SERIE-schakeling

QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
THEMA 5: elektrische schakelingen
Inleiding: PHET-opdracht ---> GEVAL-1 :
SERIE-schakeling
OPDRACHT:
1. bepaal de spanningspijlen en de stroomsterkten. Zet de gevonden waarden op het
schema in de vakjes en bereken de bijhorende potentiaalwaarden of ‘elektrische
drukwaarden’.
2. Vul daarna telkens het energieschema op.
R2=18 Ω
R1=9 Ω
Komponent
batterij
Lamp-1 (R1=9 Ω )
Lamp-2 (R2= 18 Ω)
U (V)
…
I (A)
…
P (W)
…
…
…
…
…
…
…
Zeg iets over de stroompijl en de ‘blauwe bolletjes’.
Hoe groot is de stroomsterkte of het ‘debiet’ op verschillende plaatsen?
Hoeveel verbruikt elk lampje?
Kontroleer: U = U1 + U2 = …
Er geldt ook: I = I1 = I2
Berekening: Rs =
U
= ...
I
Vervang de beide lampen eens door 1 enkele lamp met weerstand Rs; dit zou
dezelfde stroomsterkte moeten geven???!!! Klopt dat??? DOEN!
Theoretische berekening voor vervangingsweerstand:
Rs = R1 + R2 = ...
In woorden: hoe is de verdeling van deelspanningen?
Antw.:….
1
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
GEVAL-2:
Blz.
2
PARALLEL-schakeling
OPDRACHT: IDEM ALS BIJ SERIE
R1=9 Ω
R2=18 Ω
Komponent
batterij
Lamp-1 (R1=9 Ω)
Lamp-2 (R2=18 Ω)
U (V)
…
I (A)
…
…
…
…
…
Pwinst (W)
…
Hoe groot is het debiet IN DE VERSCHILLENDE TAKKEN? DOE EENS ‘split junction’
en kijk eens naar het wijzigende debiet!
Schakel beide kanalen weer toegankelijk voor de lading. Hoe groot is het debiet in de
hoofdtak als beide kanalen open staan?
Kontroleer: U = U1 =U2
Kontroleer: I = I1 + I2 = …
Berekening Rs =
U
= ...
I
Vervang de beide lampen eens door 1 enkel lamp met weerstand Rs;
dit zou dezelfde stroomsterkte moeten geven???!!!
Theoretische berekening voor vervangingsweerstand:
1
1
1
=
+
= ...
Rs R1 R2
In woorden: hoe is de verdeling van de deel-stroomsterkten?
Antw.:….
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
3
Serieschakeling
‘Eerste wet van de serieschakeling.’
In elk punt is de stroomsterkte I gelijk zodat geldt:
I 0 = I1 = I 2
‘Tweede wet van de serieschakeling.’
In een serieschakeling is de bronspanning verdeeld in deelspanningen
URi over de
weerstanden Ri zodat geldt:
U = U R1 + U R 2 + ...
Substitutieweerstand van weerstanden in serie
Betekenis: weerstand die je in een equivalente schakeling kan plaatsen zodat bij een
spanning Ub dezelfde stroom I geleverd wordt!
De substitutieweerstand Rs van weerstanden R1, R2, …
in serie is gelijk aan de som van de weerstanden:
R
= R 1 + R 2 + ...
Parallelschakeling
‘Eerste wet van de parallelschakeling.’
In een parallelschakeling wordt de stroom verdeeld
over de weerstanden zodat geldt:
I = I1 + I2 + ...
‘Tweede wet van de parallelschakeling.’
In een parallelschakeling is de spanning U
over elke tak hetzelfde zodat geldt:
U R1 = U R 2 = ... = U = U b
Substitutieweerstand van parallelle weerstanden
Het omgekeerde van de substitutieweerstand Rs van weerstanden R1, R2, …
in parallel is gelijk aan de som van de omgekeerden van de weerstanden:
−1
−1
R −1 = ( R 1 ) + ( R 2 ) + ...
of ook :
1
1
1
=
+
+ ...
R R1 R 2
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
Toepassing: spanningsdeler!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Concreet voorbeeld
Bereken de spanning over elke weerstand. Duid overal de potentiaalwaarden aan.
Toepassing: stroomdeler!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Concreet voorbeeld
4,5 A
4
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
5
Gevaren en maatregelen voor het veilig gebruik van elektrictieit
Situering
De elektrische installatie
Nuldraad, fasedraad, aardingsdraad
Bescherming tegen brand
•
Zekering
•
Oorzaken van te grote stromen
•
‘Slecht contact’
Bescherming tegen elektrocutie
•
Effect van stroom door het menselijk lichaam
•
ADS
•
aarding
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
6
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
7
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
8
Oefeningen
Vraag-01: stroom door grootste weerstand
Je schakelt een weerstand van 8,0 Ω parallel met een weerstand van 24,0 Ω. Door de
kleinste weerstand loopt er een stroom van 6,0 A. Hoe groot is de stroom door de
grootste weerstand?
a) 2,0 A
b) 6,0 A
c)18 A d) Je kan de stroom niet bepalen, omdat je de
bronspanning niet kent.
Vraag-02: lichtsterkte?
Twee identieke lampjes worden eerst in serie en daarna parallel verbonden met een
batterij.
a) Welke van volgende grootheden is bepalend voor de lichtsterkte?
A spanning
B stroomsterkte
C weerstand
D vermogen
b) In welke situatie is de lichtsterkte het grootst? Toon aan.
Vraag-03: fietslampjes
De lampjes van een fiets zijn parallel op de dynamo aangesloten. Op het voorlampje
staat 6 V/0,5 A, op het achterlampje 6 V/0,1 A.
a) Hoe groot is de stroom in de kring, als beide lampjes op de juiste spanning branden?
b) Welk lampje brandt het felst?
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
9
Vraag-04: hoe groot?
Twee weerstanden worden in serie geschakeld en
verbonden met een spanningsbron van 6,0 V. Op de
ampèremeter lees je 50 mA af, op de voltmeter 3,4 V.
Hoe groot zijn beide weerstanden?
Vraag-05: ontbijt
Voor je ontbijt gebruik je gedurende 15 minuten de waterkoker (230 V/1,5 kW) en de
broodrooster (230 V/900 W).
a) Teken de schakeling (binnen de zone
met de stippelijnen), opdat beide
toestellen optimaal zouden werken
bij 230 V:
b) Hoe zijn stopcontacten geschakeld?
c) Bereken de stroom en het energieverbruik (in kWh):
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
10
1. voor elk toestel apart:
2. voor de hele schakeling:
Vraag-06: zekering
Een stroomkring met de stopcontacten van de woonkamer is beveiligd met een
automatische zekering van 20 A. Is het mogelijk om, terwijl Kris strijkt met een
strijkijzer van 2 300 W, gelijktijdig op dezelfde stroomkring nog een staanlamp (500 W)
en een stofzuiger (800 W) aan te sluiten en in te schakelen, zonder dat de kring
overbelast is en de zekering uitspringt? Toon aan.
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
11
Vraag-07: open/gesloten
Drie weerstanden zijn geschakeld zoals op de figuur.
De bron levert een spanning van 12,0 V. Bereken de spanning en de stroom door elke
weerstand als
a) de schakelaar open staat; b) de schakelaar gesloten wordt.
Vul de tabel in (geen punten op berekening).
a) schakelaar open
Ri(Ω)
Ui(V)
Ii(A)
5,0 Ω
4,0 Ω
8,0 Ω
b) schakelaar gesloten
Ri(Ω)
5,0 Ω
4,0 Ω
8,0 Ω
Ui(V)
Ii(A)
QUARK_5-Thema-05-elektrische schakelingen
Blz.
12
Vraag-08: gecompliceerd
Duid de knooppunten aan.
Vul de tabel aan:
i
1
2
3
4
Ri(Ω)
Ui(V)
Ii(A)
0,80
Pi(W)
10
80
0,50
Bereken de substitutieweerstand en het
vermogen dat door de bron geleverd wordt. Controleer of de som van de spanningen, de
som van de stromen en de som van de vermogens overeenkomen met respectievelijk de
bronspanning, de stroom en het vermogen geleverd door de bron.