Klas Naam NaSk I, 4 vmbo-kgt Leerboek Leerboek
Beste leerling, Dit boek van Newton kun je samen met de digitale leeromgeving gebruiken in de les. Het is van jou persoonlijk, dus je mag er aantekeningen in maken. Na dit schooljaar mag je het boek houden. Dat is makkelijk als je volgend jaar iets wilt opzoeken, of iets moet leren voor een toets. Wij wensen je veel succes en plezier met het vak NaSk I. Team Newton
NaSk I 4
Leerboekvmbo-kgt
Hans Betlem
Dit betekent dat de bosbouw op een verantwoorde wijze heeft plaatsgevonden.
Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16B Auteurswet 1912 j° het Besluit van 23 augustus 1985, Stbl. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie (PRO), Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp (www.stichting-pro.nl). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet) dient men zich tot de uitgever te wenden. Voor meer informatie over het gebruik van muziek, film en het maken van kopieën in het onderwijs zie www.auteursrechtenonderwijs.nl
Deze uitgave is volledig CO2-neutraal geproduceerd.
Auteurs Bas
Samen leren
Ontwerp
Tom Lamers
Over ThiemeMeulenhoff
ThiemeMeulenhoff ontwikkelt zich van educatieve uitgeverij tot een learning design company. We brengen content, leerontwerp en technologie samen. Met onze groeiende expertise, ervaring en leeroplossingen zijn we een partner voor scholen bij het vernieuwen en verbeteren van onderwijs. Zo kunnen we samen beter recht doen aan de verschillen tussen lerenden en scholen en ervoor zorgen dat leren steeds persoonlijker, effectiever en efficiënter wordt.
Opmaak Imago Mediabuilders
Eindredactie
©EersteISBNwww.thiememeulenhoff.nlvernieuwen.9789006858082druk,eersteoplage,2022ThiemeMeulenhoff,Amersfoort, 2022 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.
Colofon Blok, Piet Das, Alwin van Dodewaard, Rob Melchers, Martin Prick
De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Degenen die desondanks menen zekere rechten te kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.
Het voor deze uitgave gebruikte papier is voorzien van het FSC®-keurmerk.
2
3 Inhoud Zowerkjemet Newton 4 1 Elektriciteit6 1.1Starten7 1.2Elektriciteit7 1.3Elektromagneten15 1.4Elektronischeschakelingen24 1.5Afsluiten30 2 Geluid34 2.1Starten35 2.2Geluidvanbronnaarontvanger35 2.3Muziek40 2.4Geluidopnemenenzichtbaar maken44 2.5Geluidshinder51 2.6Afsluiten56 3 Bouwvandematerie60 3.1Starten61 3.2Metalen61 3.3Moleculairestoffen70 3.4Straling76 3.5Afsluiten84 4 Veiligheidenverkeer88 4.1Starten89 4.2Versnellen89 4.3Beweging95 4.4Arbeidenenergie102 4.5Noodstop110 4.6Veiligheid116 4.7Afsluiten122 5 ConstructiesGT 126 5.1Starten127 5.2Soortenkrachten127 5.3Samenstellenvankrachten132 5.4Ontbindenvankrachten139 5.5Krachtenvergrotenofverkleinen144 5.6Afsluiten152 Illustratieverantwoording154 GT
1 Elektriciteit 1.1 Starten 1.2 Elektriciteit 1.3 Elektromagneten 1.4 Elektronischeschakelingen 1.5 Afsluiten 6
‘
1.2 Elektriciteit
Eenrobotmelktdekoeien. Misschienvraagjejeweleensafhoerobotswerken.Denkenkunnenze(nog)niet,maar voélenwel!Erbestaanveelsoortensensoren.Dieregistrerendetemperatuurofdeafstand toteenvoorwerp.Andereregistrerenlichtofgeluid.Het paspoort’ vandekoehangtom zijnnek.Derobot ‘weet’ hoeveelvoedselermoetwordengegeven. Doenudeproefenmaakdeopgavenoverdezeparagraafinjewerkboek.
1.1 Starten
Aanheteindvandezeparagraafkanik: □ beschrijvenwatgeleidersenisolatorenzijn; □ beschrijvenwatoverbelastingis; □ beschrijvenhoerandaardewerkt; □ rekenenmetvermogen. Ontdekken Metelektriciteitmoetjealtijdvoorzichtigzijn.Voorjehetweetraakteenapparaat oververhitenkanerbrandontstaan. Doenudeproefinjewerkboekenontdekmeeroverdehoeveelheidenergiedieeenbatterij kanleveren.
Insteedsmeerbedrijvengebeurtvanalleszonderdatermensenaantepaskomen.Alles lijktautomatischtegaan.Tochmoeterveelontworpenenonderhoudenwordenvoordat allesvanzelfgaat.Elektronicaspeeltdaarineenbelangrijkerol.
1.1 Starten 7
Begrijpen Veiligheidgaatvóóralles.Bijwerkenaaneenelektrischeinstallatiegebruikjedejuiste materialenenhoudjejeaandeveiligheidsmaatregelen.
1.2 Elektriciteit 8
Deelektrischestroomgaatdooreen geleider. Meestalzijndatkoperdraden.Omdekoperen kernziteenkunststofmantel.Diezorgtervoor datjedestroomdraadnietperongelukkunt aanraken.Doordekunststofmantelkunnenook destroomdradenniettegenelkaarkomen. Kunststofiseengoede isolator.Ineen huisinstallatiebepalendekleurenvandedraden detaakvandestroomdraad.
Veiligheid Eenouderwetsesmeltzekering. Elektriciteitiseenhandigevormvanenergie.Je kunterveelsoortenapparatenoplatenwerken. Maarelektriciteitkanookgevaarlijkzijn.Veel brandenontstaandoorkortsluitingof overbelasting(zieverder)inelektrische installaties.Bijoverbelastingmoetdestroomdus automatischuitgeschakeldworden.
Dekleurenvandeelektriciteitsdraden hebbeneenbetekenis.
Geleiding
Eenmoderneinstallatieautomaat. Indeouderwetsesmeltzekering(stop)ziteen dunnedraadzoalsindeproef Kunjeeenled latenbrandenmetwarmwater? bijVerkennen.Bij eentehogestroomsterkte,meestal16ampère, schakeltdesmeltzekeringdestroomuit.Jemoet daarnadesmeltzekeringvervangen.Bijde modernere installatieautomaat zetjeeenknop omhoog,waarnajehemweerkuntgebruiken. Delichtpuntenenstopcontactenineenwoning zijningroepenverdeeld.Elke groep is afzonderlijkgezekerd.Indegroepenkastvaneen woningvindjeooknogeenhoofdzekering.Deze beperktdestroomafnamevooreenheelhuisen kanalleendoorhetelektriciteitsbedrijfworden vervangen. Bijeentehogestroomsterktewordendedradenteheet.Datnoemje overbelasting.Alsde isolatiesmelt,kanerbrandontstaan.Ombrandtevoorkomen,schakelteensmeltzekering destroomuit.
Proef5 Hoebetrouwbaariseensmeltzekering? Hoofdzekering
Ditsymboolbetekent:dubbelgeïsoleerd.
Veelapparatenzijntegenwoordigvankunststof. Diekunnendusnietonderspanningkomente staan.Bijdezeapparatenisdestekker aangegoten.Jekuntdusnietperongelukde dradeneruittrekken.Zo’napparaatnoemje dubbelgeïsoleerd
Indegroepenkast(ofhuisinstallatie)komtdeelektrischestroomeenhuisbinnen.Eerstgaat diedoordehoofdzekering(en).Daarnagaatdestroomnaardesmeltzekeringenofde installatieautomaten.Hoofdzekeringenmogenalleenwordenvervangenofgecontroleerd dooreenerkendeelektricien.Daaromisdeplaatswaarzezittenverzegeld. Dubbeleisolatie
1.2 Elektriciteit 9
Doorsnedevaneenouderwetsesmeltzekering.
Randaarde Wasmachinesenkoelkastenhebbeneenmetalenbuitenkant.Zo’napparaatkanwélonder spanningkomentestaan.Omdattevoorkomenisdemetalenbuitenkantverbondenmet eenextra aardingsdraad eneengeaardestekker.Dezestekkermoetdanwelineengeaard stopcontactwordengestoken.Ditheefttweeaparte randaarde-klemmenomdestroom wegteleiden.Bijgebruikvaneenniet-geaardstopcontactwerktdezebeveiligingniet.Je magdezeapparatendaarnietopaansluiten. Geaardstopcontact. Stekkermetrandaarde. Belgischstopcontactenhebbeneenextra aardpin.Eenongeaardestekkerpastniet inhetstopcontact. 1.2 Elektriciteit 10
Elektrocutie Eenaardlekschakelaarbeschermtjetegen elektrocutie. Ermaggeenstroomdoorjelichaamgaan.Een stroomsterktevan30mAisalvoldoendeomje harttelatenstoppen.Nattehandenhebbeneen lageweerstandenmakenhetnoggevaarlijker. Daaromwordeneraandeelektrischeinstallatie vaneenbadkamerhogeeisengesteld.In woningeniseen aardlekschakelaar verplicht. Inonderstaandetabelziejewatergebeurtals elektrischestroomdoorhetmenselijklichaam gaat. Deaardlekschakelaarmeetvoortdurendde heen-enteruggaandestroomnaarenvaneen huis.Alsdeteruggaandestroomminderis,lekt erdusstroomweg(aardlek).Datkomendoor eenkapotapparaatmaar,ookdoordatiemand inaanrakingismeteendraadonderspanning waarbijstroomdoordiepersoonnaardeaarde ‘weglekt ’.Indatgevalzaldeaardlekschakelaar dehelehuisinstallatieuitschakelen. 1mAgeengevaar 5mApijnwordtvoelbaar 20mAdegrenswaaropjehetvoorwerpnogkuntloslaten 20-30mAbewusteloosheidkanoptreden 50-80mAkansopoverlijden vanaf1000mAdirectdodelijk ONTHOUDEN • Sleutelbegrippen: geleider,isolator,installatieautomaat,groep,overbelasting,dubbel geïsoleerd,aardingsdraad,randaarde,aardlekschakelaar. • Eenstroomdraadbestaatuiteenstroomgeleidendekoperdraadeneenkunststof bescherming,deisolator. • Eenstroomdraadwordtaltijdeenbeetjewarm.Bijeentehogetemperatuursmeltde isolatieenkanerbrandontstaan. • Dehuisinstallatieisingroepenverdeeld.Eensmeltzekeringofinstallatieautomaat beschermtdegroeptegeneentegrotestroomsterke.Diekanontstaandoor overbelasting.Degroepensamenwordenbeschermddooreenhoofdzekering. • Apparatenmeteenkunststofbuitenkanteneenaangegotenstekkerzijndubbel geïsoleerd. • Apparatenmeteenmetalenbuitenkanthebbeneenextraaardingsdraadenzijn verbondenmetderandaarde. • Deaardlekschakelaarbeschermtjetegenstroomdoorjelichaam.Dezeschakelaar schakeltdestroomrazendsneluitwanneerdeingaandeenuitgaandestroomsterkte verschillendzijn. Maaknudeopgaveninjewerkboek. 1.2 Elektriciteit 11
Beheersen Elkapparaatzetelektrischeenergieomineenandereenergievorm.Eenwasmachinezet natuurlijkmeerenergieomdaneenbedlampje.Hoeveelenergieeenapparaatomzetdruk jeuitinhetvermogen Proef5 Vergelijkhetvermogenvan elektrischeapparaten Proef5 Meethetvermogenvan fietslampjes Overbelasting Destroomsterktedooreenapparaathangtafvandeweerstand.Diekunjeuitrekenenals jedespanningendeweerstandkent.Alsjehetvermogenweet,hetaantalwatt,kandat ook.Deformuleis: P = U I Rekenvoorbeeld1 Eenstofzuigermeteenvermogenvan920wattisaangeslotenop230volt.Hoegrootisde stroomsterktedoorhetapparaat? Gegeven P =920W U =230V Gevraagd I Uitwerking P = U × I 920W=230V× I I = 920W 230V =4A Destroomsterktedoordestofzuigerisdus4ampère. Rekenvoorbeeld2 Eengroepinhuisisgezekerdmeteeninstallatieautomaatvan16ampère.Erstaaneen wasmachineeneenstofzuigeraan.Dewasmachineheefteenvermogenvan2500watt. Hetvermogenvandestofzuigeris920watt.Zaldezekeringdestroomuitschakelen? Gegeven I maximaal =16A P wasmachine =2500W P stofzuiger =920W Gevraagd Isdegezamenlijkestroomsterktehogerdan16A? 1.2 Elektriciteit 12
Uitwerking Jerekenteerstuithoeveelhetmaximalevermogenisdatdegroepkanleveren: P = U × I P =230V×16A=3680W Destofzuigerendewasmachinesamenhebbeneenvermogenvan2500W+920W= 3420W. Datisminderdan3680W.Deinstallatieautomaat(zekering)zaldusnietuitschakelen. Parallelschakeling Alleapparateninhuiszijnparallelgeschakeld.Zezijnallemaalop230voltaangesloten.De stroomsterktedoorelkapparaatisnietgelijk:eenwasmachine ‘trekt’ meerstroomdaneen bedlampje. Rekenvoorbeeld DeadapteromeeniPadopteladenisaangeslotenop230volt.Deadapteris3watt.Op hetzelfdestopcontactiseenstofzuigervan1500wattaangesloten.Hoegrootisde stroomsterkteindebeidestroomkringen? Gegeven U =230V P =3W Gevraagd I adapter en I stofzuiger Uitwerking Adapter P=U×I 3W=230V× I I = 3W 230V =0,013A Stofzuiger P = U × I 1500W=230V× I I = 1500W 230V =6,5A ONTHOUDEN • Hetvermogenkunjeberekenenmetdeformule: P = U × I Maaknudeopgaveninjewerkboek. 1.2 Elektriciteit 13
Plusvragen 5PlusvragenPlusvragenbijdezeparagraafvindjeonline. Extraoefening 5ExtraoefeningExtraoefeningenbijdezeparagraafvindjeonline. 1.2 Elektriciteit 14
Aanheteindvandezeparagraafkanik: beschrijvenwatelektromagnetenzijn; uitleggenhoejemagneteninschakelingenkuntgebruiken; uitleggenhoeeentransformatorwerkt; □ rekenenmetdetransformatorformule.
Develdlijnenrondeenpermanente magneet.
□
□
Dedenkbeeldigelijnendiedemagnetische werkingaangevennoemjede veldlijnen Eenkompasnaaldiseenkleine permanente magneet.Omdatdeaardeookeenzwak magnetischveldheeftzaldezekompasnaaldde richtingnoord-zuidaannemen.Denoordpool vandemagneetwijstnaarhetnoordenende zuidpoolvandemagneetnaarhetzuiden.Bij magnetentrekkengelijkepolenelkaaraanen stotengelijkepolenelkaaraf.
1.3 Elektromagneten 15
Permanentemagneet Eenmagneettrektijzerenennikkelenvoorwerpenaan.Jekunthetbereikvandemagneet zichtbaarmakenmetheelveelkleinekompasnaaldjes.Ditlaathetveldvandemagneet zien,hetgebiedwaarindemagneetactiefis.
1.3 Elektromagneten
Doenudeproefinjewerkboekenleerhoejezelfeenzosterkmogelijkeelektromagneetkunt maken. Begrijpen Elektromagnetenwordeninergveelapparatengebruikt.Somszijnzeergkleinenregelen zeminiatuurapparaatjes.Autoslopersgebruikenookelektromagnetenomerautowrakken meeteverplaatsen.
□
Ontdekken Magnetentrekkenbepaaldemetalenzoalsijzerenchroomaan.Gewonemagnetenkunje nietaan-enuitzetten.Metelektromagnetenkunjedatwel.Daarmeekunjeopafstand apparatenin-enuitschakelen.
Elektromagneet Eenelektromagneet ‘aanhetwerk’ ineen recyclingbedrijf. Elektromagneten hebbendezelfde eigenschappenalspermanentemagnetenmaar erzijntweebelangrijkeverschillen:jekuntzeinenuitschakelenendoorhetomkerenvande stroomrichtingkunjedenoord-enzuidpolen wisselen.Jekuntduskiezenofhijeen permanentemagneetaantrektofafstoot. Elektromagnetenwordeninveelapparaten gebruikt:helekleintjesalstrillerinjesmartphone enhelegrotebijsloop-enstaalbedrijven.Maar ookluidsprekersenelektromotorenwerkenmet elektromagneten. Luidspreker ophangingconus conus spreekspoelstofkapjemagneetcentreerringframe Deonderdelenvaneenluidspreker. Een luidspreker heeftzoweleenpermanente magneetalseenspoeldiewerktalseen elektromagneet.Destroominde elektromagneetwisseltvaakvansterkteen richtingopdemaatvandemuziek.Zozalde permanentemagneethemsteedsaantrekkenof wegduwen.Despoelzitvastaandebeweegbare conus.Dietriltmeemetdespoelenmaaktzo hetgeluid. Elektromotor NZ +Elektromotormetspoelenopdeasende permanentemagneteneromheen.
Denoord-enzuidpoolvandemagneettrekken elkaaraan.Gelijknamigepolenstotenelkaaraf. Meteenelektromagneetgebeurtdatook.Omde noord-endezuidpoolteverwisselenhoefje alleendestroommaarvanminnaarpluste latenlopeninplaatsvanandersom.Bijeen elektromotor gebeurtdatheelsnelachter elkaar.Jehebtdusaltijdeenpermanteéneen elektromagneetoftweesetselektromagneten nodig. Ineenelektromotorzittendespoelenrondeen as.Diespoelenwordenbeurtelingsdoorde permanentemagneetaangetrokkenof afgestoten.Dooropeenhandigemanierophet juistemomentdestroomrichtingomtekeren, blijvendespoelenachterdemagnetenaan rennen:demotordraait.
1.3 Elektromagneten 16
Relais Indevolgendeproefwerkjemeteen relais.Hiermeekunjeeenschakelaaropafstand bedienen.Zodrahetelektromagneetjeinhetrelaisstroomkrijgt,hoorjeeen ‘klik’ enwordt deschakelaaromgezet.Jekuntcontactenmakenofjuistverbreken. 1 23 anker spoel stalen kern Werkingvaneenrelais. Proef5 Schakelenmeteenrelais Reedcontact Een reedcontact bestaatuiteenbuisjemetdaarintweeijzerenplaatjes,dieelkaarnetniet raken.Alsereenmagneetindebuurtkomt,makendetweeplaatjescontact.Hetnadeel vaneenreedcontactis,dathetgeengrotestromen(maximaal1ampère)kanschakelen.Bij eenrelaismoeterstroomdoordespoelgaanomhettelatenwerken.Hetrelaiskandande indeanderestroomkringietsinofuitschakelen.Bijeenreedcontactbedienjedeschakelaar meteenmagneet(je).Hetreedcontactheeftdusgeenapartestroomnodigomtekunnen schakelen.Hetwordtvaaktoegepastbijeen(raam)inbraakalarm,alsschakelaarbij modelbouw.Deminiatuurspoorbomengaandannaarbenedenalsereentrein(meteen kleinemagneet)langshetreedcontactrijdt.Ookje fietscomputerwerktmeteen reedcontact.Hetmagneetjezitinjespaken;hetreedcontactaandevoorvork. ZN Eenreedcontactschakeltzondereigenstroomkring. Proef5 Hoewerkteenreedcontact? Proef5 Bouweeninbraakalarm 1.3 Elektromagneten 17
• Ineenrelaiswordteenschakelaargeslotenofgeopendalsereenstroomdooreenspoel
1.3 Elektromagneten 18
Adapter Een adapter,vaakopladergenoemd,maaktvandenetspanningeenlagerespanning.Je gebruikteenadapterombijvoorbeeldeenmobieletelefoonopteladen.Sommige apparateninhuiswerkenookmeteenadapter,denkmaaraaneenlaptopofandere apparaten,dieopeenlagespanningwerken.Indemeestehuizenzijnveeladapterste vindendieiedervooreenapartapparaatwordengebruikt.Jeweettochdatjezeniet ongebruiktinhetstopcontactmoetlatenzitten?Zegebruikenaltijdeenbeetjestroomen kunnenbijeendefectbrandveroorzaken. ONTHOUDEN • Sleutelbegrippen: veldlijnen,permanentemagneet,elektromagneet,elektromotor, luidspreker,relais,reedcontact,dynamo,generator,oplader. • Permanentemagnetenenelektromagnetenhebbeneennoordpooleneenzuidpool. • Denoordpoolendezuidpooltrekkenelkaaraan.Gelijkepolenstotenelkaaraf. • Eenelektromagneetiseenspoelmeteenijzerenkern. • Ineenelektromotordraaiteenspoelrondinhetmagneetveldvaneenanderemagneet. • Ineenluidsprekerlooptereenwisselendestroomdooreenspoel.Despoelgaattrillen
• Eenreedcontactwordtgeslotenalsereenmagneetbijgehoudenwordt. • Ineendynamodraaiteenspoelrondineenmagneetveld.Daardoorontstaatereen
fi
Een etsdynamozorgtvoorstroomvoordelamp. doordepermanentemagneet. loopt. spanning.
Fietsdynamo Nognietzolanggeledenzatenzeopelke fiets:eendynamoomde fietsverlichtingtelaten branden.Deze dynamo draaitdooreenwieltjedattegendebandloopt.Eenmoderne naafdynamoisinhetvoorwielingebouwd.Eengrotedynamowordtookwel generator genoemd.Hetapparaatbestaatuitspoelen,dieronddraaieninhetmagnetischeveldvan eenpermanentemagneet.Elektriciteitkanmagnetismemakenineenspoel.Andersom werkthetook.Alseenspoelronddraaitineenmagnetischveldgaatereenstroomlopen. Elkeelektriciteitscentralewerktopdezemanier.Eendynamoeneenelektromotorzittenop dezelfdemanierinelkaar:sommige fietsdynamo’skunjelatendraaienalsjeereen wisselspanningopzet. stroom terug van lamp lamp stroom naar lamptegendraaiendmagneetspoelwielband
Maaknudeopgaveninjewerkboek. Beheersen Veelapparatenwerkentegenwoordigmetadapters(opladers).Zowerktjetelefoonopeen spanningvan6volt,maarjelaadthemopmetdenetspanningvan230volt. Transformator
• Eengeneratoriseengrotedynamo. • Meteenopladermaakjeeenspanningkleiner.
transformatorkernsecundairewikkelingwikkelingprimaire UUs p
Schematischoverzichtvaneentransformator. Eenadapterverandertdespanning vanhetstopcontact,vaak230volt naarde5voltof12voltdieeen apparaatnodigheeft.Demeeste adapterswerkenmeteen transformator.Eentransformator bestaatuiteenijzerenkernmet daaromheentweespoelenvan geïsoleerdestroomdraad.
Deenekantvandetransformator (oftrafo)wordtophetstopcontactaangesloten.Ditisde primairespoel.Daarkomt wisselstroomdetransformatorbinnen.Dezestroomveroorzaakteenmagnetischveldinde primairespoel.Deijzerenkernbrengtdatmagnetischeveldovernaardeanderekant.Daar bevindtzicheentweedespoel:de secundairespoel.Dezesecundairespoelwerktals dynamoenwekteennieuwespanningop.Eensecundairespoelmetminderwindingendan deprimaire,maakteenlagerespanning.Metmeerwindingenkrijgjejuisteenhogere secundairespanning. Alsdeprimairespoelvijfmaalhetaantalwindingenvandesecundairespoelheeft,komter 1/5vandeprimairespanningaandesecundairekantuitdetransformator. Demoproef5 Spanningineentransformator Detransformatorformule Indeproefzagjedatdeprimaireendesecundairespanningdezelfdeverhoudinghebben alsdeaantallenwindingen.Datgeefjeweermetde transformatorformule
. Hierinis: Np Ns = Up Us • N p =aantalwindingenvandeprimairespoel(ingang) • U p =spanningbijdeprimairespoel(ingang)(V) • N s=aantalwindingenvandesecundairespoel(uitgang) • U s=spanningbijdesecundairespoel(uitgang)(V) 1.3 Elektromagneten 19
Rekenvoorbeeld Eenadapterzet230voltomnaar5volt.Deprimairespoelheeft1000windingen.Hoeveel windingenmoetdesecundairespoeldanhebben? Gegeven N p =1000 U p =230V U s =5V Gevraagd N s Uitwerking Jekuntdetransformatorformulehetgemakkelijkstineenverhoudingstabelgebruiken. ∶ 230 ⨯ 5 ∶ 230 ⨯ 5 U 230 V 1 V 5 V N 1 000 4,35 22 Jemagookdetransformatorformuleinvullenendankruiselingsvermenigvuldigenalsjedat gemakkelijkervindt. Invullenindeformulegeeft: 1000W Ns = 230V 5V Kruiselingsvermenigvuldigengeeft N s ×230=1000×5. Dus N s = 1000 5 230 =21,7=22windingen. Jerondtafnaarhetdichtstbijzijndegehelegetal;gedeeltelijkewindingenbestaanniet. Energietransport Transformatorenwordengebruiktbijhettransportvanenergie.Deenergiewordtvia dradenaanhoogspanningsmastengetransporteerd.Hetgetransporteerdevermogenis gelijkaan U×I Destroomsterkte I zorgtervoordatdedradenheetworden. Alsjeveelenergiewilttransporteren,moetjedestroomsterktezokleinmogelijkhouden, andersgaaterveelenergieverloreninwarmteindedraden.Maardanmoet U juistheel hoogworden.Daaromwordtelektrischeenergieovergroteafstandengetransporteerd onderhoogspanning. Bijdeelektrischecentralewordtdeopgewektespanning ‘omhoog’ getransformeerdnaar 150000voltofzelfswel500000volt.Indewoonwijkenwordtdezehoogspanningweer ‘omlaag’ getransformeerdnaar230volt. 1.3 Elektromagneten 20
Rekenvoorbeeld Detransformatorindezekastmaaktvan dehogespanningweereenlagespanning. Eencentraleproduceerteenvermogenvan 200megawatt(200000000watt).Berekende stroomsterktebijeenspanningvan230volten bijeenspanningvan380kilovolt. Gegeven P =200000000W U =230Vof380000V Gevraagd I Uitwerking P=U×I 200000000W=230V× I I = 200000000W 230V =869565A Bij380000voltwordtdit: I = 200000000W 380000V =526A Destroomsterkteisnudusveellager. Eenidealetransformator Bijeentransformatorisaltijdsprakevanverliesvanenergie.Hetvermogendataande secundairekantwordtafgegevenisaltijdkleinerdandataandeprimairekant.Hetverschil gaatverlorenindevormvanwarmteenmagnetismeindeijzerenkern. Inopgavengaanwealtijduitvaneenidealetransformator.Bijeenidealetransformatoris ergeenverliesenhijwordtooknietwarm.Inwerkelijkheidisdatnooitzo.Hetrekentwel makkelijk,wantbijzo’nidealetrafoishetvermogendaterinwordtgestoptookhet vermogendateruitkomt. Rekenvoorbeeld Vanuiteenstopcontact(230volt)gaateenvermogenvan16wattindeidealetrafo. Desecundairekantgeefteenspanningvan4volt.Hoegrootisdestroomsterkteaande secundairekant? Gegeven P p =16W U p =230V U s =4V Gevraagd I s Uitwerking P p =P s 16W= U s × I s 16W=4V× I s I s = 16W 4V =4A 1.3 Elektromagneten 21
Proef5 Energieverliesineentransformator Rekenvoorbeeld Typeplaatjeadapter. Indeafbeeldingziejehettypeplaatjevaneen usb-oplader.Denetspanningvan230voltwordt omgezetnaar5volt.Deprimairestroomsterkte is0,1ampère,desecundairestroomsterkteis500 miliampère. Hoegrootishetrendementvandezeoplader? Gegeven U p =230V I p =0,1A U s =5V I s =500mA=0,5A Gevraagd Rendementoplader. Uitwerking P=U×I Bijdeingangishetprimairevermogen: P=U×I =230V×0,1A=23W Hetsecundairevermogenis: P=U×I =5V×0,500A=2,5W Hetrendementrekenjeuitmeteenverhoudingstabel. ∶ 23 ⨯ 2,5 ∶ 23 ⨯ 2,5 23 W 1 W 2,5 W 100 % 4,35% 11% Hetrendementisdus11%. ONTHOUDEN • Sleutelbegrippen: transformator,primairespoel,secundairespoel, transformatorformule • Eentransformatormaaktvaneenbepaaldespanningeenlagereofeenhogere spanning.Hijbestaatuiteenprimairespoel,eenweekijzerenkerneneensecundaire spoel. • Doordeprimairespoelwordtdoordeelektrischestroomeenmagneetveldopgewektin deweekijzerenkern. • Indesecundairespoelgaateenstroomlopen,omdatereensterkmagneetveldis. • Detransformatorformuleis: Np Ns = Up Us • N p =aantalwindingenvandeprimairespoel(ingang) U p =spanningbijdeprimairespoel(ingang)(V) 1.3 Elektromagneten 22
N s =aantalwindingenvandesecundairespoel(uitgang) U s =spanningbijdesecundairespoel(uitgang)(V) Maaknudeopgaveninjewerkboek. Plusvragen 5PlusvragenPlusvragenbijdezeparagraafvindjeonline. Extraoefening 5ExtraoefeningExtraoefeningenbijdezeparagraafvindjeonline. 1.3 Elektromagneten 23
’
□
’
Ontdekken Naastdeweerstandenhetlampjezijnernogheelveelandereonderdelendieinde elektronicagebruiktworden.Miniatuurcomponentenregelenkleinestroompjesin computersenandereslimmeelektronischeapparaten.Metcomponentendiereagerenop lichtoftemperatuurbouwjeslimmeapparaten.
1.4 Elektronischeschakelingen 24
□
1.4 Elektronischeschakelingen
□
Deschakelingendiejetotnutoegebouwdhebtmoetjezelfbedienendoorhetsluitenvan eenstroomkringofhetgebruikvaneenmagneet.Erkomensteedsmeerslimmeapparaten diezelfbeslissenenschakelen.Zokunje snachtsonderhetbedeenlampjeaanlaten gaanalsjeuitbedstapt.Destraatverlichtingreageertautomatischoplichtendonker.Bij telagetemperatureninplantenkassengaatdeverwarmingautomatischaan.Hoewerkt datnuallemaal? DoenudeproefinjewerkboekenontdekmeeroverdewerkingvaneenLDR. Begrijpen Inparkeergarageslezenslimmecamera shetnummerbordvaneenauto,zodateenhek automatischopent.Lampengaanaanalshetdonkerwordt.Alshetbuitenteheetis schakeltdeaircoin. Sensor Parkerenbetaald?Deslagboomgaat automatischopen. Deslagboomreageertopeensensor,zodathij opentalsereenautoaankomt.Desensoris aangeslotenopeenverwerkingseenheidof verwerker.Natuurlijkishetbelangrijkdathethek alleenopentalsdeautonadert,waarvoor betaaldisofiemanddietoegangheeftmeteen abonnement.Demotordiedeslagboomopent heeteenactuator. Vlakvoorhethekkaneencameraworden geplaatst,diedenummerplaatvandeauto leest.Deauto’sdietoeganghebbenworden doordeverwerkerherkendendaarnawordtaandeactuatorhetseingegevendathethek kanwordengeopend.
Aanheteindvandezeparagraafkanik: benoemenuitwelkeonderdeleneenautomatischeschakelingbestaat; beschrijvenwelketypenweerstandenerzijn; uitleggenwateencondensatordoet; beschrijvenwateentransistoris; □ uitleggenhoejeelektronischeschakelingenmaakt.
□
flezen.DezekleurcodevindjeookinBINAS-tabel13. Soortenweerstanden Demeesteweerstandenhebbeneenvasteweerstandswaarde,maarerbestaanook regelbareweerstanden ofschuifweerstanden.Dewaardeervankunjeveranderendoorte schuivenoftedraaien. Deelektronischeonderdelendieietskunnenmeten,hetensensoren.Hetzijnelektronische onderdelendieinweerstandgroterofkleinerwordenalserietsgebeurt.ZokanheteenLDR zijn,diereageertoplicht.BijbelichtingvaneenLDRwordtdeweerstandlager.De weerstandvaneenNTCwordtlagerbijeenhogeretemperatuur.Jekuntdezeweerstanden toepasseninelektronischeschakelingendieiets ‘doen’,afhankelijkvanlichtsterkteof temperatuur. 1.4 Elektronischeschakelingen 25
Automatischeschakelingen Eenautomatischeschakelingbestaatuit: • weerstandendiereagerenoplicht,straling(LDR)oftemperatuur(NTC). • elektronischeschakelaars,relaisentransistor. • actuatoren,zoalseenmotordiededeuropentofeenlampofverwarmingdieaangaat. • condensatorenwaarinelektriciteitopgeslagenkanworden. Voorbeeldenvanautomatischeschakelingenzijninbraakalarm,automatischedeuren, elektronischetemperatuursensoren,schemerschakelingen,dimmersofdiscolichtendieop muziekreageren. Kleurcodeweerstanden Weerstandenregelendestroomsterkte. Met ‘weerstand’ wordtookeenonderdeeltjein elektronischeschakelingenaangeduid(zie afbeeldinghiernaast).Opeenprintplaatjezieje vaakveelweerstanden.Dieweerstanden bepalendestroomsterkteindeschakeling.Zo’n weerstandismeestalnietmeerdaneendun laagjekoolstofopeenplasticcilindertje.Opdit cilindertjewordteenlaagjekunststof aangebrachtmetdekleurcode.Dezecodegeeft degroottevandeweerstand(hetaantalohm) aan.Delaatsteringisgoudofzilver.Dezegeeftdenauwkeurigheidvandeweerstandaan. ring 1 ring 2 ring 3 === aaccijferijferntal nullengeeoranroobzwartruindjel wgpaarsblgroenauwrijsit43210 98765
Aandekleurcodekunjedeweerstanda
www.thiememeulenhoff.nl/newton-nask
