PROEFONDERVINDELIJK DEEL 1 project huisinstallatie
advertisement
project huisinstallatie elek t ri c i t ei t ELEKTRICITEIT THEORIE & LAB • THEORIE PROEFONDERVINDELIJK deel 1 & LAB d eel 1 ISBN 978-90-301-4480-9 Rudi Vrancken project huisinstallatie PrOEFONDERVINDELIJKdeel 1 Rudi Vrancken Plantyn inhoud Voorwoord4 Deel 1 Energie 5 Deel 2 De elektrische stroomkring 21 Deel 3 De hoeveelheid elektriciteit en de wet van Faraday 41 Deel 4 De elektrische spanning 49 Deel 5 De elektrische weerstand 63 Deel 6 De wet van Ohm 97 Deel 7 Vermogen, arbeid en rendement 109 Deel 8 Het schakelen van weerstanden 129 Deel 9 In serie schakelen van weerstanden 143 Deel 10 In parallel schakelen van weerstanden 161 Deel 11 Het gemengd schakelen van weerstanden 179 Deel 12 De wet van Pouillet – Temperatuurscoëfficiënt 207 Deel 13 Scheikundige spanningsbronnen 229 Deel 14 Schakelen van bronnen 248 elektriciteit + lab | inhoud 3 Voorwoord Beste leerling Dit boek, Elektriciteit & Lab deel 1, biedt je ondersteuning voor de vakken elektriciteit en lab en is een onderdeel van de methode ‘Project huisinstallatie’. Naast dit leerkwerboek bestaan in de reeks Project huisinstallatie: - Elektriciteit Theorie & lab proefondervindelijk – deel 2 - Elektriciteit Installatiemethoden en praktijkboek – deel 1 - Elektriciteit Installatiemethoden en praktijkboek – deel 2 - Project huisinstallatie Naslagwerk - Lerarenkit Project huisinstallatie (via Knooppunt), inclusief bordboeken van alle uitgaven binnen de reeks + de oplossingen van alle werkboeken + extra ondersteunend materiaal Elektriciteit & lab is een leerwerkboek. ‘Leer’ houdt in dat dit boek je de nodige theoretische en praktische kennis of leerstof aanbiedt. ‘Werk’ houdt in dat dit boek je ook helpt bij het verwerken van die leerstof. Dit gebeurt aan de hand van vele oefeningen, labopdrachten, zoekopdrachten, … Elektriciteit & lab is een geperforeerd scheurboek, zodat je het in een ringmap kunt bewaren en gemakkelijk oefeningen, illustraties, documentatie, … kunt tussenvoegen. Werk veilig en met aandacht voor het milieu! Elektriciteit is onmisbaar voor de mens, maar kan ook heel gevaarlijk zijn. Voer nooit op eigen houtje proeven uit, ook al volg je de instructies van dit boek. Je leraar of begeleider moet je bij alle proeven en opdrachten begeleiden. Je mag trouwens pas spanning schakelen na hun goedkeuring. Werk ook steeds met veilig gereedschap en materiaal en gebruik de nodige persoonlijke beschermingsmiddelen. Laat geen gereedschap en materiaal rondslingeren. Ruim na de les altijd op en sorteer het afval in de daarvoor voorziene bakken. Bij eventuele ongevallen in het lab kunnen noch de uitgeverij, noch de auteur aansprakelijk gesteld worden. Veel succes! De auteur elektriciteit + lab | inhoud 4 Deel 1 e n e r g i e Wat leer je in dit deel? 1 Wat energie betekent. 2 Welke energievormen er bestaan. 3 Welke uitwerkingen of verschijningsvormen elektrische energie kan hebben. 4 Welke andere energievormen omgezet worden naar elektrische energie. 5 Wat de wet op het behoud van energie betekent. 6Hoe het transport van elektrische energie gebeurt. elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 5 Deel 1: Energie 1.1 Wat betekent energie? Lichamen bezitten energie als ze in staat zijn arbeid te verrichten. Neem bijvoorbeeld je eigen lichaam: - je eet broodjes en drinkt cola om krachten op te doen; - je lichaam put energie uit het eten om arbeid te verrichten, zoals lopen, fietsen, wandelen, enz. Om te kunnen lopen, fietsen of werken (arbeid verrichten) heb je dus energie nodig. Je hebt meestal een apparaat nodig om je energie om te zetten. Om te mountainbiken heb je een mountainbike nodig. Om te tennissen heb je een tennisbal en een tennisracket nodig, enz. Je mountainbike zet je energie om in beweging, wat men bewegingsenergie of mechanische energie noemt. Energie kan ook vele andere vormen aannemen. te onthouden Een lichaam bezit energie als het in staat is arbeid te verrichten. Energie is onder verschillende vormen aanwezig. elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 6 1.2Energievormen Elektrische energie - Cellen, al of niet samengevoegd tot een batterij, leveren elektrische energie aan verplaatsbare apparaten, zoals; gsm, iPad, iPod, radio, zaklantaarn, enz... - Elektriciteitscentrales leveren elektriciteit (elektrische energie) via ondergrondse en bovengrondse leidingen (netten) aan bedrijven, kantoren en particulieren. Batterij Kerncentrale van Doel Mechanische energie Men onderscheidt twee soorten: •bewegingsenergie: een rijdende auto, een draaiende boor, een draaiende motor, enz. •potentiële energie: een gespannen boog of opgespannen veer de watermassa die tegengehouden wordt door een stuwdam Ze hebben energie als gevolg van de toestand waarin ze zijn gebracht. elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 7 Warmte-energie of thermische energie Thermische energie is warmte die men bekomt door het verbranden van steenkool, aardgas, stookolie, benzine, enz. Toepassing: de verbranding in een thermische centrale om van water stoom te maken om uiteindelijk elektriciteit op te wekken. Wanneer elektrische stroom door een weerstandselement vloeit, dan wordt er warmte ontwikkeld (het joule-effect). Toepassingen zijn: een eierkoker, een koffiezetapparaat, een elektrisch vuur, een oven enz. Lichtenergie - een draad die sterk verhit wordt, zendt lichtstralen uit, zoals bij gloeilampen (gloeilampen geven hierbij ook warmte-energie af); - zonnepanelen (fotovoltaïsche cellen) zetten lichtenergie (zonlicht) om in elektrische energie. V licht selenium elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 8 Scheikundige of chemische energie 2 3 0 1 V Over een koperen en een zinken plaatje, die in verdund zwavelzuur staan, wordt een spanning opgewekt. Hier vindt de omvorming van chemische energie naar elektrische energie plaats. Toepassingen: cellen en batterijen. + – verdund zwavelzuur koper zink Als je een spanning plaatst over twee plaatjes (bv. zink en staal) die in een zout- of zuuroplossing staan, dan vindt er een chemische werking plaats → elektrolyse. Er ontstaan gasbellen en deeltjes van het ene plaatje worden ontbonden en slaan neer op het andere plaatje. Toepassingen: op dit principe steunen: verzinken, verzilveren, verchromen, vernikkelen, verkoperen, enz. Andere energievormen •kernenergie (de energie die vrijkomt bij kernsplijting) •geluids- of akoestische energie (bv. uit een luidspreker) •zonne-energie: (bestaande uit licht- en warmte-energie) •magnetische energie: (de aantrekkings- of afstotingskracht van een magneet) •stralingsenergie: (bv. röntgenstralen) •… te onthouden Energie toont zich in vele vormen, namelijk: warmte, licht, beweging, elektriciteit, geluid, straling, scheikundige uitwerking, enz… elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 9 1.3 Uitwerkingen van elektrische energie naar een andere energievorm Elektrische energie kun je niet waarnemen, de uitwerkingen (verschijnselen) ervan wel. De voornaamste uitwerkingen zijn: elektriciteit → warmte Het warmte-effect of joule-effect Is het omvormen van elektrische energie in warmte-energie. Dit wordt nuttig gebruikt in elektrische verwarmingsapparaten zoals elektrische fornuizen, strijkijzers, droogkasten, … Een verwarmingsweerstand van een oven elektriciteit → licht Het lichteffect Dit verschijnsel verkrijgt men wanneer elektrische stroom door een gloeidraad vloeit, waardoor de gloeidraad witgloeiend wordt en licht uitstraalt. elektriciteit → vonk Vonkopwekking Wanneer tussen twee punten een te hoge spanning optreedt dan ontstaat er doorslag waarbij er vonken verschijnen. Toepassing: bij de ontsteking van een samengeperst gasmengsel in benzinemotoren (bougies) en bij lastoestellen. 1 Vonken treden soms ook ongewenst op bij schakelaars (hierdoor branden de contactpunten 2 en 3 in). Contactpunten worden meestal verzilverd om een beter contact te verkrijgen. 2 3 4 1. bedieningstoets 2. contact 3. contact 4. veer elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 10 elektriciteit → magnetisme Het magnetisch effect Dit is het verschijnsel waarbij een magneet (magnetiet) ijzer kan aantrekken. Dit effect kan men eveneens bekomen door elektrische stroom door een geleider of spoel (bv. in koper) te sturen. Men spreekt dan van ‘elektromagnetisme’. Toepassingen: relais, elektrische motoren, zoemer, enz. relais elektriciteit → elektrolyse Het scheikundig effect Het verschijnsel waarbij men elektrische energie omzet in scheikundige energie (elektrochemie) noemt men elektrolyse. Toepassingen zijn: het verzilveren van contacten, verkoperen, vernikkelen, verchromen, enz. elektriciteit → schok Het schokeffect Wanneer elektrische energie door het lichaam van mens of dier vloeit, dan veroorzaakt die schokken in het lichaam. Die kunnen de dood tot gevolg hebben (= elektrocutie). Toepassingen: - schrikdraad bij weideafsluiting, de elektrische stoel; - de defibrillator die door aangepaste elektrische schokken het hart weer op normale wijze aan het kloppen krijgt bij hartstilstand (zie foto). elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 11 1.4 De omzetting van andere energievormen naar elektrische energie We gaan na hoe een andere energievorm omgezet wordt naar elektrische energie, m.a.w. hoe elektrische energie wordt opgewekt. Thermische centrale verbranden van brandstof kerncentrale kernsplitsing waterkrachtcentrale stromend water windkrachtcentrale warmte + water = stoom G T U R B E beweging mechanisch energie N E R I A N T E O R elektrische energie wind elektriciteit De generator zet mechanische energie om in elektriciteit. De belangrijkste energievormen die men gebruikt om elektriciteit op te wekken zijn: kernenergie, fossiele brandstoffen (aardgas, stookolie en steenkool bevatten chemische energie), waterkracht en windkracht (beide zijn mechanische energie). In de kerncentrale wordt kernenergie omgevormd tot warmte-energie door van water stoom te maken. De stoom drijft een turbine (schoepenrad) aan, waardoor de warmte-energie omgevormd wordt in mechanische energie. Op de as van de turbine draait een generator mee die van mechanische energie elektriciteit maakt. elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 12 In de thermische centrale worden fossiele brandstoffen gebruikt om van water stoom te maken. Net zoals in de kerncentrale drijft deze stoom een turbine aan (in Langerbrugge, enz). In een waterkrachtcentrale wordt water dat tijdens de daluren omhoog gepompt is, gebruikt om turbines aan te drijven (Trois-pont boven aan de watervallen van Coo). In een windkrachtcentrale (meerdere windkrachtturbines, elektronisch gestuurd) worden turbines geactiveerd die van windkracht elektriciteit maken (Zeebrugge). elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 13 Welke energieomvormingen gebeuren er in een thermische centrale om van fossiele brandstoffen uiteindelijk elektriciteit op te wekken? luchtstroom stoom turbine koeltoren alternator condensor pomp brander pomp water luchttoevoer schouw opvang gekoeld water 1.................................................................................................................................... 2.................................................................................................................................... 3.................................................................................................................................... Welke energieomvormingen gebeuren er in een kerncentrale om van kernenergie uiteindelijk elektriciteit op te wekken? schoorsteen luchtstroom filter drukregelvat primaire kring stoom turbine koeltoren alternator condensor reactor pomp pomp pomp water luchttoevoer dubbel luchtdicht omhulsel opvang gekoeld water 1.................................................................................................................................... 2.................................................................................................................................... 3.................................................................................................................................... elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 14 Welke energieomvormingen gebeuren er in een waterkrachtcentrale om elektriciteit op te wekken? bovenbekken transformator alternator turbine onderbekken 1.................................................................................................................................... 2.................................................................................................................................... 3.................................................................................................................................... Welke energieomvormingen gebeuren er in een windkrachtcentrale? generator aandrijving oriëntatieinrichting ventilatie rotor schijfrem wieken Voor een vermogen van 1000 MW zijn 4000 windturbines van 250 kW nodig, bij een windkracht van 4 tot 8 Beaufort. Benodigde oppervlakte: 2.250 ha. 1.................................................................................................................................... 2.................................................................................................................................... elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 15 Om zelf een kleine hoeveelheid stroom op te wekken heb je eigenlijk niet zo veel nodig. Je kan dat immers al met je fietsdynamo (het correcte woord is eigenlijk fietsgenerator). Door op de pedalen te trappen breng je het wiel in beweging waartegen de dynamo meedraait. Zo wek je voldoende stroom op om het licht van je fiets te doen branden. Als je dit vergelijkt met de elektriciteitscentrale, dan kan je de dynamo vergelijken met de generator (fietsgenerator is dus een logische benaming!). Doordat de generator draait, wordt elektriciteit opgewekt. Doordat de fietsdynamo draait wordt...................................................................................... De dynamo of generator zet .................................. om in ...................................................... 1.5 De wet op het behoud van energie Energie maken uit het niets of energie opgebruiken of vernietigen is onmogelijk. We spreken daarom van de wet van het behoud van de energie. De energiehoeveelheid kan men niet wijzigen, de energievorm wel. Dit gebeurt in energieomvormers, de zogenaamde verbruikers. Bij iedere energieomvorming verdwijnt de hoeveelheid energie die onder een bepaalde vorm wordt toegevoerd en ontstaat er een gelijkwaardige energiehoeveelheid onder (een) andere vorm(en). Toch gaat elke energieomvorming gepaard met een gedeeltelijk verlies aan energie. Dit beetje energie is niet echt verdwenen, het is alleen niet nuttig gebruikt. Het is omgezet in een energievorm die niet bedoeld was en daarom dus niet nuttig is. Bv. een motor: de bedoeling van een motor is elektriciteit omzetten in beweging, nl. het draaien van de as. Welnu, we krijgen inderdaad beweging, maar de motor ontwikkelt ook warmte die niet bedoeld is. Dus we beschouwen de vrijgekomen warmte-energie als (rendement)verlies. Bespreek zelf het gevolg van de wet op het behoud van energie bij een brandende gloeilamp. (Zoek indien nodig informatie op het internet.) ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Begrijp je nu het nut van spaarlampen? elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 16 1.6 Het transport van elektrische energie De elektriciteitscentrale wekt elektriciteit op uit fossiele brandstoffen, kernenergie en andere meer milieuvriendelijke bronnen, zoals windkracht, waterkracht. De generatoren wekken een wisselspanning op van 15 000 V, die omhoog getransformeerd wordt tot 380 000 V in het transformatorstation, vooraleer de elektriciteit getransporteerd wordt via het hoogspanningsnet. In de distributiecabine vindt er een omlaagtransformatie plaats van 380 000 V à 70 000 V naar 15 000 V en wordt de elektriciteit verdeeld via het middenspanningsnet naar de verschillende plaatselijke cabines. In de plaatselijke distributiecabine gebeurt er weer een omlaagtransformatie van 15 000 V naar 230/400 V, die via het laagspanningsnet wordt getransporteerd. De elektriciteit wordt geleverd via een ondergronds of bovengronds laagspanningsnet aan de kleine bedrijven en de residentiële woningen. centrale ____ T koppelstation __ __ volt vo lt __ __ vo lt transformatorhuis ____ - ____ volt woning ____ volt (licht) fabriek ____ volt (kracht) ____ volt (licht) elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE transformeerhuis ____ - ____ volt onderstation ____ - ____ volt transformatorhuis ____ - ____ volt woonwijk ____ volt (kracht) ____ volt (licht) ere nd en) a t jv me dri ng itsbe i l e pp cite (kolektri e 17 l A b p r o j e c t 1 naam: ..…………………………… voornaam: …………………… klas: .……………………………… datum: ………………………… Opzoekwerk energie 1.1De omzetting van elektrische energie naar een andere energiesoort. Leg uit met een voorbeeld! ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 1.2De omzetting van een andere energiesoort naar elektrische energie. Leg uit met een voorbeeld! ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 1.3Wat zegt de wet op het behoud van energie? Leg uit met een voorbeeld! ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 1.4Omschrijf per toestel welke energieomvorming(en) er plaatsvind(t)(en). ......................................... ......................................... .......................................... ......................................... ......................................... .......................................... ......................................... ......................................... .......................................... elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 18 te onthouden •Een lichaam bezit energie als ........................................................................................... ................................................................................................................................ •Omschrijf volgende soorten van energie en geef telkens een voorbeeld: - mechanische energie:.................................................................................................. ................................................................................................... ................................................................................................... - thermische energie: ................................................................................................... ................................................................................................... ................................................................................................... - chemische energie: ................................................................................................... ................................................................................................... ................................................................................................... - elektrische energie: ................................................................................................... ................................................................................................... ................................................................................................... - lichtenergie: ................................................................................................... ................................................................................................... ................................................................................................... •In een kerncentrale wordt met ................................ van water ........................................... gemaakt om een turbine aan te drijven die op zijn beurt een ................................... aandrijft. •In een thermische centrale worden ................................................................................... ……………………………………………………………… verbrandt om van water stoom te maken. •De wet op het behoud van energie zegt dat ........................................................................ ................................................................................................................................ •Vooraleer elektriciteit getransporteerd wordt via het hoogspanningsnet, wordt de spanning ............................................... van ................................. V naar bv. 70 kV. Dit gebeurt in het ........................................................................................................... elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 19 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat betekent energie? Geef een voorbeeld. 2. Noem vijf energievormen. Geef ook telkens een toepassing. 3. Bespreek vijf uitwerkingen van elektrische energie naar andere energievormen. Geef van elke uitwerking een toepassing. 4. Maak een schematische voorstelling van hoe andere energievormen worden omgezet in elektrische energie (in een thermische centrale, een kerncentrale, een waterkracht- en een windkrachtcentrale). 5. Bespreek de energieomvormingen die in een thermische centrale plaatsvinden. 6. Bespreek de energieomvormingen die in een kerncentrale plaatsvinden. 7. Bespreek de energieomvormingen die in een waterkrachtcentrale plaatsvinden. 8. Bespreek de energieomvormingen die in een windkrachtcentrale plaatsvinden. 9. Wat zegt de wet op het behoud van energie? Geef een toepassing. 10.Hoe verloopt het transport van elektrische energie? Vertrek van de centrale waar 15 000 V wordt opgewekt. Geef voor elke transformatie de spanningsomvormingen. elektriciteit + lab | deel 1 | ENERGIE 20 Deel 2 de elektrische s t r o o m k r i n g Wat leer je in dit deel? 1Hoe een stof is opgebouwd. 2 Welke ladingstoestanden in een atoom kunnen voorkomen. 3Hoe elektrische stroom ontstaat. 4 Wat de polariteit van een bron betekent. 5 Wat de elektronenstroomzin is. 6 Wat de technische of conventionele stroomzin is. 7 Wat het symbool van de grootheid en de eenheid van elektrische stroom zijn. 8Hoe je veelvouden en onderdelen van eenheden kan weergeven en omzetten. 9 Je oefent op omzetten. 10 Wat de onderdelen en hun functie in een stroomkring zijn. 11 Wat het onderscheid tussen een open en een gesloten stroomkring is. 12Hoe je stroom kan meten. 13 Je maakt toepassingen van een gesloten stroomkring. Wat voer je uit in het lab? 1 Je bouwt een elektrische kring op. 2 Je meet stroom met een digitale multimeter. André-Marie Ampère (1775 - 1836) elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 21 Deel 2 : De elektrische stroomkring 2.1 De bouw van een stof •Moleculen Een stof is opgebouwd uit moleculen. Een molecule is het kleinste deeltje van een stof dat nog alle eigenschappen van die stof bezit. Een molecule koper is dus het kleinste deeltje koper (Cu) met nog alle eigenschappen van koper. Een molecule water is het kleinste deeltje water (H2O) met nog alle eigenschappen van water. Moleculen kan je niet met het blote oog waarnemen; hiervoor heb je een microscoop nodig. Ga je een molecule koper of water verder splitsen dan krijg je atomen. •Atomen Ieder atoom bestaat uit: -één kern samengesteld uit protonen en neutronen; -elektronen. water water zuurstof atoom waterstof atoom watermolecule De molecule water (H2O) bestaat uit 2 atomen waterstof (H) en een atoom zuurstof (O). •Elektronen en protonen: de ladingdragers Normaal is bij een atoom het aantal elektronen rond de kern gelijk aan het aantal protonen in de kern. Daar ieder elektron een negatieve lading heeft en ieder proton een positieve lading heeft, heffen beide ladingen zich op. We zeggen daarom dat het atoom in evenwicht is. positief neutraal kern (+) negatief electron (-) •Neutronen Bevinden zich eveneens in de kern, maar hebben geen lading. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 22 2.2 De ladingstoestanden in een atoom De elektrisch geladen deeltjes die zich vrij door de stof bewegen heten vrije ladingdragers. Door het feit dat elektronen zich kunnen verplaatsen, kunnen atomen 3 mogelijke ladingstoestanden aannemen, namelijk: Neutraal geladen atoom -1 0 +1 +1 0 Protonen: ……………… Elektronen:……………… -1 Totale lading:…………… Positief ion (= atoom met positieve lading) -1 0 +1 +1 0 Protonen: ……………… Elektronen:……………… Totale lading:…………… Negatief ion (= atoom met negatieve lading) -1 -1 0 +1 +1 0 Protonen: ……………… Elektronen:……………… -1 Totale lading:…………… Positief (+) betekent te weinig elektronen. Negatief (-) betekent te veel elektronen. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 23 2.3 Het ontstaan van de elektrische stroom Wanneer in de natuur een evenwicht verbroken is, stel je een drang naar herstel van dit ‘natuurlijk’ evenwicht vast. •Bij geladen lichamen is het elektrisch evenwicht verbroken en ontstaat er een drang naar de neutrale toestand. Met andere woorden er is een spanning. •Een positief lichaam (te weinig elektronen) zal daarom vrije elektronen aantrekken. •Een negatief lichaam (te veel elektronen) zal daarom vrije elektronen afstoten. De verplaatsing van vrije elektronen heet de elektrische stroom. ladingsverschil elektronenverplaatsing te weinig elektronen draadleiding te veel elektronen 2.4 De polariteit van een bron De bron (= oorzaak) van elektrische spanning is dus een onevenwicht (= spanning) tussen een negatieve lading (= minpool) en een positieve lading (= pluspool). De polen zijn de twee uiteinden van een bron. De lading van een pool noemt men de polariteit. + – of + – of of + – Schematische voorstellingen van een gelijkspanningsbron 2.5 De elektronenstroomzin Wanneer er over de polen van de stroombron een ladingsverschil is dan willen de vrije elektronen zich verplaatsen van de min-pool naar de plus-pool om de lading te vereffenen. De vrije elektronen vloeien van de min-pool (met een teveel aan vrije elektronen) naar de plus-pool (waar er een tekort aan elektronen is). elektronen elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring Denk hierbij aan “de wet van de communicerende vaten”. Het ene vat is vol en het andere leeg. Koppelt men deze vaten onderaan door middel van een buis, dan stelt men vast dat de wijn van het volle vat overgaat naar het lege vat tot dat beide vaten een gelijk wijnniveau hebben = de vereffening. Bekijk en lees aandachtig volgende vergelijking a➞a’. 24 a’.Het overhevelen van vrije elektronen. a.Het overhevelen van wijn. 100 L 0L b’.Aan de negatieve klem zijn er te veel elektronen. c’.Aan de positieve klem zijn geen of te weinig elektronen b.Het ene vat is vol. c.Het andere vat is leeg. 100 L 000 0L d.We verbinden beide vaten met een buis en een teller e.De kraan staat dicht; er vloeit geen wijn. 70 L d’.We verbinden beide klemmen met een geleider en een verbruiker (lamp). e’.De schakelaar staat open, er vloeien geen vrije elektronen. 030 30 L f. De kraan staat open, er vloeit nu wijn. g.De teller draait! h.Zolang er een verschil in wijnniveau is, zal er wijn vloeien van vat A naar vat B. Deze natuurlijke drang noemt men“de wet van de communicerende vaten”. 50 L 050 f’.De schakelaar staat dicht, er vloeien nu vrije elektronen. g’.De lamp brandt! h’.Zolang er een verschil in lading is tussen de + klem en de – klem, zullen er vrije elektronen vloeien. 50 L i’.Alhoewel de schakelaar dicht staat, vloeit er geen enkel vrij elektron meer. j’.Er is geen verschil meer in lading. k’.De lamp brandt niet meer. i. Alhoewel de kraan open staat, vloeit er geen wijn. j. Er is geen verschil meer in wijnniveau. k.De teller stopt met tellen. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 25 2.6 De technische of conventionele stroomzin De stroom vloeit BUITEN de bron van de positieve naar de negatieve klem. Deze is dus tegengesteld aan de elektronenstroomzin. Om praktische redenen werkt men met de conventionele stroomzin, die we dan ook gaan gebruiken. stroomzin 2.7 Het symbool van de grootheid en de eenheid van elektrische stroom Grootheid: Stroomsterkte Symbool: I Eenheid: AmpèreSymbool: A bv. Door een geleider vloeit een stroomsterkte van 5 ampère. Bij ‘gegeven’ van een vraagstuk schrijf je dan: I = 5 A. André Marie Ampère (1775-1836) 2.8 Het weergeven en omzetten van veelvouden en onderdelen van eenheden Veelvouden van de eenheid zijn: kilo (= k) of duizend keer de eenheid bv. 1 kA = 1 000 A 0,25 kA = 250 A (0,25 x 1 000 = 250) 1,55 kA = 1 550 A (1,55 x 1 000 = 1 550) Mega (= M) of één miljoen keer de eenheid bv. 1 MA = 1 000 000 A 0,015 MA = 15 000 A (0,015 x 1 000 000 = 15 000) 3,655 MA = 3 655 000 A (3,655 x 1 000 000 = 3 655 000) Giga bv. (= G) of één miljard keer de eenheid 1 GA = 1 000 000 000 A 0,005 GA = 5 000 000 A (0,005 x 1 000 000 000 = 5 000 000) 0,000 001 GA = 1 000 A (0,000 001 x 1 000 000 000 = 1 000) Onderdelen van de eenheid zijn: milli (= m) of één duizendste van de eenheid bv. 1 mA = 0,001 A 500 mA = 0,5 A (500 : 1 000 = 0,5) 1 250 mA = 1,25 A (1 250 : 1 000 = 1,25) micro (= µ) of één miljoenste van de eenheid bv. 1 µA = 0,000001 A 250 000 µA = 0,25 A (250 000 : 1 000 000 = 0,25) 1 250 000 µA = 1,25 A (1 250 000 : 1 000 000 = 1,25) elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 26 De gebruikte voorvoegsels voor het weergeven van veelvouden en onderdelen: Benaming symbool waarde als macht van 10 waarde volledig geschreven tera T 1012 1 000 000 000 000 eenheden giga G 109 1 000 000 000 eenheden mega M 106 1 000 000 eenheden kilo k 103 1 000 eenheden eenheid 100 1 eenheden milli m 10-3 0,001 eenheden micro μ 10-6 0,000 001 eenheden nano n 10-9 0,000 000 001 eenheden pico p 10-12 0,000 000 000 001 eenheden De omzettingstabel: getal x 1 000 000 x 1 000 M x 1 000 000 x 1 000 k (mega) getal : 1 000 000 x 1 000 E (kilo) : 1 000 x 1 000 000 m (basiseenheid) : 1 000 x 1 000 μ (milli) : 1 000 : 1 000 000 (micro) : 1 000 : 1 000 000 bv.de opgave is: 35 kΩ = ? Ω Van de omzettingstabel lees je af dat als je van “k” (kilo) naar “E” (eenheid) omzet, je het getal moet vermenigvuldigen met 1 000. Oplossing: 35 kΩ = 35 x 1 000 Ω = 35 000 Ω bv.de opgave is: 25 mA = ? A Van de omzettingstabel lees je af dat als je van “m” (milli) naar “E” (eenheid) omzet, je het getal moet delen met 1 000. 25 A = 0,025 A Oplossing: 25 mA = 1000 elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 27 elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 28 T 12 10 11 10 10 10 G 9 10 8 10 7 10 M 6 10 5 10 4 10 k 3 10 1 10 da 2 10 h A V Ω W d -1 10 c -2 10 m -3 10 -4 10 -5 10 µ -6 10 -7 10 -8 10 n -9 10 -10 10 -11 10 p -12 10 E 2.9 Oefeningen: a zet om 1 000 A = ………………… MA 0,25 mA 0,05 A = ………………… µA 20 000 µA = ………………… A 0,01 A = ………………… mA 0,025 kA = ………………… A 1,011 MA = ………………… kA 3 025 kA = ………………… MA 5 µ A = ………………… mA 50,025 mA = ………………… µA 10 A = ………………… mA 0,2 kA = ………………… A 10 000 mA = ………………… kA 0,25 MA = ………………… kA 20 mA = ………………… A 500 A = ………………… kA 0,05 kA = ………………… mA 50 kA = ………………… MA 125 µA = ………………… mA 100= ………………… 0,001 = ………………… 10 000 = ………………… 0,000 1 = ………………… 1/1 000 = ………………… 0,000 001 = ………………… 10= ………………… 1 000 000 = ………………… 0,025 MA = ………………… A = ………………… µA b Schrijf als een macht van 10. c Werk de machten uit. 102 = ………………… 103 = ………………… 10-3 = ………………… 10-2 = ………………… 100 = ………………… 10 = ………………… d Zet om in machten. 0,000 54 A = ………………… 10-3 A = …………………………… mA 5 600 = ………………… 103 A = …………………………… k 8 200 000 = 8,2 . 10 = …………………………… M 0,000 54 A = 540 . 10 A =…………………………… µA e Werk uit. 102 x 103 = 10-3 x 10-2 = Hoe vermenigvuldig je dus machten met hetzelfde grondtal? elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 29 f Werk uit. 103 : 102 = Hoe deel je dus machten met hetzelfde grondtal? Herhaling: de regel van drie vb. 10 appels kosten € 2, hoeveel kosten dan 3 appels ? €2 1 appel kost = € 20 (20 Eurocent) 10 appels 3 appels kosten € 0,20 x 3 appels = € 0,60 (60 Eurocent) Oef.1 100 takenbladen kosten € 2,50. Hoeveel kosten dan 6 takenbladen? 1 takenblad kost: 6 takenbladen kosten: Oef.2 Een blok van 500 kopiebladen kost € 15. Hoeveel kosten dan 40 kopiebladen? 1 kopieblad kost: 40 kopiebladen kosten: 2.10 De onderdelen en hun functie in een stroomkring De elektrische stroomkring bestaat uit vijf onderdelen. Opdracht: Schrijf de juiste benaming bij het aangeduide onderdeel. • • • • • elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 30 2.10.1 De stroombron + – + – De stroombron is een element of een batterij met twee polen, namelijk een positieve pool ( + klem) en een negatieve pool ( - klem). Tussen de twee polen is er een ladingsverschil. Dit komt omdat de negatieve pool te veel elektronen en de positieve te weinig elektronen bevat. Tussen de twee polen is er dus een ‘natuurlijke’ drang om het verschil in lading op te heffen of te vereffenen. Deze vereffeningsdrang noemt men spanning, uitgedrukt in volt. 2.10.2 De geleider De geleider maakt het mogelijk dat er stroom kan vloeien zonder dat de stroom al te veel tegenstand ondervindt. Deze tegenstand die men weerstand noemt, drukt men uit in ohm. Hoe kleiner de weerstand, hoe beter de geleider geleidt. 2.10.3 De beveiliging 2 2.10.4 De schakelaar 1 2 De beveiliging zorgt ervoor dat de stroom door de leiding niet groter is of wordt dan dat de geleider aankan. Als er te grote stromen vloeien dan ontstaat er een opwarming van de geleider, te wijten aan het ‘jouleeffect’. Hierdoor kan de geleider doorsmelten, vonken veroorzaken met mogelijke brand tot gevolg. De schakelaar dient om gemakkelijk de stroomkring te openen en te sluiten. - Schakelaar sluiten = de stroom wordt doorgelaten (geleid); de tegenstand is nul ohm. - Schakelaar openen = de stroom wordt tegengehouden; de tegenstand is oneindig aantal ohms. 2.10.5 De verbruiker 1 2 Dit toestel zet de elektrische stroom om in een andere energievorm. Het toestel houdt de stroom gedeeltelijk tegen en biedt dus een bepaalde weerstand aan de stroom. De meeste verbruikers bestaan uit weerstandselementen, bv. een strijkijzer. Andere toestellen bouwen hun weerstand op doordat de geleiders wikkelingen bevatten, bv. de elektrische motor. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 31 2.11 Het onderscheid tussen een open en gesloten stroomkring 2.11.1 De open stroomkring: Een stroomkring is open: - als de schakelaar open is; - als er ergens een onderbreking is (bv. aan de verbindingspunten van de draden met de bron of het lampje); - als het gloeidraadje van de lamp stuk is; - als er geen (goed) contact is tussen het lampje en de verbindingspunten in de lampvoet. In al die gevallen is er wel een ladingsverschil (spanning) aan de klemmen van de stroombron, maar er kan geen stroom vloeien omdat de kring onderbroken is. Bij een open of onderbroken kring is er geen geleidende verbinding tussen de bronklemmen. De Bron levert geen stroom. De bron is onbelast. 2.11.2 De gesloten stroomkring: Een stroomkring is gesloten: - als de schakelaar gesloten is; - als er geen onderbreking is; - als de verbruiker de juiste weerstand heeft; - als er overal goed contact is. Als de stroomkring gesloten is, dan kan er wel stroom vloeien. De ladingdragers kunnen nu wel van de ene klem naar de andere klem verplaatsen. Alleen bij een gesloten kring is er een geleidende verbinding tussen de twee bronklemmen. Er vloeit stroom. De bron is belast. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 32 A 2.12 Het meten van stroom I 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 + – A - Stroom meet je met een Ampèremeter. Het symbool is: - Stroom meet je steeds in serie met de verbruiker en de bron. Daarmee bedoelen we dat ze achtereenvolgend geschakeld worden, zodat ze samen één kring vormen. Het maakt niet uit of je de Ampèremeter voor of achter de verbruiker zet, daar de stroomsterkte in de kring overal even groot is. A A I I + – + – - Stroom meten kan zowel met een analoge meter (met wijzer) als met een digitale meter. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 33 2.13Toepassingen op het maken van een gesloten kringloop Project 1 Het testapparaat Doel: Voor het doormeten van verbindingen, schakelaars en smeltzekeringen. Opgelet: Tijdens het testen of doormeten mag er geen spanning aanwezig zijn. Werking: Wanneer het lampje van de tester brandt dan: •is de verbinding ononderbroken, dus geleidend; •is de stand van de schakelaar gesloten; •is de smeltzekering niet doorgesmolten en dus nog heel. Wanneer het lampje van de tester niet brandt dan: •is de verbinding onderbroken; •is de stand van de schakelaar open; •is de smeltzekering doorgesmolten en het smeltdraadje dus over. Opdracht: Maak hiervan een praktische realisatie in de praktijk. Project 2 Het behendigheidsspel Doel: Probeer de ring van het ene uiteinde van de koperdraad naar het andere uiteinde te bewegen zonder de draad te raken. Werking: Wanneer je de draad met de ring raakt, dan gaat er een bel of zoemer in werking. Met een schakelaar zet je het behendigheidsspel aan. Opdracht: Maak een eigen creatie van dit spel. C D 0 I elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 34 l A b p r o j e c t 2 naam:……………………………… voornaam: ………………… klas: ……………………………… datum: ………………… 2.1 Stappenplan constructieve opbouw van een elektrische kring op een schakelbord: labproject 2 Te schakelen verbruiker: gloeilampje E10 – 12 V – 50 mA. 1. Verzamel alle benodigdheden: - een DC-voeding met een netsnoer; - een digitale multimeter; - soepele snoeren; - een gloeilampje (E10 – 12 V – 50 mA); - een lampvoetje (E10); - eventueel een schakelaar (of gebruik een snoer als schakelaar). 2. Meet het gloeilampje door: R = …… Ω 3. Meet het gloeilampje in de houder door: R = …… Ω 4. Maak een doorverbindig of plaats de schakelaar in serie. 5. Stel de multimeter in: DCA 200 mA. 6. Sluit de multimeter in serie aan met de kring (COM-bus + 200 mA-bus). 7. Meet de weerstand van de hele kring: R = …… Ω 8. Stel de voeding in op 12 V (op het voedingsdisplay zelf of op de U-meter). 9. De leerkracht controleert de kring. 10.Sluit de voeding aan (parallel over de kring). 11.Zet de voeding aan: het lampje gloeit. 12.Meet de stroomsterkte. I = …… mA Mogelijke fouten wanneer het lampje niet gloeit: - een onderbreking in de kring; - slecht contact; - geen spanning; - De smeltzekering van de A-meter is stuk. Dat kun je nagaan door de A-meter op 10/20 A ongezekerd te schakelen (pas het meetbereik aan). Wanneer het lampje nu wel gloeit, wil dat zeggen dat de smeltzekering stuk is. 13.Leg alle toestellen en alle benodigdheden terug op hun plaats. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 35 l A b p r o j e c t 2 Het opbouwen van een gesloten stroomkring. 2.2 Van je leerkracht krijg je alle onderdelen van de stroomkring die je gaat opbouwen. Maak een lijst op van alle onderdelen en hun specificaties. • ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. • ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. • ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. • ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. • ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 2.3 Vul het schakelbord aan. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 36 l A b p r o j e c t 2 naam:……………………………… voornaam: .............................. klas:………………………………… datum:.................................... 2.4 Bouw nu je stroomkring op. SPANNINGLOOS!! Laat je kring controleren. Als alles goed is, sluit de leerkracht de spanning aan om je schakeling te laten werken. 2.5 Wat is het verschil in je schakeling tussen een open en een gesloten stroomkring? Bij open stroomkring .................................................................................................... omdat ........................................................................................................................ Bij gesloten stroomkring ................................................................................................ omdat ........................................................................................................................ 2.6 Het meten van stroom met een digitale multimeter Digitale aflezing betekent: ................................................................................................. Multimeter betekent: ........................................................................................................ Geef van alle aangeduide onderdelen van onderstaande digitale meter de benaming. Wat betekent: het meetbereik:............................................................................................................ ................................................................................................................................. 10 A UNFUSED: ............................................................................................................ 200m A FUSED: ............................................................................................................ COM: .......................................................................................................................... V/Ω: .......................................................................................................................... elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 37 l A b p r o j e c t 2 Welke soorten stroom kan je meten en met welk meetbereik? Vul de tabel in! DC A betekent ................................................................. AC A betekent ................................................................. Soort stroom Waarden van het meetbereik DCA ACA Stroom meet je steeds ................................................. met de bron en de verbruiker (zie 2.6). Het aansluiten van de meetsnoeren kan je op 2 manieren (volgens toepassing). FUSED MAX 200m A UNFUSED MAX 10 A / 20 A ( max 15 s) Fused betekent ..................................................................... en unfused betekent ............................................................. . Met fused 200m A kan je maximaal een stroom meten tot .......................... A. OPGELET: Als je nu een meetfout maakt, dan smelt de mini buiszekering in je meettoestel! Als je stroom ........................................................................ dan 200m A wilt meten, dan moet je het meetsnoer steken in bus............................................................................... OPGELET: Als je nu een meetfout maakt, dan kan je meter stuk gaan! Voor iedere meting laat je de meetopstelling controleren door de leerkracht!! elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 38 l A b p r o j e c t 2 naam:……………………………… voornaam: …………………… klas:………………………………… datum: …………………… 2.7 Demonstratiemeting door de leerkracht ‘het meten van stroom’. Let goed op! 2.8 Opstelling stroommeting door de leerlingen Teken de praktische meetopstelling zoals bij 2.2, maar dan met Ampèremeter! 2.9 Omcirkel wat juist is en vul in. De wisselstroom/gelijkstroom meten we in serie met/over de kring en bedraagt ............................ A mA kA MA = .............................. A mA kA MA . Het meetbereik dat ik ingesteld heb is ........................... A mA DCA ACA. Het zwarte meetsnoer heb ik ingestoken in aansluitbus 10 A 200m A COM V/Ω van het meettoestel. Het rode meetsnoer heb ik ingestoken in aansluitbus 10 A 200m A COM V/Ω van het meettoestel. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 39 LEREN LEREN Hoe los je vraagstukken op? Enkele praktische tips! 1. Lees de vraag een aantal keer langzaam en aandachtig, totdat je weet waar de vraag over gaat. 2. Stel jezelf de volgende vragen: - Wat is wat? - Waarover gaat de vraag? - Wat zijn de gegevens? - In welke eenheid staan de gegevens? Zo ken je de grootheden van de gegevens. 3. Haal de gegevens uit de vraag. 4. Zet de eenheden bij de gegevens om in de basiseenheden van de grootheden. 5. Welke gegevens heb je nodig om de gegevens te berekenen? Soms staan er meer gegevens in de vraag dan wat je nodig hebt. 6. Wat wordt er gevraagd en in welke eenheid? 7. Een schets kan je duidelijkheid geven, ook al wordt die niet gevraagd. 8. Formules zijn gemakkelijker af te leiden als je ze op één regel zet, bijvoorbeeld: ∫ . l = A . R U = I . R Q = I . t P = U . I W=P.t 9. Schrijf telkens de basisformule en de afgeleide formule op en vul ze in. 10.Door de eenheden weg te delen, kan de resulterende eenheid uitsluitsel geven over het feit of de formule juist is of niet. Een voorbeeld van een foutief afgeleide formule: A = R . ∫ = Ω . Ω . mm² = Ω² . mm² l m . m m² Je zou op mm² moeten uitkomen, dus je kunt besluiten dat de formule verkeerd is. 11.Oplossingen geven extra gegevens waarmee je eventueel de volgende vraag kunt oplossen. 12.Maak berekeningen met de rekenmachine, maar probeer telkens het resultaat te controleren door benaderend te hoofdrekenen, bijvoorbeeld: 6989 : 9,98 = ??? Je rekent in je hoofd uit dat 7000 : 10 = 700. De oplossing zal dus dicht bij zevenhonderd liggen. Zo merk je meteen op dat er iets fout is gegaan wanneer je de verkeerde gegevens in je rekenmachine hebt ingegeven. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 40 te onthouden •Teken een eenvoudige stroomkring en benoem alle onderdelen. •Duid alle onderdelen van de stroomkring in onderstaande figuur aan. Kleur de stroomdoorgang in rood, ervan uitgaande dat de kring gesloten is! •Stroom meet je met een ………………………………… •Stroom meet je steeds ………………………………… met de verbruiker en de bron. •Er bestaan in hoofdzaak 2 soorten meters waarvan je de stroomsterkte kan aflezen, namelijk: - de ………………………………… meter en - de ………………………………… meter. elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 41 HERHALINGSVRAGEN 1. Bespreek de opbouw van een stof. 2. Bespreek de ladingstoestanden van een atoom. Schets elke ladingstoestand en bereken telkens de totale lading. 3. Hoe ontstaat elektrische stroomsterkte? 4. Teken drie schematische voorstellingen van een gelijkstroombron. 5. Leg de elektronenstroomzin uit. Bespreek aan de hand van een schets. 6. Teken twee elektrische stroomkringen. Duid in de ene stroomkring de elektronenstroomzin aan en in de andere de conventionele of de technische stroomzin. 7. Schets een stroomkring en geef van elk onderdeel de benaming. 8. Verklaar de werking van een open stroomkring. 9. Verklaar de werking van een gesloten stroomkring. 10.Teken het symbool van een ampèremeter. 11.Hoe meet je stroomsterkte? 12.Waarom maakt het niet uit waar je de A-meter in de kring plaatst? 13.Duid op de figuur van de zaklantaarn de onderdelen aan en geef hun benaming. Teken de gesloten stroomkring. 14.Kijk naar de figuur van het testapparaat. Wat kun je testen met een tester? 15.Kijk naar de figuur van het behendigheidsspel. Teken de stroomkring in het spel. 16.Wat betekent ‘stroommeting 200 mA FUSED’ bij een digitale multimeter? 17.Wat betekent ‘stroommeting 20A UNFUSED’ bij een digitale multimeter? 18.Wat betekent ‘meetbereik’? EXTRA OEFENINGEN 1. Zet de volgende waarden om. 0,25 A = … … . . mA 0,0205 A = …….. µA 0,000015 A = …….. nA 50 mA = … … … . . A 50 000 µA = …….. A 7 500 nA = … … . . A 0,075 kA = … … … . . A 0,0375 MA = …….. A 215 A = ……….. kA 25 025 A = …….. MA 0,0005 kA = …….. mA 450 000 mA = …….. kA 2. Zet de volgende machten om. 20 . 10² A = …….. kA 230 . 10² mA = …….. A 25 . 10⁴ µA = …….. mA 0,056 . 10⁵ A = …….. kA 3. Bepaal telkens de juiste macht. 2 000 µA = 20 . 10 … µA 25 500 mA = 2,55 . 10 … A 0,0035 MA = 350 . 10 … A 0,05 kA = 5 . 10 … mA elektriciteit + lab | deel 2 | de elektrische stroomkring 42 Deel 3 De hoeveelheid e l ekt ric iteit en de wet van faraday Wat leer je in dit deel? 1 Wat de grootheid, het symbool en de eenheid van elektrische lading zijn. 2 Wat de Wet van Faraday zegt. 3 Je oefent op omzettingen 4 Je maakt oefeningen op de wet van Faraday Wat voer je uit in het lab? Je ontleedt de gegevens op een: -gsm-batterij -accu -acculader Michaël Faraday (1791 – 1867) elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 43 Deel 3 : De hoeveelheid elektriciteit en de wet van Faraday 3.1 Grootheid, symbool en eenheid van elektrische lading Grootheid: Hoeveelheid elektriciteit of elektrische lading. Symbool: “Q” (van Quantité = hoeveelheid) Eenheid: één coulomb (1 C = 1 A.s) één ampére-uur (1 Ah = 3 600 C) 1 h = 60 min x 60 s/min = 3 600 s 1 A.h = 1 A x 3 600 s = 3 600 A.s = 3 600 C 1C = X 1A 1s De elektrische stroomsterkte is de hoeveelheid elektriciteit (in coulomb) die in één seconde door de elektrische leiding vloeit. Eén coulomb per seconde (1 C/s) heet één ampère (1 A). 3.2 Wat betekent ‘hoeveelheid elektriciteit’ of wat zegt de Wet van Faraday? De hoeveelheid elektriciteit “Q” is de elektrische lading die in een bepaalde tijd “t” verplaatst wordt in een stroomkring. Dit zegt de Wet van Faraday. Hoeveelheid elektriciteit = stroomsterkte x tijd In symbolen: Q = I x t Hierbij wordt Q uitgedrukt in coulomb ( C ) of ampère-uur ( Ah ) I in ampère ( A ) en t in seconde ( s ) of uur ( h ). Basisformule Q = I x t I= Afgeleide formules: Q ……… ……… t= = ……… ……… X I elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 44 t Een hoeveelheid elektriciteit zou je kunnen vergelijken met een hoeveelheid water. Hoe bekom je een hoeveelheid elektriciteit? Hoe bekom je een hoeveelheid water? door gedurende een bepaalde tijd een stroomsterkte te laten vloeien. door gedurende een bepaalde tijd een waterstroom te laten vloeien A I = 2A waterstroom = 2 l/s – + batterij t = 2s Berekeningsvoorbeeld van een hoeveelheid elektriciteit: Een batterij levert een stroomsterkte van 2 ampère gedurende 30 seconden. Berekeningsvoorbeeld van een hoeveelheid water: Een waterstroom van 2 liter per seconde vloeit gedurende 30 seconden. Bereken de hoeveelheid elektriciteit. Bereken de hoeveelheid water. Gegeven: - de stroomsterkte I = 2 A - de tijd t = 30 s Gegeven: - de waterstroom = 2 l/s - de tijd t = 30 s Gevraagde: de hoeveelheid elektriciteit Q = ? Gevraagde: de hoeveelheid water = ? Oplossing: Q=Ixt Q = 2 A x 30 s = 60 A.s = 60 C Oplossing: de hoeveelheid water = waterstroom x tijd de hoeveelheid water = 2 l/s x 30 s = 60 l Merk de gelijkenis op tussen beide berekeningen en probeer hierdoor het verband te leggen. elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 45 E 3.3 Hoe zet je tijd en lading om? Tijd t Lading Q s uur C = A.s A.h 5 360 0,1 360 0,1 10 720 0,2 720 0,2 15 900 0,25 900 0,25 20 1 080 0,3 1 080 0,3 25 1 440 0,4 1 440 0,4 30 1 800 0,5 1 800 0,5 35 2 160 0,6 2 160 0,6 40 2 520 0,7 2 520 0,7 45 2 700 0,75 2 700 0,75 50 2 880 0,8 2 880 0,8 55 3 240 0,9 3 240 0,9 60 3 600 1 3 600 1 90 5 400 1,5 5 400 1,5 120 7 200 2 7 200 2 150 9 000 2,5 9 000 2,5 180 10 800 3 10 800 3 240 14 400 4 14 400 4 300 18 000 5 18 000 5 min Omzetting tijd (t) Omzetting lading (q) x 3600 x 60 x 60 h ÷ 60 ÷ 60 min x 3600 s Ah C (A.s) ÷ 3600 Tijd t min s ÷ 3600 Lading Q uur C Ah 1,8 0,01 252 90 0,11 828 27,0 0,12 1 260 0,88 elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 46 E 3.4 Omzettingen oefenen 1 h = .................... minuten x ..................... seconden/minuut = ..................... seconden. 1 800 s = ............... h 7 200 s = ............... h 2/3 h = ................ s 3/2 h = ................. s 3/4 h = ................. s 30 min = .............. s 180 min = .............. h 900 s = ................. min 90 min = .............. s 2 h = .................... min 10 800 s = ............. min 45 min = .............. h Zet om in uren, minuten en seconden: 7 932 s = ............ h, ........... min en ........... s 12 030 s = ............ h, ........... min en ........... s 1 Ah = .................. A x ................... s = .............. A.s = ................. C 2 Ah = ................... C 0,5 Ah = ................ C 2,5 Ah = .............. C 0,25 Ah = .............. C 2,25 Ah = .............. C 4,75 Ah = ............. C 3 600 C = 1 Ah 1 200 C = ............... A.s = ................ Ah 7 200 C = ............. Ah 8 280 C = ............... Ah 6 480 C = ............. Ah E3.5Oefeningen op de Wet van Faraday 1. Een hoeveelheid elektriciteit verplaatst zich door een geleider met een stroom van 1 500 mA gedurende 30 minuten. Bereken de hoeveelheid elektriciteit. Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 2. Een hoeveelheid elektriciteit van 120 C wordt verplaatst in 1 minuut. Bereken de stroomsterkte in deze kring. Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 3. Bereken op twee manieren de stroomsterkte (op basis van de eenheden) als de hoeveelheid verplaatste elektriciteit 7 200 C is in een tijd van 30 minuten. Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 47 4. Een accu van een auto kan 100 Ah leveren. Hoelang kan deze accu een stroom leveren van 5 A? Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 5. Een stroom van 2 A vloeit gedurende 2 uren in een kring. Bereken de hoeveelheid elektriciteit in C. Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 6. Van 14.30 u tot 16.45 u neemt een motor uit het net een stroom van 6 500 mA. Bereken de verplaatste hoeveelheid elektriciteit in de motor. Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 7. Hoeveel tijd (in uur) is er nodig om met een stroomsterkte van 12 A een elektrische lading van 86 400 C te leveren? Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 8. Welke stroomsterkte vloeit er in een stroomkring als in 1 minuut 240 C verplaatst wordt? Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 9. Hoelang kan een accu van 12 V - 120 Ah een stroom leveren van 2 400 mA? Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... 10.De capaciteit van een accumulator is 75 Ah. Hoelang kan de accu een stroom leveren van 12 A? Gegeven: ............................................................. Oplossing: ............................ ........................................................................... Gevraagde: ........................................................... elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 48 l A b p r o j e c t 3 naam:……………………………… voornaam: …………………… klas:………………………………… datum: …………………… Het ontleden van de gegevens op oplaadbare batterijen. 3.1 Bespreek de gegevens van onderstaande GSM-batterij 4.8 V: ............................................................................................................................ 850 mAh = ......................... Ah = ..................... C Dit is de ......................................................................................................................... of de ............................................................................................................................. Ni-MH: ........................................................................................................................... Voor welke 3 veiligheidspunten vraagt men aandacht? •............................................................................................................................... •............................................................................................................................... •............................................................................................................................... 3.2 Zoek op en bespreek de gegevens van onderstaande oplaadbare accu van een schroefmachine. 18 V DC: ............................................................................ ........................................................................................ ........................................................................................ ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 49 l A b p r o j e c t 3 3.3 Zoek op en bespreek de gegevens van deze acculader van een snoerloze schroefmachine. ................................................................... ................................................................... ................................................................... ................................................................... ................................................................... ................................................................... ................................................................... Item Nr. CB-50018: .......................................................................................................... Input: 230 V ~ 50 Hz: ....................................................................................................... Output: 18 V DC: .............................................................................................................. Charge time: 1 Hr: ............................................................................................................ Charge only between: +5° to +40°: ..................................................................................... Rated input power: 70 W: .................................................................................................. 3.4 Neem een kopie van de gegevens op je gsm-batterij en kleef ze hieronder! Je mag eventueel de gegevens ook overschrijven en de verklaring erbij schrijven. elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 50 te onthouden •De grootheid .............................................................................................. of elektrische lading heeft de letter ................................................. als symbool. •De eenheid C (Coulomb) komt overeen met ...................................................... . •De praktische eenheid Ah komt overeen met ..................................................... C. •De hoeveelheid elektriciteit is ........................................................................ ................................................................................................................ Dit zegt de wet van…………………………………………………………………………… •Je kan de hoeveelheid elektriciteit berekenen met de formule: •Je kan de stroomsterkte berekenen met de formule: •Je kan de tijd berekenen met de formule: •5 V DC betekent: .......................................................................................... •Charge time: 1 Hr betekent: .......................................................................... •750 mAh komt overeen met ....................... Ah of ............................................ C elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 51 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat zegt de wet van Faraday? 2. Bespreek de gegevens die op de oplaadbare batterij van een gsm staan. 3. Bespreek de gegevens die op de oplaadbare accu van een schroefmachine staan. 4. Bespreek de gegevens die op de acculader van een schroefmachine staan. EXTRA OEFENINGEN Oefeningen op omzettingen Zet de volgende tijdsaanduidingen om. 900 s = …….. h 2700 s = …….. h 5400 s = …….. h 0,5 h = …….. s 1,75 h = …….. s 5/3 h = …….. s Zet de volgende ladingswaarden om. 1800 As = …….. C = …….. Ah 2,75 Ah = …….. C = …….. As Vraagstukken 1. Een stroomsterkte van 2 A vloeide gedurende 150 minuten. Bereken de hoeveelheid verplaatste elektriciteit in Ah. 2.Gedurende 2 uur en 15 minuten vloeide er een stroomsterkte van 50 mA. Bereken de hoeveelheid verplaatste elektriciteit in C. 3. Een hoeveelheid elektriciteit van 20 C verplaatste zich door een geleider met een stroom van 500 mA. Bereken de tijd in seconden die daarvoor nodig was. 4. Een hoeveelheid elektriciteit van 3 Ah verplaatste zich door een geleider met een stroom van 0,75 A. Bereken de tijd in uur die daarvoor nodig was. 5. Een hoeveelheid elektriciteit van 6 480 C werd verplaatst in 36 minuten. Bereken de stroomsterkte op twee manieren (volgens de eenheden). 6. Een hoeveelheid elektriciteit van 15,75 Ah werd verplaatst in 1 uur en 45 minuten. Bereken de stroomsterkte op twee manieren (volgens de eenheden). elektriciteit + lab | deel 3 | DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 52 Deel 4 De elektrische S p a n n i n g Wat leer je in dit deel? 1 Wat elektrische spanning is. 2 Grootheid, symbool en eenheid van elektrische spanning. 3 Je oefent op omzettingen. 4 Wat het verschil is tussen klemspanning en EMK. 5 Wat de gevaren bij elektrocutie zijn. 6 Met welke soorten spanningen we te maken kunnen hebben. 7 Welke bronnen welke soort spanning geven. 8 Hoe je elektrische spanning kan meten. Wat voer je uit in het lab? 1 Je meet elektrische spanning met een spanningstester. 2 Je meet elektrische spanning met een digitale universele meter. 3 Je bepaalt de polariteiten van een batterij. 4 Je bouwt een gesloten stroomkring en meet de spanning. Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 53 Deel 4 : De elektrische spanning 4.1 Wat is elektrische spanning? In deel 2 heb je geleerd dat atomen ladingsverschillen kunnen hebben. Daardoor kunnen atomen een negatieve of een positieve lading hebben.Van het ogenblik dat je zo een ladingsverschil hebt, spreekt men van een “potentiaal verschil” of “elektrische spanning”. Een goed voorbeeld is een batterij. De batterij heeft een positieve klem en een negatieve klem. Over deze klemmen kan je dan het ladingsverschil of de elektrische spanning meten. 100 L 000 0L Je hebt eveneens geleerd dat je een spanning moet hebben, wil je een stroom verkrijgen. Let op! Je kan een spanning hebben zonder dat er stroom vloeit. Denk terug aan de wijnvaten. Er was een verschil in wijnniveau waardoor de wijn op natuurlijke wijze naar het andere vat zou kunnen vloeien. Toch gebeurde dit niet! Waarom? .................................................................... ................................................................................................................................... Als je de wijnvaten vergeleek met de nevenstaande batterij, dan kon je vaststellen dat ook daar geen stroom vloeide. Waarom niet? .............................................................................................. ................................................................................................................................... Samengevat - Je meet een spanning als er over de klemmen een ............................................................ is. - Je kunt elektrische stroom laten vloeien als je een ......................................................... hebt en als de stroomkring .................................................................................................. is. 4.2 Grootheid, symbool en eenheid Grootheid: De elektrische spanningSymbool: U Eenheid: VoltSymbool: V Vb. Over de klemmen van een batterij staat een spanning van 6 Volt. Bij “gegeven” van het vraagstuk schrijf je dan: U = 6 V. Allessandro volta (1745 - 1827) Italiaans natuurkundige, hield zich o.a. bezig met de studie van de elektriciteit Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 54 4.3 Oefeningen op omzettingen Het middenspanningsnet transporteert een spanning van 10 kV. 10 kV = ................................ V. Hoeveel kV staat er over de contactdoos, aangesloten op netspanning? ................................ kV. Een batterijcel heeft een spanning van 1250 mV. Hoeveel volt is dit? ..................................... V. Achter de transformator van een kerncentrale vertrekt een spanning van 380 kV. Hoeveel megavolt is dit? ............... MV. 50 V = ................... kV 0,4 kV = ................ V 102 V = ................ V 0,25 MV = .............. V 150 kV = ............... MV 0,07.103 V = ......... kV Vul de machten en het gevraagde aan! 380 kV = ................ . 10 V 0,05 kV = .............. . 10 mV .................. . 10 V = 250 mV ................. . . 10 V = 500 kV 20 MV = ................ 10 V ................ . . 10 V= 1 050 μV 4.4 Het verschil tussen klemspanning (Uklem) en EMK (E) Het potentiaalverschil aan de polen van een cel of een batterij is de oorzaak van de stroom die in de aangesloten kring vloeit (vergelijk met het hoogteverschil tussen de twee met wijn gevulde vaten). Dit potentiaalverschil kan echter niet uit zichzelf blijven bestaan. Er moet een inwendige werking zijn die het potentiaalverschil in stand houdt en zo de stroom doet blijven vloeien. Deze inwendige werking noemt men de ElektroMotorische Kracht (EMK of E). Praktische proef door de leerkracht De leerkracht meet de spanning over een batterij = de leerkracht meet de EMK (zie fig a). De leerkracht sluit een gloeilampje aan als verbruiker en meet opnieuw de spanning. Je kunt zien dat de spanning daalt (zie fig b). E V + – Figuur a Uklem V + – Figuur b De spanning die we meten als er een verbruiker is aangesloten (dus als er stroom vloeit) noemt men de klemspanning (Uklem). DUS over de klemmen van de batterij meet je: - bij een onbelaste batterij de EMK; Ebat = Uklem - bij een belaste batterij (met verbruiker) de klemspanning. Uklem = Ebat - Uvi Het verschil tussen de EMK en de klemspanning is het inwendig spanningsverlies (Evi) in de bron. Dit verschijnsel doet zich zowel bij gelijkspanning als bij wisselspanning voor. E = Uklem + Uvi Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 55 4.5 De gevaren van grote spanningen bij elektrocutie Als je een batterij van 9 V met de klemmen op je tong legt, dan wordt je een kleine tinteling in je tong gewaar. De gevolgen van elektrocutie met netspanning 230 V kunnen dodelijk zijn. Wat telt bij een elektrocutie zijn: - de grootte van de stroomsterkte door je lichaam; - de duur van de stroomdoorgang; - de frequentie van de stroom; - de weg door het organisme. Het belangrijkste is de grootte van de stroomdoorgang, die juist afhankelijk is van de grootte van de spanning en de duur. Hoe groter de spanning tijdens de elektrocutie des te groter de stroomdoorgang en des te ernstiger zijn de gevolgen! 1A hartstilstand isolatie aarde 75 mA drempel van onomkeerbare hartfibrillatie 30 mA drempel van ademhalingsverlamming 10 mA spierverlamming 0,5 mA aanraking bij volledige isolatie t.o.v. de aarde: geen gevolgen zwakke gevoeligheid De spanning die zo laag in waarde is dat ze geen schade aanricht in het lichaam tijdens een elektrocutie noemt men de ‘absolute conventionele grensspanning UL’. Benaming spanning Zeer Lage VeiligheidsSpanning Afkorting ZLVS Zeer Lage Spanning ZLS LaagSpanning LS HoogSpanning Omstandigheden ACV DCV In water ondergedompelde huid U < 12 V < 18 V Bij een natte huid U < 25 V < 36 V Bij een volledig droge huid of enige transpiratie U < 50 V < 75 V U < 50 V 75V < U < 750 V 50 V < U < 500 V 750 V < U < 1 500 V 500 V < U < 1 000 V 750 V < U < 1 500 V HS Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 1ste Categorie 2de Categorie 1ste Categorie 2de Categorie 1 000 V < U < 50 000 V U > 50 000 V 56 U < 1 500 V Zowel bij wisselspanning als bij gelijkspanning wordt onderscheid gemaakt tussen: • zeer lage veiligheidsspanning ZLVS: ................................................................................... • zeer lage spanning ZLS: ................................................................................................... • laagspanning LS: ............................................................................................................ • hoogspanning HS:........................................................................................................... 4.6 Soorten spanningen 4.6.1Gelijkspanning Een bron met vaste polariteiten is een gelijkspanningsbron. De stroom die geleverd wordt door een gelijkspanningsbron vloeit steeds in dezelfde zin (conventioneel buiten de bron van plus naar min ). Deze stroom heet gelijkstroom. Gelijkspanning wordt aangegeven: •door het gelijkheidsteken ( = ); •of door één horizontaal streepje; •of door D.C. (van het Engels “Direct Current”); •of door C.C. (van het Frans “Courant Continu”). 4.6.2Wisselspanning Een bron met polariteiten die voortdurend wisselen, is een wisselspanningsbron. Ze levert een wisselspanning. Wisselspanning wordt aangegeven:• door het sinusteken ( ~ ); • door A.C. (Alternating Current); • of door C.A. (Courant Alternatif). Het aantal keer dat de wisselstroom heen en weer vloeit in één seconde heet de frequentie, voorgesteld door “ f ” en uitgedrukt in hertz (Hz). In Europa is de netfrequentie f = 50 Hz. In de Verenigde Staten van Amerika bedraagt de frequentie 60 Hz. 4.7Opzoekwerk! 4.7.1 Zoek op wat de meest voorkomende spanning is van: DCV ACV gelijkspanning of wisselspanning •een nikkel-cadmiumaccucel (Ni-Cd-cel) is 1,2 V •een galvanische cel (element) is 1,5 V •een staafbatterij is 3 V •een platte zakbatterij is •een fietsmagneto (dynamo) levert •een rechthoekige batterij geeft •een loodaccu in de auto is •huishoudelijke elektrische apparaten werken op: ........... •elektromotoren werken op ............... V of op .............. V •de alternatoren in centrales leveren: ........................... V •de spanning van hoogspanningslijnen is bv.................. V m m m m m m m m m m m Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 57 m m m m m m m m m m m 4.7.2 Zoek de benaming en de toepassingen op in dit boek van onderstaande afgebeelde cellen en batterijen. ............................................... .............................................. ............................................... .............................................. Toepassing: ..............................Toepassing:.............................. .......................... ……………………… .............................................. .......................... ……………………… .............................................. Toepassing: .........................................Toepassing:.............................. ............................................... .............................................. ............................................... .............................................. Toepassing: ..............................Toepassing:.............................. Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 58 4.8 Hoe kan je elektrische spanning meten? •Elektrische spanning meet je met een spanningstester of een Voltmeter. Het symbool is � V •Spanning meet je steeds parallel, hetzij over de verbruiker of over de bron. De spanning wordt in dit geval gemeten over de verbruiker, hier een gloeilamp. U V •Spanning kan je meten met een spanningstester, een voltmeter, een stroomtang of een universele meter. Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 59 te onthouden • Elektrische spanning ontstaat door .................................................................................. ................................................................................................................................. • Om elektrische stroom in een kring te laten vloeien heb je ......................................... nodig. • Ook al heb je spanning over je bron, toch vloeit er geen stroom door de verbruiker. Hoe kan dit? Omdat ........................................................................................................................ • Welke elementen bepalen de ernst van de gevolgen van een elektrocutie? -................................................................................................................................ -................................................................................................................................ -................................................................................................................................ -................................................................................................................................ • Hoe noemt men de spanning tot 50 V bij wisselspanning? .................................................... ................................................................................................................................. • De stroom geleverd door een gelijkspanningsbron vloeit ...................................................... ......................................... en heeft slechts ................................................................. • De stroom geleverd door een wisselspanningsbron vloeit ..................................................... ................................................................................................................................. • Hoe meet je elektrische spanningen? ............................................................................... • Met welke meettoestellen kan je spanning meten? - ......................................................... - ............................................................... - ......................................................... - ............................................................... Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 60 l A b p r o j e c t 4 naam: ..…………………………… voornaam: …………………… klas: .……………………………… datum: ......…………………… Het meten van spanning met de spanningstester en de digitale multimeter. 4.1 Teken je spanningstester en geef de betekenis van ieder symbool. 4.2 Meet de spanning met de spanningstester over diverse batterijen. Schrijf de benaming en de spanningswaarde van de batterij in de tabel. Benaming batterij Aangeduide spanningswaarde 4.3 Meet de spanning over de bussen van een contactdoos en lees de spanningswaarde af. De spanning bedraagt ............... V Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning m gelijkspanning m ACV m wisselspanning m ACV 61 m DCV m DCV l A b p r o j e c t 4 4.4 Hoe meet je SPANNING met de digitale universele meter? •Welke soorten spanningen kan je meten en met welk meetbereik? Vul de tabel in. Soort spanning Meetbereik DC V betekent .............................................. AC V betekent .............................................. Spanningen meet je steeds ................................................................................................ de verbruiker of bron.(zie 4.7) Aansluiting voor een spanningsmeting: rood meetsnoer op ....................................... zwart meetsnoer op ...................................... •Stel het juiste meetbereik in voor het meten van spanning van een: batterij van 1,5 V beltransfo 12 V batterij van 9 V contactdoos 220 V m DC V m AC V m DC V m AC V m DC V m AC V m DC V m AC V Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 62 l A b p r o j e c t 4 naam:……………………………… voornaam: …………………………… klas:………………………………… datum: …………………………… 4.5 Spanningsmeting over bronnen Let op! Controleer bij iedere meting of de meetopstelling juist is. Vul de tabel aan. Soort bron Meetbereik U - waarde AC / DC Batterij 1,5 V Beltransfo 12 V Batterij 9 V Contactdoos 220 V 4.6 De polariteiten bepalen van een cel of batterij Bij het willekeurig spanningsmeten over batterijen heb je wellicht kunnen vaststellen dat er naast de aangeduide waarde soms een minteken verscheen. Dit verkrijg je wanneer je de + meetsnoer op de – klem van de batterij plaatst en omgekeerd. Dus wanneer er geen minteken op de display verschijnt dan komt de ongekende klem overeen met de polariteit van het meetsnoer. Bekijk aandachtig volgende meetopstellingen. Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning DcV COM U/� 63 DcV COM U/� l A b p r o j e c t 4 4.7 Bouw een gesloten stroomkring op (zie verslag 2) en meet de spanning. Van je leerkracht krijg je alle onderdelen van de stroomkring die je gaat opbouwen. Maak een lijst op van alle onderdelen en hun specificaties. - ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. - ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. - ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. - ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. - ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. Zoek de overeenkomstige symbolen op in de symbolenlijst en teken de stroomkring. Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 64 l A b p r o j e c t 4 naam:……………………………… voornaam: ……………………………… klas:………………………………… datum: ……………………………… 4.8 Vertaal het stroomkringschema naar hoe het in de realiteit geschakeld wordt. Teken dus de toestellen en de aansluitsnoeren van en naar de toestellen en onderdelen. Bouw nu je stroomkring op. SPANNINGSLOOS! Laat je kring controleren. Als alles goed is, sluit de leerkracht de spanning aan om je schakeling te laten werken. 4.9 Omcirkel wat juist is en vul in. De wisselspanning/gelijkspanning meten we in serie met/parallel over de verbruiker en bedraagt: V mV kV MV = ................................. V mV kV MV. Het meetbereik dat ik ingesteld heb is ............................................................ V mV DCV ACV. Het zwarte meetsnoer heb ik ingestoken in aansluitbus 10 A 200m A COM V/Ω van het meettoestel. Het rode meetsnoer heb ik ingestoken in aansluitbus 10 A 200m A COM V/Ω van het meettoestel. Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 65 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat is elektrische spanning? 2. Wat is het verschil tussen klemspanning en EMK? Leg uit aan de hand van schetsen. 3. Van welke vier factoren hangt de ernst van een elektrocutie af? 4. Vul de tabel van grensspanningen aan. Geef de benaming en/of vul de spanningswaarde in. 5. Wat is het verschil tussen gelijkspanning en wisselspanning? Leg uit aan de hand van schetsen en geef telkens de afkorting. 6. Leg uit hoe je spanning meet aan de hand van een schets. 7. Noem drie meettoestellen die elektrische spanning kunnen meten. EXTRA OEFENINGEN Oefeningen op omzettingen 50 V = …….. kV 0,65 kV = …….. V 0,07 . 10² V = …….. V 250 mV = …….. V 0,125 MV = …….. kV 1025 µV = …….. mV Omzettingen met machten 0,5 MV= 5 . 10 … V500 . 10 … = 50 kV 250 mV = 25 . 10 … V 250 kV = 0,25 . 10 … V 25 . 10 … V = 25 000 µV Elektriciteit + lab | deel 4 | de elektrische spanning 5 . 10 … V = 0,5 mV 66 Deel 5 De elektrische w e e r s t a n d Wat leer je in dit deel? 1 Wat elektrische weerstand is. 2 Wat de grootheid, de eenheid en het symbool van elektrische weerstand is. 3 Wat goede geleiders, weerstandsmaterialen en isolatiestoffen zijn. 4 Je maakt oefeningen op veelvouden en onderdelen. 5 Welke soorten weerstanden er bestaan 6 Wat de samenstelling, de werking en de toepassing(en) zijn van de verschillende soorten weerstanden 7Hoe de weerstandswaarde bepaalt wordt. 8 Je maakt oefeningen op het bepalen van de weerstandswaarden 9Hoe je elektrische weerstand kan meten. 10Hoe je elektrische weerstand kan berekenen. 11 Je maakt oefeningen op het berekenen van weerstand. Wat voer je uit in het lab? Je meet de elektrische weerstand met een digitale multimeter. Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 67 Deel 5 : De elektrische weerstand 5.1 Wat is elektrische weerstand? •Elektrische weerstand is de tegenstand die elektrische stroom ondervindt tijdens zijn doorstroming in het materiaal. Als je bergop gaat, ondervind je meer weerstand dan als je vlak wandelt. Dit kan je vergelijken met de weerstand die de stroom ondervindt bij een slechte geleider tegenover een goede geleider. Een geleider is een materiaal dat de stroom goed geleidt, dus weinig weerstand biedt aan de stroom. Een slechte geleider is een materiaal dat de stroom moeilijk(er) doorlaat en daardoor meer weerstand biedt aan de stroom. •De elektrische weerstand is de verhouding tussen de spanning U en de stroomsterkte I. We sluiten een geleider aan over de klemmen van een batterij van 12 V. Gevolg: -de geleider biedt zeer weinig weerstand aan de stroom, R = 100 mΩ = 0,1 Ω; -de stroom kan heel gemakkelijk door en is dus sterk, namelijk 120 A. De stroomsterkte die gevraagd wordt van de batterij is veel te groot. De batterij kan dat niet aan en krijgt kortsluiting. U 12 V R = R = = 0,1 Ω I 120 A We sluiten in serie met de geleider en de bron een lampje met een weerstand van 23,9 Ω. Gevolg: -de geleider en het lampje samen bieden een weerstand van 0,1 Ω + 23,9 Ω = 24 Ω; -de stroom ondervindt meer weerstand en is dus minder sterk, namelijk 0,5 A. U 12 V R = R = = 24 Ω I 0,5 A 5.2 Grootheid, eenheid en symbolen Grootheid: De elektrische weerstandAfkorting: R Eenheid: OhmSymbool: Ω (Omega) Tekenkundig symbool: Voorbeeld: De gloeilamp heeft koud zijnde een weerstand van 95 ohm. Bij ‘gegeven’ van het vraagstuk schrijf je: R = 95 Ω. Omgekeerd kan ook: Gegeven: R = 2 000 Ω. D.w.z.: de weerstand bedraagt 2 000 ohm. Georg Simon Ohm (1789-1854). Duits natuurkundige, hoogleraar te München; is o.a. de grondlegger van de naar hem genoemde wet die het verband aangeeft tussen stroom, spanning en weerstand. Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 68 5.3 Goede geleiders, weerstandsmaterialen en isolatiestoffen In de elektrotechniek deelt men de stoffen in volgens hun geleidbaarheid. Goede geleiders zijn stoffen die de stroom zeer goed geleiden, zoals zilver, koper, aluminium. Ze worden dan ook veel gebruikt in de elektrotechniek. Zilver: wordt gebruikt bij contactpunten (is te duur als leiding). Koper: veelgebruikte geleider in woningbouw, kantoren, enz. Aluminium: gezien het klein soortelijk gewicht als luchtleiding en ‘zware’ kabels. Weerstandsmaterialen zijn stoffen die de stroom niet goed geleiden, die m.a.w. meer weerstand bieden aan de stroom. Deze materialen komen goed van pas voor: - precisieweerstanden (bv. voor meetinstrumenten); Deze weerstanden hebben geen weerstandsverandering bij temperatuurschommelingen. - verwarmingselementen (vb. kookplaat, strijkijzer, wafelijzer, ...); Deze weerstanden kunnen een hoge temperatuur weerstaan. - gloeilampen (bv. gloeidraad in wolfram). Deze gloeiweerstanden kunnen een heel hoge temperatuur aan. Isolatiestoffen zijn de stoffen die de stroom niet geleiden, de zogenaamde niet-geleiders. Isolatiestoffen worden gebruikt om geleiders (bv. draden, kabels en snoeren) af te zonderen, te ondersteunen of af te schermen (bv. schakelaars, contactdozen). Men noemt dit isoleren. Isolatie biedt dus veiligheid voor de installatie zelf, de directe omgeving en de mens. Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 69 E 5.4 Oefeningen op veelvouden en onderdelen De weerstand van de koperen geleider bedraagt 525 mΩ. 525 mΩ = .............. Ω. Hoeveel kilo-ohm bedraagt de gloeilamp van 95 ohm? 95Ω = ................... kΩ Het neonlampje van de drukknop bedraagt 2,55 MΩ. 2,55 MΩ = ............. kΩ = ............... Ω. De weerstanden hebben samen een weerstandswaarde van 220 kΩ = ................ Ω = ............... MΩ. 5.5 Soorten weerstanden 5.5.1 De vaste weerstanden Er bestaan in hoofdzaak vier soorten: •de koolweerstand: een massaweerstand bestaande uit een staafje koolstof; •de metaalfilmweerstand: deze weerstand wordt gevormd door een filmlaagje in metaal; •de draadgewikkelde weerstand: de weerstand is opgebouwd door een weerstandsdraad die gewikkeld wordt op een isolatiebuisje en beschermd wordt met een laag (in lak, cement of glazuur); •de verwarmingsweerstanden: dit zijn draadgewikkelde weerstanden die vooral de taak hebben elektriciteit om te zetten in warmte. Verwarmingsweerstand uit een haardroger Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand Verwarmingsweerstand uit een vleesrooster 70 5.5.2 De veranderlijke weerstanden Er bestaan in hoofdzaak 3 soorten: •de instelbare weerstanden: symbool ofwel in draaduitvoering ofwel in laaguitvoering (koolstof of metaalfilm) •de regelbare weerstanden of potentiometers in drie varianten: symbool de draaipotentiometer de schuifpotentiometer de multiturnpotentiometer Het symbool van de schuifweerstand: Er zijn lineaire en logaritmische potentiometers. Lineaire betekent dat ......................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Logaritmisch betekent dat ................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 71 •de speciale weerstanden, de belangrijkste soorten zijn: -de LDR (Light Dependent Resistor) is een lichtafhankelijke weerstand, m.a.w. de weerstand stijgt of daalt in functie van het invallende licht; Symbool: -de VDR (Voltage Dependent Resistor) is een spanningsafhankelijke weerstand, m.a.w. de weerstand stijgt of daalt in functie van de spanningsval over de weerstand; Symbool: U B -de MDR (Magnetic Dependent Resistor) is een weerstand waarvan de weerstandswaarde beïnvloed wordt door het magnetisch veld waarin hij zich bevindt; Symbool: -de thermistoren ofwel de temperatuursafhankelijke weerstanden: - de NTC-sensor is een weerstand met een Negatieve TemperatuursCoëfficiënt. De weerstandswaarde neemt af bij toenemende temperatuur. R (Ω) Symbool: –Θ T (°C) - de PTC-sensor is een weerstand met een Positieve TemperatuursCoëfficiënt. De weerstandswaarde neemt toe bij toenemende temperatuur. R (Ω) Symbool: +Θ T (°C) Een thermokoppelopnemer Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 72 5.6 Het bepalen van de weerstandswaarde •De aanduiding van weerstanden gebeurt door middel van: -ofwel rechtstreekse aanduiding van de weerstandswaarde in Ω De waarden worden in Ω of veelvouden van Ω uitgedrukt, zoals kΩ (kilo-ohm) en MΩ (Mega-ohm). In plaats van het Ω-teken gebruikt men soms ook de letter E. Zo is bv. 12 Ω = 12 E4,7 Ω = 4E7 Op dezelfde wijze plaatst men de letters “k” en “M” van de veelvouden: Zo is bv. 3k3 = 3 300 Ω 47 M = 47 000.000 Ω 4M7 = 4 700 000 Ω -ofwel door middel van ringen. De waarde bepaalt men a.d.h.v. de kleurencode. Deze weerstand heeft een weerstandswaarde van 4 700 Ω met een tolerantie van ± 5 %. ­ ­ 1ste cijfer geel (4) 2de cijfer violet (7) aantal tolerantie nullen in % rood (00) goud (5%) ­ ­ - Iedere kleur van de ring komt overeen met een cijfer op de tabel. - De eerste en tweede ring geven de eerste twee cijfers van de weerstandswaarde. - De derde ring geeft het aantal nullen weer dat achter het getal moet worden gezet. - De vierde ring geeft de tolerantiewaarde. De tolerantiewaarde van een weerstand is: ............................................................................. ................................................................................................................................... Veronderstel: een weerstand van 3 300 Ω heeft als tolerantiekleur goud, dit betekent ................ %. Bereken de minimale en maximale waarden die deze weerstand kan hebben. 3 300 Ω 5% ➞ 3 300 + 5 % = ............................................... = ....................... Ω ➞ 3 300 - 5 % = ............................................... = ....................... Ω Geheugensteuntje: de volgorde van de kleuren kan je onthouden met de volgende zin: Zij Bracht Rozen Op Geerts Graf Bij Vuil Grijs Weer Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 73 2 ROOD 1 BRUIN 5 000 1% GROEN ORANJE BRUIN Voorbeeld: - metaalfilmweerstand van 215 kΩ - tolerantie 1% - E-96 reeks Precisieweerstanden worden niet aangeduid door middel van 4 maar van 5 ringen. Dit om een meer nauwkeurige waarde te kunnen weergeven. De waardeaanduiding met vijf ringen wordt gebruikt bij de metaalfilmweerstanden uit de E96-reeks met 1 % tolerantie. Links beginnend geven niet de eerst twee maar de eerste drie ringen de cijfers weer. De vierde ring geeft het aantal nullen weer en de vijfde ring geeft de tolerantiewaarde weer •Normalisatie Om bij de productie het teveel aan verschillende waarden te beperken, maakt men slechts een aantal vooraf bepaalde waarden, die uitgedrukt worden door reeksen. De E3-reeks wordt niet meer gebruikt wegens een te grote tolerantie. Bij de weerstanden uit de E6-, de E12- en de E24-reeks gebruiken we voor de waardebepaling twee ringen. Vanaf de E48-reeks worden eerst drie ringen gebruikt. De ring die daar telkens op volgt (de derde of de vierde ring) is voor alle reeksen het aantal nullen. De laatste (de vierde of de vijfde ring) geeft de tolerantie in procent aan. Reeks Maximale Mogelijke weerstandswaarden toleranties E3 50 % 10, 22, 47 E6 20 % 10, 15, 22, 33, 47, 68 E12 10 % 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 E24 5% E48 2% E96 1% 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91 100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 226, 237, 249, 251, 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 551, 536, 562, 590, 619, 649, 681, 715, 750, 787, 825, 866, 909, 953 100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 147, 150, 154, 158, 162, 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255, 261, 267, 274, 280, 287, 294, 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453, 464, 475, 487, 499, 511, 523, 536, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 953, 976 Het dissipatievermogen van de onderstaande Philipsweerstanden wordt bepaald door hun grootte. Het elektrische vermogen dat door de spanningsval over die weerstand in warmte wordt omgezet, wordt het dissipatievermogen of het gedissipeerd vermogen genoemd. Draadgewikkelde weerstanden hebben een groter dissipatievermogen: 2 W - 5 W - 9 W - 10 W - 11 W. Weerstanden bestaan in verschillende lengtes: 7, 12, 14, 17, 25, 35 mm en langer. Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 74 E 5.7 Oefeningen: • Oefeningen op het bepalen van de weerstandswaarde a.d.h.v. de aangebrachte ringen. - GEEL/VIOLET/ZWART/ROOD = ..................................... Ω met een tolerantie van ................ % De werkelijke weerstandswaarde bedraagt tussen ............................ Ω en ....................... . Ω. - BLAUW/GRIJS/BRUIN/GOUD = ................................... Ω met een tolerantie van ............... % De werkelijke weerstandswaarde bedraagt tussen ............................ Ω en ....................... . Ω. - ROOD/ROOD/ROOD/ZILVER = ..................................... Ω met een tolerantie van ............... % De werkelijke weerstandswaarde bedraagt tussen ............................ Ω en ....................... . Ω. - ZWART/BRUIN/ORANJE/GOUD = ................................. Ω met een tolerantie van ............... % De werkelijke weerstandswaarde bedraagt tussen ............................ Ω en ....................... . Ω. - BLAUW/ORANJE/GEEL/ROOD/BRUIN = ......................... Ω, tolerantie ................................ % De werkelijke weerstandswaarde bedraagt tussen ............................ Ω en ....................... . Ω. • Oefeningen op het bepalen van de ringen i.f.v. de opgegeven waarde. -150 Ω 10 % E 6 koolstofweerstand geeft achtereenvolgens de ringen: ...................... / ...................... / ..................... / ..................... -2700 Ω 5 % E 12 metaalfilmweerstand geeft achtereenvolgens de ringen: ...................... / ...................... / ..................... / ..................... - 3k9 2 % E 12 koolstofweerstand geeft achtereenvolgens de ringen: ...................... / ...................... / ..................... / ..................... - 82 kΩ 2 % E 24 metaalfilmweerstandgeeft achtereenvolgens de ringen: ...................... / ...................... / ..................... / ..................... - 5M62 1 % E 96 metaalfilmweerstand geeft achtereenvolgens de ringen: ...................... / ...................... / ..................... / ..................... / ................................ Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 75 5.8 Hoe kan je de elektrische weerstand meten? Ω - Elektrische weerstand meet je met een Ohm-meter. Het symbool is 0 1 2 3 4 5 6 � Ω R - De weerstand meet je steeds parallel over de verbruiker. Opgelet: De bron moet uitgeschakeld staan, er mag dus geen stroom vloeien in de kring! De Ohm-meter meet parallel over de weerstand R. Bv. R = 120 Ω. - Je kan weerstandsmetingen uitvoeren met een Ohm-meter, een stroomtang of een universele meter. Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 76 5.9 Hoe kan je de elektrische weerstand berekenen? Met de formule: U R= I Berekeningsvoorbeeld 1: Je meet een stroom van 1 A door een gloeilamp waarover een spanning staat van 24 V. Bereken de weerstandswaarde van deze gloeilamp. Gegeven: I = 1 A U R= I Oplossing: U = 24 V 24V = 24 Ω R= 1A 24V 1A Berekeningsvoorbeeld 2: (met omzettingen) Je meet een stroom van 100 mA door de weerstand R, waarop een spanning valt van 0,22 kV. Bereken de weerstandswaarde. U R= I Gegeven: I = 100mA = 0,1 A Oplossing: U = 0,22kV = 220 V 220 220V = 2 200 Ω = 2,2 kΩ R= 0,1A V 100 mA R Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 77 E 5.10 Oefeningen op het berekenen van weerstand 1Over een verbruiker meet je 220 V. De stroomwaarde die je afleest van de Ampèremeter bedraagt 10 A. Bereken de weerstandswaarde van de verbruiker en teken de stroomkring met opgestelde meetinstrumenten. Gegeven: Oplossing: Gevraagde: Tekening: 2Over een verwarmingselement van een wafelijzer meet je een spanning van 110 V. De stroom die erdoor vloeit bedraagt 2 A. Bereken de weerstandswaarde van dit element in Ω en kΩ. Gegeven: Oplossing: Gevraagde: 3Je meet een stroom van 250 mA door de weerstand van een elektrische schel. Bereken de weerstandswaarde van de schel wanneer deze gevoed wordt met 0,024 kV. Gegeven: Oplossing: Gevraagde: 4Je meet een spanning van 525 mV over een verbruiker. Bereken de weerstand van deze verbruiker bij een stroomsterkte van 25 mA. Gegeven: Oplossing: Gevraagde: Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 78 l A b p r o j e c t 5 naam:……………………………… voornaam: ………………………… klas:………………………………… datum: ………………………… Het meten van de elektrische weerstand met de digitale multimeter Aansluiting voor weerstandsmeting: rood meetsnoer op zwart meetsnoer op 5.1 Welke meetbereiken voor weerstandsmeting vind je terug op onderstaande keuzeschakelaar? ................................................................. ................................................................. ................................................................. ................................................................. ................................................................. ................................................................. ................................................................. ................................................................. ................................................................... 5.2 Om door te meten gebruik je volgende stand. Als je een doorverbinding meet, dan hoor je een signaal. Als je geen signaal hoort en geen doorverbinding meet dan krijg je volgend meetresultaat: Wat betekent dit? ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 5.3 Waaraan kan je zien dat de batterij van je digitale meter bijna leeg is? ..................................................................................................................................... Teken het symbool! Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 79 l A b p r o j e c t 5 5.4 Wat betekent volgende stand van het meetbereik? Duid de goede antwoorden aan! m meetbereik tot 2 kΩ m meetbereik vanaf 2 000 Ω m meetbereik vanaf 2 kΩ m meetbereik tot 2 000 Ω 5.5 Verbind de meting met de juiste waarde. Je meet de weerstand van een geleider. Je meet de weerstand van weerstandsmateriaal. Je meet de weerstand van een isolatiestof m Je meet ∞ (oneindig veel) Ω. m Je meet 0 Ω. m Je meet 100 Ω. m m m 5.6 Meet 3 verschillende weerstanden (precisieweerstanden) en vul de tabel in. Gegevens: R1 = ................. Ω, R2 = ................. Ω en R3 = ……………… KΩ (volgens de ringen) Metingen: Weerstand Meetbereik Aflezing Ω-Waarde R1 R2 R3 Besluit: ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 5.7 Meet van elke gloeilamp E 27, nl. 25 W, 40 W en 60 W (W= Watt, de eenheid van vermogen) de weerstandswaarde (koud zijnde). Weerstand Vermogen Meetbereik Aflezing Ω-Waarde Gloeilamp 1 Gloeilamp 2 Gloeilamp 3 Besluit: ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... Opgelet: laat je meettoestel niet nodeloos aan staan. Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 80 l A b p r o j e c t 5 5.8 Toepassing op doormeten: continuïteitsmeting van een smeltzekering Meet over de uiteinden van de minismeltzekering. Je kunt twee verschillende meetresultaten verkrijgen: a) De Ohmmeter duidt …………… Ω aan. Dat betekent dat de minismeltzekering ................................................................................... b) De Ohmmeter duidt …………… Ω aan. Dat betekent dat de minismeltzekering ................................................................................... Besluit: ......................................................................... .................................................................................... 5.9 Toepassing op doormeten: continuïteitsmeting van een snoer Meet zelfstandig een meetsnoer door en verklaar het meetresultaat van de bovenstaande metingen: Meting a: ...................................................................................................................... ..................................................................................................................................... Meting b: ...................................................................................................................... ..................................................................................................................................... Meting c: ...................................................................................................................... ..................................................................................................................................... Besluit van de meting: ...................................................................................................... ..................................................................................................................................... Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 81 5.11 Het bepalen van de maximale spanning over een weerstand Je mag niet zomaar eender welke spanning over een weerstand plaatsen. Hoe meer spanning je over een weerstand plaatst, hoe meer stroom er door de weerstand vloeit. De weerstand gaat meer en meer opwarmen tot de maximale grens van warmteafgifte is bereikt en hierdoor stukgaat. Het warmte-effect dat optreedt, noemt men het joule-effect. De bouw van de weerstand bepaalt hoeveel dissipatievermogen een weerstand heeft. Dat vermogen bepaalt de maximale stroom die door deze weerstand kan vloeien. Hoe doe je dat? Vb. P = 0,25 W en R = 100 Ω Oplossing: P = I². R » Imax = P/R = 0,05 A Dan bereken je de maximale spanning als volgt: Umax = Imax . R = 0,05 A . 100 Ω = 5 V Dit is dus de maximale spanning die je over de weerstand mag plaatsen. Een nominale stroomsterkte door een weerstand bij een bepaalde spanning berekenen, doe je als volgt: Bv. U = 2 V en R = 100 Ω Oplossing: In = U / R = 2 V / 100 Ω = 0,02 A = 20 mA (is kleiner dan 50 mA, dus nog oké) In onderstaande tabel kun je de nominale en maximale stroomwaarden aflezen. De vette waarden zijn de stroomwaarden die bij een bepaalde spanning te hoog zijn, deze dien je dus te vermijden. I (mA) U (V) 2V 4V 6V 8V 10V 12V 14V 16V 18V 20V R (Ω) 100 Ω 200 Ω 330 Ω 470 Ω 680 Ω 820 Ω 1 000 Ω P (W) 0,25 0,5 1 0,25 0,5 1 0,25 0,5 1 0,25 0,5 1 0,25 0,5 1 0,25 0,5 1 0,25 0,5 In 20 20 20 10 10 10 6 6 6 4,2 4,2 4,2 2,9 2,9 2,9 2,4 2,4 2,4 2 2 2 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 40 40 40 20 20 20 12 12 12 8,5 8,5 8,5 5,8 5,8 5,8 4,8 4,8 4,8 4 4 4 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 60 60 60 30 30 30 18 18 18 13 13 13 8,8 8,8 8,8 7,3 7,3 7,3 6 6 6 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 80 80 80 40 40 40 24 24 24 17 17 17 12 12 12 9,7 9,7 9,7 8 8 8 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 100 100 100 50 50 50 30 30 30 21 21 21 15 15 15 12 12 12 10 10 10 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 120 120 120 60 60 60 36 36 36 26 26 26 18 18 18 15 15 15 12 12 12 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 140 140 140 70 70 70 42 42 42 30 30 30 21 21 21 17 17 17 14 14 14 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 160 160 160 80 80 80 48 48 48 34 34 34 24 24 24 20 20 20 16 16 16 1 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 180 180 180 90 90 90 54 54 54 38 38 38 26 26 26 22 22 22 18 18 18 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 In 200 200 200 100 100 100 60 60 60 43 43 43 29 29 29 24 24 24 20 20 20 I max 50 70 100 35 50 70 28 39 55 23 32 46 19 27 38 17,5 25 35 16 22 31 Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 82 te onthouden •Wat is elektrische weerstand? ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. •De grootheid elektrische weerstand, afkorting ………………………… , wordt uitgedrukt in de eenheid ………………………… met als symbool ……………………… . • Schrijf volledig uit! R = 1 000 Ω ................................................................................................................................. • 1 000 Ω = .................................... kΩ = ........................... mΩ • Koper en aluminium zijn ................. geleiders. • Weerstandsmaterialen zijn .............. geleiders. • Isolatiestoffen zijn ........................ • Hoe meet je de elektrische weerstand? ................................................................................................................................. • Waar moet je op letten als je de elektrische weerstand wil gaan meten? ................................................................................................................................. • Met welke toestellen kan je de elektrische weerstand meten? 1 ................................................................ 2 ............................................................. 3 ................................................................ 4 ............................................................. • Een vaste weerstand is een weerstand waarvan de weerstandswaarde ..................................... • Een veranderlijke weerstand is een weerstand waarvan de weerstandswaarde .......................... ................................................................................................................................. • Bij de afhankelijke weerstanden (Dependent Resistors) betekent L ................................................................................................................................ M ............................................................................................................................... TC ............................................................................................................................... V ................................................................................................................................ Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 83 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat is elektrische weerstand? 2. Geef een overzicht van de stoffen volgens hun geleiding en bespreek. 3. Omzettingen op weerstandswaarden 4. Bespreek de soorten weerstanden. 5. Wat is het verschil tussen een metaalfilmweerstand en een koolstofweerstand? Leg uit. 6. Noem vier toepassingen van draadgewikkelde verwarmingsweerstanden. 7. Wat is het verschil tussen een instelbare en een regelbare weerstand? 8. Wat betekent ‘lineair’ en ‘logaritmisch’ bij potentiometers? 9. Schrijf voluit en geef de werking van: a)NTC b)PTC c)VDR d)LDR e)MDR 10.Wat is een thermistor? 11.Kun je zomaar een weerstand op eender welke spanningswaarde aansluiten? Motiveer je antwoord. 12. Teken een meetopstelling en leg uit hoe je de weerstandswaarde meet. EXTRA OEFENINGEN Oefeningen op weerstandsbepaling 1. Bepaal de weerstandswaarde van de weerstanden met de volgende gekleurde ringen: a) geel - violet - bruin - rood d) grijs - rood - geel - bruin b) blauw - grijs - rood - goud e) groen - blauw - groen - geel - groen c) rood - violet - oranje - rood 2. Bepaal van de volgende weerstanden de minimale en maximale weerstandswaarden waarbinnen hun weerstandswaarden kunnen liggen: a) geel - violet - bruin - rood d) grijs - rood - geel - bruin b) blauw - grijs - rood - goud e) groen - blauw - groen - geel - groen c) rood - violet - oranje - rood 3. Bepaal de kleurenvolgorde van de volgende weerstandswaarden: a) 2 kΩ 5 % b) 520 Ω 10 % c) 47 MΩ 2 % d) 682 kΩ 1 % Oefeningen op weerstandsberekening 1. Over een verbruiker meet je 230 V. De stroomwaarde door de verbruiker bedraagt 115 mA. Bereken de weerstandswaarde, uitgedrukt in Ω en kΩ. 2. Bereken de weerstandswaarde in Ω en kΩ van een verwarmingselement, aangesloten op netspanning 230 V, dat een stroom van 4,6 A opneemt. 3. Op de verpakking van een gloeilampje staat 6 V - 50 mA. Bereken de weerstandswaarde van dat gloeilampje wanneer het brandt. Elektriciteit + lab | deel 5 | de elektrische weerstand 84 Deel 6 De wet van ohm Wat leer je in dit deel? 1 Wat de wet van Ohm zegt en wat het algemeen besluit uit de wet van Ohm is. 2 Je maakt oefeningen op de wet van Ohm. 3Uitbreiding: je maakt gecombineerde oefeningen op de wet van Ohm en de wet van Faraday. Wat voer je uit in het lab? 1 Je onderzoekt het verband tussen spanning en stroomsterkte bij een vaste weerstandswaarde. 2 Je onderzoekt het verband tussen weerstand en stroomsterkte bij een constante bronspanning. Georg Simon Ohm (1789 – 1854) elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 85 l A b p r o j e c t 6 naam:……………………………… voornaam: …………………………… klas:………………………………… datum: …………………………… 6.1 De wet van Ohm In vorige hoofdstukken heb je de verschillende begrippen spanning, stroomsterkte en weerstand leren kennen. Wel nu, de wet van Ohm zegt dat er een verband bestaat tussen U, I en R. 6.1.1 Het verband tussen spanning en stroomsterkte bij een vaste weerstandswaarde Je laat de spanning stijgen, je volgt de stroom op en je bepaalt de weerstandswaarde. Hiervoor heb je nodig: - 2 weerstanden: R1 = ……………… Ω en R2 = ……………… Ω Reeks: E………… Vermogen: …………… W Reeks: E………… Vermogen: …………… W - een ampèremeter, type: ................................................................................................. - een voltmeter, type: ..................................................................................................... - een regelbare spanningsbron (of met stappen), type: .......................................................... Opdracht: Meet en schrijf je meetresultaten in de tabellen. Proef A V Spanning U in volt (V) Stroom I in ampère (mA) Weerstand U R1 = I in ohm Spanning U in volt (V) Stroom I in ampère (mA) Weerstand U R2 = I in ohm R1 = ____________ A Proef B V R2 = ____________ A elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 86 l A b p r o j e c t 6 naam:……………………………… voornaam: …………………………… klas:………………………………… datum: …………………………… Teken de aansluitsnoeren en de verbindingen van de meetschakeling. Duid het meetbereik aan. A-meter V-meter spanningsbron R elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 87 l A b p r o j e c t 6 Zet de gemeten waarden van proef A + B in onderstaand assenstelsel zodat je een grafiek bekomt. Zet de curve van elke weerstand in een andere kleur. I (mA) U (V) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Welke besluiten kan je uit de meetresultaten trekken? •De verhouding U of R is ............................................................................................. I • Door de stroomsterkte en de spanning te meten kan je de .................................................... • Je kan de stroom door de weerstand vergroten door de spanning .......................................... ................................................................................................................................. De stroomsterkte neemt in dezelfde mate toe als de aangelegde spanning, hierdoor kan je stellen dat ze ...................................................................................... is. elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 88 l A b p r o j e c t 6 naam:……………………………… voornaam: …………………………… klas:………………………………… datum: …………………………… 6.1.2 Het verband tussen weerstand en stroomsterkte bij een constante bronspanning Je laat de weerstand stijgen bij een constante spanning en je volgt de stroom op. Hiervoor heb je nodig: - 5 weerstanden in stijgende waarden: reeks: E .............. vermogen: .......... W R1 = .................. Ω R2 = ................... Ω R3 = .................. Ω R4 = .................. Ω of een regelbare weerstand, te regelen in 5 stijgende weerstandswaarden R5 = .................... Ω - een ampèremeter, type: .................................................................................................. - een voltmeter, type: ....................................................................................................... - een vaste spanningsbron, type: ........................................................................................ Teken de meetopstelling met de toestellen en meetsnoeren. elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 89 l A b p r o j e c t 6 Meet en schrijf de meetwaarden in de tabel. U in volt V V R in ohm Ω I= U R in mA R A U bron Teken de karakteristiek: I = f (R) met U als constante met je gemeten waarden. Welke besluiten kun je uit de meetresultaten trekken? • Naarmate de weerstandswaarde stijgt, .................................................... de stroomwaarde. • De stroomsterkte wordt bepaald door de verhouding ........................................................... over ......................................................................................................................... . • U I= R De stroomsterkte is dus rechtevenredig met de .................................................................. De weerstand is ......................................................................... evenredig met de stroom. elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 90 E 6.2 Oefeningen op de wet van Ohm 1 Je schakelt een weerstand van 10 ohm. Er vloeit een stroom door van 1 ampère. Bereken de spanning over deze weerstand en leg uit aan de hand van een tekening hoe je deze spanning meet. Gegeven: R = 10 Oplossing: U = I x R I=1 Gevraagd: U = ? Tekening: 2 Je meet een gelijkspanning van 100 volt over een weerstand van 50 ohm. Bereken de stroomsterkte en leg uit a.d.h.v. een tekening hoe je deze stroom meet. Gegeven: Oplossing: I = Gevraagd: Tekening: 3 Over een verbruiker meet je 220 volt. De stroomwaarde lees je af van de Ampèremeter; namelijk 10 ampère. Bereken de weerstandswaarde van de verbruiker en leg uit a.d.h.v. een tekening hoe je weerstand meet. Gegeven: Oplossing: R = Gevraagd: Tekening: elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 91 4 Op een fietslampje kan je aflezen: 6 V – 0,3 A. Hoe groot is de weerstand van de gloeidraad? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 5 Door een verbruiker met een weerstandswaarde van 22 ohm vloeit een stroom van 10 A. Bereken de spanning over deze verbruiker in kV. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 6 Over een verbruiker van 100 ohm staat een spanning van 10 volt. Hoe groot is de stroomsterkte door deze weerstand in mA? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 7 Over een verwarmingselement van een wafelijzer meten we een spanning van 110 volt. De stroom die erdoor vloeit bedraagt 2 A. Bereken de weerstandswaarde van dit element in Ω. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | de wet van ohm 92 8 Een soldeerbout van 220 V heeft een weerstand van 2,2 kΩ. Hoeveel mA gaat er door de bout? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 9 Bereken de weerstand in kΩ van een strijkijzer dat bij een spanning van 220 V een stroom opneemt van 5,5 A. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 10Door een weerstand van 1,5 MΩ gaat een stroom van 25 μA. Hoe groot is de spanning die aangelegd is? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 11Hoe groot is de inwendige weerstand in Ω van een ampèremeter als bij een stroom van 10 A een spanning van 2 mV ontstaat aan de klemmen van het meetinstrument? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | de wet van ohm 93 E 6.3 Uitbreiding: gecombineerde oefeningen op de wet van Faraday en de wet van Ohm 1 Een hoeveelheid elektriciteit van 2Ah vloeit gedurende een kwartier. Bereken de spanning als de weerstand 28 Ω bedraagt. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 2 Een hoeveelheid elektriciteit van 18 000 C vloeit gedurende 2 uren. Bereken de weerstandswaarde als de spanning 100 V bedraagt. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 3 We meten een spanning van 0,22 kV over een weerstand van 44 Ω. Bereken de hoeveelheid elektriciteit in C en Ah als de stroom gedurende 30 minuten vloeit. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: 4 Een spanning van 100 V staat over een weerstand van 25 Ω. Bereken de tijd (in uren en in seconden) als de hoeveelheid elektriciteit 7 200 C is. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | de wet van ohm 94 naam:……………………………… voornaam: …………………………… klas:………………………………… datum: …………………………… 6.4 TAAK: Herhaling op de grootheden, symbolen en eenheden 1Verbind de grootheden met de juiste symbolen. Spanning m m I Weerstand m m U Stroom m m R Tijd m m Q Hoeveelheid elektriciteit m m t 2Verbind de eenheden met de juiste symbolen. Coulomb m mAh Ampère m ms Volt m mh Ohm m m Seconde m mA Uur m mV Ampère-uur m mC Ω 3Verbind de grootheden met de juiste eenheden. Tijd m mOhm Stroomsterkte m mCoulomb Spanning m mSeconde Weerstand m mVolt Hoeveelheid elektriciteit m mAmpère 4Verbind de correcte omzetting. 200 mA m m 0,02 A 550 mV m m 0,055 V 20 mA m m 0,002 A 5500 mV m m 0,55 V 2 mA m m 0,2 A 55 mV m m 5,5 V 75,5 Ω m m 0,0755 kΩ2,85 Ω m m 285 mΩ 755 Ω m m 0,755 kΩ0,285 Ω m m 2850 mΩ elektriciteit + lab | deel 7 | de wet van ohm 95 5. Kleur de ronde velden in volgens eigen inzicht en plaats pijlen op de linklijnen. symbool Voltmeter symbool Ampèremeter V eenheid Volt “V” afgeleide U R= I A verband U en I bij vaste R I en U zijn R.E. eenheid Ampère “A” stroom symbool “I” spanning symbool “U” wet van Ohm formule U I = R afgeleide U=I*R elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm verband I en R bij vast U R en I zijn O.E. weerstand symbool “R” Ω eenheid Ohm “Ω” 96 symbool Ohmmeter te onthouden Algemeen besluit uit de wet van Ohm •Je kan spanning, stroom en weerstand berekenen als je van twee van de drie grootheden de waarde kent. U IxR ? IxR Zo bereken je de spanning: U= Zo bereken je stroom: I= Zo bereken je weerstand: R= U ?xR U Ix? • Bij een vaste weerstand: de stroom .......................... als de spanning over de weerstand stijgt. De stroom is ....................................................................................... met de spanning. • Bij een stijgende weerstand: de stroom ................................. als de spanning constant blijft. De weerstand is ........................................................................ evenredig met de stroom. elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 97 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat betekent de wet van Ohm? 2. Bereken, maak een tabel van je uitkomsten en zet de waarden uit in een grafiek: het verband tussen spanning en stroomsterkte bij de vaste weerstandswaarden 100 Ω en 250 Ω. Als spanningswaarden gebruik je 0 V - 2 V - 4 V - 6 V - 8 V - 10 V. 3. Bereken, maak een tabel van je uitkomsten en zet de waarden uit in een grafiek: het verband tussen weerstand en stroomsterkte bij de vaste spanningswaarden 5 V en 10 V. Als weerstandswaarden gebruik je 0 Ω - 250 Ω - 500 Ω - 750 Ω en 1 kΩ. EXTRA OEFENINGEN 1. Over een verwarmingselement van een wafelijzer staat 115 V. Bereken de stroomdoorgang in A, als de weerstandswaarde 0,0575 kΩ bedraagt. 2. Een stroom van 25 mA vloeit door een weerstand met als aanduiding ‘2K2’. Bereken de spanningswaarde over die weerstand en zet om in kV. 3. Op een fietslampje kun je 6V - 300 mA aflezen. Bereken de weerstandswaarde van het lampje in ohm en zet om in kΩ. 4. Een hoeveelheid elektriciteit van 1800 C vloeit gedurende een kwartier. Bereken de spanning als de weerstand 6 Ω bedraagt. 5. Je meet een spanning van 0,048 kV over een weerstand van 1,2 kΩ. Bereken de hoeveelheid elektriciteit in C en Ah, als de stroom gedurende 240 minuten vloeide. 6. Een lading van 3/4 h vloeit gedurende 7 minuten en 30 seconden. Bereken de weerstandswaarde in Ω en kΩ als de spanning 24 V bedraagt. 7. Een spanning van 24 V staat over een weerstand van 480 Ω. Bereken de tijd (in h en in s) als de lading 900 C bedraagt. elektriciteit + lab | deel 6 | de wet van ohm 98 Deel 7 vermogen arbeid en rendement Wat leer je in dit deel? 1 Wat het begrip “elektrisch vermogen” betekent. 2Hoe je het elektrisch vermogen meet. 3 Je maakt oefeningen op het vermogen. 4 Wat het begrip “elektrische arbeid” betekent. 5Hoe je elektrische arbeid meet. 6 Je maakt oefeningen op arbeid. 7 Wat je onder het Joule-effect verstaat. 8 Je maakt oefeningen op hoeveelheid warmte. 9Hoe je de kostprijs van elektrische energie berekent. James Watt (1736 – 1819) 10 Je maakt oefeningen op de kostprijsberekening. 11 Wat het begrip “rendement” betekent. 12 Je maakt oefeningen op het berekenen van rendement. Wat voer je uit in het lab? 1 Je meet vermogens. 2 Je meet elektrische arbeid. elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 99 Deel 7 : Vermogen, arbeid en rendement 7.1 HET ELEKTRISCH VERMOGEN Wanneer een elektrische stroom door een verbruiker vloeit, worden er verschijnselen veroorzaakt. De verbruiker gaat de aangevoerde elektrische energie omvormen tot de gewenste vorm van energie (bv. beweging bij een motor, licht bij een lamp, enz.) De elektrische energie die per tijdseenheid omgevormd wordt, noemt men het elektrisch vermogen “P” (P komt van Power of Puisance) van de verbruiker. Formule: P = U x I Afgeleide formules: I = P U U= P I P = het vermogen U = spanning of potentiaalverschil uitgedrukt in V (volt) I = de stroomsterkte uitgedrukt in A (ampère) Eenheid: Afgeleide eenheden: (vul de machten in) De watt “W” 1 kW = 1 000 W = 10 W 1 W = 1V x 1A 1 MW = 1 000 000 W = 10 W 1 GW = 1 000 000 000 W = 10 W 1 mW = 1 / 1 000 ste W = 10 W 1 μW = 1 / 1 000 000 ste W = 10 W Indien over een verbruiker een spanning van 1 V staat, terwijl er een stroom van 1 A vloeit, dan is het omgezet elektrisch vermogen 1 W. Gecombineerde formules: P = U x I P=UxI Je vervangt “U” door “R x I” (Wet van Ohm) P = R x I x I P = R x I2 P R= I 2 Je vervangt “I” door U (Wet van Ohm): R U P=Ux R P= U2 R P I2 = R I= √ elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement P R R= U2 P 100 U2 = P x R U = √P x R l A b p r o j e c t 7 naam:……………………………… voornaam: …………………………… klas:………………………………… datum: …………………………… 7.2 VERSLAG: Het meten van vermogens 7.2.1 volgens de V-A- methode •Schakel telkens een gloeilamp van 25 W, 40 W en 60 W en meet de spanning en de stroomsterkte. E1 A 24V of 220V U AC P lamp Spanning U in………… Stroomsterkte I in………… P=UxI P in………… 25W 40 W 60 W •Teken de aansluitsnoeren en bouw de meetschakeling op door de verbindingen te tekenen. •Duid het meetbereik aan. A-meter V-meter •Wat stel je vast wanneer je de gemeten U- en I-waarden vermenigvuldigt? Dan bekom je .................................................................................................................. elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 101 7.2.2 Het meten van vermogens met de WATT-METER Een watt-meter is eigenlijk een combinatie van een volt- en een ampèremeter (zie figuur b). U L1 L1 W 23 V 23 V N N A I V I U De wattmeter heeft daarom ook vier aansluitingspunten. Twee aansluitingen voor de stroomspoel (aan de klemmen “I”) en twee voor de spanningsspoel (aan de klemmen “U”). Eén aansluiting van de stroomspoel is altijd verbonden met een aansluiting aan de spanningsspoel. Als de wijzer van de wattmeter de verkeerde kant uitslaat (negatief), verwissel dan de aansluiting van de stroomspoel of de spanningsspoel. Meet van elke gloeilamp (25 W, 40 W en 60 W) het vermogen met de wattmeter en vergelijk de gemeten waarde met de aangeduide waarde. Zorg dat de aangelegde spanning overeenkomt met de werkspanning van de gloeilamp (zie verpakkingsdoosje of de huls van de gloeilamp). Aangeduide wattwaarden 25 W lamp 1 40 W lamp 2 60 W lamp 3 Gemeten wattwaarden Wat gebeurt er wanneer je de spanning over de gloeilamp lichtjes laat toenemen? Dan gaat de stroomsterkte door de gloeilamp .......................................................................... en het vermogen ............................................................................................................... . elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 102 E 7.3 Oefeningen op het vermogen 7.3.1 Oefeningen op veelvouden van de watt Een elektrische motor heeft een vermogen van 2,5 kW. Dit komt overeen met ............................ W. Een elektrische centrale wekt een vermogen op van 20 MW. Dit is .............................................W. Een boormachine heeft een vermogen van 500 W. Deze waarde komt overeen met ..................... kW. Een kleine waterkrachtcentrale levert een vermogen van 500 kW. Dit is .................................. MW. De vier reactoren van de kerncentrale te Doel leveren samen een vermogen van 2 839 MW. Dit is ..................... GW 7.3.2 Oefeningen op vermogen “P” P1Bereken het vermogen in W en kW van een motor die een stroomsterkte van 5 A opneemt bij een aangesloten spanning van 230 V. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: P2Hoeveel bedraagt de stroom door een gloeilamp van 100 W als deze aangesloten is op 220 V? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: P3Op welke spanning is een motor aangesloten om een stroomsterkte van 10 A om te zetten in een vermogen van 2,3 kW? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: P4Een generator wekt een spanning op van 400 V en voedt een motor die 25 A opneemt. Bereken het vermogen in W en kW. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 103 P5Een toestel neemt een stroom van 2,5 A op bij aansluiting op een spanning van 220 V. Bereken het opgenomen vermogen (in W en kW). Gegeven: Oplossing: Gevraagd: P6Een gloeilamp is getekend 230 V - 100 W. Bereken de stroomsterkte als deze lamp wordt aangesloten op 220 V (in A en mA). Gegeven: Oplossing: Gevraagd: P7Een snelkoker neemt een stroomsterkte op van 5 A. Het vermogen van deze snelkoker bedraagt 1 100 W. Hoe groot is de aangesloten spanning? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: P8Door een elektrisch toestel gaat bij een spanning van 220 V een stroom van 9 A. Hoe groot is het opgenomen vermogen in kW? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: P9Een elektrische motor van 6 kW is op een spanning van 400 V aangesloten. Bereken de stroomsterkte. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 104 7.4 De elektrische arbeid De elektrische arbeid is de totale hoeveelheid energie die omgevormd wordt. Wanneer een boormachine van 500 W gedurende 1 h (uur, komt van “heure” of “hour”) draait, dan heeft deze boormachine een arbeid “W” geleverd van: formule: W = P x t = 500 W x 1 h = 500 Wh. In een woning wordt de arbeid gemeten met een kilowattuurmeter, van daar dat de “kwh” (lees kilowatt-uur) de praktische eenheid is van arbeid. Als je een lamp van 100 W gedurende 10 h laat branden, dan heeft deze lamp een arbeid geleverd van 1 kWh. W = P x t = 100 W x 10 h = 1 000 Wh = 1 kWh W is de elektrische arbeid, uitgedrukt in “kWh” of Joule “J” W P is het elektrisch vermogen, uitgedrukt in Watt “W”. P= t W t is de tijd, uitgedrukt in “h” of in seconden “s”. t= P Het mechanisch vermogen of kracht “F” (gezien in de lessen mechanica of fysica) komt overeen met het elektrisch vermogen “P”. Elektrische arbeid: W = P x t 1 Joule = 1 watt x 1 seconde Mechanische arbeid: W = F x s (kracht x afgelegde weg) Hieruit volgt: 1 J = 1 W.s 1Nx1m 1 J = 1 N.m De kilowattuur: kWh De Megajoule: MJ 1 kWh= 3 600 000 J 1 MJ = 1 000.000 J (1 kWh = 1 000 W x 3 600 s) De calorie: cal 1 cal = 4,184 J 1 kcal = 4,184 kJ = 4184 J Afgeleide formules van W = P x t: •Je vervangt P door U x I, dan krijg je W = U x I x t. •Vervang je P door I2 x R, dan krijg je W = I2 x R x t. U2 •Vervang je P door , dan krijg je R W= U2 x t. R •Vervang je I x t door Q (Wet van Faraday), dan krijg je W = U x Q. elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 105 1 N.m l A b p r o j e c t 8 naam:……………………………… voornaam: …………………………… klas:………………………………… datum: …………………………… 7.5 VERSLAG: Het meten van elektrische arbeid In een woning wordt de verbruikte elektrische energie of elektrische arbeid gemeten door een kWhmeter in de meterkast, die meestal naast de zekeringenkast geplaatst wordt. kwh-meting: - Sluit een verwarmingstoestel van 2 000 W aan een kWh-meter. - Sluit de kWh-meter aan het net met een snoer met geleiders van 2,5 mm2. - Na een half uur zou de teller van de kWh-meter 1 kWh meer aangeven. - Schrijf daarom het getal van de teller over vooraleer je begint te meten. • Het aangeduide vermogen van het toestel is ....... W of ...... kW. • De beginstand van de teller van de kWh-meter is ............. kWh. • De tijd dat we het toestel aanschakelen is ..... h ..... min ..... s. • De eindstand van de teller van de kWh-meter is ............... kWh. • De gemeten arbeid is het verschil tussen de begin- en de eindstand van de kWh-meter. • De gemeten kWh = kWh eindstand – kWh beginstand • De gemeten kWh = ............ kWh - . ........... kWh = .......... kWh kWh-berekening: W (gemeten arbeid) = P (vermogen toestel) x t (duur van aanschakeling) W = ................... W x ......................... s W = ................... W x ......................... h W = ................... J = ......................... MJ W = ................... Wh W = ................... MJ / 3,6 = ................... kWh W = ................... kWh Vb. Het aantal toeren (tr) of omwentelingen per kWh bedraagt hier “75”. Ofwel tel je het aantal omwentelingen dat het schuifje gemaakt heeft en je neemt de tijd op. Op de kWh-meter staat vermeld hoeveel omwentelingen er nodig zijn om 1 kWh te verbruiken. Stel dat er staat vermeld 375 tr/kWh en je telt 75 omwentelingen in een tijd van 6 minuten; 75 omw W 0,2 kWh Dan is het verbruik W = = 0,2 kWh en Ptoestel = = = 2kW = 2 000 W 375 omw/kWh t 0,1 h Wmeting = = ……………… kWh Ptoestel = elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement = ........... kW = ........... W 106 E 7.6 Oefeningen op arbeid “W” W1Een generator heeft een vermogen van 60 kW. Hoeveel arbeid levert deze generator in 4 uren tijd (in kWh, MJ en GJ)? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W2Een strijkijzer verbruikt in 4 uren tijd een elektrische arbeid van 3,4 kWh. Hoe groot is het vermogen van dit strijkijzer (in W en kW)? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W3Hoe lang moet je met een boormachine van 500 W boren om een arbeid van 1 kWh te leveren? Bereken de tijdsduur in uren. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W4Welke arbeid levert een elektrische verwarmer van 2 kW die je gedurende 2 h en 15 min de ruimte laat verwarmen? Bereken de elektrische arbeid in kWh, J en MJ. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W5Een boormachine draait gedurende 2 h en 45 minuten. De kWh-meter geeft een verbruik van 1,375 kWh weer. Bereken het vermogen van deze boormachine in watt. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 107 W6Een elektrische verwarmer is aangesloten op het net (220 V) en neemt een stroom van 10 A op uit het net. De kWh-meter meet een verbruik van 4,4 kWh. Hoe lang stond de verwarmer aan? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W7Een koffiezetapparaat met een verwarmingselement van 44 Ω, neemt een stroom op van 5 A. Bereken de tijd, in h en min, van het verwarmingselement als W = 0,275 kWh. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W8Een elektrische motor, aangesloten op netspanning 220 V, heeft een weerstand van 22 Ω en draaide gedurende 2 h en 30 minuten. Bereken de elektrische arbeid W in kWh en MJ. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W9Doorheen een elektrisch toestel vloeide een hoeveelheid elektriciteit van 10 Ah. De gemeten arbeid bedroeg 2,2 kWh. Op welke spanning was dit toestel aangesloten? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: W10 Een grote halogeenverstraler brandt gedurende 2 h en verbruikt 4,05 kWh. De weerstand van de halogeenlamp bedraagt 25 Ω. Bereken de aangesloten spanning in V en kV. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 108 7.7 HET JOULE-EFFECT Elke stroom ontwikkelt in een geleider (draad)warmte. Deze warmte-ontwikkeling ontstaat door wrijving tussen moleculen in een materiaal waar een stroom doorvloeit. Hoe groter de weerstand is, hoe groter de warmte-ontwikkeling. Dunne draden hebben een grotere weerstand dan dikke draden. Dunne draden worden dus eerder warm dan dikke. I voedingsleiding weinig weerstand weinig warmte verwarmingsdraad veel weerstand veel warmte Onder het joule-effect versta je het verschijnsel waarbij een hoeveelheid warmte in een stof wordt ontwikkeld door de elektrische stroom. De hoeveelheid warmte “Q” die de elektrische stroom in een weerstand ontwikkelt, is evenredig met het elektrisch vermogen “P” en met de tijd “t” van de stroomdoorgang. Hieruit volgt de formule voor de hoeveelheid warmte “Q = I2 x R x t” in Joule uitgedrukt. Om het aantal kalorieën te bekomen deel je het aantal Joules door 4,184. vb Q = 2 092 J 2 092 J Q = 4,184 J/Kal = 500 Kal Toestellen waarbij je die warmte niet wilt hebben, zijn bijvoorbeeld: •lampen (je wilt licht, geen warmte); •leidingen (je wilt elektrische stroom transporteren zonder energieverlies); •motoren (je wilt stroomsterkte omzetten in beweging en geen warmte); •transfo’s (je wilt een lagere spanning en geen warmte). Toestellen waarbij je die warmte juist wel wilt hebben, zijn bijvoorbeeld: •elektrische verwarmingstoestellen; •koffiezetapparaten (water verhitten en koffie warm houden); •kookplaten (voor het bereiden van eten); •ovens (om bijvoorbeeld lekkere pizza te bakken); •strijkijzers (een zool die warm wordt om kleren glad te strijken); •soldeerbouten (warmte nodig om te vertinnen en te solderen). elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 109 E 7.8 Oefeningen op hoeveelheid warmte “Q” Q1Hoeveel warmte in MJ wordt er in één uur ontwikkeld in een verwarmingstoestel met een vermogen van 1 kW? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: Q2In een leiding met een weerstand van 0,2 Ω vloeit een stroomsterkte van 10 A. Hoeveel warmte in kJ wordt er in deze leiding ontwikkeld in 900 seconden? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: Q3In hoeveel tijd kan een elektrische verwarmer van 2 kW een hoeveelheid warmte ontwikkelen van 10,8 MJ? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: Q4Hoeveel bedraagt de weerstandswaarde van een verwarmingselement dat in 1 kwartier een warmte ontwikkelt van 360 000 Kal? De stroom door het element bedraagt 5 A. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 110 7.9Kostprijsberekening Kostprijsberekening van de verbruikte elektrische energie in kWh Totale kostprijs = Aantal kWh x de kostprijs / kWh Aan de hand van een elektriciteitsfactuur kan men de reële kostprijs per kWh berekenen. Stel, je verbruik is 3 000 kWh en 1 kWh kost z 0,16. Dan is de totale kostprijs = 3 000 kWh x z 0,16 / kWh = z 480. Nu, de kostprijs van een kWh is afhankelijk van het tarief van het verbruik en het moment van het verbruik. Stel, je hebt voor het tweevoudig tarief gekozen,dan betaal je hiervoor een jaarlijkse vergoeding van z 113,23. Een kWh tijdens de dag verbruikt, kost dan 15,97 eurocent en een kWh tijdens de nacht verbruikt, kost dan 8,09 eurocent. Prijzen zijn inclusief BTW (*zie A). Naast de energieprijs betaal je ook voor het gebruik van het distributie- en transportnet(*zie B). Daarbovenop betaal je nog belastingen en heffingen (*zie C) (* = volgende bladzijde). elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 111 DE FACTUUR VAN DE ELEKTRICITEITSLEVERANCIER Wil je de reële kostprijs per kWh, dan deel je de totale kost (hier z 651,83) door het aantal kWh (hier 4 300 kWh): z 651,83 / 4 300 = 15,16 eurocent. TAAK: Breng de meest recente jaarafrekening mee en vergelijk deze met die van je klasgenoten wat betreft - verbruik in kWh - kWh-prijs voor dag- en nachttarief elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 112 E 7.10 Oefeningen op kostprijsberekening “KP” KP1 Een gloeilamp is getekend 230 V - 100 W. Hoeveel bedraagt de kostprijs van de elektrische energie als de lamp gedurende 50 uren heeft gebrand en 1 kWh 16 eurocent kost? Gegeven: Oplossing: Gevraagd: KP2 Een lampengroep met dezelfde lampen van 75 W brandt gedurende 8 uren. Dit kost z 0,90 aan energie als 1 kWh 15 eurocent kost. a) Hoeveel lampen heeft deze lampengroep? b) Bereken de kostprijs als men lampen van 100 W zou gebruiken. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: KP3 Je bent om 22 uur gaan slapen. ‘s Morgens om 6 uur merk je op dat een luster met 5 gelijke lampen heel de nacht hebben gebrand. Je berekent dat dit 24 eurocent kost. a) Bereken het vermogen van iedere lamp als 1 kWh 15 eurocent kost. b) Bereken de kostprijs in Euro als iedere lamp 60 W is. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 113 KP4 De verlichting van een feestzaal bestaat uit 3 lichtkringen. Elke lichtkring bestaat uit 20 tweevoudige TL-armaturen met als gegevens IP 65 – 2 x 36 W. Bereken de kostprijs van de verbruikte energie op jaarbasis als de verlichting uitsluitend tijdens de weekends brandt van 19u tot 03u en 1 kWh z 0,15 kost. Gegeven: Oplossing: Gevraagd: KP5 Een totale kostprijsvergelijking tussen een spaarlamp en een standaard gloeilamp Gemiddelde levensduur: ……………………………… h …………………………… h Gemiddelde winkelprijs: z 6 z1 Winkelprijs na 10 000 h = z …………………………… z………………………… “W” na 10 000 h: W = ………………………… W =………………………… W = ………………………… W = ……………………… W = ………………………… kWh W = ……………………… kWh Verbruikskost na 10 000 h als 1 kWh 15 eurocent kost. KP = ………………………… KP = ……………………… KP = ………………………… KP = ……………………… KP = z……………………… KP = z…………………… Totale kostprijs = z …………………………… versus z………………… Kostprijsverschil = z …………………………… Dit is je winst! Bereken de winst die je thuis kan maken. Duid het aantal lichtpunten aan Netto besparing met elektroniin je woning. sche spaarlampen 60W = 11W ………………………………… ………………… x z 77,50 75W = 15W ………………………………… 100W = 20W ………………………………… ………………… x z 94 ………………… x z 124 Je totale winst dankzij de vervanging van je gloeilampen door spaarlampen. elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 114 Je winst z …………… z …………… z …………… z …………… 7.11RENDEMENT Het rendement geeft aan in welke mate een toestel zijn energie nuttig omvormt. De wet van behoud van energie heeft je al geleerd: er kan geen energie verloren gaan, enkel omgevormd worden. De wet op het behoud van energie leert ons dus dat er geen energie kan opgewekt worden en ook geen energie kan verdwijnen. Maar, energie kan wel omgezet worden naar een energievorm die men niet kan gebruiken. Je kan zeggen dat deze energie dus eigenlijk wel verloren gaat. De gewenste energie die je met een elektrisch toestel omvormt, is altijd ...................................... dan de energie die je per seconde toevoegt. De energie die je laat leveren aan een toestel noem je het.......................................................... De omgevormde energie die je wenst, noem je het.................................................................... De omgevormde energie die je niet wenst, noem je het.............................................................. Formule: P toegevoerd = P nuttig + P verlies Pn = ……………………… Pv = ……………………… Ongewenst vermogen = Vermogenverlies (Pv) Warmte Toegevoerd vermogen (Pt) Elektriciteit Nuttig vermogen (Pn) Beweging Het rendement is de verhouding tussen het nuttig omgevormde vermogen en het toegevoerde vermogen. Pt, Pn en Pv worden uitgedrukt in ........................... . Formule: η = P nuttig (η is steeds kleiner dan 1!) P toegevoerd Afgeleide formules: Pn = ………………… en Pt = elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 115 E 7.12 Oefeningen op het berekenen van rendement “η” • η drukt een ............................................ uit tussen het nuttige en het toegevoerde vermogen. • η is steeds kleiner dan ………… . . De waarde ligt steeds tussen ………………… en ………………… . • Naarmate Pn stijgt, zal Pv …………………… en naarmate Pn daalt, zal Pv ............................ . • η kan in % uitgedrukt worden door te vermenigvuldigen met .................................................. Bv. η = 0,81 of …………… x …………… = ………… % η1Een boormachine neemt 2,5 A op bij een aangesloten spanning van 230 V. Bereken het rendement als op de as een nuttig vermogen wordt ontwikkeld dat overéénkomt met 506 W (decimaal en procentueel). Gegeven: Oplossing: Gevraagd: η2Het rendement van een bovenfreesmachine van 750 W bedraagt 0,9. Bereken het nuttige vermogen van deze machine (in W en kW). Gegeven: Oplossing: Gevraagd: η3Een lintzaag heeft een rendement van 80% bij een vermogen van 4 kW. Bereken het toegevoerd vermogen (in W en kW). Gegeven: Oplossing: Gevraagd: elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 116 E 7.13 Gecombineerde oefeningen Maak volgende oefeningen op een apart blad. GO1 De twee kruislichten van een auto hebben elk een vermogen van 60 W. De 12 V-accu heeft een capaciteit van 60 Ah. Hoe lang zal het duren voor deze accu volledig is ontladen (bij een constante stroomafgifte)? Bereken ook de geleverde arbeid. GO2 Een lokaal met afmetingen 10 x 8 x 3,5 m moet worden verwarmd. Voor de normale verwarming is 40 W/m3 vereist. Hoeveel kost de verwarming gedurende 7 dagen als men 8 uren per dag moet verwarmen? 1 kWh kost tijdens de eerste 4 uren van de dag z 0,15 (tijdens dagtarief) en de laatste 4 uren (tijdens nachttarief) z 0,08. GO3 In een werkplaats hangen 45 lichtarmaturen met elk twee TL-lampen van 60 W bij 230 V. Hoeveel kost deze verlichting per maand wanneer ze 16 uren per dag brandt? 60% van de energie wordt verbruikt tijdens de nacht (1kWh = z 0,08) en de resterende energie tijdens de dag (1kWh = z 0,15). (stel 1 maand is 30 dagen). GO4 Op het kenplaatje van een toestel staat vermeld 230 V- 3,3 kW. Bereken de weerstand en de stroomsterkte van het toestel. GO5 Een elektrische motor van 3 kW, aangesloten op 220 V, laat men 10 uren draaien. Bereken de opgenomen stroom, de weerstand van de motor, de arbeid en bepaal de kostprijs als 1kWh = z 0,15. GO6 Bereken het kostprijsverschil na 10 000 uren tussen de energie die enerzijds verbruikt wordt door een gloeilamp van 60 W (z 1) met een levensduur van 1 000 uren en anderzijds een spaarlamp van 11 W (z 5) met een levensduur van 10 000 uren (1 kWh kost z 0,15). GO7 Een elektrische motor neemt uit het net een vermogen van 8 kW en levert op zijn as een mechanisch vermogen van 6.400 Nm/s. Bereken het rendement (decimaal en procentueel) en de verliezen in watt en %. GO8 Een motor neemt uit het net een stroom op van 12,5 A bij een spanning van 200 V. Het mechanisch vermogen op de as bedraagt 2 kW. Bereken het rendement van de motor, de verliezen in kW en de weerstand van de motor. GO9 Een stofzuiger, aangesloten op 230V, neemt 5 A op gedurende 180 minuten. Bereken R, Pt, Q, W en bepaal de kostprijs als 1 kWh = z 0,15. Hoe groot is het rendement van deze stofzuiger als het vermogen van de zuigkracht 920 Nm/s bedraagt? elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 117 te onthouden Vermogen “P” is ............................................................................................................... ................................................................................................................................. P=UxI Formule: Afgeleide formules: U= I= I= R= U= R= P = I2 x R Formule: Afgeleide formules: P= Formule: U2 R Afgeleide formules: Arbeid “W” is ................................................................................................................... ................................................................................................................................. W= P x t Formule: Afgeleide formules: P= t = I= t= W=UxIxt Formule: Afgeleide formules: U = De hoeveelheid warmte “Q” = I2 x R x t met als afgeleide formules: I= QW R.T R= QW I2 . t t= QW I2 . R Het joule-effect is ............................................................................................................ Rendement “η” is de verhouding tussen P…………………………… en P……………………………… P nuttig = P ……………………………………………… - P ……………………………… Kostprijs energie = ………………………………………… x ………………………………………………… elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 118 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat is vermogen? 2. Wat is arbeid? 3. Wat betekent rendement? 4. Wat betekent het Joule-effect? 5. Hoe bereken je de kostprijs van elektrische energie? EXTRA OEFENINGEN Vraagstukken over vermogen 1. Bereken het vermogen in W en kW van een motor die een stroomsterkte van 10 A opneemt bij een aangesloten netspanning van 230 V. 2. Hoeveel bedraagt de stroom (in A en mA) door een gloeilamp van 75 W als ze aangesloten is op 230 V? 3. Op welke spanning is een motor aangesloten om een stroomsterkte van 5 A om te zetten in een vermogen van 1,15 kW? 4. Op een gloeilamp lees je 230 V - 60 W. a) Bereken de stroomsterkte (in A en mA) als de reële spanning 224 V is. b) Bereken het reële vermogen dat door de lamp geleverd wordt. elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 119 Vraagstukken over arbeid 1. Een generator heeft een vermogen van 25 kW. Hoeveel arbeid levert de generator in 195 minuten (in kWh en MJ)? 2. Een strijkijzer verbruikt in 2 uur en 45 minuten een elektrische arbeid van 4,4 kWh. Bereken het vermogen van het strijkijzer. 3. Hoelang moet je met een boormachine van 650 W boren om een arbeid van 0,975 kWh te leveren? 4. Een elektrisch verwarmingstoestel is aangesloten op een netspanning van 230 V en neemt uit het net een stroom op van 8 A. De kWh-meter meet een verbruik van 3,68 kWh. Hoelang stond de verwarmer aan? 5. Een koffiezetapparaat met een verwarmingselement van 46 Ω neemt een stroom op van 5 A. Bereken de tijd dat het koffieapparaat heeft gewerkt als de verbruikte energie 3,45 kWh bedraagt. 6. Een elektrische motor die is aangesloten op 230 V heeft een weerstand van 0,020 kΩ en draaide gedurende 5 uur en 15 minuten. Bereken de elektrische arbeid in kWh en MJ. 7. Hoeveel warmte in kWh en MJ wordt er in twee uur ontwikkeld in een verwarmingstoestel van 2 kW? 8. In een snoer van een snelkoker met een weerstand van 0,1 Ω vloeit een stroom van 10 A. Hoeveel warmte in kJ wordt er in de leiding ontwikkeld gedurende 2 minuten? Vraagstukken over kostprijsberekening 1. Een lampengroep (luchter) met dezelfde lampen van 60 W brandt gedurende een halve dag. Dat kost € 1,152 aan energie, als 1 kWh 20 eurocent kost. a) Hoeveel lampen telt de luchter? b) Bereken de kostprijs als je lampen van 100 W zou gebruiken. 2. De verlichting van een feestzaal bestaat uit 5 lichtkringen, elk bestaande uit 18 tweevoudige FL-armaturen met FL-lampen van 36 W. Bereken de kostprijs van de verbruikte energie op jaarbasis als de lampen uitsluitend tijdens de weekends (zaterdag en zondag) branden tussen 19 uur en 4 uur en 1 kWh = € 0,1. 3. Vergelijk het prijsverschil van zowel de lampkostprijs als de verbruikte energie tussen een spaarlamp van 15 W en een gloeilamp van 75 W na 12 000 h. Kostprijs lampen: spaarlamp € 10, gloeilamp € 1 Levensduur: spaarlamp 12 000 uur, gloeilamp 1 000 uur Vraagstukken over rendement 1. Een boormachine neemt 5 A op uit het aangesloten net van 230 V. Bereken het rendement als op de as een nuttig vermogen wordt ontwikkeld dat overeenkomt met 1 kW. 2. Het rendement van een machine van 2 kW bedraagt 0,9. Bereken het nuttig vermogen in W en kW. 3. Een verstekzaag heeft een rendement van 90 % bij een vermogen van 3,6 kW. Bereken het toegevoerde vermogen. elektriciteit + lab | deel 7 | vermogen, arbeid en rendement 120
