Samenvatting 4VWO Systematische Natuurkunde uitwerkingen | H5. Elektrische Systemen |

Vwo 4 Hoofdstuk 5 Uitwerkingen



5.1 Elektrische stroom en spanning
Opgave 1
a Alleen elektronen kunnen zich verplaatsen en niet de positief geladen kern. Aangezien de
lading van Riemer positief is, is hij negatief geladen elektronen kwijtgeraakt.
b Het aantal elektronen bereken je met de totale lading en de lading van het elektron.

De lading van een elektron is 1,602ꞏ10-19 C.
3,7  1010
Het aantal elektronen is dus gelijk aan  2,30  109
1,602  1019
Riemer is 2,3ꞏ109 elektronen kwijtgeraakt.
c De richting van de stroom is altijd gelijk aan de richting waarin positieve lading beweegt.

Tijdens de ontlading bewegen negatief geladen elektronen van de deurkruk naar Riemer.
De richting van de stroom is dus de andere kant op: in de richting van de deurkruk.
d De stroomsterkte bereken je met de formule voor de stroomsterkte.

Q
I
t
Q = 3,7ꞏ10-10 C
t = 12 ns = 12ꞏ10−9 s
3,7  1010
I
12  109
I = 0,0308 A
Afgerond: I = 0,031 A.

Opgave 2
De stroomsterkte bereken je met de formule voor de stroomsterkte.
De hoeveelheid lading die door de dwarsdoorsnede van de draad gaat, komt overeen met het
aantal elektronen in 1,0 mm draad.

In 1,0 m draad bevinden zich 2,0∙1022 elektronen. Dus in 1,0 mm draad zijn dat er 2,0∙1019.
De lading van een elektron is 1,602ꞏ10-19 C.
Er bewegen 2,0∙1019 × 1,602ꞏ10-19 =3,204 C.

Q
I
t
De lading verplaatst zich in 1,0 s door de dwarsdoorsnede.
Dus de stroomsterkte is 3,204 A
Afgerond: I = 3,2 A.

Opgave 3
a De stroomsterkte bereken je met de formule voor de stroomsterkte.
De lading bereken je met de formule voor de spanning.

E
U
Q
U = 1,5 V
ΔE = 0,20 mJ = 0,20∙10−3 J
0,20  103
1,5 
Q
Q = 1,333∙10−4 C
Omdat de rekenmachine 0,20 mJ per seconde gebruikt, is dat de hoeveelheid lading per
seconde.
Dus de stroomsterkte is 1,333∙10−4 A
Afgerond: I = 1,3∙10−4 A.


© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 1 van 33

,Vwo 4 Hoofdstuk 5 Uitwerkingen


b De tijd bereken je met stroomsterkte en de capaciteit.
Uit de voorbeelden volgt dat de capaciteit het product is van de stroomsterkte en de tijd. De
stroomsterkte is uitgedrukt in mA en de tijd in uur.

I = 1,3∙10−4 A = 13 mA
2400 = 13 × t
t = 1,84∙102 h
Afgerond: t = 1,8∙102 h

Opgave 4
De stroomsterkte bereken je met de formule voor de stroomsterkte.
De lading bereken je met de formule voor de spanning.

E
U
Q
U = 43,2 V
ΔE = 3,6 MJ = 3,6ꞏ106 J
3,6  106
43, 2 
Q
Q = 8,33ꞏ104 C

Q
I
t
Q = 8,33ꞏ104 C
Δt = 30 min = 30 × 60 = 1800 s
8,33  103
I
1800
I = 46,29 A
Afgerond: I = 46 A

Opgave 5
a Het aantal chroomatomen bereken je met de massa van de chroomatomen en de massa van
één chroomatoom.

1, 2  103
Het aantal atomen is gelijk aan  1,39  1022
8,6  1026
Er zijn 1,4ꞏ1022 atomen neergeslagen.
b De stroomsterkte bereken je met de formule voor de stroomsterkte.
De lading bereken je met het aantal elektronen dat is opgenomen en de lading van een
elektron.
Het aantal elektronen dat is opgenomen bereken je met het aantal atomen dat is
neergeslagen en het aantal elektronen dat nodig is om Cr3+ om te zetten in Cr.

Er zijn 1,4ꞏ1022 atomen neergeslagen en daarvoor zijn 1,4ꞏ1022 ionen Cr3+ nodig.
Om een ion Cr3+ om te zetten in een atoom Cr zijn drie elektronen nodig.
Er zijn 3  1,4ꞏ1022 = 4,2∙1022 elektronen nodig.

De lading van een elektron is 1,602ꞏ10-19 C.
De totale lading is dan 4,2ꞏ1022  1,602ꞏ10−19 = 6,728ꞏ103 C.

Q
I
t
Q = 6,728ꞏ103 C
Δt = 1,5 h = 1,5  3600 = 5400 s




© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 2 van 33

,Vwo 4 Hoofdstuk 5 Uitwerkingen



6,728  103
I
5400
I = 1,246 A
Afgerond: I = 1,2 A

Opgave 6
De +pool van de spanningsbron is (eventueel via de lamp) verbonden met de +pool van een
apparaat. Zie figuur 5.1 voor twee mogelijke schakelingen.




Figuur 5.1

Opgave 7
a De oppervlakte onder de lijn van de gemiddelde stroomsterkte is tussen t = 0,4 en t = 9,6 s
gelijk aan de oppervlakte onder de grafiek.
Dit is de lijn die hoort bij Igem = 12,4 A.
Zie figuur 5.2.




Figuur 5.2




© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 3 van 33

, Vwo 4 Hoofdstuk 5 Uitwerkingen


b De gemiddelde spanning bereken je met de formule voor de spanning.
De lading volgt uit de oppervlakte onder (I,t)-grafiek.

De oppervlakte onder de rode lijn is gelijk aan:
Q  12, 4  (9, 6  10 3  0, 4  10 3 )
Q = 0,114 C

E
U gem 
Q
ΔE = 0,13 kJ = 0,13ꞏ103 J
0,13 103
U gem 
0,114
Ugem = 1,139ꞏ103 V
Afgerond Ugem = 1,1ꞏ103 V.




© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 4 van 33