en I = 0,41 A. In het punt bij 4 V loopt de grafiek veel vlakker dan deze lijn, dus is dehelling van de grafiek bij 4 V ook kleiner.

3 Parallel en serie

Aa Over alle weerstanden die parallel staan is de spanning gelijk, ongeacht de grootte van de weerstanden.b De stroomsterkte wordt in een parallelschakeling verdeeld over de weerstanden. Hoe kleiner de weerstand, hoe groter de geleidbaarheid en hoe groter de stroom die erdoorheen gaat.

A

a In een serieschakeling wordt de spanning verdeeld over de weerstanden, waarbij over de grootste weerstand de meeste spanning staat.b De stroomsterkte in een serieschakeling is overal even groot.

A

a Bereken de totale geleidbaarheid door de geleidbaarheid van beide weerstanden bij elkaar op te tellen. Bereken daarna de stroomsterkte door de netspanning te delen door de totale geleidbaarheid.b Bereken de totale weerstand door die van beide weerstanden bij elkaar op te tellen. Bereken daarna de stroomsterkte door de netspanning te delen door de totale weerstand.

BDe ijzerdraad en de aluminiumdraad zijn parallel geschakeld.

B

b De spanning is over beide koplampen 12,0 V (gelijk aan de bronspanning) en de stroomsterkte wordt verdeeld over beide koplampen. Doordat het identieke lampen zijn, wordt de stroom gelijk verdeeld, dus 1,60 A per lamp.

c 𝑅 = 𝑈 𝐼 =

12,1,60 = 7,5 Ω

B

b De lampjes branden allemaal even fel als de schakelaars gesloten zijn, want het zijn identieke lampjes en dan gaat er door ieder lampje evenveel stroom. Als de schakelaar(s) open zijn gaat er door die lamp(en) geen stroom, maar door het onderste lampje nog wel steeds. Het blijft echter evenveel als wanneer de schakelaars wel gesloten waren.

B

a Berekening: 𝐼 = 𝑅𝑈 1

= 12010 = 12 A

b Eigen voorspelling.

c 𝐺 1 = 1𝑅 1 =

110 = 0,1 S en 𝐺 2 =

1𝑅 2 =

1100 = 0,01 S.d Bereken eerste de totale geleidbaarheid: 𝐺totaal = 𝐺 1 + 𝐺 2 = 0,1 + 0,01 = 0,11 S, en vervolgens destroomsterkte die de bron levert: 𝐼bron = 𝐺totaal ∙ 𝑈 = 0,11 × 120 = 13,2 Ae Vergelijk met jouw eigen voorspelling.de totale stroomsterkte in de rechter figuur wordt groter, want de stroom door de weerstandvan 10 Ω is even groot als in de linker figuur EN er gaat ook stroom lopen door de weerstand van100 Ω.

B

a 𝐼 = 𝑈𝑅 1 =

120 75 = 1,6 Ab Eigen voorspelling.c Bereken eerst de totale weerstand: 𝑅totaal = 𝑅 1 + 𝑅 2 = 75 + 3,0 = 78 Ω en vervolgens de

stroomsterkte: 𝐼bron = 𝑈𝑅totaal =

120 78 = 1,54 A.d Vergelijk met jouw eigen voorspelling.De totale stroomsterkte in de rechter figuur wordt kleiner, want iedere extra weerstand in serie (al isde weerstandswaarde nog zo klein) zorgt ervoor dat de totale weerstand toeneemt en dat destroomsterkte dus ook afneemt.

C

a 𝑅totaal = 𝑅 1 + 𝑅 2 + 𝑅 3 = 10 + 20 + 30 = 60 Ω, dus 𝐼bron = 𝑈bron𝑅totaal =

1260 = 0,20 A.b Om de spanning over weerstand R 1 te berekenen wordt ook hier de wet van Ohm toegepast:𝑈𝑅 1 = 𝐼bron ∙ 𝑅 1 = 0,20 × 10 = 2,0 V.Controle: R 1 is ook16 van de totale weerstand, dus de spanning over R 1 is

16 van de totale spanningvan 12 V, dus 2 V.

C

a De beide batterijen zijn achter elkaar geschakeld (dus in serie geschakeld) en het zijn AA-batterijen die 1,5 V spanning hebben. Dan wordt de spanning: 𝑈totaal = 𝑈bron1 + 𝑈bron2 = 1,5 + 1,5 = 3,0 V.b Hier zitten beide batterijen naast elkaar (dus parallel geschakeld) en het zijn AA-batterijen die 1,5 V spanning hebben. Er geldt nu: 𝑈totaal = 𝑈bron1 = 𝑈bron2 = 1,5 V.c Iedere batterij heeft een bepaalde hoeveelheid energie. Door twee batterijen parallel te zetten, heb je dus dubbel zo veel energie beschikbaar en kan het apparaat langer werken voor je de batterijen hoeft te wisselen.

a Als een spiraalveer.b In stand D is de totale weerstand in de kring het grootst en dus de stroom door en de spanning over de ventilator het kleinst. Stand D zal daarom het zachtst draaien.c In stand A is de totale weerstand in de kring het kleinst, dus de stroom door en de spanning over de ventilator het grootst. Stand A zal daarom het hardst draaien.

a De weerstand Rtot van de hele schakeling is: 𝑅𝑡𝑜𝑡 = 𝑈 𝐼 =

32 = 1,5 Ω.Dit is de weerstand van 1 Ω-weerstand in serie met de parallelschakeling. Die parallelschakelingheeft dan een weerstand van 1,5 – 1 = 0,5 Ω en een geleidbaarheid 𝐺 =1𝑅 =

10,5 = 2 S.Bij een parallelschakeling reken je met de geleidbaarheid. De geleidbaarheid van de2 Ω-weerstand is 𝐺 =1𝑅 =

12 = 0,5 S, zodat de geleidbaarheid van de onbekende weerstand2 – 0,5 = 1,5 Ω is. De onbekende weerstand is dan 𝑅𝑜𝑛 =1𝑆 =

11,5 = 0,67 Ω.b Als je de weerstand van 2 Ω door een grotere weerstand vervangt, is de geleidbaarheid van dieweerstand kleiner en dus is ook de geleidbaarheid van de parallelschakeling (𝐺𝑡𝑜𝑡 = 𝐺 1 + 𝐺 2 )kleiner en wordt de weerstand groter.Manier 1: Als de weerstand van de parallelschakeling groter is, komt er dus hierover meerspanning te staan (want de bronspanning Ubron is evenredig verdeeld met de weerstanden) endus minder spanning over de 1 Ω-weerstand.Manier 2: De weerstand van de parallelschakeling staat in serie met de 1 Ω-weerstand en duswordt de weerstand in de hele schakeling groter en daardoor de stroom kleiner dan 2 A. Als ereen kleinere stroom door de 1 Ω-weerstand gaat, is de spanning over de weerstand ook kleiner.

3 Energie en vermogen

AHet vermogen geeft aan hoeveel energie er iedere seconde door een elektrisch apparaat wordtgebruikt.

Aa kWh is een grotere eenheid van energie (1,0 kWh = 3,6 ∙ 10 6 J), waarin J staat voor Joule.b Ws is een kleinere eenheid van energie (1,0 Ws = 1 J).c W is de eenheid van vermogen (1,0 W = 1,0 J/s).d Het is niet kilowatt per uur, maar kilowatt keer uur.

A

 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼

 𝑃 =

𝐸 𝑡

a Omzetten formule en invullen geeft: 𝑈 = 𝑃𝐼 = 12 0,5 = 24 V.

b 𝐼 = 𝑃 𝑈 =

56 = 0,83 A.

a Bij topsnelheid is het vermogen maximaal: P is 2,4 kW = 2400 W. 𝐼 = 𝑃𝑈 =

2400 48 = 50 A.b Bij een lagere snelheid wordt er per seconde minder energie omgezet, dus is er minder vermogennodig en gelden deze waarden niet. De spanning blijft gelijk, maar de stroomsterkte wordt danminder groot.

B

a 2,5 kWh = 2,5 × 3 600 000 = 9 000 000 J = 9 MJ (𝑚𝑒𝑔𝑎𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒).b Bereken eerst het vermogen. Reken eerst de spanning (6 MV = 6 000 000 V) en de stroom (30 kA = 30 000 A) om en vul in: 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 6 000 000 × 30 000 = 180 000 000 000 W. Zet de formule om en reken de tijd uit: 𝑡 = 𝐸 𝑃 =

9 000 000180 000 000 000 = 0,00 005 s.Handiger is het om hele grote en hele kleine getallen als machten van 10 te schrijven. Deberekening wordt dan: 𝑡 = 𝐸𝑃 = 9∙

618∙10 10 = 5 ∙ 10

−5 s.

B

Een elektrisch apparaat met P = 1000 W (= 1 kW) werkt gedurende 1 h (= 3600 s). Hetenergieverbruik is te berekenen met 𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡. Dit kan op twee manieren:Manier 1: 𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡 = 1000 𝑊 × 3600 𝑠 = 3 600 000 J.Manier 2: 𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡 = 1 𝑘𝑊 × 1 ℎ = 1 kWh.Hieruit volgt dat 1 kWh = 3 600 000 J.

B

a Vermogen snellader: 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 500 × 120 = 60 000 WIn 30 minuten (= 30 x 60 seconden) kan de snellader maximaal leveren: 𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡 = 60 000 × 30 × 60 = 108 000 000 Jb P = 60 kW, dus 𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡 = 60 × 2 = 120 kWhc Thuis is het vermogen maximaal: 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 230 × 16 = 3680 W = 3,68 kW.

Zet de formule om en reken de tijd uit: 𝑡 = 𝐸 𝑃 =

203,68 = 5,4 ℎ = 5 ℎ 26 𝑚𝑖𝑛.

C

a 230 V / 2,2 kW betekent dat het strijkijzer een vermogen zal hebben van 2,2 kW wanneer het wordt aangesloten op een spanning van 230 V.

b 2,2 kW = 2200 W, dus 𝐼 = 𝑃𝑈 =

2200 230 = 9,6 A.c Het strijkijzer zal niet stuk gaan, want de spanning is lager dan waar het voor ontworpen is. Wel zalhet strijkijzer minder goed werken. Het kan niet meer warm genoeg worden, omdat er bij eenlagere spanning ook een kleinere stroomsterkte is. Het vermogen van het strijkijzer is dus veelkleiner.d Om deze vraag goed te beantwoorden moet je eerst de weerstand van het strijkijzer berekenen

met de inmiddels bekende gegevens: 𝑅 = 𝑈 𝐼 =

230 9,6 = 24 Ω.De weerstand van het strijkijzer is bij 110 V ook 24 Ω. Nu kan de stroomsterkte berekend worden:𝐼 =𝑈𝑅 =

110 24 = 4,6 A en vervolgens het vermogen:𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 110 × 4,6 = 505 W.

C

Bereken eerst de stroomsterkte. Formule omzetten: 𝐼 = 𝑃𝑈 =

4012 = 3,3 A.Weerstand: 𝑅 =𝑈𝐼 =

123,3 = 3,6 Ω.

a Uit de vraag blijkt dat stroomsterkte maal tijd in uur steeds 44 Ah moet opleveren.

In formuletaal: 𝐼 ∙ 𝑡 = 44 Ah. Als de stroom 2,0 A is, dan kan dat dus: 44 2,0 = 22 uur.b 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 12 × 2,0 = 24 W.c De energie is op twee manieren te berekenen: in J of in kWh.Manier 1: 𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡 = 24 × (22 × 3600) = 1 900 800 J met P in W en t in s.Manier 2: 𝐸 = 𝑃 ∙ 𝑡 = 0,024 × 22 = 0,528 kWh met P in kW en t in uur.

+

a Als je in de formule 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 voor U de formule 𝑈 = 𝐼 ∙ 𝑅 invult, krijg je: 𝑃 = (𝐼 ∙ 𝑅) ∙ 𝐼 = 𝐼 ∙ 𝐼 ∙ 𝑅 = 𝐼 2 ∙ 𝑅. De formule wordt dus: 𝑃 = 𝐼 2 ∙ 𝑅.b Als in een schakeling de stroom n keer zo groot wordt, wordt het vermogen n 2 keer zo groot.c Met de beide formules: 𝑈𝑛 = (𝑛 ∙ 𝐼) ∙ 𝑅 en 𝑃𝑛 = 𝑈𝑛 ∙ (𝑛 ∙ 𝐼) = 𝑛 ∙ 𝐼 ∙ 𝑅 ∙ 𝑛 ∙ 𝐼 = 𝑛 2 ∙ 𝐼 2 ∙ 𝑅. Met de formule uit de a-vraag: 𝑃𝑛 = (𝑛 ∙ 𝐼) 2 ∙ 𝑅 = 𝑛 2 ∙ 𝐼 2 ∙ 𝑅. In beide gevallen wordt het vermogen dus n 2 keer zo groot.

+

Met het lampje reken je eerst de stroom in de schakeling uit.

Omzetten formule: 𝐼 = 𝑃 𝑈 =

69 = 0,67A.De weestand van het lampje is dan: 𝑅𝑙𝑎𝑚𝑝 =𝑈𝐼 =

90,67 = 13,5 Ω.

Manier 1: De totale weerstand in de stroomkring is: 𝑅𝑡𝑜𝑡 = 𝑈𝑏𝑟𝑜𝑛 𝐼 =

120,67 = 18 Ω.De weerstand en het lampje staan in serie, dus 𝑅 = 𝑅𝑡𝑜𝑡 − 𝑅𝑙𝑎𝑚𝑝 = 18 − 13,5 = 4,5 Ω.

Manier 2: In een serieschakeling is de spanning evenredig verdeeld met de weerstanden. Despanning 𝑈𝑅 = 𝑈𝑏𝑟𝑜𝑛 − 𝑈𝑙𝑎𝑚𝑝 = 12 − 9 = 3 V.

𝑈𝑅 = 39 × 𝑈𝑙𝑎𝑚𝑝 = 1 3 × 𝑈𝑙𝑎𝑚𝑝, dus de weerstand van de lamp is ook 3 maal zo klein als de weerstand R.De weerstand R is dan 1 3 × 13,5 = 4,5 Ω.Manier 3: UR = 3 V (zie b), dus 𝑅 = 𝑈 𝐼 =

30,67 = 4,5 Ω.

3 Elektromagnetisme

Aa IJzer, nikkel, kobalt en gadolinium.b Koper, aluminium en plastic.

A

a Een elektromagneet kun je sterker maken door

 de stroomsterkte door de spoel groter te maken; het aantal windingen groter te maken; een magnetiseerbare stof als weekijzer in de spoel te plaatsen.

b De opgewekte stroomsterkte kun je groter maken door:

 de magneet sneller te laten bewegen; een sterkere magneet te gebruiken; een spoel met meer windingen te gebruiken.

B

Door sneller te fietsen, gaat in de dynamo de magneet sneller ronddraaien. Hierdoor wek je eengrotere stroom op.

B

Bij magneetvissen wordt gebruik gemaakt van neodymium magneten. Dit zijn magneten die zijnopgebouwd uit meerdere metalen (een legering of alliage). Behalve neodymium zit er ook ijzer en boorin deze magneten.

B

a Wanneer het aantal windingen verdubbelt, verdubbelt ook de magnetische kracht. Er kan dus 0,8 kg mee worden opgetild.b Wanneer de stroomsterkte verdubbelt, verdubbelt de magnetische kracht nogmaals, dus er kan nu 1,6 kg mee worden opgetild.

c Het aantal windingen is 450 100 = 4,5 keer zo groot geworden. De stroomsterkte is:

2,0,8 = 3,5 keer zogroot geworden. De kracht van de magneet is dus: 4,5 × 3,5 = 15,75 keer groter dan bij deoorspronkelijke elektromagneet. Er kan nu: 15,75 × 0,4 = 6,3 kg mee worden opgetild.

d De kracht van de magneet is nu: 0, 0,4 = 0,75 keer zo groot dan bij de oorspronkelijke magneet. Hetaantal windingen is 4,5 keer groter. De factor waarmee de stroomsterkte is toegenomen kun jeberekenen met: 4,5 ∙ 𝑠𝑡𝑟𝑜𝑜𝑚𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 0,75. De stroomfactor is dus0,4,5 = 0,17. De stroomsterkte ismet een factor 0,17 verandert en is dus: 0,17 × 0,8 = 0,13 A.

B

a Een voorbeeld van een transformator om spanning omlaag te transformeren is de trafo van de deurbel, van tablets en telefoons, batterijopladers, halogeen en ledverlichting, transformatoren in transformatorhuisjes in de buurt, enz.b Een voorbeeld van een transformator om spanning omhoog te transformeren is de transformator bij de elektriciteitscentrale.

B

De weekijzeren kern zorgt ervoor dat het magnetisch veld in de spoel veel sterker wordt.

b Remanent magnetisme kan alleen ontstaan in magnetiseerbare materialen zoals ijzer, nikkel, kobalt en gadolinium of in diverse alliages waar deze metalen in verwerkt zijn.c De schaar zal voornamelijk uit ijzer zijn gemaakt. Dit is een goedkoop en makkelijk te bewerken materiaal. Er zijn wel stoffen aan het ijzer toegevoegd om deze harder te maken, zodat hij minder makkelijk vervormd en langer scherp blijft.

a In de situaties 2 en 3 zal de ring gaan zweven. Dit komt doordat hier de magneten met gelijke polen naar elkaar zijn gericht waardoor zij elkaar afstoten.b In situatie A zijn de krachten juist weergegeven. Wanneer Fm en Fz even groot en tegengesteld gericht zijn dan blijft de magneet op zijn plaats in de lucht hangen. In situatie B zou de magneet naar beneden gaan bewegen en in situatie C naar boven.

Oefentoets

1

Onjuist, want elektrische apparaten zijn er met ieder gewenst vermogen.

2

Juist, want de kWh is een grote eenheid van energie (1,0 kWh = 3,6 miljoen joule).

3Juist, want de geleidbaarheid is omgekeerd evenredig met de weerstand.

4

Onjuist, want de geleidbaarheid van apparaat 2 is de helft van apparaat 1. Hierdoor zal apparaat 2ook maar de helft van de stroom doorlaten die door apparaat 1 gaat.

5C, alleen het antwoord van Rob is juist.

Zet het vermogen eerst om naar 1,0 kW en de energieformule naar: 𝑡 = 𝐸 𝑃 en reken vervolgens de tijd

in uur uit: 𝑡 = 0, 1,0 = 0,7 uur. Bereken vervolgens het aantal minuten dat het strijkijzer is gebruikt:0,7 × 60 = 42 minuten.

7 𝑅 =

𝑈 𝐼 =

6,1,3 = 4,6 Ω.

8Methode 1: Vermogen lampje A: 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 6,0 × 1,3 = 7,8 W. De batterij moet drie dezelfde lampjesvan energie voorzien, dus is het door de batterij geleverde vermogen drie maal zo groot als dat vanlampje A: 3 × 7,8 = 23,4 W.Methode 2: De stroom uit de batterij is 3 maal 1,3 A = 3,9 A.𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 6,0 × 3,9 = 23,4 W.

9Als de grafiek een rechte lijn heeft, mag je ieder punt op de grafiek gebruiken behalve de oorsprong.De stroomsterkte aflezen bij 12 V spanning geeft 0,33 A.

Dus: 𝐺 = 𝐼𝑈 =

0, 12 = 0,028 S.

10Hoe groter de geleidbaarheid, hoe meer stroom de draad doorlaat bij dezelfde spanning. De rode lijnvoor een grotere geleidbaarheid moet dus steiler omhoog lopen. Zie hieronder.

11Hoe groter de weerstand, hoe minder stroom er wordt doorgelaten bij dezelfde spanning. De blauwelijn moet dus minder steil lopen. Zie hieronder.

19

Formule voor rekenen aan een transformator: 𝑵 𝑵𝟏 𝟐

=

𝑼𝟏𝑼𝟐 .

Invullen levert: 𝑁 1700 =

10 000 230 dus 𝑁 1 = 700 ×

10 000 230 = 30 434 windingen.

Overal natuurkunde 3 v h03 uitwerkingen - Overal Natuurkunde 3 V Uitwerkingen Hoofdstuk 3 - Studeersnel (2023)