Herhalingsopgaven elektriciteit |
 |
Opgave 1
Een lamp is aangesloten op het elektriciteitsnet. Als de lamp een uur brandt, is er 939 C aan lading door de lamp gestroomd. Bereken hoeveel elektrische energie door de lamp in een uur is omgezet in licht en warmte.
Opgave 2
Vul op de plaatsen (1) een getal in en op de plaatsen (2) het woord groot of klein.
- Als de lengte van een draad drie keer zo groot wordt, wordt de weerstand (1) keer zo (2).
- Als de doorsnede drie keer zo groot wordt, wordt de weerstand (1) keer zo (2).
- Als de dikte van een draad drie keer zo groot wordt, wordt de weerstand (1) keer zo (2).
- Als de diameter van een draad drie keer zo groot wordt, wordt de weerstand (1) keer zo (2).
Bij de vragen a t/m d is een aantal grootheden genoemd die invloed hebben op de weerstand van een draad.
- Noem de andere grootheden die invloed hebben op de weerstand van een draad.
Opgave 3
In een gloeilamp bevindt zich een gloeidraad gemaakt van wolfraam. De doorsnede van de gloeidraad is 0,0080 mm2. Deze dunne gloeidraad vormt een weerstand van 8,8⋅102 Ω voor de stroomsterkte door de lamp. Neem vooralsnog aan dat de temperatuur van de gloeidraad 293 K is.
- Bereken de lengte van de gloeidraad.
In werkelijkheid stijgt de temperatuur van de gloeidraad tot meer dan 2500 °C.
- Leg of de berekende lengte bij vraag a te groot of te klein is.
Opgave 4
Hedwig wil onderzoeken wat het verschil is tussen een langdurig gebruikt gloeilampje en een nog niet gebruikt gloeilampje. Daartoe bepaalt zij van beide lampjes het (I,U)diagram. Het resultaat van haar metingen is weergegeven in figuur 5.4.
- Bepaal de weerstand van lampje 1 bij een spanning van 3,5 V.
Bij onderzoek van de gloeidraden blijkt de gloeidraad van een oud lampje op bepaalde plekken aanzienlijk dunner te zijn dan die van een nieuw lampje. Dit wordt veroorzaakt door de verdamping van het metaal van de gloeidraad omdat de temperatuur tijdens het branden zeer hoog is.
- Leg met behulp van figuur 5.4 uit welke van de twee lampjes het nieuwe lampje is.
Een gedeelte van de gloeidraad van een oud lampje is schematisch weergegeven in figuur 5.5. We vergelijken 1 mm lengte van het dunne gedeelte met 1 mm lengte van het dikke gedeelte. In dezelfde tijd ontstaat in het dunne gedeelte meer warmte dan in het dikke gedeelte. Hierdoor is de kans op smelten van het dunne gedeelte groter dan van het dikke gedeelte. Neem aan dat warmteontwikkeling in een stukje draad evenredig is met de weerstand van dat stukje.
- Leg uit dat in het dunne gedeelte in dezelfde tijd meer warmte ontstaat dan in het dikke gedeelte.
Opgave 5
De volgorde waarin je de vragen maakt, moet je zelf bepalen. Laat bij het beantwoorden zien in welke volgorde je de vragen hebt gemaakt. Licht elk antwoord kort toe.
In figuur 5.6 zie je twee weerstanden met R1 = 60 Ω en R2 = 40 Ω parallel geschakeld op een batterij van 6,0 V.
- Hoe groot is de spanning over weerstand 1?
- Hoe groot is de spanning over weerstand 2?
- Hoe groot is de stroomsterkte die de batterij moet leveren?
- Hoe groot is de stroomsterkte door weerstand 1?
- Hoe groot is de stroomsterkte door weerstand 2?
- Hoe groot is de totale weerstand van de schakeling?
De twee takstromen hebben een bepaalde verhouding. Ook de twee weerstandswaarden hebben een bepaalde verhouding.
- Welk verband is er tussen deze verhoudingen?
Opgave 6
De volgorde waarin je de vragen maakt, moet je zelf bepalen. Laat bij het beantwoorden zien in welke volgorde je de vragen hebt gemaakt. Licht elk antwoord kort toe.
In figuur 5.7 zie je twee weerstanden met R1 = 60 Ω en R2 = 40 Ω parallel geschakeld op een batterij van 6,0 V.
- Hoe groot is de spanning over weerstand 1?
- Hoe groot is de spanning over weerstand 2?
- Hoe groot is de stroomsterkte die de batterij moet leveren?
- Hoe groot is de stroomsterkte door weerstand 1?
- Hoe groot is de stroomsterkte door weerstand 2?
- Hoe groot is de totale weerstand van de schakeling?
De twee takstromen hebben een bepaalde verhouding. Ook de twee weerstandswaarden hebben een bepaalde verhouding.
- Welk verband is er tussen deze verhoudingen?
Opgave 7
Maak de juiste keuzes.
Hoe meer weerstanden er parallel zijn geschakeld:
- des te groter/kleiner is de weerstandswaarde van de hele schakeling;
- des te groter/kleiner is stroomsterkte die de bron levert.
Hoe meer weerstanden er in serie zijn geschakeld:
- des te groter/kleiner is de weerstandswaarde van de hele schakeling;
- des te groter/kleiner is stroomsterkte die de bron levert.
Opgave 8
Beantwoord elke vraag in deze opgave met een korte toelichting. Is er volgens jou sprake van een ‘verandering’, geef dan aan hoe die verandering is.
Je beschikt over vier identieke lampjes. Drie daarvan schakel je in serie en sluit je aan op een regelbare spanningsbron. Zie figuur 5.8a. De spanning stel je zo in dat de lampjes ‘goed branden’. Even later sluit je het vierde lampje in serie met de eerste drie aan. Zie figuur 5.8b.
- Verandert de spanning over elk van de lampjes 1, 2 of 3?
- Verandert de stroomsterkte door elk van de lampjes 1, 2 of 3?
De felheid waarmee een lampje brandt, is evenredig met het product van de spanning over het lampje en de stroomsterkte door het lampje.
- Gaat elk van de lampjes 1, 2 of 3 feller of minder fel branden? Of blijven ze even fel branden?
Opgave 9
Je hebt een spanningsbron van 40 V, waarop je zowel een lampje A (12 V; 0,40 A) als een lampje B (16 V; 0,60 A) wilt aansluiten. Je doet dit met behulp van twee weerstanden. Er zijn vier schakelingen mogelijk, zodat elk lampje normaal brandt.
In figuur 5.12a en 5.12b zijn twee mogelijke schakelschema’s weergegeven.
- Bereken voor het schakelschema in figuur 5.12a de weerstandswaarden van weerstand 1 en weerstand 2.
In het schakelschema in figuur 5.12b moet lampje B op plaats 1 en lampje A op plaats 2 worden geschakeld. Dan zullen beide lampjes normaal branden (bij een bepaalde waarde van de weerstanden).
- Leg dit uit zonder gebruik te maken van berekeningen.
- Bereken de weerstandswaarden van weerstand 3 en weerstand 4.
In de figuren 5.13a en 5.13b zie je de andere twee schakelschema’s.
- Bereken voor het schakelschema in figuur 5.13a de weerstandswaarden van de weerstanden 5 en 6.
- Bereken voor het schakelschema in figuur 5.13b de weerstandswaarden van de weerstanden 7 en 8.
De schakeling waarbij de stroomsterkte die de bron moet leveren om beide lampjes normaal te laten branden het kleinst is, verdient de voorkeur.
- Welk(e) schakeling(en) verdient(en) de voorkeur. Licht je antwoord toe.
Opgave 10
Je hebt de beschikking over drie weerstanden: R1 = 47 Ω, R2 = 83 Ω en R3 = 120 Ω.
In de figuren 5.14a en 5.14b zie je twee schakelingen met deze weerstanden.
In beide schakelingen is de spanning van de spanningsbron gelijk aan 15 V.
- Bereken voor schakeling 5.14a de spanning over weerstand 1, UAB.
- Beredeneer zonder gebruik te maken van je rekenmachine of de hoofdstroom in schakeling 5.14b groter dan, kleiner dan of gelijk is aan de hoofdstroom in schakeling 5.14a.
Opgave 11
Een spanningsbron levert een constante spanning van 12,0 V. Een schuifweerstand R wordt op deze bron aangesloten. Zie figuur 5.17.
Parallel met het deel BC wordt een lampje L geschakeld. Met de spanningsmeter V wordt de spanning over het lampje gemeten. Met stroommeter A1 wordt de stroom I1 door het lampje gemeten. Met stroommeter A wordt de totale stroom Itot gemeten. De metingen zijn uitgezet in het diagram van figuur 5.18.
- Bepaal de weerstand van lampje L als er een spanning van 3,0 V over het lampje staat.
- Toon aan dat de schuifweerstand een totale weerstand heeft van 28 Ω.
De spanning over het lampje wordt nu op 6,0 V ingesteld.
- Leg met behulp van figuur 5.18 uit of het verplaatsbare contact C links of rechts van het midden, of in het midden van de schuifweerstand staat.
Opgave 12
Joke doet 0,75 liter water met een temperatuur van 20 °C in een waterkoker. Na twee minuten en dertig seconden kookt het water. De waterkoker heeft een vermogen van 2,2 kW. Om 1,0 liter water 1 °C in temperatuur te laten stijgen is 4,2⋅103 J aan energie nodig.
Bereken het rendement van deze waterkoker.
Opgave 13
Wahid beschikt over een verwarmingselement met een ohmse weerstand. Hij sluit deze aan op een variabele spanningsbron. Hij stelt eerst de spanning in op 4,0 V. Daarna verhoogt hij de spanning tot 12,0 V.
- Leg uit dat het vermogen dat de verwarmingselement opneemt bij een spanning van 12,0 V negen keer zo groot is als het vermogen bij een spanning van 4,0 V.
Wahid herhaalt de proef met een lamp. Een lamp is geen ohmse weerstand.
- Zal het vermogen dat de lamp opneemt bij 12 V ook negen keer zo groot zijn, of minder dan negen keer of meer dan negen keer? Licht je antwoord toe.