Polaris Natuurkunde - Hoofdstuk 6 - Materialen oefentoetsen & antwoorden

De kracht per vierkante meter die op een kabel staat.De lijn loodrecht op het grensvlak tussen lucht en water.Stroming, straling en geleiding. Een permanente magneet is gemaakt van een materiaal dat van nature magnetisch is. Een elektromagneet is alleen magnetisch met behulp van een elektrische stroom. Formule: $\epsilon = \frac{\Delta l}{l_0}$.Hierin is $\epsilon$ de relatieve rek, $\Delta l$ de lengteverandering in $m$ en $\l_0$ de beginlengte in $m$.  Formule: $\frac{\sin(i)}{\sin(r)} = n$Hierin is $i$ de hoek van inval in graden, $r$ de hoek van breking in graden en $n$ de brekingsindex (geen eenheid). Formule: $R=\frac{\rho \times l}{A}$Hierin is $R$ de weerstand in $\Omega$, $\rho$ de soortelijke weerstand in $\Omega m$, $l$ de lengte van de draad in $m$ en $A$ de doorsnede van de draad in $m^2$. Overgang A is juist weergegeven. De lichtstraal komt namelijk loodrecht op het prisma binnen.Overgang B is onjuist weergegeven. De lichtstraal valt bij B niet loodrecht op het glas van het prisma, dus zal dit moeten breken. Het kan in ieder geval niet in dezelfde rechte lijn het prisma weer uitgaan en dus is overgang B onjuist weergegeven. Via straling (want er is geen tussenstof in de ruimte)Via stroming, straling én geleidingVia stroming en straling.Toelichting: De drie soorten vormen van warmtetransport zijn: stroming, straling en geleiding. Bij straling is er geen tussenstof nodig en bij de andere vormen van warmtetransport wel. Gegeven: Oppervlakte (A) = 0,005 cm² = 0,000 000 5 m² (4 nullen erbij)Trekspanning ($\sigma$) = treksterkte = $4,2 \cdot 10^8$ N/m²Gevraagd: Kracht (F) in Newton (N)Formule: $\sigma = \frac{F}{A} \to F = \sigma \times A$Invullen: $F = 0,000 0005 \times 4,2 \cdot 10^8 = 210 \ N$Conclusie: Er kan 210 N aan hangen voordat deze staaldraad breekt. Hij kan dus de kroonluchter veilig ophangen. Teken eerst een normaal op het punt waar de lichtstraal binnenkomt op het blok:De hoek van inval van het licht met de normaal opmeten geeft ongeveer een hoek van 13°.Gegeven:Hoek i = 13°n = 1,5Gevraagd: Hoek r (oftewel: de hoek van breking)Formule: sin⁡(i)sin⁡(r)=n\frac{\sin(i)}{\sin(r)} = nsin(r)sin(i)​=nBerekenen:sin⁡(i)sin⁡(r)=n→sin⁡(r)=sin⁡(i)n\frac{\sin(i)}{\sin(r)} = n \to \sin(r) = \frac{\sin(i)}{n}sin(r)sin(i)​=n→sin(r)=nsin(i)​Dus sin⁡(i)=sin⁡(13)1,5=0,14996737\sin(i) = \frac{\sin(13)}{1,5} = 0,14996737sin(i)=1,5sin(13)​=0,14996737Gebruik van de inverse sinus geeft dan: Hoek r = sin(0,14996737)-1 = 8,6250 ≈ 9°Conclusie: De hoek van breking is 9°. Dit tekenen in het perspex blok:Toelichting: Hoek r is dus 9° met de eerste normaal. Let erop dat de lichtstraal het blok met een hoek van 13° graden met de tweede normaal weer verlaat.Let op: In de meeste gevallen mag een getekende lichtstraal maximaal 2° afwijken van de daadwerkelijke waarde. Dus je moet behoorlijk nauwkeurig tekenen! De zon straalt warmte die door het glas wordt overgenomen maar ook doorgelaten (dus een klein deel van de stralingsenergie gaat in het glas zitten en verwarmt de klas) en een groot deel zal de kamer verwarmen. Het glas brengt zijn warmte over door het contact met de lucht in de kamer, dit gebeurt door geleiding van warmte. De kamer zal opwarmen en er zal stroming ontstaan. Koudere delen in de kamer zullen door de opstijgende warmere lucht in stroming gebracht worden waardoor uiteindelijk de kamer lekker warm wordt, ook in de schaduwgedeeltes van de kamer. Gegeven: Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) = 0,9 W/(m x K)Oppervlakte (A) = 5 m²Temperatuurverschil (ΔT) = 22 °CDikte (d) = 2 cm = 0,02 mGevraagd: Warmtestroom (P) in Watt (W)Formule: $P =\lambda \times A\frac{A}{d} \times \Delta T$Invullen: $P =0,9 \times \frac{5}{0,02} \times 22 = 4950 \ W$.Conclusie: Er stroomt 4950 W doorheen. Gegeven: $\rho=45 \cdot 10^{-8} \ \Omega m$; $l=1,25$ m; $R=2,67 \ \Omega$Gevraagd: $A$$R=\frac{\rho \times l}{A} \rightarrow A=\frac{I \times \rho}{R}$Berekening: $A=\frac{1,25\times 45 \times 10^{-8}}{2,67}=2,1067 \times 10^{-7} \ m^2$Conclusie: $A \approx 2,1 \cdot 10^{-7} \ m^2$.Gegeven: $R=2,67 \ \Omega$; $l=2$ m; $A = 5,39 \ mm^2 = 0,000 000 539 \ m^2$Gevraagd: $\rho$Formule: $R=\frac{\rho \cdot l}{A}$ → $\rho = \frac{A \times R}{l}$Berekening: $R=\frac{0,000 000 539 \times 2,67}{2}=7,195… \times 10^{-7}$Conclusie: $\rho =7,2\times10^{-7} = 72 \times 10^{-8} \ \Omega m$, dus het is roestvrij staal. Volgens de formule ($B=\frac{\mu \times N \times I}{l}$) is de veldsterkte evenredig met de stroomsterkte.Een halvering van de stroomsterkte betekent dus een halvering van de inductie, naar 3,6 T. Gegeven: $B = 7,2 \ T$, $I = 1,2 \times 10^3 \ A$, $l= 80 \ m$, $N= 120$Gevraagd: $\mu = $?Formule: $B=\frac{\mu \times N \times I}{l} \to \mu = \frac{B \times l}{N \times I}$Berekening: $\mu = \frac{7,2 \times 80}{120 \times 1,3 \times 10^3} = 0,0037$Conclusie: $\mu = 0,0037 $ H/m