De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

ELEKTRICITEIT Natuurkunde gaat niet over de natuur, maar over een aparte, gestileerde wereld die nog het meest lijkt op de wereld van de techniek. Bij.

Verwante presentaties


Presentatie over: "ELEKTRICITEIT Natuurkunde gaat niet over de natuur, maar over een aparte, gestileerde wereld die nog het meest lijkt op de wereld van de techniek. Bij."— Transcript van de presentatie:

1 ELEKTRICITEIT Natuurkunde gaat niet over de natuur, maar over een aparte, gestileerde wereld die nog het meest lijkt op de wereld van de techniek. Bij ons gaat het over de vraag welke principes er achter de zichtbare verschijnselen zitten. Waarom bliksemt het, waarom zijn de trajecten van de bliksem zo grillig en waar komt de donder vandaan. Wij vinden onweer net zo fascinerend als jij, maar we zijn tevreden als we het principe kennen dat je doorslag krijgt als de doorslagspanning van 3 kV/cm overschreden is. De vormen die jij op de foto’s ziet doen we af als typisch chaotisch en daar blijft het dan verder bij. De natuurkundige denkt niet na over hetgeen de dichter imponeert. Over onweer, St-Elmusvuur en over poollicht hebben dichters net zo veel te zeggen als wij.

2 Aat ELEKTRICITEIT elektrostatica

3 1Stukjes barnsteen met een doek laden (wrijven) 2 Het wrijven optimaliseren door draaien (elektriseermachine) 3 Zuil van Volta (eerste batterij) 4 Bewegende magneten voor spoel (generator) 1 GESCHIEDENIS VIDEO GESCHIEDENIS ELECTRICITEIT Elektriciteitsbronnen: 1Laden door wrijven met doeken 2Elektriseermachine 3Zuil van Volta (batterij) 4Generator met bewegende magneten

4 Gilbert 1600 DE MAGNETE Er zijn 2 soorten elektriciteit: na lading door met een doek te wrijven vertonen sommige stoffen glasachtige (+) en andere een barnsteenachtige (-) elektriciteit. Gelijknamige stoffen stoten elkaar af, niet-gelijknamige stoffen trekken elkaar aan +&- of -&+ AANTREKKEN +&+ of -&- AFSTOTEN VIDEO AANTREKKEN EN AFSTOTEN 2 TWEE SOORTEN ELEKTRICITEIT

5 1900 atoomfysica Positieve Kern met Elektronenwolken Elektronen zijn negatief en superklein: e = 1,6 x Coulomb 3 ELEKTRONEN STROMEN Protonen + Neutronen 0 LIJM Elektronen – Elektrische eigenschappen AAls je barnsteen laadt door met een doek te wrijven gaan er elektronen stromen. Welke kant stromen ze op? BEn bij glas? CHoeveel elektronen zijn er nodig om 1 C lading te verplaatsen? Barnsteen wordt negatief  elektronen van doek naar staaf Glas wordt positief  elektronen van staaf naar doek

6 VIDEO EXPERIMENTEN VAN DE GRAAF GENERATOR 4 VAN DE GRAAF GENERATOR Draaiende band voert de elektronen af waardoor er een hoogspanning ontstaat. 1Doorslag als spanning te hoog 2 TL-buis aan door die hoogspanning 3 Afstoting bakjes van aluminiumfolie, Hoe zwaarder hoe langer ‘’t laden duurt. 4Afstoting paarse haren 5 Afstoting losse papiertjes 6 Zwevend bekertje dat telkens ontlaad

7 5 WAAROM AANTREKKEN? Waarom worden er eigenlijk ongeladen papiertjes aangetrokken door geladen staven, als alleen + en – elkaar aantrekken? Achtergrond hiervan is INFLUENTIE, de beïnvloeding van het papiertje door ‘t sterke elektrisch veld van de staaf. In het propje gaan negatieve ladingen naar boven en positieve naar beneden. Eerst: ladingsscheiding Dan: Aantrekking! Vervolgens is aantrekking ALTIJD groter dan afstoting, omdat de minnetjes boven in het pa- piertje dichterbij zitten dan de plusjes onder!

8 6 ELECTROSCOOP NADEREN  TIJDELIJKE UITSLAG AANRAKEN  PERMANENTE UITSLAG ELEKTROSCOOP  ELEKTRICITEIT zien Isolerend opgehangen geleider (spijker) Met beweegbaar armpje (alu folie)

9 ELEKTROSCOOP VERKLAARD A Leg uit waarom bij naderen met een positief geladen ballon, de uitslag op de elektroscoop tijdelijk is. Ballon laden door wrijving: positief  NADEREN: ladingsscheiding en uitslag  VERWIJDEREN mengen lading, geen uitslag B Leg uit waarom de uitslag op de elektroscoop permanent is bij het aanraken van de positief geladen ballon. Ballon laden door wrijving: positief  AANRAKEN: lading stroomt de scoop in  Blijvende uitslag tot ontlading (aanraken)

10 7 VERBONDEN ELEKTROSCOPEN 2 elektroscopen zijn via een lange geleidende draad met elkaar verbonden. Nabij 1 van de elektroscopen wordt een + geladen ballon gehouden waardoor beide scopen gaan uitslaan A Teken een ladingsverdeling die dit verklaart. B Tussen beide scopen zit een drukschakelaar die open wordt gezet, waarna de ballon wordt weggehaald. Leg uit wat er gebeurt. C Wat gebeurt er als je vervolgens de schakelaar sluit?. INFLUENTIE: ladingsscheiding waardoor beide scopen uitslaan S open: lading mengt niet als je het veld verwijdert. Uitslag blijft! Ladingen mengen weer  uitslag verdwijnt nu wel

11 DEMONSTRATIE + UITLEG 8 WIMSHURST ELEKTRISEERMACHINE

12 Aat ELEKTRICITEIT begrippen

13 Aat Spanning (Volt) Afgegeven energie Stroom (Ampere) Passerende ladingen Weerstand (Ohm) stroomafknijper BEELDEN

14 1 WAT IS STROOM? A principe gesloten stroomkring Als de + en de – van een batterij geleidend verbonden zijn dan werken de aangesloten apparaten B is materiaal X een geleider? Inklemmen van X in de schakeling tussen krokodillen klemmen is ok: als L uit dan isoleert X X

15 2 STROOM GAAT NOOIT VERLOREN VIDEO STROOM METEN SERIE I voor = I na PARALLEL I tot = I 1 +I 2

16 r Stroomsterkte = passerende lading/sec  Meten door meter IN de keten te zetten  AMPEREMETER IN SERIE SCHAKELEN Alle lampjes in de figuur hiernaast zijn aan elkaar gelijk. Door lampje 1 loopt 0,6 A. Hoe groot is de stroomsterkte door: A Lampje 2? Teken de amperemeter. B Lampje 6? Teken de amperemeter. C Lampje 3, 4 en 5? D Zet de lampjes op volgorde: de gene die het felste brandt voorop. Lampjes gelijk  I 2 =I 1 =0,6 (A) Stroom gaat niet verloren  parallel telt op  I 6 =I 1 +I 2 = 0,6+0,6 = 1,2 (A) parallel telt op  I 6 =I 3 +I 4 +I 5 Lampjes gelijk  I 3 = I 4 = I 5 I 3 = I 4 = I 5 =I/3=1,2/3=0,4 (A) L6 1,2 A  L1 & L2 0,6 A  L3 & L4 & L5 0,4 A A AA 3 STROOM METEN A in serie

17 4 WAT IS SPANNING? + 1 zuil van volta: maak je eigen batterij! lood koper nat karton LEDje metaalionen lossen koperdraad op in nat karton 2 in serie: spanning telt op als de batterijen elkaar helpen U tot =1,5+1,5+1,5 = 4,5 V U tot =1,5-1,5+1,5 = 1,5 V Meer volt  Radio harder!

18 5 SPANNING WORDT VERBRUIKT! VIDEO SPANNING METEN SERIE U AB + U BC =V bron PARALLEL V boven =V onder

19 Spanning = afgegeven energie/lading  meten VOOR en NA ieder apparaat  VOLTMETER PARALLEL SCHAKELEN Omdat ze zuiniger met elektriciteit wil omgaan experimenteert Sheila met LEDjes: ze heeft 4 blauwe, 3 rode en 2 witte LEDjes, die ze op een spanningsbron van 12 V aansluit (zie figuur). De LEDjes van dezelfde kleur hebben dezelfde eigenschappen, alle LEDjes branden optimaal. A Hoeveel V krijgen de witte LEDjes? Teken hoe je de voltmeter schakelt. B Hoeveel V krijgen de rode LEDjes? Teken hoe je de voltmeter schakelt. C Hoeveel V krijgen de blauwe LEDjes? 12 V 6 SPANNING METEN V parallel V V parallelle takken  spanning gelijk  elke tak 12 V witte LEDjes in serie  spanning telt op  U wit = 12/2 = 6 V rode LEDjes in serie  spanning telt op  U rood = 12/3 = 4 V blauwe LEDjes in serie  spanning telt op  U blauw = 12/4 = 3 V

20 tand 7a WAT IS WEERSTAND? Weerstanden zijn stroomtegenhouders: hoe meer weerstand hoe minder stroom. Vandaar de afspraak: A Bereken I bij 100 Ohm en 10 V. B Idem bij 200 Ohm en 10 V. C Idem bij 10 Ohm en 10V. D Bij welke R leidt 10 V tot 100 mA? E Idem voor 100 V en 2 A. F Controleer je antwoorden met het applet van Walter Fendt. A V 10 V 100 Ω APPLET OHMs WET FENDT

21 tand 7b WAT IS GELEIDBAARHEID? De geleidbaarheid is het omgekeerde van de weerstand. Hoe beter de geleidbaarheid, hoe kleiner de weerstand. De eenheid is S (siemens) A Bereken I bij 0,01 S en 10 V. B Idem bij 0,005 S en 10 V. C Idem bij 0,1 S en 10V. D Bij welke G leidt 10 V tot 100 mA? E Idem voor 100 V en 2 A. F Controleer je antwoorden met de antwoorden op 7a. A V 10 V 100 Ω

22 8 BEVEILIGING MET STOPPEN Er treedt kortsluiting op als de plus en de min van een spanningsbron zonder externe weerstand met elkaar verbonden zijn. A Leg uit hoe groot de kortsluit stroom is die je zou verwachten. B In werkelijkheid bedraagt de kortsluitstroom bij een spanning van 230 V nooit meer dan 25 A. Dat komt omdat er altijd nog wel ergens weerstand is die de stroom tegenhoudt. Bereken hoe groot deze minimaal is. In de groepen thuis wordt beveiligd met stoppen van 16 A: als I>16 A dan smelt de draad binnenin de stop zodat er geen stroom meer kan lopen. C Bereken de maximale weerstand die de groep heeft. D Bereken het maximale vermogen van zo´n groep.

23 Aat ELEKTRICITEIT meten

24 THEORIE VERMOGEN bij meer volt brandt een lampje feller bij meer stroom brandt lampje ook feller bij meer vermogen branden lampjes feller 3 woorden voor 1 ding HOE ZIT DAT NOU ? De hoeveelheid licht (energie) die een lamp uitzendt hangt af van de elektrische energie die de lamp elke seconde gebruikt. Dus: meer elektrisch vermogen meer licht. Doe nu eens iets slims, deel eerst door de lading Q die de energie vervoert en vermenigvuldig er later weer mee:. Thuis gebruiken we andere eenheden dan op school, de kWu ipv de Joule. Wat is het verband tussen die twee eenheden voor energie?

25 1 FIETSLAMPJE In de fitting van een fietslampje staat gegraveerd 6,0 V en 0,50 A. A Wat betekent dat? B Welk vermogen verbruikt het lampje als het op 6 V is aangesloten? C Wat is dan de weerstand van het lampje? Over een weerstand van 60 Ω wordt een spanning van 30 V gezet. D Bereken het elektrisch vermogen dat de weerstand verbruikt. Het lampje brandt optimaal op 6 V en trekt dan 0,5 A

26 2 DE FOUTE KEUKENGROEP 3,0 kW 0,8 kW 1,5kW 500 W 230 V I4I4 I3I3 I2I2 I1I1 I TOT AThuis alles parallel : BDeelstromen uit vermogen en U = 230 V: CStoppen beveiligen op TE VEEL stroom, ivm brandgevaar. Het maximum is 16 A.

27 3 VOETBALWEDSTRIJD Een avondje voetballen bij kunstlicht vraagt dat de lampen 2,5 uur aanstaan. In het stadion staan 4 palen met 5x8 lampen van 100 (W). De lampen branden op 230 V. 1kWu kost 23 eurocent. A Bereken het totaal vermogen. B Bereken de kosten van 1 avondje voetballen. C Hoeveel groepen van 35 A zijn er nodig?

28 FIETSLAMP

29 SPANNING EN STROOM METEN grootheidMeterSymboolSchakeling IAmpèremeterSerie UVoltmeterParallel ROhmmeterKring V A Ω Stroomsterkte = passerende ladingen/sec  Meten door A op 1 plek in de keten te zetten  A IN SERIE Spanning = afgegeven energie/lading  Meten op 2 plaatsen, VOOR en NA apparaat  V PARALLEL Weerstand = stroom tegenhouder  Meten door spanning te geven en I te meten  OHM-SCHAKELING

30 A V Weerstand = stroom tegenhouder  je meet het met een Ohmschakeling Is altijd constant? Draden zijn wel Ohms (R vast). (meer volt  heter  R stijgt) A Bereken lampweerstand bij 1, 2 en 3V Lampjes zijn niet-Ohms B Bereken de draadweerstanden V A B2 OHMS OF NIET-OHMS?

31 Aat ELEKTRICITEIT SOMMEN

32 Spanning = afgegeven energie per lading Stroom = passerende lading per sec Weerstand = stroomstopper Vermogen = afgegeven energie per sec Serie stroom spanning stroom spanning SPIEKBRIEFJE Parallel R1R1 R2R2 R3R3 R2R2 R1R1 R3R3

33 A DE LAMP EN DE DRAAD Hiernaast zie je de U,I-grafiek van een lamp. De lamp wordt parallel met een weerstand van 10  aangesloten op een batterij van 3,0 V. A Teken de (U,I)-grafiek van de 10-Ohms weerstand in deze figuur in. B Leg met behulp van die figuur uit hoeveel stroom de batterij bij parallelschakeling levert. Even later wordt de lamp in serie met de weer- stand van 10  aangesloten op dezelfde batterij van 3,0 V. C Teken in de 2e figuur de (U,I)-karakteristiek van de weerstand in en bepaal de stroom die de batterij levert.

34 A DE LAMP EN DE DRAAD Hiernaast zie je de U,I-grafiek van een lamp. De lamp wordt parallel met een weerstand van 10  aangesloten op een batterij van 3,0 V. A Teken de (U,I)-grafiek van de 10-Ohms weerstand in deze figuur in. B Leg met behulp van die figuur uit hoeveel stroom de batterij bij parallelschakeling levert. Even later wordt de lamp in serie met de weer- stand van 10  aangesloten op dezelfde batterij van 3,0 V. C Teken in de 2e figuur de (U,I)-karakteristiek van de weerstand in en bepaal de stroom die de batterij levert.

35 B SERIE V1 V2 Teken de meters die de spanningen meet die lampje en weerstand verbruiken en de ampèremeter die de stroom meet. Wat kan er zoal uit komen? KERSTBOOMSCHAKELING. Teken meters die de spanning van 1 lampje en de stroom door de 11 gelijke lampjes meet, P L =10(W). Wat kan er uitkomen? 12 V 100 Ω A 220 V V A

36 C GELIJKSPANNINGTRANSPORT 10 Ω CENTRALE 30 km draad WIJK 10 Ω 230 V en 1,0 MW A Stroom in de wijk B Vermogensverlies onderweg C Spanningsverlies onderweg D Rendement transport

37 D WISSELSPANNINGSTRANSPORT VERDEELSTATION TRAFOHUISJE 1 : : 1 A Stroom in de wijk? B Stroom onderweg? C Vermogensverlies onderweg? D Rendement transport? hoogspanningskabels 10 Ω

38 I SIDDERAAL 3Vermogen uit spanning en stroom P=U.I = 500 (V)x 1 (A) = 500 (W) 1Bij serieschakeling telt de spanning op, dus het aantal cellen n is: 2ADie 500 V staat over de hele lengte van het beest, het hangt er dus maar van af waar je het beest aanraakt (halverwege krijg je 250 V). BDe stroom door je lijf hangt volgens Ohm af van spanning (van de bron) en van jouw weerstand. 4Ingewikkeld, en niet makkelijk te vinden, er is sprake van kleine wisselstromen en grote schokken. Waarschijnlijk meet het beest via terugkerende stromen op een of andere manier de weerstand van het water. 5De zee is zout, dan zijn de stromen te groot en valt er niks te meten? 6De stroom moet niet via je hart kunnen weglekken, je hand lijkt dus gevaarlijker (vooral de linkerhand).

39 d II FIETSDYNAMO 7De afstand bij een versnelde beweging is de oppervlakte onder de v,t-grafiek: 8Versnelling is de snelheidstoename in 1 sec: 9Je moet een gewone Ohmschakeling tekenen, met de voltmeter parallel, en de ampèremeter in serie met de weerstand. Het vermogen P van de bron is dan P = U.I. A V 10De grootste weerstand heeft de laagste I  achterlicht heeft de grootste weerstand. 11Beide lampjes krijgen 6V,de ene trekt 0,43 A de andere 0,11 A, dus

40 n III OUDE EN NIEUWE LAMPEN 12Geleidbaarheid uit de wet van Ohm: 13Blauwe grafiek: minder stroom  lagere geleidbaarheid  oude lampje 14Deze 12W lamp geeft evenveel licht als het vroegere peertje van 60W. 15Besparing in procenten: 16Uren licht per dag: 17Energieverbruik per dag 18De magnetron verbruikt 700/12 = 58,33 x zo veel energie als het LEdje, en kan dus bij dezelfde energie 24x60/58,33 = 24,7  25 minuten aanstaan. 19Energiekosten per jaar 20Mogelijke besparing

41 IV ACHTERTRUITVERWARMING 21Eerst de stroom uit vermogen en spanning: dan de weerstand van de achterruitverwarming uit de wet van Ohm 22Deze weerstand is de weerstand van de hele verwarming: door 1 van de parallelle draden loopt 1/13 e van de totale stroom  Weerstand van 1 draad is 13x zo groot als van de hele schakeling. 23Een draad vervalt dan (oneindige weerstand)  Er zijn minder draden over, namelijk 12 ipv 13  Er loopt minder stroom, namelijk 12/13 e deel van 14,06 (A) = 12,98(A)  De weerstand is iets hoger geworden:

42 e 24Relatief stabiel vanwege siliciumdraden na gewone inslag, maar er is veel meer!meer 25Weerstand water uit spanning en stroom: 26Eerst vermogen dan energie: 27Deze bron is wel heel erg moeilijk te beheersen: je weet niet waar en wanneer het onweert (op aarde 400x per sec) en zulke inslagen zijn nogal gevaarlijk (zeker 2 doden per jaar in nederland). 28Afstand tot de onweersbui: V BOLBLIKSEM

43 VI DE NUNA 29Vanwege het rendement van 25% is er 4x zoveel vermogen aan zonne-energie op de NUNA gevallen, dat betekent een intensiteit van ( W/m2 ): 301,7 kW is er nodig, dat is meer dan de 1,5 kW die de zon levert. Er moet dus energie bij uit de accu’s. 31Eerst 320 km met 120 km/u, dan 180 km met 50 km/u: 325 uur rijden met 100 km/u kost 5x1,7=8,5(kWu) aan mechanische energie. Er was in de accu aan het begin van de rit 5 kWu beschikbaar. Is er ook inderdaad 3,5 kWu bij gemaakt door de zon? Dit is maar net genoeg om de overkant te halen in het loeihete Australie!

44 EINDE video onweer compilatie


Download ppt "ELEKTRICITEIT Natuurkunde gaat niet over de natuur, maar over een aparte, gestileerde wereld die nog het meest lijkt op de wereld van de techniek. Bij."

Verwante presentaties


Ads door Google