Nova Natuurkunde MAX 2020 deel B - Hoofdstuk 5 - Schakelingen oefentoetsen & antwoorden

a) Door een ladingsverschil tussen deze twee objecten aan te brengen. b) Formule: U = I * R, eenheden: Spanning in Volt (V), Stroomsterkte in Ampère (A) en de Weerstand in Ohm (Ω). c) De weerstand van een gloeilampje is temperatuurgevoelig. Wanneer je de spanning verdubbeld, betekent het in dit geval niet dat de stroomsterkte dus ook verdubbeld.  Toelichting: Dit komt doordat de stroom door de draad van het gloeilampje de temperatuur van het materiaal laat stijgen. Doordat de temperatuur van het materiaal stijgt, stijgt de weerstand van het materiaal ook en geldt de Wet van Ohm niet meer. d) Bij een PTC stijgt de weerstand wanneer de temperatuur stijgt. Dus de weerstand wordt kleiner wanneer de temperatuur daalt. e) In een parallelschakeling kan de stroom op meerdere manieren door de schakeling bewegen. Dit betekent dat de stroomsterkte zich verdeelt in een parallelschakeling. f) Een infrarood sensor reageert op de infrarode straling die door mensen wordt uitgezonden. g) Een transistor staat in de AAN-stand wanneer er een kleine stroom loopt van de basis naar de emitter van de transistor. Er gaat dan een grotere stroom lopen van de collector naar de emitter.   a) Gegeven: Lading één elektron: 1,6 * 10$^{-19}$ C Gevraagd: Aantal elektronen voor 9 Coulomb Formule: Lading = Aantal elektronen * 1,6 * 10$^{-19}$  C → Omgebouwd: Aantal elektronen = Lading / (1,6 * 10$^{-19}$  C) Invullen: Aantal elektronen = Lading / (1,6 * 10$^{-19}$  C) =  9 C / (1,6 * 10$^{-19}$9  C) = 5,625 * 10$^{-19}$ Antwoord: Voor een lading van 9 C zijn 5,625 * 10$^{-19}$ elektronen nodig. b) Gegeven: Stroomsterkte = 0,45 A Lading = 9 Coulomb Gevraagd: Tijd Formule:  Q = I * t → omgebouwd: t = Q/I Invullen: t = Q/I = 9 / 0,45 = 20 sec. Antwoord: Het duurt 20 seconden om een lading van 9 C te krijgen bij een stroomsterkte van 0,45A.   a) Belangrijke kenmerken kloppend diagram: U op de x-as I op de y-as  Grafiek gaat door de oorsprong Diagram: b) Het gaat hier om een Ohmse weerstand. Het U,I-diagram toont een recht evenredig verband. Dit is kenmerkend voor een Ohmse weerstand. c) De Wet van Ohm geldt bij een Ohmse weerstand. Dit betekent dat hierbij de weerstand van het materiaal niet afhangt van de temperatuur.   a) Gegeven: Ut (bronspanning) = 18 V U1 (spanning over R1) = 5 V U3 (spanning over R3) = 5 V I1 (stroomsterkte door R1) = 2,0 A Gevraagd: De weerstand van R2 Formules: Spanning in serie: Ut = U1 + U2 + U3 Stroomsterkte in serie: It = I1 = I2 = I3 U = I * R, omgebouwd: R = U/I Invullen: De stroom door R1 van 2,0 A gaat dus ook door R2 (want It = I1 = I2 = I3) De spanning verdeelt zich in serieschakelingen. Om de spanning te berekenen in een serieschakeling geldt er: Ut = U1 + U2 + U3. Ingevuld is dit 18V = 5V + U2 + 5V. Dus U2 = 18 - 5 - 5 = 8 V. De spanning over weerstand R2 is 8V. R = U/I invullen geeft R = 8/2 = 4Ω Antwoord: De weerstand van R2 is 4Ω. b) Gegeven: Ut = 18 V It (stroomsterkte door de bron) = 2,0 A Gevraagd: De totale weerstand van de schakeling Formules: R = U/I Invullen: R = U/I = 18V / 2A = 9Ω Antwoord: De totale weerstand van de schakeling is 9Ω.   Gegeven: U1 = 5 V I3 = 0,08 A R3 = 50 Ω Gevraagd: De weerstand van R4 Formules: U = I * R, omgebouwd: R = U/I Spanning in parallel: Ut = U1 = U2 = U3 = U4 Spanning in serie: Ut = U1 + U2 + U3 + U4 Stroomsterkte in serie: It = I1 = I2 = I3 Oplossen:  De spanning over R1 is 5,0 V. Dit betekent dat de spanning over R3 en R4 samen ook 5,0 V moet zijn want R3 en R4 zijn in serie geschakeld (er geldt dus in deze schakeling Ut = U1 = U2 = U3 + U4). De stroom door R4 is gelijk aan de stroom door R3. I3 is 0,08 A, dus door R4 gaat dezelfde stroomsterkte van 0,08 A. Door te bereken wat de spanning over R3 is, kan er uiteindelijk berekend worden wat de weerstand van R4 is. Invullen: Spanning over R3 U = I * R U3 = I3 * R3 = 0,08 * 50 = 4 V. Spanning over R4 Dit betekent dat de spanning over R4 dus 5 V - 4 V = 1 V bedraagt. Dit invullen geeft: R4 = U4/I4  = 1V/0,08A = 12,5 Ω Antwoord: De weerstand van R4 bedraagt 12,5Ω.   b) Beredeneren: In deze parallelschakeling geldt Ut = U1 = U2 = U3 + U4 , dit betekent dat de spanning die over R1 staat, ook over R2 staat. De spanning over R2 is dus 5,0 Volt. Of berekenen met de volgende gegevens: De weerstand van R2 is 20 Ω en de stroomsterkte hierdoor is 0,25 A. U = I * R invullen geeft U = I * R = 20 * 0,25 = 5 V. Klopt dus.   c) Gegeven: U1 = U2 = U3+4 = 5 V I3 = I4 = 0,08 A R3+4 = 50 + 12,5 = 62,5Ω R1 = R2 = 20 Ω Gevraagd: De totale stroomsterkte It Formules: U = I * R, omgebouwd: I = U/R Weerstand in parallel: 1/Rt = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3+4) Spanning in serie: Ut = U1 + U2 + U3 + U4 Invullen:  1/Rt = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3+4) invullen: 1/Rt = (1/20) + (1/20) + (1/62,5) = 0,116 1/Rt = 0,116 → Rt = 1/0,116 = 8,62068966 Ω Ut = 5,0 V en Rt = 8,62068966 Ω invullen in I = U/R = 5/8,62068966 = 0,58 A. Antwoord: De totale stroomsterkte It door de bron bedraagt 0,58 A. Opmerking: Dit zou je ook kunnen berekenen door te berekenen wat de stroomsterkte bedraagt door iedere tak van de parallelschakeling.   Sensor: Versnellingssensor Schakelaar: vergelijken inputsignaal van versnellingssensor met waarde van ingestelde waarde voor 12 m/s². Actuator: Airbag   Bol B zal hierna positief geladen zijn. Wanneer de positief geladen staaf in de buurt komt van de twee bollen, zullen alle negatieve deeltjes op bol A gaan zitten. Want positieve en negatieve lading trekken elkaar aan. Wanneer de twee bollen uit elkaar gehaald worden, is er hierdoor op bol A een overschot aan negatieve lading en op bol B een overschot aan positieve lading. Dit komt doordat de negatieve lading die eerst op bol B zat (en waardoor deze eerst neutraal was geladen) naar bol A is toegegaan. Hierdoor is er nu meer positieve dan negatieve lading op bol B te vinden en is deze dus netto positief geladen.   a) Gegeven: U3 = 7,5 V I1 = I2 = 0,3 A R3 = 25Ω I4 = 0,2 A Gevraagd: De totale stroomsterkte It Formules: U = I * R, omgebouwd: I = U/R Stroomsterkte in parallel: It = I1 + I2 + I3 + I4 Invullen:  De totale som van de stroomsterkte in deze schakeling is It = I1 + I3 + I4, omdat R1 en R2 in serie geschakeld staan en daardoor dus dezelfde stroom loopt. Enkel de stroom door R3 is nog onbekend. I = U/R invullen hiervoor geeft:  I3 = Ut/R3 = 7,5/25 = 0,3 A. It = I1 + I3 + I4 invullen geeft It = 0,3 + 0,3 + 0,2 = 0,8 A. Antwoord: De totale stroomsterkte It door de bron bedraagt 0,8 A.   b) Gegeven: R4 = 35 Ω I4 = 0,2 A Gevraagd: Spanning over R4 Formules: U = I * R Invullen:  U = I * R = 0,2 * 35 =  7,0 V Antwoord: De spanning over R4 bedraagt 7,0 V.   c) Gegeven: U3 = Ut = 7,5 V U4 = 7,0 V I4 = 0,2 A Gevraagd: Weerstand van de koperdraad Formules: U = I * R, omgebouwd: R = U/I Spanning in serie: Ut = U1 + U2 + U3 + U4 Invullen:  De totale som van de spanning in één vertakking van de parallelschakeling staat gelijk aan de bronspanning. Er geldt dus: Ut = U4 + Ukoperdraad en dus ook Ukoperdraad = Ut - U4 Dit invullen geeft Ukoperdraad = Ut - U4 = 7,5 - 7,0 = 0,5 V. Er staat dus een spanning van 0,5 V over het koperdraad. De stroomsterkte door R4 is dezelfde stroomsterkte door het koperdraad en dit is dus ook 0,2 A. Rkoperdraad = Ukoperdraad/I4 = 0,5/0,2 = 2,5 Ω. Antwoord: De weerstand van het koperdraad is 2,5 Ω.   a) Een LDR. Een LDR is namelijk lichtgevoelig. De weerstand hiervan daalt wanneer er meer licht opvalt. b) Om de lamp te laten branden is een grote stroomsterkte nodig. De toenemende weerstand van de LDR zorgt ervoor dat er een schakelstroom tussen de basis en de emitter van de transistor zal gaan lopen. Dit veroorzaakt een veel grotere apparaatstroom die tussen de collector en emitter vervolgens ingeschakeld wordt.