natuurkunde

studiewijzer
leerjaar
klas
periode
stof
20
Wo 19 mei §8.1
§8.2
: natuurkunde
: 2009/2010
:4 -- Van Buchem
: wk 20 – 26
: vwo 4 B H8
4
Citaat Feynman; Plafondballonnen; Kattenvel+glas; Waterstraal; Tl-buis
Extra opgave
a.
3 4 6 8 11
Bereken het aantal elektronen in 1,00 m koperdraad met een diameter van 1,0 mm.
Gebruik hierbij de dichtheid van koper, de massa van een koperatoom en het feit dat elk
koperatoom twee valentie-elektronen heeft.
b.
Bereken de gemiddelde driftsnelheid van een elektron in zo’n draad bij een
stroomsterkte van 0,50 ampère (dat betekent dat 0,50 coulomb per seconde
voorbijkomt, de elektronen in 1,0 m draad zijn dan bij een snelheid van v m/s in
t
c.
s 1, 0 m 1 seconde voorbij).


v
v
v
Gebruik de hieronder uitgelegde continuïteitsvergelijking om de driftsnelheid in een
koperdraad met diameter 2,0 mm en stroomsterkte 0,50 A uit te rekenen.
Spanning
Spanning tussen punten A en B UAB : het verschil in elektrische energie tussen A en B van één coulomb
lading. Deze energie komt bij het gaan van A naar B in eerste instantie vrij in de vorm van bewegingsenergie.
In bijvoorbeeld een draad botsen de versnelde elektronen met de ionen die daardoor een hogere gemiddelde
snelheid krijgen: de draad warmt op.
Dus: spanning = energieverschil per coulomb: U  Eel in J  V .
Q
C
Vergelijk het met zwaartekracht: een kilogram heeft op hoogte A meer zwaarte-energie dan op een lager punt
B. Bij het laten vallen van A naar B krijgt de kilo in eerste instantie bewegingsenergie. Een deel daarvan
wordt omgezet in warmte door wrijving (botsingen met de lucht). Je zou kunnen zeggen: “zwaartespanning” =
zwaarte-energieverschil per kg: U z 
Do 20 mei
Ezwaarte mgh
J
.
=
=g h in
massa
m
kg
Stroomsterkte vs. Stroomsnelheid bij water
Stel in een buis komt 1,0 L water per seconde voorbij. De stroomsterkte (het debiet) is dan 1,0 L/s. Stel
12 13 14 15 16
bovendien dat de dwarsdoorsnede een oppervlakte heeft van 5,0 dm2. Dan neemt een liter 2,0 cm buislengte in
(reken na!). In één seconde is één liter 2,0 cm opgeschoven, dus de stroomsnelheid is 2,0 cm/s (schets!).
Als de buis verderop zo wordt versmald dat de oppervlakte van de dwarsdoorsnede eenderde maal zo groot is
(1,67 dm2) , dan is daar de stroomsnelheid van het water driemaal zo groot: 6,0 cm/s (reken na!). Algemeen
geldt de continuïteitsvergelijking: A  v  constant (= de stroomsterkte) , met A de oppervlakte van de
dwarsdoorsnede in m2 en v de stroomsnelheid in m/s.
21
Wo 26 mei §8.3
Voor elektriciteit geldt exact hetzelfde, al gaat het nu om coulombs per seconde i.p.v. liters: in een
stroomkring is de stroomsterkte overal gelijk, terwijl de stroomsnelheid varieert met de doorsnede.
Weerstand R van een geleider: verhouding van spanning over en stroom door geleider [ohm Ω, vaak kilo-ohm
kΩ]
U (“Wet van Ohm”). Deze weerstand kan verschillend zijn bij verschillende stroomsterkten,
R
18-20
I
temperaturen, lichtsterkte, etc.. Als R constant is voor verschillende stroomsterkten (I en U gaan gelijk op, (IU)-grafiek is rechte), heet de geleider een ohmse weerstand.
Do 27 mei
§8.4
1.
Vermogen algemeen: omgezette energie per seconde: P  E , in [J/s = W, watt]
t
2.
3.
4.
Elektrisch vermogen van iets waar spanning U over staan en stroom I door loopt: P  U  I [watt
is dus ook = volt x ampère, W = V·A]
Als apparaat met vermogen van 1 kW één uur aanstaat verbruikt het (Q =) E = P · t = 1 kWh =
1000·3600 = 3,6·106 J.
P  U  I en U  I  R (wet van Ohm) combineren tot de praktische formules: P  I 2 R en
P
U 2 , handig als je de derde variabele nog niet weet.
R
P  I 2 R en P 
E combineren tot:
E  Q  I 2 R  t , waarbij E de omgezette elektrische energie is.
t
Aangezien die meestal in warmte wordt omgezet, wordt daar Q voor geschreven.
1
27 30 32 34-37
22
Wo 2 juni
§8.5

Stroom loopt ergens dóór: sluit een ampèremeter zo aan dat de stroom dóór de meter gaat (in
serie).

Spanning is een potentiaalverschil tussen twee punten: sluit een voltmeter op die punten aan
(parallel).
Belangrijke regels bij netwerken:

De totale stroomsterkte een knooppunt ín is nul (geen ladingsophoping). Geef hiertoe stromen ín
een +, stromen uít een -. Je kunt ook zeggen: stroom in = stroom uit.

Rond elke lus is de spanning nul. Geef hiertoe een potentiaaldaling een plus, een potentiaalstijging
een min. Je kunt ook zeggen: spanningsdaling = spanningsstijging.
41 43-48
Do 3 jun
§8.6
De weerstand van een draad is rechtevenredig met de lengte en omgekeerd evenredig met de dwarsdoorsnede
50 52 54 55
van de draad: R

draad

l
, met  de soortelijke weerstand van het materiaal (  soortelijke warmte!).
A
[eenheid van soortelijke weerstand: ohm maal meter,   m ].
Ter herinnering: dwarsdoorsnede A (van het Engelse area) is een oppervlakte in m2 . Als de dwarsdoorsnede
cirkelvormig is kun je gebruiken:
A   r 2  14  d 2
, waarin r de straal van de cirkel en d de diameter,
tweemaal de straal.
23
wo 9 jun
§8.7
Do 10 jun
58 61 63 64
Practicum weerstand
Bepaal de weerstand van een constantaan- of een chroomnikkeldraad door:
1.
de stroomsterkte door de draad als functie van de spanning over de draad te meten (Ga tot 5,0 V,
minstens 7 metingen);
2.
Een (I, U)-diagram te maken (Excel) met beste rechte door O;
3.
De steilheid van de rechte om te rekenen naar weerstand.
Herhaal de proef voor een lampje, zonder een rechte te laten tekenen. Hou rekening met de maximaal
toegestane spanning. Neemt de weerstand toe of af bij toenemende spanning? Laat Excel ook een (R,U)diagram tekenen. Maak een schatting van de weerstand bij 0 volt.
Eindproduct:
Schematische tekening meetopstelling(en);
Twee tabellen met meetgegevens en daaruit berekende waarden;
Uitleg berekening weerstand draad;
Twee complete diagrammen;
Uitleg schatting R (U=0).
24
Wo 16 jun
Do 17jun
25
Wo 23 jun
Uitwerken practicum
§8.8
§8.9
Weerstand van een weerstand (!) kan afhangen van:
1. temperatuur:
a.
meestal T > → R > : positieve temperatuurcoëfficiënt (R = C·T, met C positief) PTCweerstand
b. soms T > → R < : negatieve temperatuurcoëfficiënt (R = C·T, met C negatief) NTCweerstand
2. lichtsterkte:
a.
meestal intensiteit > → R < LDR-weerstand (light-dependent-resistant), veel gebruikt
bij systeemborden
3. stroomrichting:
a.
(halfgeleider)diode in doorlaatrichting geschakeld: R klein
(halfgeleider)diode in sperrichting geschakeld: R heel groot. Eindeloos veel op chips, ook voor wissel- naar
gelijkspanning
Kijk thuis eens in de meterkast!
Do 24 jun
26
toets hoofdstuk 8 (valentie 4)
2
66-70
72 75-77 79 80
NATUURKUNDE
SE:
CE:
NEE
NEE
DOSSIER MET:
a. 5 toetsen met open en gesloten vragen
b. 3 praktische opdrachten
Ad a.
Toets 1
PT 1
Tijd
50 minuten (week 40)
Vorm
schriftelijk open/gesloten vragen
valentie
3
Stof
optica voornamelijk uit klas 3
Toets 2
PT 2
Tijd
50 minuten (week 46)
Vorm
schriftelijk open/gesloten vragen
valentie
4
Stof
optica (hoofdstuk 6 en 7)
Toets 3
PT 3
Tijd
50 minuten (week 2 of 3)
Vorm
schriftelijk open/gesloten vragen
valentie
4
Stof
afronden, bewegingen (hoofdstuk 1 en 2)
Toets 4
PT 4
Tijd
50 minuten (week 14)
Vorm
schriftelijk, open/gesloten vragen
valentie
4
Stof
mechanica (hoofdstuk 3 + 4 )
Toets 5
PT 5
Tijd
50 minuten (eindtoetsweek)
Vorm
schriftelijk, open/gesloten vragen
valentie
4
Stof
hoofdstuk 8 (elektrische stromen)
3
Ad b. praktische opdracht
Praktische opdracht
PT 6
1
Tijd
Afsluiting week 4
Vorm
dossier met verslagen 2 practica
valentie
2
Stof
2 practica
Praktische opdracht
2
PT 7
Tijd
Afsluiting week 11
Vorm
dossier met verslagen 2 practica
valentie
2
Stof
2 practica
Praktische opdracht
3
PT 8
Tijd
Afsluiting week 23
Vorm
verslag
valentie
2
Stof
Practicum
4