1 Elektriciteit

1 Elektriciteit
Elektrische schakelingen en energiegebruik | VWO
Uitwerkingen basisboek
1.1 INTRODUCTIE
1
[W] Sluipgebruik van elektrische apparaten
2
[W] Spanningsbronnen
3
[W] Experiment: Statische elektriciteit
4
Waar of niet waar?
a Niet waar: Elektronen zijn negatief geladen en stoten elkaar af.
b Waar
c Niet waar: De eenheid van stroomsterkte is ampère.
d Waar
5



Het lampje geeft licht in situatie C.
Er is sprake van een elektrische stroom in situatie C.
Er is sprake van een spanning in situaties A, B en C.
6
a
A
b
7
Het maakt bij een lamp niet uit vanaf welke kant de stroom komt, dus als je de
spanningsbron omdraait brandt de lamp ook.
[W] Voorkennistest
1.2 ENERGIE EN VERMOGEN
8
[W] Energie in de toekomst
9
[W] Experiment: Het rendement van een led-lamp en een gloeilamp
10
[W] Experiment: Hoeveel energie gebruikt een lamp?
11
Waar of niet waar?
a Waar
b Waar
c Niet waar: Het vermogen is een maat voor de hoeveelheid elektrische energie die
een apparaat per seconde omzet.
d Niet waar: Een 25 W led-lamp geeft meer licht dan een 60 W gloeilamp.
e Niet waar: Een apparaat dat veel elektrische energie gebruikt (per seconde) heeft
een hoog vermogen. Dit zegt niets over het rendement.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 1 van 19
12
Het vermogen van alle apparaten en de tijdsduur dat ze hebben aangestaan.
13
a
b
c
14
De autolamp
Je weet niet zeker of beide lampen hetzelfde rendement hebben. De gloeilamp
heeft een heel laag rendement en ook het laagste vermogen. Een autolamp is een
halogeenlamp of een Xenonlamp. Beide lampen hebben een hoger rendement
dan een gloeilamp. Omdat het vermogen van de autolamp ook hoger is, zal de
autolamp waarschijnlijk het meeste licht geven.
Vermogen is de energie die een apparaat per seconde verbruikt. De energie die
een apparaat verbruikt heeft is dus het vermogen van het apparaat keer de tijd dat
het apparaat heeft aangestaan (in seconden).
Lager vermogen. Het rendement van een spaarlamp is hoger dan van een gloeilamp. Dus
om een spaarlamp evenveel licht te laten geven als een gloeilamp, heb je een lamp met
een lager vermogen nodig.
15
a
Elicht
Spaarlamp
Eel
Warmte
b
Bijvoorbeeld:
Eel
Mixer
Ebew
Warmte
of:
Elicht
Eel
Televisie
Egeluid
Warmte
.
c
16
Eigen antwoord.
17
a
b
In 1,0 uur zet de lamp 30 kJ om, in 2,0 uur twee maal zo veel, dus 60 kJ.
30 kJ wordt omgezet in 1,0 uur, dus 0,30 MJ = 300 kJ wordt in 10 h omgezet.
a
Lamp A brandt het kortst op 1,0 kWh en heeft dus het grootste vermogen. Lamp B
kan 2,5 keer langer branden op 1,0 kWh, dus het vermogen van lamp A is 2,5 keer
zo groot als dat van lamp B.
Nee, want je weet alleen hoeveel energie er in gaat, niet hoeveel nuttige
(licht)energie er uit komt.
18
b
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 2 van 19
19
a
b
De helft van de verbruikte energie wordt omgezet in licht, dus het rendement is
50%.
Omdat bij het berekenen van zowel het ingaand vermogen als het nuttig vermogen
door dezelfde tijd (60 s) wordt gedeeld valt dat weg in de breuk van het rendement
).
(
20
. Je kunt ook energie besparen door Enuttig te verlagen, dan
a
b
wordt Ein ook kleiner. Bijvoorbeeld door:
- lampen uit te doen in ruimtes waar niemand aanwezig is
- je computer uit te zetten als je hem even niet gebruikt (bijv. als je gaat eten)
- de televisie niet op stand-by te laten staan maar echt uit te zetten.
Er worden steeds meer elektrische apparaten in huis gehaald, zoals smartphones
en tablets.
21
a
.
b
c

kosten:
.
Het energieverbruik is vier keer zo groot, dus zullen de kosten ook vier keer zo
hoog zijn:
. De gloeilamp kost € 13 meer per jaar.

22
 kosten:
per dag.
23
.
a
.
b
24
a
De wasmachine zal niet de hele tijd het maximale vermogen omzetten. Dit zal
alleen gebeuren bij het verwarmen van het water of het centrifugeren. De rest van
de tijd is het vermogen lager, dus is het gemiddelde vermogen tijdens het hele
wasprogramma lager dan het maximale vermogen.
 kosten:
b
.
25
a
b
De gloeilamp wordt erg heet en kun je niet aanraken, de spaarlamp kun je wel
aanraken als hij brandt.
Het rendement gaat van 5% naar 35% dus met een factor 7 omhoog. Als de
nuttige energie (
) gelijk blijft gaat de verbruikte energie ( ) met een factor
⁄ ).
7 omlaag (
Het energieverbruik wordt:
© ThiemeMeulenhoff bv
dus de besparing is
.
Pagina 3 van 19
26
a
b
Warmtepompdroger:
condensdroger:
De warmtepompdroger kost
jaar
.
meer, maar bespaart per
. De terugverdientijd is
jaar.
c
De verwachte levensduur van de apparaten en de milieubelasting van de
gebruikte materialen, het productieproces en het afdanken (en recyclen) van het
apparaat.
a
De Nissan Leaf wordt opgeladen met de elektrische energie die vaak nog door
een conventionele elektriciteitscentrale wordt geleverd. De CO2-uitstoot vindt nu
dus niet bij de auto plaats, maar mogelijk nog wel bij de elektriciteitscentrale.
27
b
.
c
De auto’s van honderd jaar geleden reden veel minder hard.
a
De energie van 1,0 kg waterstof is 120 MJ, dus in 5,6 kg waterstof zit
28
. Evenveel energie zit in
b
benzine.
Het rendement van een benzineauto is veel lager dan van een waterstofauto. Als
je rekening houdt met dit lagere rendement, zal de benzineauto met de berekende
20 L benzine veel minder ver komen dan de waterstofauto.
1.3 SPANNING EN STROOMSTERKTE
29
[W] Experiment: Het verband tussen vermogen en stroomsterkte
30
[W] Experiment: Het vermogen van lampjes
31
Waar of niet waar?
a Waar
b Niet (perse) waar: De spanning kan ook hoog zijn.
c Waar
d Waar
e Niet waar: Het vermogen hangt ook af van de stroomsterkte.
f
Waar
32
a
b
c
d
33
In een stroomkring kunnen de elektronen rond lopen. Gemiddeld genomen lopen
de elektronen dan dezelfde kant op.
Door de aansluitdraden bewegen elektronen. Deze hebben een negatieve lading.
De elektronen bewegen van de minpool naar de pluspool. De elektrische stroom
loopt van de pluspool naar de minpool.
Als de spanning groter wordt gemaakt geven de elektronen meer energie af in het
apparaat.
Stopcontact en dynamo.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 4 van 19
34
a
b
c
In apparaat B, want dit werkt op de grootste spanning.
Het vermogen is even groot, dus door het apparaat met de kleinste spanning gaat
de grootste stroomsterkte; door apparaat A stromen per seconde de meeste
elektronen.
In beide apparaten wordt evenveel energie per seconde omgezet, want het
vermogen is even groot.
35
B
36
Het vermogen kan gelijk zijn, als door de lamp van 12 V een grotere stroom loopt dan door
de lamp die thuis is aangesloten op het lichtnet.
37
a
b
c
d
e
f
Van de stroomsterkte en de tijd.
De totale lading is evenredig met de stroomsterkte en met de tijd.
.
Van de spanning, de stroomsterkte en de tijd.
De energie is evenredig met de spanning, de stroomsterkte en de tijd.
.
38
Eigen antwoord.
39
Als er driemaal zoveel lading wordt getransporteerd in dezelfde tijd, wordt de
stroomsterkte driemaal zo groot. Als dezelfde lading in tweemaal zo veel tijd wordt
getransporteerd, wordt de stroomsterkte tweemaal zo klein. Netto is de stroomsterkte in B
dus 3/2 = 1,5 keer zo groot. Dus in stroomdraad B is de stroomsterkte het grootst.
40
Zodra de schakelaar wordt omgezet duwen overal in de stroomdraad vrije elektronen
andere vrije elektronen voor zich uit. Ook door de lamp bewegen dus meteen elektronen,
waardoor de lamp licht geeft.
41
a
b
~
c
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 5 van 19
42
a
b
Een grotere spanning zorgt voor een grotere kracht op de geladen deeltjes in de
stroomdraad. Hierdoor zal de stroomsterkte toenemen.
Het vermogen is evenredig met de spanning en de stroomsterkte. Als de spanning
tweemaal zo groot wordt en de stroomsterkte ook toeneemt zal het vermogen met
meer dan een factor twee toenemen.
43
a
b
c
Bij de laatste schakeling brandt het lampje. De draden zijn daar goed aangesloten,
zodat de stroomkring via het lampje gesloten is (en niet op het glas, dat geleid de
stroom niet).
In de eerste en de laatste schakeling levert de batterij een stroom, omdat daar een
gesloten stroomkring van de pluspool naar de minpool van de batterij is.
Bij de eerste schakeling wordt kortsluiting gemaakt, bij de laatste gaat de stroom
door het lampje heen. Bij de eerste schakeling is de batterij dus snel leeg.
44
[W] Experiment
45
[W] Experiment
46
a
De spanning is 12 J/C en één elektron heeft een lading van
elektron geeft dus
af.
.
b
c
is
en één elektron heeft een lading van
stromen dus
d
C. Eén
. Per seconde
elektronen door de lamp.
Het stopcontact levert een spanning van 230 V, dus
.
47
a
b
c
.
.
De gemiddelde dagelijkse oplaadtijd is 90 minuten= 1,5 uur. Het jaarlijks
energiegebruik is dus
.
Dat kost
.
48
.
a
b
.
49
a
Het is een maat voor de capaciteit. Het geeft aan dat de batterij bij bijvoorbeeld
een stroomsterkte van 2100 mA 1 uur zal meegaan, of bij een stroomsterkte van 1
mA 2100 uur.
b
© ThiemeMeulenhoff bv
.
Pagina 6 van 19
50
a
.
b
c
Het aantal vrije elektronen is:
0,20 A is 0,20 C/s en één elektron heeft een lading van 1,60·10
.
-19
C, dus:
elektronen per seconde.
d
Alle elektronen in één draad zijn vernieuwd na
. De draad
is 2,0 m dus hebben de elektronen ook 2,0 m afgelegd. Dus de driftsnelheid is
.
1.4 WEERSTAND EN GELEIDBAARHEID
51
[W] Experiment: Stroom, spannings-diagrammen
52
[W] Experiment: De weerstand van een stroomdraad
53
[W] Experiment: De weerstand van een diode
54
Waar of niet waar?
a Waar
b Niet waar: De weerstand van een draad is omgekeerd evenredig met de
oppervlakte en evenredig met de lengte.
c Waar
d Waar
e Waar
f
Niet waar: De geleidbaarheid van een lampje is kleiner dan die van de
toevoerdraden.
55
a
b
c
Een apparaat met een grote stroomsterkte heeft een groot vermogen.
Een apparaat met een kleine stroomsterkte heeft een grote weerstand.
Sluit het apparaat aan op de spanningsbron. Neem een
ampèremeter op in de stroomkring en sluit een
voltmeter aan parallel aan het apparaat. Meet de
spanning en de stroomsterkte en bereken de weerstand
door de spanning te delen door de stroomsterkte.
~
A
V
56
a
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 7 van 19
b
c
De grafiek is een rechte lijn die door de oorsprong gaat.
Draad 1 heeft een grotere weerstand en is ook nog korter. Draad 1 heeft dus de
grootste soortelijke weerstand.
a
De stroomsterkte is direct na het inschakelen groter, terwijl de spanning steeds
230 V is. De geleidbaarheid is direct na het inschakelen dus ook groter dan
normaal.
Een PTC-weerstand is een weerstand met een positieve temperatuur coëfficiënt.
Dat betekent dat de weerstand van een PTC toeneemt als de temperatuur stijgt,
en de geleidbaarheid dus afneemt bij temperatuurstijging.
Direct na het inschakelen heeft de draad dezelfde temperatuur als de kamer. De
weerstand is dan laag. Maar door de warmteontwikkeling in de draad stijgt de
temperatuur. Omdat de gloeidraad een PTC is, stijgt dan de weerstand en daalt de
stroomsterkte. De stroomsterkte is direct na inschakelen dus het grootst.
Direct na het inschakelen stijgt de temperatuur van de draad snel. Daardoor zet de
draad uit. Als dit niet gelijkmatig gebeurt kan de draad breken.
57
b
c
d
58
a
b
c
De geleidbaarheid van deze halfgeleiders is te vergroten door energie toe te
voeren in de vorm van licht (LDR) of warmte (NTC).
NTC: Bij een hogere temperatuur neemt het aantal vrije elektronen in de
halfgeleider toe.
LDR: Als er licht op de LDR valt, neemt het aantal vrije elektronen toe.
Een diode.
59
a
b
Dat is de spanning waarbij de stroomsterkte ineens heel veel toeneemt (de lijn
loopt daar vrijwel verticaal).
A: De lange kant van de gelijkspanningsbron is de pluspool. De stroom loopt van
plus naar min, dus van links naar rechts door de diode, dus tegen de voorwaartse
stroomrichting van de diode in. De lamp zal niet branden.
B: Het is een wisselspanningsbron. De stroom zal dus afwisselend in de
voorwaartse en in de tegenwaartse richting van de diode lopen. De lamp brandt
daardoor minder fel. (N.B.: de lamp zendt licht uit doordat de gloeidraad heet is.
De frequentie van een wisselspanning is zo hoog dat de temperatuur niet
noemenswaardig daalt als de stroom in de tegenwaartse richting loopt. De lamp
knippert dus niet.)
C: Nu zal de (wissel)stroom afwisselend door de bovenste diode en door de
onderste diode lopen. De lamp zal fel branden.
60
[W] Experiment
61
[W] Experiment
62
a
b
Diode 1: ja
diode 3: nee
Diode 1: nee
diode 3: ja
© ThiemeMeulenhoff bv
diode 2: nee
diode 4: ja
diode 2: ja
diode 4: nee
Pagina 8 van 19
c
Deel 1:
d
De stroom loopt altijd van C naar D door de schakeling.
63
Eigen antwoord.
64
C
Deel 2:
65
a
b
C
A
a
b
Als de lengte l tweemaal zo groot is, is de weerstand ook tweemaal zo groot
Als de oppervlakte van de dwarsdoorsnede A tweemaal zo groot is, is de
weerstand tweemaal zo klein.
Als de lengte l en de oppervlakte van de dwarsdoorsnede A beide tweemaal zo
groot zijn, blijft de weerstand gelijk.
De soortelijke weerstand ρ van de twee draden is verschillend, dus zal bij gelijke
lengte en dwarsdoorsnede, de weerstand van de draden verschillend zijn.
66
c
d
67
a
b
Als de helft van de draad eraf wordt geknipt, verandert alleen de lengte l van de
draad. Deze wordt tweemaal zo klein dus wordt de weerstand ook tweemaal zo
klein: R = 0,050 Ω.
Als de draad wordt dubbelgevouwen, wordt de lengte l van de draad tweemaal zo
klein en de oppervlakte van de dwarsdoorsnede A tweemaal zo groot. De
weerstand wordt dan viermaal zo klein: R = 0,025 Ω.
68

a
.
.
b
.
c
69

a
Bij
:
Bij
:
Bij
:
Bij
:
Bij
:
.
b
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 9 van 19
c
Het diagram is een dalende kromme; dit hoort bij een omgekeerd evenredig
verband.

70
. Vergelijk met de
tabel in figuur 32: het is koper.
71
Oriëntatie:
Zoek de soortelijke weerstand van roestvrijstaal op in Binas en bedenk dat de oppervlakte
van een cirkel wordt gegeven door
.
Uitwerking:

a
.

b
√
√

.
72
[W] Experiment: Hoe werkt een transistor?
73
[W] Experiment: Proefjes met een transistor.
D
74
G
a
b
c
d
e
75
S
Bij een grote positieve gatespanning worden de elektronen het kanaal ingetrokken
en kan er een stroom lopen van de source naar de drain. De lamp brandt.
Bij een grote negatieve gatespanning worden de elektronen uit het kanaal
weggeduwd en is de weerstand van het kanaal heel hoog. Er loopt vrijwel geen
stroom van de source naar de drain en de lamp brandt niet.
Bij de meest positieve gatespanning is de weerstand van de MOSFET het laagst en zal er
dus een grote stroom door de MOSFET lopen. Hier hoort dus de bovenste curve bij.
76
a
De oppervlakte van één transistor is
-6
nm = 10 mm). Dus passen er
(1
transistors op een chip van
2
b
1,0 mm .
10
2 = 1024 dus een factor 1000 is ongeveer 10 verdubbelingen. Elke 2 jaar een
verdubbeling dus 20 jaar geleden bevatte een chip ongeveer 1000 keer zo weinig
transistors als nu.
1.5 SCHAKELINGEN IN HUIS
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 10 van 19
77
[W] Experiment: Parallelschakeling
78
[W] Experiment: Serieschakeling
79
Waar of niet waar?
a Niet waar: Als je thuis meer lampen aanzet, blijft de stroom door elke lamp
hetzelfde, maar de totale stroomsterkte wordt dan groter.
b Waar
c Niet waar: Bij een serieschakeling wordt de spanning verdeeld over alle
apparaten.
d Waar
e Waar
f
Niet waar: Een aardlekschakelaar beveiligt tegen stroom door je lichaam.
80
A
81
a
b
c
De lampjes branden even fel. Over elk lampje staat de spanning van de
spanningsbron.
De totale stroomsterkte uit de spanningsbron wordt groter.
De geleidbaarheid van de schakeling is groter geworden (en de weerstand
kleiner).
82
a
b
c
d
e
De spanning wordt nu verdeeld over drie lampjes in plaats van twee. De spanning
over elk lampje wordt dus kleiner. De lampjes branden daarom minder fel.
In een serieschakeling wordt de spanning verdeeld over de lampjes.
Als de lampjes allemaal normaal branden, is de stroomsterkte gelijk.
De weerstand van de schakeling is groter geworden (en de geleidbaarheid
kleiner).
Er is sprake van spanningsdeling.
83
a
b
84
Als de stroom van de spanningsdraad via jou naar de nuldraad loopt, zal er geen
verschil zijn tussen de stroom die het huis ingaat en de stroom die het huis uitgaat.
De aardlekschakelaar schakelt de stroom dan ook niet uit.
In de situatie van vraag a loopt de stroom alleen door je hand, maar als je met één
hand de spanningsdraad aanraakt en met de andere hand de nuldraad, zal de
stroom door je lichaam en via je hart lopen en dat is dodelijk.
Schakeling B is minder goed: als de schakelaar gesloten wordt krijg je een kortsluitstroom
door de schakelaar heen. De weerstand is daar dan zo laag dat er geen stroom meer door
het lampje gaat. Door de kortsluitstroom zal de batterij heel snel leeg zijn.
85
a
De zekering beveiligt tegen overbelasting en kortsluiting: de stroomsterkte door
aansluitdraden van de groep wordt te groot.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 11 van 19
b
c
86
De aardlekschakelaar beveiligt tegen stroom door je lichaam: er ‘lekt’ dan stroom
via jouw lichaam naar de aarde in plaats van dat de stroom terug naar de
meterkast loopt.
De aardlekschakelaar vergelijkt de grootte van de stroom die het huis ingaat met
de grootte van de stroom die het huis uitgaat. Als het verschil tussen ingaande en
uitgaande stroom groter is dan 30 mA, schakelt de aardlekschakelaar de stroom
uit.
Rondom een koffiezetapparaat kan nog wel eens wat water staan. Als een stroomdraad
van het koffiezetapparaat contact maakt met het water, lekt de stroom via het water weg
naar de aarde. Hierop reageert de aardlekschakelaar door de stroom uit te zetten.
87
a
b
.
met
geeft
dus
.
88
a
b
.
met
dus
89
geeft
.
-
90
a
b
c
d
Als één lamp in een parallelschakeling doorbrandt, blijft de stroomsterkte door de
andere lampen hetzelfde.
Als er meer lampen aan de parallelschakeling worden toegevoegd, blijft de
lichtsterkte van elke lamp gelijk.
In een parallelschakeling is de spanning over alle lampen gelijk. Over de andere
lamp staat dus ook 6 V.
Als de weerstand tweemaal zo groot is, zal de stroomsterkte tweemaal zo klein
zijn. De stroomsterkte door de andere lamp is dus 1 A. De stroomsterkte die de
spanningsbron levert is 2+1 = 3 A.
91
a
b
c
d
Als één lamp in een serieschakeling doorbrandt is de stroomkring verbroken en
loopt er door de andere lampen ook geen stroom meer.
Als er meer lampen worden toegevoegd aan een serieschakeling neemt de
lichtsterkte van elke lamp af.
In een serieschakeling is de stroomsterkte door alle lampen gelijk. De
stroomsterkte door de andere lamp is dus ook 1 A.
De 2 lampen delen samen de spanning van 6 V. Als over de ene lamp een
spanning van 2 V staat, zal er over de andere lamp een spanning van 6–2 = 4 V
staan.
92
a
b
Spanning over de weerstand en stroomsterkte door de weerstand.
De spanningen over de weerstanden zijn dan niet meer gelijk.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 12 van 19
93
a
b
c
Een voltmeter sluit je parallel aan de spanningbron aan.
d
Een ampèremeter sluit je in de stroomkring aan.
a
b
c
Lampje 1 zal feller gaan branden.
Lampje 2 zal minder fel gaan branden.
De stroomsterkte uit de spanningsbron zal toenemen.
a
De soortelijke weerstand van koper is
94
95

.
b
.
96
a
Een parallelschakeling.
.
b
.
c
d
Bij een serieschakeling is de stroomsterkte door beide lampjes gelijk. Het ene
lampje brandt goed bij 0,50 A en het andere lampje bij 0,050 A. Ze kunnen dus
nooit allebei tegelijk goed branden.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 13 van 19
e
f
g
97
De geleidbaarheid van het voorlampje is 10 keer zo groot als van het
achterlampje, dus de weerstand van het achterlampje is 10 keer zo groot als van
het voorlampje. Door de grote weerstand van het achterlampje, komt de meeste
spanning over het achterlampje te staan (Uachter = I∙Rachter). Het voorlampje zal
daarom minder fel branden dan het achterlampje. Bij het verhogen van de
spanning gaan allebei de lampjes steeds feller branden.
De maximale stroomsterkte is bij het achterlampje veel sneller bereikt, dat zal iets
boven de 0,050 A zijn. Het voorlampje brandt dan nog zeer zwak. Het
achterlampje zal dus als eerste doorbranden.
Oriëntatie:
De spanning over één lampje is te bereken met
Voor de weerstand door één lampje geldt:
.
.
Telkens als er nu een lampje stuk gaat zal Ulampje stijgen. Bij een gelijkblijvende Rlampje zal
dan ook Ilampje stijgen.
Uitwerking:
a
Bij 50 lampjes:
dus
Bij Ilampje = 0,28 A :
dus het aantal lampjes in het snoer is dan:
b
98
en
.
Er zijn dan 14 lampjes kapot gegaan.
De geleidbaarheid van het snoer neemt steeds meer toe, dus de stroomsterkte
stijgt. De andere lampjes krijgen een te grote stroomsterkte en worden te heet
waardoor ze sneller stuk gaan.
Het systeem met de 230 V – 0,30 A lampjes: 16/0,30 = 53,3 dus maximaal 53 lampjes
parallel
Het systeem met de 12 V – 0,50 A lampjes: 230/12 = 19,2 dus maximaal 20 lampjes in
serie (dan blijft de stroomsterkte onder de 0,50 A).
Omdat de zekering pas smelt bij 16 A, kun je 16/0,50 = 32 van deze strengen aansluiten
op dezelfde groep.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 14 van 19
99
a
b
Het lampje komt in serie te staan met de spaarlampen. De 230 V netspanning
moet dus gedeeld worden met de spaarlampen. Dan is 230 V geen goede keuze,
je moet juist een lage spanning hebben zodat er voldoende over is voor de
spaarlampen. De stroomsterkte door de spaarlampen samen is ongeveer 0,10 A =
100 mA. Die stroom moet ook door het verklikkerlampje gaan. De juiste keuze is
dus B: 2,0 V; 100 mA.
a
b
c
Je kunt R1 en R2 vervangen door één weerstand.
Zie figuur.
Door elke weerstand van 50 Ω gaat een stroomsterkte van
100
.
De totale stroomsterkte is dan
.
d
.
101
a
Je kunt R1 en R2 vervangen door één weerstand. Je krijgt dan een eenvoudige
serieschakeling van 2 weerstanden.
b
en
,

c
De totale weerstand is

d
en
e
In het punt tussen R1, R2 en R3 geldt: ∑
f
In de stroomkring geldt: ∑
.
.
.
102 [W] Experiment
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 15 van 19
103
a
Als de schuifweerstand geheel ingeschakeld staat is de weerstand
. Als de projectielamp zich als een ohmse weerstand gedraagt is
. De totale weerstand is dan


b
c
.
De spanning is zoveel lager dan de spanning waarbij de lamp normaal brandt, dat
de gloeidraad niet merkbaar zal gloeien. De lamp zendt dus geen licht uit.
De lamp brandt optimaal als
en
dan geldt:

.
104
a
De uitgangsspanning is gelijk aan de spanning over de vaste weerstand.


.
b
c
De spanning verdeelt zich over de weerstanden. De variabele weerstand wordt
groter en dus wordt de uitgangsspanning kleiner.
Als
is de uitgangsspanning gelijk aan de bronspanning: 9,0 V.
Als
is, dan is

en
De uitgangsspanning is dan:
De uitgangsspanning varieert dus tussen de 2,3 V en de 9,0 V.
.
105
a
.
b
De spanning over de draden is:

.
c
d
e
en

.
Door de lagere aansluitspanning is de stroomsterkte groter. Om te voorkomen dat
er teveel vermogen in de draden wordt omgezet in warmte, wordt de weerstand
van de draden verlaagd door de draden dikker te maken.
Een accu in een auto levert een lage spanning van 12 Volt. Daardoor ontstaat er
een grote stroomsterkte. Om te grote warmteontwikkeling tegen te gaan moeten
de kabels dik zijn.
1.5 AFSLUITING
106 Eigen antwoord.
107
a
b
Het elektrisch vermogen P van een apparaat is de hoeveelheid elektrische energie
E die het apparaat in een tijd t omzet:
.
6
Vermenigvuldigen met 3,6∙10 .
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 16 van 19
c
Het rendement geeft aan welk deel van de ingaande energie wordt omgezet in
nuttige uitgaande energie:
d
e
f
g
h
i
j
of
.
In een generator wordt de bewegingsenergie van de turbine omgezet in
elektrische energie.
Als er stroom loopt in een stroomdraad, bewegen de vrije elektronen van het
metaal.
Als, bij gelijkblijvende spanning, de stroomsterkte tweemaal zo groot wordt, wordt
het vermogen ook tweemaal zo groot.
Als, bij gelijkblijvende stroomsterkte, de spanning tweemaal zo groot wordt, wordt
het vermogen ook tweemaal zo groot.
Als de hoeveelheid lading die per seconde door een stroomdraad gaat tweemaal
zo groot wordt, wordt de stroomsterkte ook tweemaal zo groot.
Met een transformator kun je een wisselspanning verhogen of verlagen.
A
V
k
l
m
n
o
p
q
Een ohmse weerstand.
Bij een PTC stijgt de weerstand als de temperatuur stijgt, bij een NTC daalt de
weerstand als de temperatuur stijgt.
Als er meer licht op een LDR valt, daalt de weerstand van de LDR.
De weerstand R is het omgekeerde van de geleidbaarheid G:
.
Bij gelijkblijvende spanning U is de stroomsterkte I omgekeerd evenredig met de
weerstand R:
.
De weerstand R van een stroomdraad wordt bepaald door de soortelijke
weerstand ρ van het materiaal van de draad, de lengte l van de draad en de
oppervlakte A van de draad volgens:
r
s
t
u
v
.
De eenheid van weerstand is ohm (Ω), de eenheid van geleidbaarheid is siemens
(S) en de eenheid van soortelijke weerstand is Ohmmeter (Ω∙m).
De spanning over twee parallel geschakelde weerstanden is gelijk.
De totale geleidbaarheid van twee parallel geschakelde weerstanden bereken je
door de geleidbaarheden van de twee weerstanden bij elkaar op te tellen:
.
De stroomsterkte door twee in serie geschakelde apparaten is gelijk.
De totale weerstand van twee in serie geschakelde apparaten bereken je door de
weerstanden van de twee apparaten bij elkaar op te tellen:
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 17 van 19
108

a

.
Het deel dat verloren gaat is
b
, dus 3,7%.
Ja, door het parallel schakelen van de draad (AP) met de draad (PB +
parallelbovenleiding) wordt de totale weerstand van de bovenleiding verlaagd. Als
de weerstand van de bovenleiding lager is, is ook het spanningsverlies lager en
dus ook het vermogensverlies. Het deel dat verloren gaat is dan kleiner.
Je kunt dit ook berekenen:
en
.
en
.

.

.
Het deel dat verloren gaat is
, dus 2,9%.
109
a
b
c
.
d
De stroom door het kapotte lampje valt weg en de stroom door de ander lampjes
verandert niet, dus wordt de stroom die de spanningsbron levert kleiner.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 18 van 19
110
a
b
c
Bij een lage temperatuur is de weerstand van de NTC groot (zie figuur 65).
Hierdoor is de spanning over de NTC groot en de spanning over de LED dus klein
(zie figuur 67). Als de spanning over de LED kleiner is dan 1,5 V brandt de LED
niet (zie figuur 66). Bij een hogere temperatuur brandt de LED dus wel.
Eerste wet van Kirchhoff in het punt tussen de NTC, de led en de weerstand R:
∑


.
Tweede wet van Kirchhoff in de stroomkring:
∑
d


.
Figuur 65: bij 20 °C geldt
.
De led geeft licht vanaf 1,0 mA. Figuur 66: bij 1,0 mA geldt
in de tweede wet van Kirchhoff:
.

.
.
Invullen in de eerste wet van Kirchhof:

.
© ThiemeMeulenhoff bv
Pagina 19 van 19