VL_3_02_12-1 examenvoorbereiding

5/10/2018 VL_3_02_12-1 examenvoorbereiding - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/vl30212-1-examenvoorbereiding 1/14

Newton VWO

2 De elektrische huisinstallatie – Elektrische schakelingen

Examenvoorbereiding

1 LED (vwo 1984)

Een LED (Light Emitting Diode) is een tegenwoordig veel gebruikt signaallampje, dat vrijwelmonochromatisch licht uitzendt. Er worden enige proeven met een LED uitgevoerd.

Eerst wordt de LED met behulp van een spanningsdeler (potentiometer) zo op een

spanningsbron (U bron = 2,0 V) aangesloten dat de spanning over het lampje van 0 tot 2,0 V

regelbaar is.

a Teken deze schakeling. Geef daarin de LED weer met het schemasymbool voor een

lampje.

Daarna neemt men een spannings- en stroommeter in de schakeling op. Zie de figuur. De

spanningsmeter heeft een weerstand van 50 k. Bij verschillende waarden van de

spanning wordt de stroomsterkte afgelezen. Zie de tabel.

U (V) 0,40 0,80 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60

I (mA) 0,008 0,016 0,027 0,060 0,27 6,0 50

Omdat de spanningsmeter niet ideaal is, moeten de meetresultaten gecorrigeerd worden,

opdat ze het verband tussen de spanning over het lampje en de stroom door het lampje juist

weergeven.

b Geef de gecorrigeerde tabel.



Newton VWO


Examenvoorbereiding

2 Halfgeleiderdiode (vwo 1992)

Om metingen aan een diode te verrichten, gebruikt men onder andere een spanningsmeter.De spanningsmeter bestaat uit een weerstand R en een gevoelige stroommeter. De

gevoelige stroommeter heeft een meetbereik van 100 μA en een inwendige weerstand van

1,00 k. De spanningsmeter heeft een meetbereik van 1,00 V.

a Bereken de waarde van weerstand R .

Met de schakeling van figuur 1 kan men

de I,U -karakteristiek van de diode

bepalen.

Het lampje voorkomt dat de stroomsterkte

door de diode te groot wordt.

In het I,U -diagram van figuur 2 is weer-

gegeven hoe de gemeten stroomsterkte

verandert als functie van de spanningover de diode, als de diode in de sper-

richting is aangesloten.

Figuur 1 Figuur 2

b Bepaal de weerstand van de diode in de sperrichting.

Het diagram van figuur 3 toont de I,U -

karakteristiek voor de doorlaatrichting van

de diode, zoals die is gemeten met een

ideale spanningsmeter.

c Leg met behulp van het diagram van

figuur 3 uit of de weerstand van de

diode in de doorlaatrichting constant is

voor stroomsterkten groter dan 30 mA.

De diode wordt vervolgens opgenomen inde schakeling van figuur 4. Enkele punten

van de schakeling zijn met de letters A tot

en met D aangegeven.

De wisselspanningsbron heeft een

frequentie van 50 Hz en levert een

topspanning van 0,90 V.

Op een oscilloscoop wordt U AB zichtbaar

gemaakt. Het oscilloscoopbeeld is

getekend in figuur 5.

d Bepaal de tijdbasis van de

oscilloscoop in ms/hokje.

De instelling van de oscilloscoop blijft ongewijzigd. Men verbindt de aansluitpunten van de

oscilloscoop met de punten C en D. Het oscilloscoopbeeld dat nu ontstaat, is weergegeven

Figuur 3

Figuur 4



in figuur 6. Uit dit beeld blijkt dat de tijdsduur waarin de diode geleidt, korter is dan de

tijdsduur waarin de diode spert.

e Geef hiervoor de verklaring.

Figuur 5 Figuur 6



Newton VWO


Examenvoorbereiding

3 Anemometer (vwo 1995)

Aardgas wordt getransporteerd via pijpleidingen.Om de hoeveelheid gas te meten die door een pijpleiding stroomt, gebruikt men een

bepaald type anemometer. De sensor van deze anemometer bestaat uit een open buisje

waarin een verwarmingselement is gemonteerd. Zie figuur 1. In deze figuur is in de wand

van de pijpleiding een opening getekend zodat de sensor zichtbaar is. Een deel van het

passerende gas stroomt door het buisje en wordt door het verwarmingselement opgewarmd.

Hierdoor is de temperatuur van het gas bij E hoger dan bij D.

Figuur 1

Als de per seconde passerende hoeveelheid gas verandert, zal het temperatuurverschil

tussen D en E veranderen. Het vermogen dat het verwarmingselement afgeeft, wordt

vervolgens zó aangepast, dat het oorspronkelijke temperatuurverschil hersteld wordt. Dit

vermogen is dus een maat voor de hoeveelheid gas die per seconde passeert.

Het verwarmingselement bestaat uit een constantaandraad met een doorsnede van 0,040

mm2 en een weerstand van 14,0. Deze weerstand hangt niet van de temperatuur af.

a Bereken de lengte van deze draad.

Het verwarmingselement is opgenomen in de schakeling van figuur 2. De schuifweerstand

is zó ingesteld dat de stroomsterkte 0,50 A is.

b Bereken het vermogen dat in het verwarmingselement wordt omgezet.

De temperatuurstijging van het gas wordt gemeten met een zogenaamd thermokoppel. Een

dergelijk thermokoppel bestaat uit draden van twee soorten metaal, in dit geval koper en

constantaan. Er zijn twee contactpunten waar de beide soorten metaaldraad met elkaar zijn

verbonden. Zie figuur 3.

Als er tussen deze punten een temperatuur-

verschil heerst, geeft het thermokoppel een

spanning af. Die spanning is recht evenredig

met het temperatuurverschil.In de anemometer zijn de contactpunten van

het thermokoppel bevestigd in de openingen

van het buisje D en E. Zie figuur 4. Er geldt

nu:

U Q > U P als T E > T D enU /T = 40 μVK-1

De schuifweerstand wordt vervangen door een elektronisch instelbare weerstand Re.

Op deze weerstand is het uiteinde Q van het thermokoppel aangesloten. Ook is een vaste

referentiespanning op deze weerstand aangesloten.

De weerstand Re heeft de volgende eigenschappen:

• zolang U Q > U ref neemt de weerstand van Re toe

• als U Q = U ref verandert de weerstand van Re niet

• zolang U Q < U ref neemt de weerstand van Re af.

Het uiteinde P van het thermokoppel is geaard.

Figuur 3

Figuur 2



Het temperatuurverschil tussen D en E wordt op 0,10 K gehouden.

c Bereken welke waarde U ref daartoe moet hebben.

Figuur 4

Stel dat de hoeveelheid gas die per seconde passeert, toeneemt.

d Leg uit hoe deze schakeling er dan voor zorgt dat de stroomsterkte door het

verwarmingselement toeneemt.

Een gedeelte van dit meetinstrument werkt als een regelsysteem.

e Welke grootheid wordt door dit gedeelte geregeld?



Newton VWO


Examenvoorbereiding

4 Halogeenlampjes (vwo 1996)

Een halogeenlampje is een gloeilampje dat gevuld is met een speciaal gas. Leesonderstaande tekst uit een folder van een bouwmarkt.

In de folder wordt gesuggereerd dat langere aansluitdraden warmer worden dan kortere.

Twee identieke halogeenlampjes worden aangesloten met aansluitdraden van dezelfde

dikte. Bij het ene lampje worden lange aansluitdraden gebruikt, bij het andere korte. Neemaan dat de weerstand van de lampjes gelijk blijft.

a Leg uit of in één meter van de langere draden meer, minder of evenveel warmte per

seconde wordt ontwikkeld als in één meter van de kortere draden.

Een van de meest toegepaste halogeenlampjes is een 12,0 V;50 W-lampje.

b Bereken de weerstand van dat lampje als het op normale sterkte brandt.

Bij het gebruik van halogeenlampjes in een woonhuis moet de netspanning omlaag

getransformeerd worden tot de voor de lampjes gewenste waarde.

Voor de verlichting van een kamer zijn vier 12,0 V;50 W-lampjes parallel geschakeld. De

verbindingsdraden van de transformator naar de groep van vier parallel geschakelde

lampjes zijn van koper. Zie de figuur hiernaast.

De totale weerstand van deze draden is 0,072 . Hun totale lengte is 6,25 m.

c Bereken de diameter van de aansluitdraden.

De weerstand van de draden in de parallelschakeling is te verwaarlozen. Deze zijn in de

figuur extra dik getekend.

d Bereken tot welke spanning de netspanning omlaag getransformeerd moet worden om

de lampjes op hun normale spanning te laten branden.

Bij het aanleggen van halogeenverlichting moet meer dan gebruikelijk opgepast worden voor sterke

temperatuurstijging van de bedrading. Gebruik dan ook altijd elektriciteitsdraad van voldoende

dikte. Dit voorkomt bovendien dat de spanning over de lampen te laag wordt, waardoor zij zwakker

gaan branden en een andere kleur licht geven.

In het algemeen geldt: hoe langer de draad des te dikker hij moet zijn.



Newton VWO


Examenvoorbereiding

5 Hoogspanningskabel (vwo 2001)

Tussen Rotterdam en Ommoord ligt een 3,0 km lange ondergrondse hoogspanningskabel.De kabel heeft een weerstand van 7,2·10-2 . Hij bestaat uit een bundel koperdraden.

Elke draad heeft een cirkelvormige doorsnede met een diameter van 0,80 mm.

a Bereken het aantal koperdraden in de kabel.

De hoogspanningskabel moet een elektrisch vermogen kunnen afleveren van maximaal 400

MW bij een spanning van 150 kV.

b Bereken het vermogen dat door warmteontwikkeling in de kabel verloren gaat als de

gebruikers het maximale elektrische vermogen afnemen.

Er zouden buisjes tussen de koperdraden kunnen worden aangebracht om de overtollige

warmte in de kabel af te voeren. Door deze buisjes wordt dan water gepompt.

c Noem de vormen van warmtetransport die dan plaatsvinden en geef bij elke vorm een

toelichting.



Figuur 2

Newton VWO


Examenvoorbereiding

6 Controlelampje (vwo 2001)

Een draagbare radio werkt op vier in serie geschakelde batterijen van 1,5 V. De spanning iskleiner naarmate er meer energie aan de batterijen is onttrokken. In het diagram van figuur 1

is de totale spanning over de batterijen uitgezet als functie van de tijd dat de radio aan staat.

a Laat met behulp van het diagram zien dat de gemiddelde spanning over de periode dat

de spanning van 6,0 V tot 5,2 V daalde gelijk is aan 5,8 V.

Figuur 1

De batterijen moeten vervangen worden als de spanning gedaald is tot 5,2 V. Volgens een

mededeling op de verpakking hebben de batterijen dan gezamenlijk 700 mAh geleverd.

Deze grootheid zegt iets over de levensduur van de batterij bij een bepaalde stroomsterkte.

Bijvoorbeeld: bij een constante stroomsterkte van 700 mA is de spanning over de batterijenna 1 uur gezakt tot 5,2 V, bij een constante stroomsterkte van 100 mA na 7 uur, enzovoort.

Op de radio zit een controlelampje (een LED) dat gaat knipperen als de batterijen vervangen

moeten worden. Een LED (Light Emitting Diode) is een diode die licht uitzendt als er een

elektrische stroom door loopt.

Om de spanning te meten, is in de radio een spanningsdeler op de batterijen aangesloten.

Zie de schakeling van figuur 2. Deze spanningsdeler bestaat uit twee weerstanden R 1 en R 2van ieder 8,0 k.

Ook als de radio uit staat, loopt er een stroom door de weerstanden. Daarom wordt

aangeraden de batterijen te verwijderen als de radio lange tijd niet gebruikt wordt.

Iemand vergeet dit en zet de radio met volle batterijen weg.

b Bereken hoe lang het duurt voordat de LED gaat knipperen.



Newton VWO


Examenvoorbereiding

7 Temperatuursensor (vwo 2002)

Een temperatuursensor heeft drie aansluitingen. Aan elke aansluiting is een aansluitdraadmet een andere kleur bevestigd. Zie figuur 1.

Figuur 1

In de sensor bevinden zich een temperatuurafhankelijke en een temperatuuronafhankelijke

weerstand. Zie de schakeling van figuur 2.

Er wordt een meetplan opgesteld voor een eenvoudig experiment. Het experiment moet

twee vragen beantwoorden:

• Tussen welke twee aansluitdraden bevindt zich de temperatuurafhankelijke weerstand?

• Is de temperatuurafhankelijke weerstand een NTC-weerstand?

Je hebt de beschikking over een batterij, een stroommeter, een warmtebron en

aansluitdraden.

a Beschrijf voor het meetplan:

• welke metingen je achtereenvolgens moet doen

• welke schakelingen je daarbij moet gebruiken

• hoe je op basis van de meetresultaten de twee vragen kunt beantwoorden.

De waarden van de weerstanden van de

temperatuursensor worden nauwkeurig

gemeten. R1 heeft een waarde van 47,0 kΩ

.Van R2 is de weerstand als functie van de

temperatuur weergegeven in het R,t -diagram

van figuur 3.

De rode draad wordt aangesloten op +5,0 V,

de zwarte wordt geaard.

De sensorspanning is de spanning tussen de

gele en de zwarte draad.

b Bepaal de sensorspanning bij een

temperatuur van 36 °C.

Figuur 2

Figuur 3



Newton VWO


Examenvoorbereiding

8 Elektromotor (vwo 2003)

De spanning over een kleine elektromotor wordt geregeld met een spanningsbron van 12 Ven een schuifweerstand.

Zie het schakelschema hiernaast. De andere figuur is een foto van de apparatuur.

De aansluitpunten voor de verbindingsdraden zijn in de foto aangegeven met een wit rondje.

a Teken in de foto hierboven de verbindingsdraden zodat de schakeling van het

schakelschema ontstaat.

De motor hijst een blokje met een massa van 130 g in 3,8 s op over een hoogteverschil van

1,80 m. De spanning over de motor is daarbij 6,0 V, de stroomsterkte in de motor is 0,25 A.

b Bereken het rendement van de motor.

De schuifweerstand is 20,0 cm lang en is in te stellen van 0 tot 40,0. Tijdens het hijsen

geldt: PS = 6,4 cm.

c Bereken de stroomsterkte die de spanningsbron levert.



Newton VWO


Examenvoorbereiding

9 Valentijnshart (vwo 2004)

Met een Valentijnshart kun je een geheime geliefde verrassen. Het hart bestaat uit eenframe van metaaldraad met tien lichtjes. Het hart kan worden vastgedrukt op een batterij,

die behalve als spanningsbron ook als voetstuk dient. Zie figuur 1

Figuur 2 toont de tien lichtjes van het Valentijnshart. De lichtjes zijn LED’s. Een LED is

een halfgeleiderdiode die licht uitzendt als er een elektrische stroom door loopt.

In de schakeling van figuur 3 is schematisch weergegeven hoe de LED’s zijn

geschakeld.

In de foto van figuur 2 zijn vier punten van het frame aangegeven met de letters A, B, C

en D.

a Geef in figuur 3 met de letters A, B, C en D aan welke punten overeenstemmen met

de punten A, B, C en D op de foto.

Figuur 3

De LED in het midden van het hart is

groter dan de andere negen. Deze

negen LED’s zijn identiek.Met behulp van een spanningsmeter

en een stroommeter kan het elektrisch

vermogen worden bepaald dat de

grote LED opneemt wanneer hij licht

uitzendt. Het frame van het Valentijns-

art kan worden losgekoppeld van de

batterij. Zie figuur 4.

b Teken in figuur 4 de verbindings-

raden die nodig zijn om het

vermogen van de grote LED te

kunnen bepalen.

De spanning over de grote LED is 5,0V. De batterij levert een spanning van

9,0 V. De spanning over de vijf LED’s

aan de linkerkant noemen we U L.

De spanning over de vier LED’s aan

de rechterkant noemen we U R. Zie de

schakeling van figuur 5.

c Leg aan de hand van figuur 5

uit dat U L kleiner is dan 2,0 V.

Figuur 1

Figuur 2

Figuur 4

Figuur 5



Figuur 2

Newton VWO


Examenvoorbereiding

10 Halogeenlamp (vwo 2004)

In de foto van figuur 1 zie je een 2,0 keer vergrote afbeelding van een buisvormigehalogeenlamp.

Figuur 1

Oscar en Loes doen een onderzoek aan deze halogeenlamp.Ze beelden met een lens de gloeidraad van de brandende lamp sterk vergroot af op een

wand van het natuurkundelokaal. In figuur 2 zie je een deel van het beeld op de wand.

De diameter van de gloeidraad is 40 µm. De gloeidraad is gemaakt van wolfraam.

Met behulp van een weerstandsmeter vinden zij dat bij kamertemperatuur de weerstand

van de gloeidraad 24 Ω bedraagt.

a Bereken de lengte van de gloeidraad.

Met behulp van een dimmer kunnen Loes en Oscar de spanning over de halogeenlamp

langzaam opvoeren van 0 tot 230 V. Bij verschillende waarden van de spanning willen

zij

de stroomsterkte door de lamp meten. Zij maken daartoe eerst een voorspelling van de

vorm van de I ,U-karakteristiek.

Zij discussiëren over drie verschillende mogelijkheden: 1, 2 en 3. Zie figuur 3.

b Leg uit welke van de mogelijkheden 1, 2 of 3 het beste overeenkomt met de te meten

grafiek.

De halogeenlamp heeft bij

230 V een vermogen van 150

W.

Voor het meten van de

stroomsterkte gebruiken

Loes en Oscar een

universeelmeter. Figuur 4 is

een foto van de ‘standen-

knop’ van de gebruikte

universeelmeter.

Het getal bij elke stand geeft

het meetbereik aan.

In de figuur wijst de standen-

knop recht naar boven en is

de meter uitgeschakeld.

Figuur 4

Om de verschillende stroomsterktes die nodig zijn voor het verkrijgen van het I,U -diagram

te bepalen, wordt de standenknop in één vaste stand gebruikt.

c Leg uit welke stand het best gebruikt kan worden om alle metingen uit te voeren.

Figuur 3



Newton VWO


Examenvoorbereiding

11 Toeristenpet (vwo 2006)

Suzanne heeft op vakantie een bijzonderepet gekocht. Zie figuur 1.

In de klep van de pet zit een motortje met

daaraan vier ventilatorbladen die voor

verkoeling zorgen als ze ronddraaien.

Een zonnepaneeltje voorziet dit motortje

van energie.

Suzanne wil op school onderzoeken hoe

de omwentelingsfrequentie van het

motortje afhangt van het vermogen van

het invallende licht.

Daarvoor gebruikt ze een felle lamp.

Eerst bepaalt zij hoe het vermogen van

deze lamp afhangt van de spanningwaarop hij is aangesloten.

Suzanne gebruikt een regelbare

spanningsbron.

In figuur 2 staat de P,U -grafiek die zij

gevonden heeft.

Figuur 2

a Beschrijf wat Suzanne moest doen om deze grafiek te verkrijgen. Teken daartoe eerst

de schakeling die zij gebruikt heeft.

b Ga na of de weerstand van de lamp afhangt van de spanning waarop de lamp is

aangesloten.

Suzanne zet het zonnepaneel op 9 cm afstand van de gloeidraad in de lamp.

Zij stelt de spanning in op 175 V. Het motortje draait met een constant toerental. Zij gaat

ervan uit dat het rendement van de lamp bij deze spanning 5% bedraagt.

Zij beschouwt de lamp als een lichtbron die in alle richtingen evenveel licht uitzendt. Het

zonnepaneeltje is 5,5 cm lang en 4,6 cm breed.

c Bereken het vermogen van het licht dat op het zonnepaneeltje valt. Ga er daarbij vanuit

Figuur 1



dat het hele paneeltje zich op 9 cm van de lamp bevindt.

Suzanne bepaalt de omwentelingsfrequentie van het motortje. Zij richt een laserstraal op

een sensor. De sensor geeft dan een constante spanning af.

Dan laat zij de vier ventilatorbladen periodiek deze laserstraal onderbreken. In figuur 3 staat

het nieuwe sensorsignaal.

Figuur 3

d Bepaal de omwentelingsfrequentie van het motortje.

Suzanne stelt nu als hypothese: De omwentelingsfrequentie is recht evenredig met het

vermogen van het licht dat op het zonnepaneeltje valt .

Zij verhoogt de spanning over de lamp van 175 V naar 225 V.

In figuur 4 staat het sensorsignaal als de lamp brandt op een spanning van 225 V.

Figuur 4

e Ga na of de resultaten in overeenstemming zijn met de hypothese van Suzanne.

VL_3_02_12-1 examenvoorbereiding

Documents

Transcript of VL_3_02_12-1 examenvoorbereiding