Pulsar Natuurkunde 3e ed - Hoofdstuk 5 - Elektriciteit oefentoetsen & antwoorden

a) Een elektrische stroom bestaat uit elektronen. Dit zijn geladen deeltjes.b) De meeste apparaten zijn in huis parallel geschakeld. Dit wordt gedaan omdat je op deze manier apparaten los van elkaar uit kan zetten. Wanneer alle apparaten in serie geschakeld staan, zouden bijvoorbeeld de TV en koelkast uitgaan wanneer je een leeslampje uitschakelt.c)Grootheid: Spanning (U), Eenheid: Volt (V)Grootheid: Stroomsterkte (I), Eenheid: Ampère (A)Grootheid vermogen (P), Eenheid: Watt (W)d) Een voltmeter sluit je parallel aan een object aan. Je wilt namelijk de spanning over een object meten (dus over twee verschillende punten. Een ampèremeter sluit je in serie aan (dus naast een object in een schakeling). Je wilt namelijk de stroomsterkte die door het object gaat meten.e) De Wet van Ohm beschrijft dat de stroomsterkte recht evenredig met de spanning is en omgekeerd evenredig met de weerstand. Dit geldt enkel bij Ohmse weerstanden.f) De draad met een kleine dwarsdoorsnede heeft de grootste weerstand. Hierdoor kunnen namelijk per seconden minder elektronen stromen, dus is de stroomsterkte bij een draad met een kleine dwarsdoorsnede kleiner ten opzichte van een draad met een grote dwarsdoorsnede. En er geldt: hoe groter de stroomsterkte, hoe kleiner de weerstand. Dus de draad met een kleinere dwarsdoorsnede heeft de grootste weerstand van de twee.g) De veldlijnen van een magneet geven de richting van het magneetveld van de magneet aan.h) Een elektromotor zet elektriciteit om in beweging.i)Rekenregels bij serieschakelingenSpanning: Ut = U1 + U2 + U3Stroomsterkte: It = I1 = I2 = I3Weerstand: Rt = R1 + R2 + R3Rekenregels bij parallelschakelingenSpanning: Ut = U1 = U2 = U3Stroomsterkte: It = I1 + I2 + I3 a) Gegeven:Energie uit één elektron: 1,6 * 10$^{-19}$ JGevraagd: Aantal elektronen voor 9 Joule Formule: Energie = Aantal elektronen * 1,6 * 10$^{-19}$  J → Omgebouwd:Aantal elektronen = Energie / (1,6 * 10$^{-19}$  J)Invullen:Aantal elektronen = Energie / (1,6 * 10$^{-19}$  J)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) Kleinerc) Belangrijk: Voltmeter parallel aan lampje getekend en Ampèremeter in serie getekend.d) Gegeven:P = 6WU = 15VGevraagd: IFormule: P = U * I, omgebouwd is dit: I = P/UInvullen: I = P/U invullen geeft: I = 6/15 = 0,4 A.Antwoord: Hiervoor zou een stroomsterkte van 0,4 A nodig zijn. a) Belangrijke kenmerken kloppend diagram:U op de x-asI op de y-as Grafiek gaat door de oorsprongDiagram: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 VU1 (spanning over R1) = 5 VU3 (spanning over R3) = 5 VI1 (stroomsterkte door R1) = 2,0 AGevraagd: De weerstand van R2Formules:Spanning in serie: Ut = U1 + U2 + U3Stroomsterkte in serie: It = I1 = I2 = I3U = I * R, omgebouwd: R = U/IInvullen: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 = 4ΩAntwoord: De weerstand van R2 is 4Ω.b) Gegeven:Ut = 18 VIt (stroomsterkte door de bron) = 2,0 AGevraagd: De totale weerstand van de schakelingFormules:R = U/IInvullen: R = U/I = 18V / 2A = 9ΩAntwoord: De totale weerstand van de schakeling is 9Ω.c) Gegeven:Ut (bronspanning) = 18 VIt (stroomsterkte door alle objecten in de serieschakeling) = 2,0 AGevraagd: PFormule: P = U * IInvullen: P = U * I invullen geeft: P = 18 * 2 = 36 W.Antwoord: Er wordt in totaal een vermogen van 36 W aan de drie weerstanden afgegeven. Gegeven:U1 = 5 VI3 = 0,08 AR3 = 50 ΩGevraagd: De weerstand van R4Formules:U = I * R, omgebouwd: R = U/ISpanning in parallel: Ut = U1 = U2 = U3 = U4Spanning in serie: Ut = U1 + U2 + U3 + U4Stroomsterkte in serie: It = I1 = I2 = I3Oplossen: 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 R3U = I * RU3 = I3 * R3 = 0,08 * 50 = 4 V.Spanning over R4Dit 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 ΩAntwoord: 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.  a) Een luidspreker zet elektrische signalen in geluidstrillingen om.b) Een elektrisch signaal wordt als wisselstroom door een spoel van een luidspreker gestuurd. Hierdoor wordt de spoel een elektromagneet. Door het wisselen van de stroomrichting, verandert ook continu de richting van het magneetveld van de spoel. Om de spoel zit een permanente magneet. Deze wordt (door het wisselende magneetveld van de spoel) heel snel continu aangetrokken en afgestoten door de spoel. Hierdoor beweegt de conus die bij de permanente magneet zit en begint de lucht rondom de conus te trillen. Zo worden elektrische signalen die de luidspreker inkomen omgezet tot hoorbare geluidstrillingen.c) Harderd) Een tweede luidspreker kan het beste parallel aan de eerste luidspreker geschakeld worden. Op deze manier kan er over beide luidsprekers een zo groot mogelijke spanning staan en daardoor ook door beide luidsprekers een zo groot mogelijke stroomsterkte gaan. Hierdoor kunnen beide luidsprekers op het hoogst haalbare vermogen werken en is de kans het grootst dat de muziek over de luidsprekers in de gehele garage te horen zal zijn. 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 VI1 = I2 = 0,3 AR3 = 25ΩI4 = 0,2 AGevraagd: De totale stroomsterkte ItFormules:U = I * R, omgebouwd: I = U/RStroomsterkte in parallel: It = I1 + I2 + I3 + I4Invullen: 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 ΩI4 = 0,2 AGevraagd: Spanning over R4Formules:U = I * RInvullen: U = I * R = 0,2 * 35 =  7,0 VAntwoord: De spanning over R4 bedraagt 7,0 V. c) Gegeven:U3 = Ut = 7,5 VU4 = 7,0 VI4 = 0,2 AGevraagd: Weerstand van de koperdraadFormules:U = I * R, omgebouwd: R = U/ISpanning in serie: Ut = U1 + U2 + U3 + U4Invullen: 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 - U4Dit 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.