Polaris NaSk1 - Hoofdstuk 2 - Elektriciteit oefentoetsen & antwoorden

Een stroomkring bestaat uit:Een spanningsbron die de elektrische energie levert.Stroomdraden.Een apparaat of onderdeel dat elektrische energie gebruikt.Bij een serieschakeling verdeelt de spanning zich over de onderdelen; bij een parallelschakeling is de spanning over elk onderdeel even groot als de spanning van de spanningsbron (ofwel $U_{spanningsbron} = U_1 = U_2 = …$).De aardlekschakelaar meet het verschil in stroomsterkte tussen de stroom die naar de groepen gaat en de stroom die terugkomt. Als er een verschil is, lekt er ergens stroom weg. De aardlekschakelaar schakelt de stroom in de groepen uit als het verschil in stroomsterkte groter is dan 30 mA.Een energiebedrijf meet de elektrische energie in kilowattuur (kWh).Het rendement geeft aan welk deel van de toegevoerde energie wordt omgezet in nuttige energie. Waar. Hoe groter de stroomsterkte, des te kleiner is de weerstand, zie ook de formule $R = \frac{U}{I}$. (Vul eventueel getallen in en kijk wat het doet met de berekening.)Niet waar. Bij een serieschakeling loopt er geen stroom meer als de stroomkring bij één onderdeel wordt onderbroken. Niet waar, de nuldraad is blauw. Niet waar. Hoe groter de spanning, des te groter is het vermogen. Zie ook de formule $P = U \cdot I$. (Vul eventueel getallen in en kijk wat het doet met de berekening.)Waar. De formule om capaciteit te berekenen is $C = I \cdot t$. (Vul eventueel getallen in en kijk wat het doet met de berekening.) In afbeeldingen 1 en 4 zullen de lampjes branden. In afbeelding 1 en 4 is er sprake van een gesloten stroomkring (in afbeelding 4 is de schakelaar gesloten). In afbeelding 2 is de schakelaar open, waardoor de stroomkring niet gesloten is.In afbeelding 3 zijn de stroomdraden niet volledig, waardoor de stroomkring niet gesloten is. Schakelschema A is een voorbeeld van een parallelschakeling; schakelschema B is een voorbeeld van een serieschakeling.In een serieschakeling is er maar één stroomkring. De stroom kan dus maar één route volgen.In een parallelschakeling is er meer dan één stroomkring. De stroom kan dus meerdere routes volgen.Gegeven:$R_1 = 5\ \Omega$$R_2 = 3\ \Omega$Gevraagd:$R_v = ?\ \Omega$Formule:In een parallelschakeling geldt $\frac{1}{R_v} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$Berekening:$\frac{1}{R_v} = \frac{1}{5} + \frac{1}{3}$$\frac{1}{R_v} = 0,2 + 0,33$$\frac{1}{R_v} = 0,53$$R_v = \frac{1}{0,53} = 1,89\ \Omega$Conclusie:De vervangingsweerstand in de parallelschakeling is 1,9 Ω.Gegeven:$R_1 = 5\ \Omega$$R_2 = 3\ \Omega$Gevraagd:$R_v = ?\ \Omega$Formule:In een serieschakeling geldt $R_v = R_1 + R_2$Berekening:$R_v = 5 + 3 = 8\ Omega$Conclusie:De vervangingsweerstand in de serieschakeling is 8 Ω.Gegeven:$R_{v,parallel} = 1,9\ Omega$$R_{v,serie} = 8\ \Omega$$U = 9\ V$Gevraagd:$I_{parallel} = ?\ A$$I_{serie} = ?\ A$Formule:$R = \frac{U}{I}$Berekening:Voor de parallelschakeling geldt:$1,9 = \frac{9}{I_{parallel}}$: 1,9      : 1,9$I_{parallel} = 9 : 1,9 = 4,74\ A$Voor de serieschakeling geldt:$8 = \frac{9}{I_{serie}}$: 8      : 8$I_{serie} = 9 : 8 = 1,13 A$Conclusie:De stroomsterkte in de parallelschakeling is 5 A.De stroomsterkte in de serieschakeling is 1 A. De vier maatregelen in huis en voor apparaten zijn:De zekeringDe randaardeEen aardlekschakelaarDubbele isolatie van elektrische apparatenRandaarde zorgt ervoor dat de metalen buitenkant van een apparaat niet onder stroom staat. Het snoer van het apparaat heeft een aardraad, die via de metalen stripjes aan de buitenkant van de stekker verbonden is met de metalen pinnetjes in een geaard stopcontact. De aarddraad is weer verbonden met een koperen buis die diep in de grond steekt, en zo kan de stroom afgevoerd worden.Het symbool betekent “dubbele isolatie”. Niet alleen de stroomdraden in het apparaat hebben een isolerende laag, maar ook de buitenkant van het apparaat is van isolerend materiaal. De Xbox verbruikt de meeste energie. Bij een vermogen van 1 Watt is het energiegebruik 1 joule per seconde, dus de Xbox gebruikt 200 J/s (en de PlayStation 102 J/s).Gegeven: $P_{Playstation} = 102\ W = 0,102\ kW$$P_{Xbox} = 200\ W = 0,22 \ kW$$t = 4\ uur$Gevraagd: $E_{Playstation}=?\ kWh$$E_{Xbox} =?\ kWh$Formule:$E=P \cdot t$Berekening:$E_{Playstation} = 0,102\times 4=0,408\ kWh$$E_{Xbox}=0,200\times 4 = 0,800\ kWh$Antwoord:De PlayStation verbruikt 0,41 kWh en de Xbox verbruikt 0,80 kWh. Gegeven: C=17,4 AhC=17,4\ AhC=17,4 AhI=3 AI=3\ AI=3 AU=230 VU=230\ VU=230 VGevraagd: t=? uurt=?\ uurt=? uurFormule:C=I⋅tC=I \cdot tC=I⋅tBerekening:17,4=3×t17,4 = 3 \times t17,4=3×t:3 :317,4:3=t17,4:3=t17,4:3=tt=5,8 uurt = 5,8\ uurt=5,8 uurAntwoord:De accu van de fatbike is na 5,8 uur leeg. Gegeven:$U = 15\ V$Gevraagd:$R = ?\ \Omega$Formule:$R = \frac{U}{I}$Berekening:De stroomsterkte kan je aflezen in het diagram, die is bij een spanning van 15 V gelijk aan 60 mA.$I = 60 : 1000 = 0,060\ A$$R = \frac{15}{0,060} = 250\ \Omega$Conclusie:De weerstand bij een spanning van 15 V is 250 Ω.Het verband tussen de stroomsterkte en de spanning noemen we een evenredig verband.Als de spanning over de weerstand twee keer zo groot wordt, dan wordt de stroomsterkte in de weerstand ook twee keer zo groot.Het zou kunnen zijn dat de wijzer niet uitslaat vanwege het grote meetbereik. Mohammed moet dus een kleiner meetbereik kiezen waarop de uitslag van de wijzer goed is af te lezen. De schakeling in de afbeelding is een parallelschakeling: de lampen hebben ieder hun eigen stroomkring.b. c. De laatste afbeelding is correct.Toelichting:De ampèremeter zet je in serie (dus naast) een van de lampjes. De ampèremeter meet de stroom. In de eerste afbeelding heeft de ampèremeter een eigen stroomkring;In de tweede afbeelding meet het de stroom over de gehele schakeling (in een parallelschakeling verdeelt de stroom zich over de onderdelen);In de derde afbeelding staat de ampèremeter in serie met een lampje.De voltmeter zet je parallel over een van de lampjes. De voltmeter meet de spanning. In de eerste afbeelding is de voltmeter onderdeel van de stroomkring;In de tweede afbeelding heeft de voltmeter een eigen stroomkring;In de derde afbeelding staat de voltmeter parallel over een van de lampjes. Gegeven: $P=2500\ W$$U=230\ V$Gevraagd: $I=? \ A$Formule:$P=U \cdot I$Berekening:$2500=230 \times I$:230     :230$2500 : 230 = 10,87\ A$$I=10,87\ A$Antwoord:De stroomsterkte door de zekering is 10,87 A.Gegeven: $P=2400\ W$$U=230\ V$$I_{wasmachine}=10,87\ A$De maximale stroomsterkte op de groep is 16 A (zekering). Gevraagd: Is het mogelijk om een droger aan te sluiten op dezelfde groep? Formule:$P=U \times I$Berekening:$2400 = 230 \times I$: 230      : 230$2400 : 230 = 10,43\ A$De stroomsterkte van de droger is 10,43 ADe totale stroomsterkte van de groep is dus $10,87\ \text{(wasmachine)} + 10,43\ \text{(droger)} = 21,30\ A $Dat is meer dan de maximale stroomsterkte op de groep. Antwoord:Het is niet mogelijk, omdat de totale stroomsterkte op de groep 21,3 A is. Dat is meer dan de maximale stroomsterkte op de groep (16 A). Als de wasmachine en droger worden aangesloten op één groep, zal er overbelasting plaatsvinden (er is een te grote stroomsterkte). De zekering schakelt de stroom in de groep uit. Kortsluiting ontstaat als twee stroomdraden elkaar raken; bij overbelasting zijn er te veel apparaten op een groep aangesloten.Het gevolg kan wel hetzelfde zijn: er ontstaat brand door een te grote stroomsterkte (warmte) door de draden. Bij een energiezuinige lamp is het rendement zo hoog mogelijk. Gegeven: $E_{opgenomen}=75\ W$$E_{nuttig\ afgegeven}=3\ W$Gevraagd: Wat is het rendement van de gloeilamp?Formule:$\rm rendement=\frac{nuttig\ afgegeven\ energie}{opgenomen\ energie} \times 100\%$Berekening:$rendement=\frac{2}{9} \times 100\%$ Antwoord:Het rendement van de spaarlamp is 22,22 %.Een gloeilamp is geen geschikte optie voor de school, omdat een gloeilamp een laag rendement heeft. Een groot gedeelte van de opgenomen energie wordt omgezet in warmte. De school kan beter LED-lampen gebruiken, omdat een LED-lamp een hoger rendement heeft. Dat betekent dat 50% van de opgenomen energie nuttig wordt omgezet. Bij een spaarlamp wordt 22,22% van de opgenomen energie nuttig omgezet.