NovA - Hoofdstuk 3 Bewegen

NovA – 3 havo
Leerlingenbundel werkbladen
Hoofdstuk 4 Elektriciteit
les
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
datum
klassikaal/groepje
Werkblad 3, 4 en 5 - Herhaling
Spanningsbronnen en schakelingen
Experiment 1: het voedingskastje
Werkblad 6, 7 en 8
§1 - Lading en spanning
Werkblad 9, 10 en 11
Experiment 2: de stroomsterkte meten §2
Elektrische stroom, werkblad 12 en 13
§3 Weerstand - werkblad 14, 15 en
16Experiment C: De weerstand meten
Afronden §1 t/m 3(?)
start §4 - werkblad 17 (?)
S.O. over § 1 t/m 3 (½ lesuur)
start §4 - werkblad 17
§4 Weerstanden in serie en parallel
Werkblad 18 en 19
§5 Vermogen
Werkblad 22 en 23
§6 Experiment D: de weerstand van een
metaaldraad. Werkblad 24 en 25
11
Afronden hoofdstuk
12
Toets hfst 4
Opdrachten / Huiswerk
theorie blz 66 en 67, vraag 8 t/m 10
theorie blz 68 t/m 71, vraag 14 t/m 21
theorie blz 72 t/m 74, vraag 23, 25 t/m 31
voorbereiden S.O.
thuisopdracht A en B (op werkblad 20)
thuisopdracht C en D (op werkblad 21)
theorie blz 76 en 77, vraag 37 t/m 42
theorie blz 78 t/m 81, vraag 46 t/m 53
theorie blz 82 en 83,vraag 57, 58 en 66
St. Bonifatiuscollege, Utrecht
5e druk
Project ‘Begrijpen door samenwerken’
Juli 2007
bij lesmethode NoVa – uitgeverij Malmberg
Sectie natuurkunde - klas 2 en 3
St. Bonifatiuscollege, Utrecht
Deelnemende docenten:
Antoon Boks
Kees Hooyman
Ad Migchielsen
Carien Vruggink
Technische ondersteuning:
Marti van IJzendoorn
2
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
Herhaling
A
Elektriciteitsdraad
Bij elektriciteit wordt gebruik gemaakt van verschillende materialen. Zo
bestaat elektriciteitssnoer meestal uit een koperen kern, met daaromheen
een plastic mantel.
 Waarom is het binnenste deel van koper, en het buitenste deel van kunststof?
 Waarom bestaat een snoer altijd uit twee draadjes?
B
Spanningsbronnen
In de linkerfiguur zie je zes verschillende batterijen. De vier staafbatterijen
zijn allemaal 1,5 V, de platte batterijen zijn 4,5 V en 9 V.
 Op welke batterij zal een lampje het felst branden?
 De vier staafbatterijen leveren dezelfde spanning. Waarom is de ene batterij
dan veel dikker dan de andere?
+
+
+
+
-
-
-
De platte batterij van 4,5 V bestaat uit drie staafbatterijen van 1,5 V (zie
foto). De lange contactstrip is de plus-kant van de batterij. In de tekening
zie je hoe de contactstrips met de linker- en rechter staafbatterij verbonden
zijn.
 Hoe zijn die batterijen onderling met elkaar verbonden? Teken de
verbindingen in de figuur.

Noemen we dit een serieschakeling of een parallelschakeling?
3
C
Dynamo
Een dynamo is ook een spanningsbron. Een verschil met de batterij is dat de
dynamo een wisselspanning levert. Dat betekent dat de plus- en de minkant steeds omwisselen, en dat de stroom steeds van richting verandert.
Maar er zijn nog meer verschillen.
 Noem nog twee verschillen tussen een dynamo en een batterij. Kijk daarbij
bijvoorbeeld naar de spanning die de bron levert, de totale energie en naar
de manier waarop de spanning gemaakt wordt.
Uit de fietsdynamo komen twee draadjes. Eén draadje gaat naar de
koplamp, de tweede naar het achterlicht. Toch kan er alleen een stroom
lopen als er een gesloten stroomkring is. Dat kan alleen maar als er een
verbinding is (via metaal) van het lampje terug naar de dynamo.
 Hoe komt de stroom terug van het lampje naar de dynamo?
D
Schakelingen in huis
In de tekening hiernaast zie je een schakeling met één lampje en twee
schakelaars. De ene schakelaar zit onderaan de trap, de andere schakelaar
zit bovenaan de trap (dit heet een hotelschakeling).
 Brandt het lampje bij de getekende stand van de schakelaars?
 De onderste schakelaar wordt omgezet. Teken hoe de stroom dan loopt.
 De onderste schakelaar wordt terugzet, en daarna wordt de bovenste
schakelaar omgezet. Wat zie je?
 Wat is nu de bedoeling van deze schakeling? Leg uit waarvoor deze
schakeling in huis bij trappen toegepast wordt.
E
Serie- en parallelschakeling
Als je drie lampjes op één batterij wilt laten branden dan kun je kiezen uit
een serieschakeling of een parallelschakeling. In de tekeningen zie je hoe
drie fietslampjes (4,5 V; 0,5 A) op een batterij aangesloten zijn. Daarnaast
zie je hoe het schakelschema getekend wordt.
4
De schakelingen A, B, C en D zijn allemaal serie- of parallelschakelingen.
A
B
C
D
 Welke schakelingen zijn serieschakelingen?
 Wat gebeurt er als je in een serieschakeling een lampje losdraait?
 Als je in een parallelschakeling één lampje losdraait blijven de andere twee
lampjes even fel branden. Toch is er iets in de schakeling veranderd. Wat?
In de schakelingen A en B wordt een platte batterij van 4,5 volt gebruikt. De
lampjes zijn ook gemaakt voor een spanning van 4,5 volt, dat betekent dat
één lampje goed brandt als je het aansluit op een spanning van 4,5 volt.
In deze schakelingen gebruik je drie lampjes, en dat betekent dat je ze maar
op één manier kunt schakelen zodat ze goed branden.
 Branden de lamjes goed in de serieschakeling of in de parallelschakeling?
Waarom?
 Wat zou je in de andere schakeling moeten veranderen om de drie lampjes
toch goed te laten branden?
5
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
Voedingskastje en schakelingen
Experiment 1
A
Schakelingen met het voedingskastje
Bij dit hoofdstuk zullen we in het vervolg een voedingskastje gebruiken in
plaats van een batterij. Het voedingskastje is een regelbare spanningbron, je
kunt dus zelf instellen welke spanning je gebruikt.
Gebruiksaanwijzing
Op het voedingskastje vind je:
 een analoge meter

een schakelaar (volt/ampère)

knoppen om de spanning en de stroom te regelen

aansluitpunten (gebruik de + en de -)
Eerst gaan we kijken hoe het kastje werkt. Steek de stekker in het
stopcontact, en schakel het apparaat aan.
 Sluit nog geen lampjes aan!
 Zet de schakelaar op VOLT en draai aan de regelknoppen voor de spanning.
Tussen welke waarden kun je de spanning instellen?
 Zet de schakelaar op AMPERE, dat betekent dat de analoge meter nu de
stroomsterkte weergeeft, en draai aan de regelknop voor de stroomsterkte.
Waarom geeft de meter steeds nul aan? Leg uit.
Spanningsbron
Een voedingskastje is, net
als een batterij, een
spanningsbron. Dat betekent
dat het een bepaalde
spanning levert.
Een spanningsbron kan ook
stroom leveren. De stroom
die gaat lopen hangt dan af
van bijvoorbeeld het aantal
lampjes dat je op de bron
aansluit.
De spanning is dus de
oorzaak, de stroom het
gevolg. Daarom
noemen we het een
spanningsbron, en niet
een stroombron.
 Wat is de maximale stroomsterkte die het voedingskastje kan leveren?
B
De stroombegrenzer
De regelknop voor de stroomsterkte noemen we een stroombegrenzer. Een
stroombegrenzer werkt in principe hetzelfde als een snelheidsbegrenzer op
een vrachtwagen. Als de stroombegrenzer is ingesteld op 0,5 A dan kan de
stroom niet groter worden.
 Waarom heeft het voedingskastje een stroombegrenzer? Wat zou er anders
fout kunnen gaan?
LET OP: Bij alle experimenten in deze bundel moet de stroombegrenzer op
de maximale waarde ingesteld worden!!
6
B
Eén lampje aansluiten
Op de zijkant van een lampje staan enkele getallen: 6 V 0,4 A 2,4 W
Deze getallen geven aan wanneer het lampje normaal brandt.
 Hoe groot zijn de normale spanning en stroomsterkte van dit lampje?
 Sluit het lampje aan op het voedingskastje, en verhoog de spanning
langzaam tot 6,0 V. Brandt het lampje nu normaal?
 Hoe groot is de stroomsterkte bij 6,0 V?
 Controleer met een berekening dat hier geldt: watt = volt x ampère
C
Twee lampjes parallel aansluiten
In een parallelschakeling kun je meerdere lampjes tegelijk laten branden op
dezelfde spanning.
 Sluit twee lampjes parallel aan op het voedingskastje, zoals in de
tekening.

Zet de spanning op 0 volt, en de stroombegrenzer op maximaal. Draai
langzaam de spanning op.
 Welke spanning heb je nodig om de lampjes normaal te laten branden?
 Hoe groot is nu de stroomsterkte?
 Wat gebeurt er met de stroomsterkte als je één lampje losdraait?
 Wat gebeurt er met de spanning als je één lampje losdraait?
D
Twee lampjes in serie aansluiten
Bij een serieschakeling van meerdere lampjes heb je een hogere spanning
nodig. We gaan controleren of dat klopt.
 Sluit twee lampjes in serie aan op het voedingskastje, zoals in de
tekening.

Zet de spanning op 0 volt, en de stroombegrenzer op maximaal.

Draai langzaam de spanning op.
 Welke spanning heb je nodig om de lampjes normaal te laten branden?

Is de stroomsterkte nu ook groter geworden?
7
 Wat gebeurt er met de stroomsterkte als je één lampje losdraait?
 Wat gebeurt er met de spanning als je één lampje losdraait?
E
Fietslampjes
Op een fietsdynamo die een spanning van 6 volt levert, zijn twee
verschillende lampjes aangesloten. De koplamp brandt veel feller dan het
achterlicht.
 Zijn de lampjes parallel of in serie geschakeld?
 Hoe weet je dat?
 Branden de lampjes op dezelfde spanning?
 Branden de lampjes op dezelfde stroomsterkte?
8
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
§1 - Lading en spanning
Elektrische stroom kun je niet zien als de stroom door een draadje gaat,
maar wel als de stroom door de lucht gaat. Het meest bekende voorbeeld is
natuurlijk de bliksem, of de vonkjes die je ziet als je je trui uittrekt (vooral in
de winter, bij droog weer). Omdat de lucht een slechte geleider is heb je
voor een vonk een grote spanning nodig.
Bliksem onstaat niet zomaar. Daarvoor heb je wolken nodig die langs elkaar
bewegen, zoals bij plotselinge regenbuien in de zomer. De koude valwinden
bij zo’n bui bewegen dicht bij de grond, terwijl hoger in de lucht warme
wolken zitten.
Als de wolken langs elkaar bewegen raken ze geladen, en als de lading
groot genoeg is ontstaat er een grote vonk naar de aarde of naar een
andere wolk. Dat is een elektrische stroom.
Demonstratie A
Zelf lading maken (blz 66 en 67 in NovA)
Je kunt natuurlijk niet zelf lading maken. In elk voorwerp zit al heel veel
lading, maar omdat er meestal evenveel plus- als min-lading is merk je daar
niet veel van. Je kunt een voorwerp wel geladen maken, bijvoorbeeld door
een wollen doek langs een PVC-buis te wrijven. Met een elektriseermachine
maak je lading door twee perspex platen langs elkaar te laten bewegen.
A
B
C
In plaatje A wordt de doek positief geladen, en de staaf negatief. In plaatje
B is dit precies omgekeerd.
 Welk plaatje hoort bij de PVC-buis en de wollen doek?
 Hoe heten de deeltjes die overspringen?
 Welke lading hebben die deeltjes?
 Hoe weet je zeker dat de plus-lading op het ene voorwerp even groot is als
de min-lading op het andere voorwerp?
 Wat zal er gebeuren met de elektrische kracht als je de lading groter maakt?
 Wat zal er gebeuren met de elektrische kracht als je de afstand groter
maakt?
9
B
Hoe merk je dat een voorwerp geladen is?
Als je vonkjes ziet overspringen weet je zeker dat het voorwerp geladen
was. Zonder vonken kun je ook voelen of een voorwerp geladen is. Je haren
gaan overeind staan, of het voorwerp trekt kleine papiersnippers aan.
Om te meten of een voorwerp geladen is kun je een elektroscoop gebruiken.
De elektroscoop is vrij gevoelig, en werkt ook bij kleine ladingen. Als je een
geladen voorwerp in de buurt van de knop houdt of tegen de knop drukt,
worden de twee blaadjes zilverpapier geladen, en stoten ze elkaar af.
 Waarom kan het nooit gebeuren dat de blaadjes zilverpapier elkaar
aantrekken?
 Kun je aan de elektroscoop zien of de lading positief of negatief is? Leg uit.
 Is de buitenkant van de elektroscoop gemaakt van metaal of kunststof? Leg
uit.
 Is de staaf die in de elektroscoop zit gemaakt van metaal of kunststof? Leg
uit.
Met een geladen voorwerp kun je paieren snippers aantrekken. De
papiersnippers zijn zelf niet geladen.
 Hoe kan het dan dat de neutrale papiersnippers door een geladen staaf
aangetrokken worden?
C
Vragen (blz 66 en 67 in NovA)
 Op welke twee manieren kun je merken, dat een voorwerp geladen is?
Elk voorwerp bevat zowel positieve als negatieve lading, maar de
hoeveelheden positieve en negatieve lading zijn niet altijd gelijk. Wat weet
je over de hoeveelheden positieve en negatieve lading:
 Wat weet je over de hoeveelheden positieve en negatieve lading van een
voorwerp dat neutraal is?
 Wat weet je over de hoeveelheden positieve en negatieve lading van een
voorwerp dat positief geladen is?
 Wat weet je over de hoeveelheden positieve en negatieve lading van een
voorwerp dat negatief geladen is?
10
Soms voel je een lichte schok als je een deurkruk aanraakt, bijvoorbeeld als
je eerst over een nylon vloerbedekking gelopen hebt.
 Wat was er dan geladen?
Tijdens het tanken van een pas geland vliegtuig is er verschillende keren
een explosie geweest.
 Hoe kan het vliegtuig elektrisch geladen zijn?
Aan sommige auto's is een strip bevestigd. Deze strip sleept tijdens het
rijden over de grond. De strip moet voorkomen dat de auto onderweg
geladen wordt.
 Waardoor kan de auto tijdens het rijden geladen worden?
 Moet het materiaal van de strip een metaal zijn of een isolator? Leg uit.
Opdrachten / Huiswerk
Maak vraag 8 t/m 10 uit het werkboek
11
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
§2 Elektrische stroom
Experiment 2
A
De stroomsterkte meten.
De ampèremeter
In dit experiment gaan we de stroomsterkte meten op verschillende plaatsen
in de schakeling. Daarvoor moeten we eerst weten hoe de stroommeter
werkt. Je mag de meter nog niet aansluiten.
Op het scherm zie je drie verschillende schaalverdelingen: van -300 tot
+300 mA, van -30 tot +30 mA en van -3 tot +3 A. Die schaalverdelingen
horen bij de aansluitpunten aan de bovenzijde. Je gebruikt altijd twee
aanluitpunten: de plus-aansluiting en één van de andere drie aansluitpunten
(zie figuur).
I= ............
I= ............
I= ............
 Noteer wat elke meter aanwijst. Let goed op welke aansluitpunten gebruikt
zijn.
 In de rechterfiguur slaat de wijzer naar links uit. Wat betekent dat?
B
De stroomsterkte meten bij één lampje
Bij het aansluiten van de stroommeter in een schakeling moet je je aan twee
regels houden, anders kan de meter beschadigd raken.
 Schakel de meter altijd in de kring aan, en nooit rechtstreeks op de
plus- en min-kant van de spanningsbron.

Gebruik altijd eerst de schaalverdeling van 3 A. Pas als die heel weinig
aanwijst mag je overschakelen naar een andere schaalverdeling.
Je moet de schakeling bouwen zoals hiernaast getekend. Maar eerst moet je
de spanningsbron instellen op 6,0 Volt. Bouw dan de schakeling met
uitgeschakelde spanningsbron en laat de schakeling eerst controleren
voordat je de spanning inschakelt.
 Meet de stroom die het lampje ingaat en de stroom die het lampje uitkomt.
Wat valt je op?
12
C
De stroomsterkte meten in een serieschakeling (blz 69 in NovA)
Sluit twee lampjes in serie aan op het voedingskastje, zoals in de tekening.
 Welke spanning heb je nodig om de lampjes normaal (is net zo sterk als bij
de vorige schakeling) te laten branden?
.....
.....
 Meet op drie plaatsen in de schakeling de stroomsterkte. Noteer het resultaat
van de metingen in de tekening.
.....
Vul in:
 Als je een 2e lampje in serie schakelt met het 1e lampje, en je wilt dat beide
lampjes normaal branden dan moet de . . . . . . . (die de bron levert) groter
worden, en de . . . . . . . . . . . . . . (die de bron levert) blijft daarbij gelijk.
D
De stroomsterkte meten in een parallelschakeling (blz 70 in NovA)
Sluit twee lampjes parallel aan op het voedingskastje, zoals in de tekening.

. .. .. . .
Welke spanning heb je nodig om de lampjes normaal te laten branden?
 Onderzoek op drie verschillende plaatsen in de schakeling de stroomsterkte.
Noteer het resultaat van de metingen in de tekening.
..
.
. .. . .
..
.
Vul in:
. . .. .. .
..
.
 Als je een 2e lampje parallel schakelt met het 1e lampje, en je wilt dat beide
lampjes normaal branden dan moet de . . . . . . . . (die de bron levert) groter
worden, en de . . . . . . . . . . . . . (die de bron levert) blijft daarbij gelijk.
E
Vragen (blz 68 t/m 71 in NovA)
 Reken om:
0,032 A = . . . . . . mA
620 mA = . . . . . . A
 In een CV-installatie stroomt water. Wat stroomt er in een elektrische
stroomkring?
 Zijn de elektrische apparaten in huis in serie of parallel geschakeld?
 Welk gevaar dreigt er als je in huis veel apparaten op dezelfde groep
aansluit? Leg uit wat er dan gebeurt.
Opdrachten / Huiswerk
Maak vraag 14 t/m 21 uit het werkboek
13
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
§3 Weerstand
A
De weerstand van de gloeidraad (blz 72 in NovA)
Op de foto zie je enkele lampen van een auto. Ze zijn allemaal aangesloten
op dezelfde accu-spanning van 12 volt. Toch brandt de koplamp veel feller
dan het knipperlampje.
koplamp
achterlichten
knipperlicht
 Door welke lamp gaat de grootste stroom, de koplamp of het knipperlicht?
Waarom?
Een gloeilamp bestaat uit een lang en dun metalen draadje in een glazen
omhulling. Kennelijk heeft de koplamp een andere gloeidraad dan het
knipperlicht. Omdat de gloeidraad heel dun is kan de stroom er maar
moeilijk doorheen. We zeggen dan dat de gloeidraad een weerstand heeft.
 Welke gloeidraad heeft de grootste weerstand, van de koplamp of van het
knipperlicht? Waarom?
De draden in de lampjes zijn van hetzelfde materiaal gemaakt, en even lang
maar niet even dik.
 Welke gloeidraad heeft de dikste draad?Leg uit.
B
De weerstand berekenen (blz 73 in NovA)
Je kunt de weerstand van een gloeidraad ook berekenen. Daarvoor moet je
de spanning en de stroomsterkte weten. Men heeft namelijk afgesproken
dat de weerstand R berekend kan worden met de volgende formule:
weerstand 
spanning
stroomsterkte
in symbolen:
R
U
I
Bij een formule horen ook eenheden.
 Wat is de eenheid van spanning?

Wat is de eenheid van stroomsterkte?
14
De eenheid van weerstand is ohm (symbool Ω).
 Volgens de formule is 1 ohm dus gelijk aan:
1 ohm is . . . . . . . . . gedeeld door . . . . . . . . . . . . .
Op de koplamp staat:
12 V, 30 W, 2,5 A.
Op het knipperlicht staat: 12 V, 6 W, 0,5 A.
 Bereken van beide lampen de weerstand.
Experiment 3
De weerstand meten
In dit experiment ga je de weerstand van een gloeidraad van een lampje en
de weerstand van een constantaandraad meten. Daarbij is het de vraag of
de weerstand verandert als je de draad op verschillende spanningen
aansluit.
C
Constantaandraad
Op een plankje zitten verschillende draden. Eén van die draden is gemaakt
van constantaan (dat is een bepaalde legering van metalen).

Meet bij verschillende waarden van de spanning (van 0 tot 3 volt) de
stroomsterkte door de constantaandraad. Zorg dat je de waarden van de
spanning heel nauwkeurig afleest.
 Noteer de metingen in de tabel, en teken het (I,U)-diagram.
const.draad
U
(volt)
I
(ampere)
R
(Ω)
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Onderzoeksvraag 1
 Verandert de weerstand van een constantaandraad als je de draad op
verschillende spanningen aansluit? Hoe zie je dat aan de grafiek?
15
D
Gloeidraad van een lampje
Vervang de constantaandraad in de schakeling door een lampje.
 Meet bij verschillende waarden van de spanning de stroomsterkte door het
lampje.
 Noteer de metingen in de tabel, en teken het (I,U)-diagram.
U
(volt)
I
(ampere)
R
(Ω)
0
0,2
0,4
0,7
1,0
1,5
2,0
3,0
Onderzoeksvraag 2
 Hoe verandert de weerstand van een gloeidraad van een lampje als je de
draad op verschillende spanningen aansluit?
 Hoe kun je aan de grafiek zien of de weerstand groter of kleiner wordt?
E
Metaaldraad en temperatuur
In de figuur zie je een bijzonder opstelling. De schakeling bestaat uit een
spanningsbron, een gloeilampje en een spoel van ijzerdraad. De spanning is
zo ingesteld dat het lampje brandt. Vervolgens wordt de spoel verwarmd
door een brander,
 Voorspel zo goed mogelijk wat je zult zien als de spoel verwarmd wordt.
Geef ook uitleg.
Opdrachten / Huiswerk
Maak vraag 23, 25 t/m 31 uit het werkboek
16
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
§4 Weerstanden in serie en parallel
A
6,0 V
De weerstand van een schakelelement
Een schakelelement kan zijn één lampje, of twee lampjes parallel, of twee
lampjes in serie enz. enz.
We gebruiken de resultaten van experiment 2.
Als je op een spanningsbron meerdere lampjes aansluit, dan verandert de
stroomsterkte uit de spanningsbron. Kennelijk is dan de weerstand van de
schakeling verandert. We gaan uitzoeken hoe je de weerstand van een
schakeling kunt uitrekenen.
Kijk nog eens naar de schakeling van één lampje hiernaast, met de waarden
voor de spanning en de stroomsterkte.
 Hoe groot is de weerstand van één gloeilampje?
0,4 A
B
12,0 V
..
..
.
 Bereken de totale weerstand van de hele schakeling.
..
..
.
0,4 A
De weerstand van twee lampjes in serie
Bij twee lampjes in serie moet de spanning groter zijn om de lampjes
normaal te laten branden. De stroomsterkte is dan even groot als bij één
lampje dat op een normale spanning brandt.
 Is de weerstand nu groter of kleiner geworden?
C
6,0 V
De weerstand van twee lampjes parallel
Bij een parallelschakeling blijft de spanning gelijk, de stroomsterkte wordt
groter.
 Noteer de stroomsterkte door elk lampje in de schakeling.
0,8 A
 Bereken de weerstand van de totale schakeling.
.
.
.
.
serieschakeling
.
.
.
.
.
.
Rt  R1  R2  R3  ...
parallelschakeling
1
1
1
1



 ...
Rt R1 R2 R3
 Is de weerstand nu groter of kleiner geworden?
D
De formules voor serie- en parallelschakeling (blz 76, 77 in NovA)
Bij een serieschakeling mag je de weerstanden bij elkaar optellen. De
formule voor de totale weerstand Rt is: Rt  R1  R2  R3  ...
 Laat zien dat deze formule bij schakeling B het goede resultaat geeft.
 Hoe groot is de weerstand van drie van deze lampjes in serie?
17
Bij een parallelschakeling geldt een ingewikkelde formule voor de totale
1
1
1
1



 ...
Rt R1 R2 R3
weerstand:
Voorbeeldberekening met de formule
1
1
1
1



 ...
Rt R1 R2 R3
Gegeven: R1 = 10 Ω R2 = 18 Ω
Bereken: Rt
Schrijf eerst de formule over, en vul daarna de getallen in
1
1
1
1 1


   0,155555
Rt R1 R2 10 18
1
1
 0,155555 en dan geldt: Rt 
Dat betekent:
 6,4 
Rt
0,155555
TIP: Het intypen op de rekenmachine kan ook nog iets sneller met de
10
6,0 V
0,8 A
.
.
.
.
.
1
x
+ 18
1
x
=
1
1
x
-toets:
x
 Laat zien dat deze formule bij schakeling C het goede resultaat geeft.
.
.
.
.
.
 Bereken de weerstand van drie lampjes parallel?
E
Verschillende lampen in één schakeling
In de schakeling hiernaast zie drie verschillende lampjes in één schakeling.

Hoe groot is de stroom uit de spanningsbron? Vul in.
6,0 V
I= . . . . .
 Bereken van elk lampje apart de weerstand met de formule R 
U
, en vul
I
de uitkomst in.
R= . . . . .
0,20 A
 Bereken de totale weerstand van de schakeling met de formule R 
R= . . . . .
U
I
0,15 A
R= . . . . .
0,05 A
 Bereken de totale weerstand van de schakeling met de formule
1
1
1
1



 ...
Rt R1 R2 R3
18
F
Drie schakelingen
Alle lampjes in de schakelingen zijn gelijk. De weerstand van elk lampje is
15 Ω.
Rt= . . . . .
Rt= . . . . .
Rt= . . . . .
I= .....
I= .....
I= .....
 Bereken voor elke schakeling de totale weerstand, en vul in.
 Bereken voor elke schakeling de stroomsterkte uit de batterij, en vul in.
 In welke schakeling branden de lampjes het felst? Leg uit.
G
Fietslampjes
De beide lampjes van een fietsverlichting zijn parallel geschakeld. De
dynamo geeft een spanning van 6,0 volt. Het voorlicht heeft een weerstand
van 20 Ω. Het achterlicht heeft een weerstand van 120 Ω.
 Bereken de totale weerstand van deze parallelschakeling (gebruik de
formule).
 Bereken de totale stroomsterkte.
Opdrachten / Huiswerk
Maak vraag 37 t/m 42 uit het werkboek
19
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
Thuisopdrachten - Elektriciteit in huis
A
De meterkast
De meterkast is de plek waar de elektrische leidingen het huis binnenkomen.
Vraag eventueel aan je ouders of ze je bij deze opdracht willen helpen.
 Is er een aardlekschakelaar?

Zijn er twee meters? Vraag dan aan je ouders waarom er twee meters zijn.
 In hoeveel groepen is de elektrische installatie verdeeld?
 Jouw kamer hoort bij een bepaalde groep. Met hoeveel ampère is deze groep
gezekerd?
B
Veiligheid in huis
Op de foto zie je een stopcontact met randaarde.
 In welke ruimtes zijn de stopcontacten voorzien van randaarde?
Zoek twee apparaten die een randaarde-stekker hebben, en twee apparaten
die geen randaarde hebben.
 Twee apparaten met randaarde:
 Twee apparaten zonder randaarde:
 Zoek één apparaat op dat voorzien is van dubbele isolatie. Het symbool
daarvoor is een dubbel vierkant, je ziet het rechtsboven op de foto van een
typeplaatje.
20
C
Maak je eigen Watt-wijzer
Een Watt-wijzer geeft aan hoeveel energie elk apparaat gebruikt, en dat kan
natuurlijk van model tot model verschillen. Van enkele apparaten is het
aantal watt al ingevuld.
 Kies uit de onderstaande lijst twee apparaten, en zoek daarvan het vermogen
op. Je mag ook zelf een apparaat kiezen. Kijk op het typeplaatje of in de
gebruiksaanwijzing.
 Neem de gegevens van je klasgenoten over in de tabel.
apparaat
aantal Watt
apparaat
aantal Watt
apparaat
Koelkast
Koffiezetapp.
miniGeluidsinstallatie
Diepvriezer
Afzuigkap
Strijkijzer
Wasmachine
TV-kleur
Broodrooster
Afwasmachine
Stofzuiger
Boormachine
Scheerapparaat
6W
Computer
Printer
11 W
Gloeilamp
Halogeenlamp
Spaarlamp
60 W
35 W
15 W
El. tandenborstel
1W
Broodbakmachine
550 W
Mixer
700 W
aantal Watt
35 W
 Vergelijk de apparaten met veel watt (een groot vermogen). Voor welke
(huishoudelijke) taak is kennelijk veel energie nodig?
D
Energieverbruik en watt
Met het aantal watt (aangegeven in W of kW) op het typeplaatje kun je
berekenen hoeveel energie een apparaat verbruikt. Dat hangt ook af van de
tijd dat het apparaat gebruikt wordt.
Voor het aantal kWh dat een apparaat in een bepaalde tijd gebruikt geldt:

aantal kWh = . . . . . . . . x . . . . . . . .

Hoe groot is het vermogen van dit apparaat van Scintilla, uitgedrukt in kW?
;
1 kWh = …………. x …………..
 Hoeveel energie (in kWh) verbruikt dit apparaat als het een kwartier aan
staat?
21
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
§5 Vermogen
A
Overbelasting en zekering – lees blz 78 t/m 81 uit je theorieboek
De zekering in de meterkast beschermt tegen kortsluiting en tegen
overbelasting. Bij overbelasting worden er teveel apparaten op één groep
aangesloten. De stroomsterkte kan dan zo hoog worden dat de
elektriciteitsdraden warm kunnen worden, en dat kan een brand
veroorzaken.
In de thuisopdracht heb je onderzocht welke zekering bij jouw kamer hoort.
 Hoe groot is de maximale stroom in de groep waar jouw kamer op zit?
Het maximaal vermogen P (in watt) kun je berekenen met de formule
P  U  I . Welke eenheden horen hierbij?
 P is het vermogen in watt (W)
 U is de . . . . . . . . . . . . . in . . . . . . (
)
 I is de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . in . . . . . . (
)
 Hoeveel kW kan er maximaal op de groep van jouw kamer aangesloten
worden?
Een normale gloeilamp heeft een vermogen van 40 watt.
 Hoe groot is de stroomsterkte door deze lamp?
 Hoeveel lampen van 40 watt kun je maximaal op de groep van jouw kamer
aansluiten?
B
De kosten van energiegebruik
Eén kWh elektrische energie kost ongeveer € 0,15. Een kleuren-TV heeft
een vermogen van ongeveer 200 W. Bij een gemiddeld avondje TV-kijken
staat het apparaat ongeveer 5 uur aan.
 Hoeveel kost dan één avondje TV-kijken?
Een gezin van 4 personen verbruikt in een jaar gemiddeld 3500 kWh.
 Hoeveel kost de elektrische energie per persoon per jaar?
22
Een batterij levert ook elektrische energie, maar die is wel erg duur. Een
zaklantaarn brandt ongeveer 10 uur op drie batterijen die samen € 1,50
kosten. In de zaklantaarn zit een gloeilampje (4,5 V, 200 mA, 0,9 W).
 Hoeveel kWh leveren de batterijen samen?
 Hoeveel kost omgerekend 1 kWh batterij-energie?
Opdrachten / Huiswerk
Maak vraag 46 t/m 53 uit het werkboek
23
NovA - Hoofdstuk 4 Elektriciteit
§6 De weerstand van een draad
A
Demonstratie metaaldraad
Een metaaldraad is bevestigd aan twee statieven (met een isolator zodat de
stroom niet weg kan lekken). In het midden van de draad hangt een
gewichtje, en op de draad ligt een stukje papier gevouwen.
De metaaldraad wordt aangesloten op een spanningsbron, en de spanning
wordt langzaam groter gemaakt.
Je hebt de demonstratie gezien. Hieronder staat in tien zinnen zowel de
beschrijving van wat je gezien hebt als wel de verklaring van de
opeenvolgende verschijnselen.
de draad zakt uit
de stroomkring is verbroken, dus geen stroom meer
door elektrische stroom wordt de temperatuur hoger
de draad breekt door
bij hogere temperaturen zet iets uit
het gloeien stopt
papier gaat branden
de temperatuur bereikt de smelttemperatuur
de temperatuur bereikt de ontbrandingstemperatuur
de draad gaat gloeien
De zinnen staan nog niet in de juiste volgorde en ook is niet aangegeven
wat nu de beschrijving van een stap is en wat de verklaring is.
Dat moet je nu gaan uitvinden door de volgende opdracht:
 Zet bovenstaande tien onderdelen op de juiste plek in de tabel.
stap
1
2
3
4
5
beschrijving verschijnsel
Experiment 4
B
verklaring mbv theorie
De weerstand van een metaaldraad.
Op een plankje zitten verschillende metaaldraden bevestigd. Er zijn draden
met verschillende lengtes en verschillende diktes. De dikkere draden bestaan
uit 2 of 3 naast elkaar gewikkelde draden. Let op: De spanning op de draden
mag niet groter dan 3 V zijn.
Onderzoeksvraag
Bij dit onderzoek krijg je opnieuw alleen maar een onderzoeksvraag:
 Hoe groot is de weerstand van een metaaldraad (van nichroom) met een
lengte van 1 m en een doorsnede van 1 mm²?
In de tekening zie je wat we met doorsnede bedoelen. Met de diameter van
de doorsnede is de oppervlakte van de doorsnede te berekenen.
Doorsnede metaaldraad
 Bereken de oppervlakte van de doorsnede van een draad met een diameter
van 0,1 mm
d = diameter van de
doorsnede (in mm)
A = oppervlakte van de
doorsnede (in mm²)
 Zal de weerstand van een draad met een doorsnede van 0,02 mm² groter of
kleiner zijn dan de weerstand van een even lange draad met een doorsnede
van 0,01 mm²? Leg uit.
A = straalstraal
24
 Zal de weerstand van een lange draad groter of kleiner zijn dan de
weerstand van een korte draad (met dezelfde doorsnede?)
C
nichroo
m
Meting en opstelling:
Gebruik een plankje met daarop zes verschillende draden. Meet bij alle
draden van nichroom de stroomsterkte bij een spanning van 3,0 volt. Noteer
de metingen in de tabel, en bereken de weerstand.
materiaal
lengte
(cm)
doorsnede
(mm²)
U (volt)
nichroom
30
0,031
3,0
nichroom
50
0,031
3,0
constantaan
50
0,031
X
nichroom
120
0,031
3,0
nichroom
120
0,063
3,0
nichroom
120
0,094
3,0
I (A)
R (Ω)
X
X
 Als de draad 5 x zo lang wordt, dan wordt de weerstand . . . . . . . . . . .
 Als de doorsnede van de draad 5 x zo groot wordt, dan wordt de weerstand
...........
D
Berekeningen
Beantwoord nu de onderzoeksvraag
 “Hoe groot is de weerstand van een nichroom metaaldraad met een
lengte van 1 m en een doorsnede van 1 mm² ?”.
Opdrachten / Huiswerk
Maak vraag 57, 58 en 66 uit het werkboek
25
ANTWOORDEN - hfst 4 Elektriciteit
§1 Lading en spanning
§ 2 Elektrische stroom
1
1 Het voorwerp trekt andere voorwerpen aan.
2 Er kunnen vonkjes overspringen.
11
a
b
32 mA
0,62 A
2
a
b
12
a
b
Parallel.
Als je bijvoorbeeld de tv uitzet, blijven de lampen
branden.
13
Zie de figuur.
14
a
b
De spanningsbron.
De schakelaars.
15
a
b
Zo wordt voorkomen dat de arbeider met zijn
handen in de machine komt.
Zie de figuur.
c
De schakelaars zijn in serie geschakeld.
a
Zie de figuur.
b
De schakelaars zijn parallel geschakeld.
d
e
3
a
b
c
De PVC-buis met een wollen doekje wrijven.
Een negatieve lading.
c
Elektronen.
De elektronen gaan van de doek naar de PVC-buis.
Een positieve lading.
Neutraal: er is net zoveel positieve als negatieve
lading
Positief: er is meer positieve dan negatieve lading.
Negatief: er is meer negatieve dan positieve lading.
4
U=6V
5
a
b
c
d
6
a
b
7
a
b
De grammofoonplaat krijgt een lading door de
wrijving met de naald.
Je lichaam krijgt een negatieve lading door de
wrijving tussen je schoenzolen en het nylon. De
elektronen springen over naar de deurkruk, als je
die aanraakt, en dat voel je als een schokje.
Als je de kam door je haren haalt, worden je
haren geladen.
Door de wrijving van de wielen met de
landingsbaan krijgt een vliegtuig tijdens de
landing een grote hoeveelheid lading. Er kunnen
dan bij het tanken vonken overspringen, die de
kerosine kunnen laten ontbranden.
Door de wrijving van de rubber banden met het
wegdek.
De strip maakt contact met het wegdek. Daardoor
verdwijnt de lading op de auto. (De auto wordt
ontladen.)
De twee blaadjes zilverpapier krijgen dezelfde
lading en stoten elkaar af.
Nee, je weet alleen dat ze dezelfde lading hebben.
Ze kunnen beide positief of beide negatief zijn.
8
a
b
De uitslagen verdwijnen.
Er gaan elektronen bewegen van elektroscoop B
naar elektroscoop A. A wordt steeds minder
positief en B steeds minder negatief. Uiteindelijk
zullen beide elektroscopen neutraal worden.
9
a
Er springt lading over van Saskia naar de bol van
de elektriseermachine.
Bij aanraking met netspanning kan er
gedurende een langere tijd een stroom
(elektronen) door je lichaam lopen.
Bij de elektriseermachine loopt er gedurende zeer
korte tijd een stroom, die snel kleiner wordt.
b
16
17
26
Zie de figuur op volgende pagina
18
Het bereik 300 mA; daarop kan ze een stroom van
250 mA het nauwkeurigste meten.
19
stroomsterkte bij A = 0,4 A
stroomsterkte bij C = 0,6 A
stroomsterkte bij B = 0,4 A
stroomsterkte bij D = 1,0 A
20
a
b
c
21
a
b
c
27
U = 1,44 V
28
a
b
De weerstand is kleiner geworden.
De stroomsterkte is (veel) groter geworden.
c
groot; klein
29
a
b
U = 1,5 V
De weerstand blijft gelijk, dus om de
stroomsterkte te vergroten, moet je de spanning
verhogen.
U = I•R = 0,75A x 6Ω = 4,5V
30
a
Zie de figuur.
b
Het verband tussen U en 1 is niet recht
evenredig, ofwel de weerstand is niet constant.
Bij feller branden neemt de weerstand van het
lampje toe. Bij toenemende spanning
(bijvoorbeeld in stapjes van 2 volt) wordt de
stroomsterkte in steeds mindere mate groter.
R = 20,6 Ω
R = 30 Ω
De stroomsterkte bij 7 volt kun je redelijk
nauwkeurig uit de grafiek bepalen (door
interpoleren). De stroomsterkte bij 14 volt valt
buiten de meetreeks. Je moet hier de waarde voor
de stroomsterkte via extrapoleren bepalen; dat is
altijd onnauwkeuriger dan interpoleren.
De lampjes 1 en 2 branden het felst; daar loopt de
grootste stroom door.
Stroomsterkte batterij = 1,2 A
Stroomsterkte lampje 5 = 0,4 A
Er zijn te veel apparaten aangesloten, waardoor
de totale benodigde stroomsterkte te groot wordt.
Door deze overbelasting smelt de zekering door.
De huiskamer is aangesloten op een andere groep.
Hij had eerst één of meer apparaten moeten
uitschakelen.
c
d
e
f
§3 Weerstand
22
a
b
kleinere
stroomsterkte; spanning
de spanning te delen door de stroomsterkte.
23
a
b
De weerstand wordt groter.
Constantaan.
24
Zie de figuren.
31
Als je de kachel op de hoogste stand (hoge spanning)
aanzet, loopt er een te grote stroom door de spiralen.
De verwarmingsspiralen zijn dan nog koud, waardoor
ze een lage weerstand hebben.
§4 Weerstanden in serie en parallel
33
a
b
25
a
b
Door de straalkachel.
weerstand fohn = 52,3 Ω weerstand gloeilamp = 884
Ω weerstand straalkachel = 29,5 Ω
26
a
Het lampje moet op een spanning van 3,5 V
worden aangesloten. Bij die spanning loopt er een
stroom van 0,2 A door het lampje.
R = 17,5 Ω
b
De totale stroomsterkte neemt af. De totale
weerstand wordt groter.
De totale stroomsterkte neemt toe. De totale
weerstand wordt kleiner.
34
a
b
Tel de afzonderlijke weerstanden bij elkaar op.
Met de formule:
35
a
b
c
In schakeling C.
In schakeling C.
In schakeling C.
27
36
a
b
R t = 17,1 Ω
I = 0,35A
37
a
b
Rt =360 Ω
R t = 33,3 Ω
38
a
In stand 3 is de totale weerstand is het kleinst,
en de stroomsterkte het grootst.
R t = 33,3 Ω
I = 6,9 A
b
c
39
40
a
b
c
a
b
c
d
e
Zie de figuur.
In serie.
I = 0,23 mA
R = 33,3 Ω
R t = 767 Ω
1 = R/U = 230 V / 767 Ω = 0,3 A
Alle lampjes gaan uit.
De stroomsterkte wordt groter. Er is één lampje
minder, dus de weerstand R t is kleiner.
41
R = 40 Ω
42
a
b
c
I = 0,12 A
De grootste weerstand verkrijg je met alle
weerstanden in serie; R t is dan 80 Ω.
De kleinste weerstand verkrijg je met alle
weerstanden parallel; R t is dan 5 Ω.
Zie de figuur.
§5 Vermogen
43
Het vermogen geeft aan hoeveel elektrische energie
per seconde door het apparaat verbruikt wordt.
44
Je kunt de stroom (I) door en de spanning (U) over het
apparaat meten. Het product I x U levert het
vermogen.
45
a
b
lampje 1 = 3 W
lampje 2 = 0,3 W
lampje 3 = 0,7 W
Het lampje van 3 watt.
46
a
b
c
De gloeilamp in de bureaulamp.
De gloeilamp in de bureaulamp.
De gloeilamp in het spotje.
47
a
b
I = 17,8 A
Ja.
48
E = 0,24 kWh
49
P = 25 W
50
a
b
c
E = 0,0024 kWh
0,06 cent
De energie uit batterijen is enorm veel duurder
dan die uit het stopcontact.
51
a
Tussen 19.55 u en 21.00 u; P = 0,73 kW
b
Om ongeveer 23.00 u; P = 0,58 kW
Door de tijd een uur 'op te schuiven' is het 's avonds
langer licht. De verlichting kan dan ook een uur
later aan.
c
28
52
De kosten bedragen f 56,25
Test jezelf
53
a
b
1
a
b
2
meter A3 350 mA
meter A4 100 mA
meter A5 450 mA
3
a
b
I = 0,95A
Op het bereik van 1 A.
4
a
E = 0,274 kWh
b
I = 1,19 A
5
a
b
c
Nee. Het zijn er veel te veel.
Elektrische energie.
Je moet het vermogen van één lampje kennen. Als
je ook het aantal lampjes kent, weet je het totale
vermogen. Weet je ook de tijd dat de lampjes
gebrand hebben, dan kun je met de formule E = P
x t het energieverbruik in kWh berekenen. Als je
dit verbruik vermenigvuldigt met de kWh-prijs,
vind je kosten van dit verlichte droomhuisje.
6
P = 950 W
7
a
b
c
R = 9,0 Ω
P = 2,25 W (2,25 x 10 -3 kW)
E = 1,9 x 10 -5 kWh
8
a
Om dezelfde stroom te verkrijgen bij een hogere
spanning, moet je de totale weerstand groter
maken. Als je de weerstand parallel aan de lamp
schakelt, wordt de totale weerstand juist kleiner
en niet hoger.
Zie de figuur.
R = 7,2 Ω
f 0,22
Pgem = 143 W. Het gemiddeld verbruik bedraagt
86 kWh per 600 uur.
Dus P gem = E g em /t = 86 kWh : 600 h = 0,143 kW
§6 Soortelijke weerstand
57
De weerstand is afhankelijk van: de temperatuur,
de lengte van de draad, de doorsnede van de
draad en het soort metaal.
58
a
b
hogere
lagere
59
Een bronzen draad met een lengte van 1 m en een
doorsnede van 1 mm2 heeft een weerstand van 0,30 Ω.
60
a
Zie de figuur.
b
c
R = 3,57 Ω
p = 0,107 Ω •mm2/m
61
a
b
c
R = 0,023 Ω
R = 0,204 Ω
R = 0,010 Ω
62
A = 1,16 mm2
63
I = 0,56 A
64
a
65
l = 50,3 cm
66
a
b
c
b
c
De lading van de doek is negatief.
De staven stoten elkaar af. Beide staven zijn positief
geladen.
A = 0,049 mm 2
b
l = 3,5 m
R = 0,60 Ω
I = 20 A
De draden 3 en 6 worden te heet. Door deze draden
loopt de grootste stroom.
Breinkraker
De weerstand van het fietslampje is 12 Ω en die van de
gloeilamp 2116 Ω. De totale weerstand Rt = 2128 Ω.
Bij een spanning van 230 V loopt er een stroom van I
= 108 mA door beide lampen. Die stroomsterkte is
voldoende voor de gloeilamp, maar te laag voor het
fietslampje.
9
a
b
I = 8,70 A
In de laagste stand is de weerstand het hoogst. Als
de weerstand groter wordt, wordt de stroomsterkte
kleiner.
10
a
b
Nederland; 94,7% van het totaal.
Het zijn percentages. Een groot land dat
procentueel weinig fossiele brandstoffen verbruikt,
verbrandt toch veel grotere hoeveelheden dan
een klein land dat procentueel veel fossiele
brandstoffen verstookt.
Waterkracht, vanwege Oostenrijks ligging in de
Alpen.
c
29
11
R t = 31,5 Ω
12
R=5Ω
+13 a
b
+14 a
b
c
d
Ja, Nicky moet de doorsnede berekenen en dan de
weerstand van de draad meten. Uit die gegevens
kan de soortelijke weerstand berekend worden. De
soortelijke weerstand is een stofeigenschap, dus
kan Nicky bepalen van welk metaal de draad is.
 = 0,027 Ω • mm2/m
Soortelijke weerstand: de weerstand van een
metaaldraad met een lengte van 1 m en een
doorsnede van 1 mm2.
A = 0,79 mm 2
R = 8,6 x 10 -3 Ω
De weerstand wordt viermaal zo groot. De lengte
wordt verdubbeld en de doorsnede neemt een
factor 2 af.
30
3