N
N
ATUURKUNDE
ATUURKUNDE
KLAS
KLAS
4
4
PW H
PW H
OOFDSTUKOOFDSTUK2 18/12/2008
2 18/12/2008
Denk aan ALLE letters van FIRES! Geef duidelijke berekeningen. Er zijn 4 opgaven.
Totaal 35 punten. Opgave 1 (3 + 2 + 4 pt)
Een van de natuurkundeleraren (guess who…) is net 50 geworden, en vindt het tijd voor een feestje: tent in de tuin, verlichting, DJ…
Voor de verlichting gebruikt hij gekleurde gloeilampen waarop staat 230 V; 100 W.
Hij neemt 20 van deze lampen om er een feestverlichting van te maken. Hij sluit ze parallel t.o.v. elkaar aan op het lichtnet via een stekkerdoos. De lampen branden van 19.30 tot 02.45 uur. De DJ heeft een muziekinstallatie van 1100 W, aangesloten op dezelfde stekkerdoos, en speelt van 21.00 tot 02.00 uur. 1 kWh kost € 0,16.
a) Bereken de energiekosten voor de lampen en de muziekinstallatie samen.
b) Eén lamp gaat kapot. Leg uit wat er met de stroom door elk van de andere lampen gebeurt.
Hij vervangt deze lamp door een nieuwe lamp van 230 V; 100 W.
Om 23.00 uur roept iemand: “Bitterballen!” De benodigde frituurpan moet op dezelfde stekkerdoos worden aangesloten. De weerstand van de pan is 50,0 Ω.
c) Leg uit met een berekening of het verstandig is aan de roep om bitterballen te voldoen, als de zekering bij I = 16,0 A zal doorslaan.
Opgave 2 (3 + 4 + 3 + 2 pt)
De batterij in de hiernaast getoonde schakeling levert 9,0 V. De totale stroomsterkte bedraagt 0,20 A. R2 heeft een
weerstandswaarde van 16 Ω. R3 heeft een weerstandswaarde van 48 Ω. Weerstand R4 bestaat uit een koperen draad (soortelijke weerstand = 17.10-9 Ω.m) met een doorsnede A van 0,15 mm2, die 600 keer rond een cilinder met een diameter d van 7,02 cm gewikkeld is.
N.B.: omtrek cirkel = π.d
a) Bereken de weerstandswaarde van weerstand R4.
Als je bij a geen antwoord hebt, reken dan verder met R4 = 20 Ω. b) Bereken de weerstandswaarde van R1.
Als je bij b geen antwoord hebt, reken dan verder met R1 = 13 Ω.
c) Bereken de spanning over de twee parallel geschakelde weerstanden (= U23). d) Weerstand R2 wordt vervangen door een LDR. Leg duidelijk uit wat er gebeurt (en
waarom) met de totale stroomsterkte in de schakeling als de lichtsterkte, die op de LDR valt, groter wordt.
Opgave 3 (3 + 3 pt)
Op een lamp staat vermeld (12 V; 0,80 A). Deze waarden gelden als de lamp aanstaat en goed brandt (op de juiste spanning). Om de lamp juist te laten branden op een 18 V spanningsbron, wordt een spanningsdeler gebruikt. Zie de figuur hiernaast.
De stroom die de spanningsbron afgeeft als de lamp goed brandt, is 1,20 A. a) Bereken de weerstand van het deel van de schuifweerstand
dat parallel staat aan de lamp (= Rpar).
Als je bij a geen antwoord hebt, reken dan verder met Rpar = 40 Ω. b) Bereken de weerstandswaarde van de hele schuifweerstand. Opgave 4 (3 + 2 + 3 pt)
Zet eerst je naam op de bijlage (met grafieken) op de volgende pagina! In figuur 1 (zie volgende pagina) is van een fietslampje het I,U-diagram getekend.
In figuur 2 (zie volgende pagina) is het I,U-diagram van een constantaandraad getekend, die om een klos gewikkeld is.
a) Bepaal de helling van de grafiek van de draad (figuur 2).
Als je bij a geen antwoord hebt, reken dan verder met een waarde van 0,050 voor de helling.
b) Bepaal de weerstand van de constantaandraad op basis van de uitkomst van vraag a. Het fietslampje en de constantaandraad worden eerst in serie
aangesloten op een spanningsbron (zie schema hiernaast). De stroom door het lampje is dan 0,15 A.
Daarna worden lampje en draad parallel aangesloten op de spanningsbron, die nog steeds DEZELFDE SPANNING levert (zie schema hiernaast).
c) Bepaal met behulp van de grafieken van figuur 1 en 2 de stroomsterkte die de bron levert als het lampje en de draad parallel aangesloten zijn op de
spanningsbron.
NAAM:
figuur 1
Modelantwoorden
N
N
ATUURKUNDEATUURKUNDE KLASKLAS4
4
PW H
PW H
OOFDSTUKOOFDSTUK2 18/12/2008
2 18/12/2008
N.B.:- Eenheid vergeten of onjuist: 0,5 pt eraf.
- Onjuist aantal significante cijfers: 0,5 pt eraf (of is afwijking van 1 te veel of te weinig ook goed?)
Opgave 1 (3 + 2 + 4 pt)
a) Elampen = P.t = 20 . 0,100 kW. 7,25 h = 14,5 kWh (1 pt) Einstallatie = P.t = 1,100 kW . 5 h = 5,50 kWh (1 pt)
Kosten = totaal energieverbruik . kosten/kWh = 20,0 kWh . 0,16 €/kWh = 3,20 € (1 pt)
b) De spanning over de lampen blijft gelijk vanwege parallelschakeling (1 pt)
Weerstand lamp blijft gelijk, dus de stroomsterkte door de lampen verandert niet (1 pt)
c) Ilamp = P / U = 100 / 230 = 0,435 A; 20 lampen: Ilampen = 20 . 0,435 = 8,70 A (1 pt) Iinstallatie = P / U = 1100 / 230 = 4,78 A (1 pt)
Samen: 13,48 A
Ifrituurpan = U / R = 230 / 50,0 = 4,60 A (1 pt)
Totaal = 13,48 + 4,60 = 18,08 A > 16,0 A, dus de zekering slaat door, dus niet verstandig om de frituurpan aan te sluiten (1 pt)
Opgave 2 (3 + 4 + 3 + 2 pt) a) R4 = ρ.l / A
l = 600 . (π.d) = 600.π.0,0702 = 132,32 m (1 pt) A = 0,15 . 10-6 m2 ; R4 = ρ.l / A (1 pt)
R4 = 17.10-9 . 132,32 / 0,15 . 10-6 = 14996 . 10-3 = 15 Ω (1 pt) b) Rv tot = Ubatt / Itot = 9,0 / 0,20 = 45 Ω (1 pt)
Rv tot = R1 + R4 + R23 , dus R1 = Rv tot - R4 - R23 (1 pt)
1 / Rv23 = 1 / R2 + 1 / R3 = 1/16 + 1/48 = 4/48, dus Rv23 = 12 Ω (1 pt) R1 = Rv tot - R4 - R23 = 45 – 15 – 12 = 18 Ω (1 pt)
OF (als gewerkt is met R4 = 20 Ω ): R1 = Rv tot - R4 - R23 = 45 – 20 – 12 = 13 Ω) c) U1 = I1.R1 = Itot.R1 = 0,20 . 18 = 3,6 V (1 pt)
U23 = Ubatt – U1 – U4 = 9,0 – 3,6 – 3,0 = 2,4 V (1 pt) OF (als gewerkt is met R1 = 13 Ω en R4 = 20 Ω ): U1 = I1.R1 = Itot.R1 = 0,20 . 13 = 2,6 V (1 pt) U4 = I4.R4 = Itot.R4 = 0,20 . 20 = 4,0 V (1 pt)
U23 = Ubatt – U1 – U4 = 9,0 – 2,6 – 4,0 = 2,4 V (1 pt) d) RLED ↓, dus Rv23 ↓, dus Rv,tot ↓, dus Itot wordt groter. Opgave 3 (3 + 3 pt)
a) Rpar = Upar / Ipar
Upar = Ulamp = 12,0 V (1 pt)
Ipar = Itot – Ilamp = 1,20 – 0,80 = 0,40 A (1 pt) Rpar = Upar / Ipar = 12,0 / 0,40 = 30 Ω (1 pt) b) Rniet-par = Uniet-par / Iniet-par
Uniet-par = 18,0 – 12,0 = 6,0 V (1 pt)
Iniet-par = Itot = 1,20 A; Rniet-par = Uniet-par / Iniet-par = 6,0 / 1,20 = 5,0 Ω (1 pt) Rtot = Rpar + Rniet-par = 30 + 5,0 = 35 Ω (1 pt)
OF (als gewerkt is met Rpar = 40 Ω ): Rniet-par = Uniet-par / Iniet-par
Uniet-par = 18,0 – 12,0 = 6,0 V (1 pt)
Iniet-par = Itot = 1,20 A; Rniet-par = Uniet-par / Iniet-par = 6,0 / 1,20 = 5,0 Ω (1 pt) Rtot = Rpar + Rniet-par = 40 + 5,0 = 45 Ω (1 pt)
Opgave 4 (3 + 2 + 3 pt) a) Helling = ΔI / ΔU (1 pt)
Helling = (0,26 – 0,04) / (6,0 – 1,0) = 0,22 / 5,0 = 0,044 (1 pt) A/V (= eenheid; of 1/Ω) (1 pt)
b) R = 1 / helling (1 pt)
R = 1 / 0,044 = 22,72 Ω = 23 Ω (1 pt) OF (als helling = 0,050): R = 1 / 0,050 = 20 Ω (1 pt)
c) Ilamp = 0,15 A = Itot = Idraad (serieschakeling)
Bij I = 0,15 A aflezen: Ulamp = 1,5 V (met enige marge)
Bij I = 0,15 A aflezen: Udraad = 3,5 V (met enige marge) (samen 1 pt) Ubatt = 1,5 + 3,5 = 5,0 V (ook in parallelsituatie)
