hoofdstuk 2

Overal Natuurkunde 4 havo
Uitwerkingen oefenopgaven
2 Elektriciteit
2.7 Afsluiting
Oefenopgaven
70
a Twee batterijen van 4,5 V in serie met twee batterijen van 1,5 V met de + kant iedere keer aan de −
kant aangesloten. Zie de figuur hieronder.
b 12V, deze spanning is net zo groot als de spanning van de spanningsbron.
c Over de weerstanden staat een spanning van 12V.
De geleidbaarheid van één weerstand: G =
1
𝑅
=
1
10
= 0,10 S.
De geleidbaarheid van beide weerstanden parallel is dan 0,20 S.
De stroomsterkte: I = G · U = 0,20 × 12 = 2,4 A.
d P = U · I en E = P · t. Dus P = 12 × 2,4 = 28,8 W en E = 28,8 × 60 = 1728 J = 1,7 · 103 J.
e De spanning wordt lager en de geleidbaarheid blijft gelijk. Dan wordt ook de stroomsterkte lager.
71
a Het atoom is neutraal dus zijn er ook 80 protonen met een even grote maar tegengestelde lading.
Q = 80 × + 1,60 · 10−19 = + 1,28 · 10−17 C
b Het ion is nu 2+ geladen (Hg2+). Q = + 3,2 · 10−19 C
c 250 mA = 0,250 C/s. Iedere seconde zijn dat
0,250
1,60∙10−19
= 1,56 · 1018 elektronen.
72
a De weerstanden zijn gelijk bij deze temperatuur, dus door iedere weerstand gaat dezelfde
stroomsterkte. Gebruik I =
𝑈
𝑅
→I=
24
120
= 0,20 A.
b Weerstand X, want de stroomsterkte door X is lager dan bij de hogere temperatuur.
c De stroomsterkte is afgenomen, dus de weerstand is toegenomen bij een lagere temperatuur.
Weerstand X is een NTC.
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OEFENOPGAVEN 4 HAVO HOOFDSTUK 2
1
73
a De stroommeter moet in serie staan met de led en de spanningsmeter parallel aan een led.
Zie de figuren hieronder.
b De leds staan in serie met de weerstand, dus 22,0 = 6·ULED + UR, waarin ULED = 2,72 V (lees af bij
16 mA in figuur 2.62 van het boek).
5,68
Dus UR = 22,0 − 6 × 2,72 = 5,68 V. Dan is R =
0,016
= 3,6 · 102 Ω.
c De weerstand beperkt de grootte van de stroomsterkte door de leds; de leds gaan langer mee; de
leds verbruiken minder energie.
d Op de spanningsbron zijn dan
1,0
0,125
= 8 stroken aangesloten. Alle stroken zijn parallel geschakeld,
dus levert de spanningsbron een stroomsterkte van 8 × 0,016 = 0,128 = 0,13 A.
e Er geldt: Pmax = U · Imax, waarin Pmax = 26 W en U = 22 V. Dan is Imax =
meter lint is de stroomsterkte 0,13 A. Het lint mag dan
1,18
0,128
𝑃max
𝑈
=
26
22
= 1,18 A. Per
= 9,2 m lang worden.
74
a In deze stand zijn de draden in serie geschakeld, dus RAB = RAC + RBC = 529 + 529 = 1058 Ω.
b Gebruik P = U · I, waarin U = 230 V en I =
𝑈
𝑅totaal
=
230
1058
= 0,2174 A.
P = 230 × 0,2174 = 50,0 W
c In stand II loopt er alleen een elektrische stroom door de draad AC. RAC = 529 Ω en dat is
inderdaad tweemaal zo klein als de weerstand in stand I.
d In stand III zijn de twee draden parallel geschakeld. Dus de stroomsterkte in stand III is tweemaal
zo groot als die in stand II. Daaruit volgt dat het vermogen in stand III inderdaad tweemaal zo groot
is als het vermogen in stand II (want P = U · I).
75
a Als R niet veel kleiner is dan de weerstand van het lampje zou de stroomsterkte door R de
spanning over het lampje te veel beïnvloeden.
b Op t = 0 s is de stroomsterkte 0,35 A. Dan is de totale weerstand van het circuit:
Rtotaal =
𝑈bron
𝐼
=
6,0
35
= 17,1 Ω. Hieruit volgt dat RL = 17,1 − 2,0 = 15 Ω.
c Door het inschakelen van de stroom stijgt de temperatuur van de gloeidraad. Als de temperatuur
stijgt, neemt de weerstand van de gloeidraad toe. Hierdoor neemt de totale weerstand van het
circuit toe en daalt de stroomsterkte.
d Voor het vermogen dat het lampje opneemt, geldt: P = UL · I.
Uit de grafiek blijkt dat I = 0,080A.
De spanning over het lampje is: UL = Ubron − I · R = 6,00 − 0,080 × 2,0 = 5,84 V.
Hieruit volgt dat P = 5,84 × 0,080 = 0,47 W.
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OEFENOPGAVEN 4 HAVO HOOFDSTUK 2
2
76
a Voor de energie geldt: E = P ∙ t; de oppervlakte onder de grafiek is dus gelijk aan de gebruikte
energie. Per kop koffie een gebruik van 1,10 ∙ 103 × 24,0 + 40 × 20,0 = 27,2∙103 J.
In een jaar dus 365 × 4 × 27,2 ∙ 103 J = 3,97 ∙ 107 J =
b P=U∙I →I=
U=I∙R→R=
𝑃
=
𝑈
𝑈
𝐼
1,10∙103
=
230
230
4,78
3,97∙107
3,6∙106
= 11 kWh.
= 4,78 A
= 48,1 Ω
c Als de nichroomdraad dunner wordt, wordt de weerstand groter. Hierdoor neemt de stroomsterkte
door het element af (want de spanning is constant) en wordt het vermogen kleiner.
d De weerstand van de ijzerdraad is bij kamertemperatuur 6 keer zo klein als bij 800 °C, de
stroomsterkte is dan 6 keer groter. Bij 800 °C is de stroomsterkte 4,78 A (zie b). Bij
kamertemperatuur is de stroomsterkte dus 6 × 4,78 = 28,7 A en dat is ruim boven de 16 A. De
zekering zal doorbranden.
77
a Het vermogen van één led is P = U · I. Dan is P = 2,4 × 0,060 = 0,144 W. Je hebt dan
12
0,144
= 83 leds nodig.
b Voor het rendement geldt η =
𝑃nut
𝑃in
→η=
1,0
12
= 0,083 (= 8,3 %).
1,2
c Bij de leds is de omzetting van elektrische energie in licht 10% (
12
Bij de leds wordt in de lens naar verhouding minder warmte geproduceerd
gloeilamp
5,0
) en bij de gloeilamp 5% (100).
(0,2
= 17%) dan bij de
1,2
(4,0
= 80%).
5,0
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OEFENOPGAVEN 4 HAVO HOOFDSTUK 2
3