04
Examen HAVO
20
natuurkunde 1
Hoger
Algemeen
Voortgezet
Onderwijs Tijdvak 1
Dinsdag 25 mei
13.30 – 16.30 uur
Als bij een vraag een verklaring, uitleg,
berekening of afleiding gevraagd wordt,
worden aan het antwoord meestal geen
punten toegekend als deze verklaring, uitleg,
berekening of afleiding ontbreekt.
Voor dit examen zijn maximaal 81 punten te
behalen; het examen bestaat uit 25 vragen. Geef niet meer antwoorden (redenen,
Voor elk vraagnummer is aangegeven hoeveel voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.
punten met een goed antwoord behaald kunnen Als er bijvoorbeeld twee redenen worden
worden. gevraagd en je geeft meer dan twee redenen,
Voor de uitwerking van de vragen 5, 13, 14, 15, dan worden alleen de eerste twee in de
17 en 24 is een uitwerkbijlage toegevoegd. beoordeling meegeteld.
400015-1-15o Begin
, Opgave 1 Broodrooster
De broodrooster die in figuur 1 is afgebeeld, heeft twee gloeistaven. Ze bevinden zich aan
weerskanten van de gleuf waar de snee brood in komt. In figuur 2 is ingezoomd op een van
de twee gloeistaven.
figuur 1 figuur 2
De broodrooster is aangesloten op 230 V en heeft een vermogen van 750 W.
De gloeistaven zijn parallel geschakeld.
4p 1 Bereken de weerstand van één gloeistaaf. Verwaarloos daarbij de weerstand van de
aansluitdraden.
Elke gloeistaaf heeft een dikte (diameter) van ongeveer 0,5 cm en is aan de buitenkant van
roestvrij staal. Van buitenaf is niet te zien of de gloeistaaf van massief staal is
(mogelijkheid a) of dat zich binnen een stalen omhulsel een veel dunnere gloeidraad
bevindt (mogelijkheid b). Zie figuur 3.
massief staal stalen omhulsel
figuur 3
a b
Zowel bij mogelijkheid a als bij mogelijkheid b zou de temperatuur van een gloeistaaf zo
hoog zijn dat je bij aanraking je vinger brandt. Toch verdient een van de twee
mogelijkheden uit veiligheidsoverweging de voorkeur.
2p 2 Leg uit welke mogelijkheid (a of b) de voorkeur verdient.
Ook zonder het apparaat uit elkaar te halen, is na te gaan welke mogelijkheid (a of b) zich
voordoet.
3p 3 Beschrijf een methode waarmee je kunt aantonen dat de gloeistaven wel of niet van massief
staal gemaakt zijn. Gebruik daarbij de formule voor de weerstand van een draad.
Vrij snel na het inschakelen zijn de gloeistaven roodgloeiend. Ze geven dan hun warmte
volledig af in de vorm van straling. Tijdens het roosteren hebben de staven een constante
temperatuur.
De stralingsenergie die één zo'n gloeistaaf per seconde afgeeft, wordt gegeven door de
formule:
Pstraling = 3, 20 ⋅10−10 ⋅ T 4 , waarin T de temperatuur van de gloeistaaf in kelvin is.
3p 4 Bereken de temperatuur van een gloeistaaf tijdens het roosteren.
400015-1-15o 2 Lees verder
, De broodrooster schakelt na een bepaalde tijd automatisch de stroom door de gloeistaven
uit. Dit kan worden nagebootst met een schakeling op een systeembord. In figuur 4 zijn de
belangrijkste verwerkers getekend waarmee men deze schakeling kan maken.
figuur 4
pulsgenerator
teller
telpulsen 128
0 5 Hz 64
32
16
aan/uit
8
4
2
reset 1
druk-
schakelaar geheugencel
s
naar
M
r A gloeistaven
Het inschakelen van de broodrooster wordt nagebootst met het indrukken van een
drukschakelaar. Als de drukschakelaar even wordt ingedrukt, ontstaat bij de set van de
geheugencel even een hoog signaal.
Zolang het signaal bij de uitgang van de geheugencel (A) hoog is, blijven de gloeistaven
aan; als het signaal bij A laag is, zijn ze uit.
De pulsgenerator staat ingesteld op een frequentie van 2,0 Hz.
Aan de schakeling worden de volgende eisen gesteld:
- de teller gaat lopen op het moment dat de gloeistaven worden ingeschakeld;
- de gloeistaven moeten na 40 seconde worden uitgeschakeld;
- de teller wordt automatisch gereset op het moment dat de gloeistaven worden
uitgeschakeld.
Figuur 4 staat vergroot op de uitwerkbijlage.
5p 5 Maak in de figuur op de uitwerkbijlage de schakeling compleet zodat aan bovengenoemde
eisen is voldaan.
Men kan de roostertijd langer maken door de frequentie van de pulsgenerator te veranderen.
Verder verandert men niets aan de schakeling.
2p 6 Leg uit of de frequentie van de pulsgenerator dan hoger of lager moet worden.
400015-1-15o 3 Lees verder
, Opgave 2 Energie voor verre reizen
Lees onderstaand artikel.
artikel Kernenergie voor Cassini
In oktober 1997 is vanaf het Amerikaanse ruimtevaartcentrum Cape Canaveral de Cassini-
sonde gelanceerd voor een reis naar de planeet Saturnus. De sonde zal in juli 2004 bij de
planeet met de ringen aankomen.
Gedurende vier jaar verblijft de onbemande sonde in een baan om Saturnus. De sonde gaat
metingen verrichten die doorgestuurd worden naar de aarde. De Cassini heeft elektrische
energie nodig voor de apparatuur. Zonnepanelen zijn daarvoor niet geschikt; de sonde is
uitgerust met een zogenaamde RTG.
De afkorting RTG staat voor 'radio-isotope thermo-electric generator'. In de RTG wordt
warmte geleverd door radioactief verval van plutonium. Die warmte wordt gebruikt voor het
opwekken van elektriciteit. De Cassini heeft 33 kg van de isotoop plutonium-238 aan boord.
Hiermee wordt gedurende de elf jaar durende missie een vrijwel constant elektrisch
vermogen van 885 watt geproduceerd.
naar: NRC Handelsblad, oktober 1997
De sonde zendt gegevens naar de aarde door middel van radiosignalen. Deze verplaatsen
zich met de lichtsnelheid.
12
Als de sonde bij de planeet Saturnus aankomt, is zijn afstand tot de aarde 1,4·10 m.
3p 7 Bereken de tijd die de signalen er dan over doen om de aarde te bereiken.
2p 8 Leg uit waarom zonnepanelen niet geschikt zijn voor de elektriciteitsopwekking van de
Cassini-sonde.
Plutonium-238 heeft een halveringstijd van 88 jaar en zendt bij verval α-straling uit.
3p 9 Geef de vergelijking van het verval van plutonium-238.
Bij het verval van een plutonium-238-kern komt een hoeveelheid energie vrij
–13
van 9,0·10 J.
16
Het plutonium-238 van de Cassini-sonde heeft een activiteit van 2,1·10 Bq. Bij deze
activiteit levert de RTG een elektrisch vermogen van 885 W.
5p 10 Bereken het rendement waarmee de RTG de energie die vrijkomt bij het radioactief verval,
omzet in elektrische energie.
In de toekomst worden misschien onbemande ruimtereizen uitgevoerd naar naburige
sterren. Die ruimteschepen zullen enkele duizenden jaren onderweg zijn.
Tijdens die reizen zal steeds elektriciteit nodig zijn voor de meetapparatuur.
2p 11 Is bij dergelijke reizen een RTG met plutonium-238 een geschikte bron voor de
elektriciteitsvoorziening? Licht je mening toe.
400015-1-15o 4 Lees verder
Examen HAVO
20
natuurkunde 1
Hoger
Algemeen
Voortgezet
Onderwijs Tijdvak 1
Dinsdag 25 mei
13.30 – 16.30 uur
Als bij een vraag een verklaring, uitleg,
berekening of afleiding gevraagd wordt,
worden aan het antwoord meestal geen
punten toegekend als deze verklaring, uitleg,
berekening of afleiding ontbreekt.
Voor dit examen zijn maximaal 81 punten te
behalen; het examen bestaat uit 25 vragen. Geef niet meer antwoorden (redenen,
Voor elk vraagnummer is aangegeven hoeveel voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.
punten met een goed antwoord behaald kunnen Als er bijvoorbeeld twee redenen worden
worden. gevraagd en je geeft meer dan twee redenen,
Voor de uitwerking van de vragen 5, 13, 14, 15, dan worden alleen de eerste twee in de
17 en 24 is een uitwerkbijlage toegevoegd. beoordeling meegeteld.
400015-1-15o Begin
, Opgave 1 Broodrooster
De broodrooster die in figuur 1 is afgebeeld, heeft twee gloeistaven. Ze bevinden zich aan
weerskanten van de gleuf waar de snee brood in komt. In figuur 2 is ingezoomd op een van
de twee gloeistaven.
figuur 1 figuur 2
De broodrooster is aangesloten op 230 V en heeft een vermogen van 750 W.
De gloeistaven zijn parallel geschakeld.
4p 1 Bereken de weerstand van één gloeistaaf. Verwaarloos daarbij de weerstand van de
aansluitdraden.
Elke gloeistaaf heeft een dikte (diameter) van ongeveer 0,5 cm en is aan de buitenkant van
roestvrij staal. Van buitenaf is niet te zien of de gloeistaaf van massief staal is
(mogelijkheid a) of dat zich binnen een stalen omhulsel een veel dunnere gloeidraad
bevindt (mogelijkheid b). Zie figuur 3.
massief staal stalen omhulsel
figuur 3
a b
Zowel bij mogelijkheid a als bij mogelijkheid b zou de temperatuur van een gloeistaaf zo
hoog zijn dat je bij aanraking je vinger brandt. Toch verdient een van de twee
mogelijkheden uit veiligheidsoverweging de voorkeur.
2p 2 Leg uit welke mogelijkheid (a of b) de voorkeur verdient.
Ook zonder het apparaat uit elkaar te halen, is na te gaan welke mogelijkheid (a of b) zich
voordoet.
3p 3 Beschrijf een methode waarmee je kunt aantonen dat de gloeistaven wel of niet van massief
staal gemaakt zijn. Gebruik daarbij de formule voor de weerstand van een draad.
Vrij snel na het inschakelen zijn de gloeistaven roodgloeiend. Ze geven dan hun warmte
volledig af in de vorm van straling. Tijdens het roosteren hebben de staven een constante
temperatuur.
De stralingsenergie die één zo'n gloeistaaf per seconde afgeeft, wordt gegeven door de
formule:
Pstraling = 3, 20 ⋅10−10 ⋅ T 4 , waarin T de temperatuur van de gloeistaaf in kelvin is.
3p 4 Bereken de temperatuur van een gloeistaaf tijdens het roosteren.
400015-1-15o 2 Lees verder
, De broodrooster schakelt na een bepaalde tijd automatisch de stroom door de gloeistaven
uit. Dit kan worden nagebootst met een schakeling op een systeembord. In figuur 4 zijn de
belangrijkste verwerkers getekend waarmee men deze schakeling kan maken.
figuur 4
pulsgenerator
teller
telpulsen 128
0 5 Hz 64
32
16
aan/uit
8
4
2
reset 1
druk-
schakelaar geheugencel
s
naar
M
r A gloeistaven
Het inschakelen van de broodrooster wordt nagebootst met het indrukken van een
drukschakelaar. Als de drukschakelaar even wordt ingedrukt, ontstaat bij de set van de
geheugencel even een hoog signaal.
Zolang het signaal bij de uitgang van de geheugencel (A) hoog is, blijven de gloeistaven
aan; als het signaal bij A laag is, zijn ze uit.
De pulsgenerator staat ingesteld op een frequentie van 2,0 Hz.
Aan de schakeling worden de volgende eisen gesteld:
- de teller gaat lopen op het moment dat de gloeistaven worden ingeschakeld;
- de gloeistaven moeten na 40 seconde worden uitgeschakeld;
- de teller wordt automatisch gereset op het moment dat de gloeistaven worden
uitgeschakeld.
Figuur 4 staat vergroot op de uitwerkbijlage.
5p 5 Maak in de figuur op de uitwerkbijlage de schakeling compleet zodat aan bovengenoemde
eisen is voldaan.
Men kan de roostertijd langer maken door de frequentie van de pulsgenerator te veranderen.
Verder verandert men niets aan de schakeling.
2p 6 Leg uit of de frequentie van de pulsgenerator dan hoger of lager moet worden.
400015-1-15o 3 Lees verder
, Opgave 2 Energie voor verre reizen
Lees onderstaand artikel.
artikel Kernenergie voor Cassini
In oktober 1997 is vanaf het Amerikaanse ruimtevaartcentrum Cape Canaveral de Cassini-
sonde gelanceerd voor een reis naar de planeet Saturnus. De sonde zal in juli 2004 bij de
planeet met de ringen aankomen.
Gedurende vier jaar verblijft de onbemande sonde in een baan om Saturnus. De sonde gaat
metingen verrichten die doorgestuurd worden naar de aarde. De Cassini heeft elektrische
energie nodig voor de apparatuur. Zonnepanelen zijn daarvoor niet geschikt; de sonde is
uitgerust met een zogenaamde RTG.
De afkorting RTG staat voor 'radio-isotope thermo-electric generator'. In de RTG wordt
warmte geleverd door radioactief verval van plutonium. Die warmte wordt gebruikt voor het
opwekken van elektriciteit. De Cassini heeft 33 kg van de isotoop plutonium-238 aan boord.
Hiermee wordt gedurende de elf jaar durende missie een vrijwel constant elektrisch
vermogen van 885 watt geproduceerd.
naar: NRC Handelsblad, oktober 1997
De sonde zendt gegevens naar de aarde door middel van radiosignalen. Deze verplaatsen
zich met de lichtsnelheid.
12
Als de sonde bij de planeet Saturnus aankomt, is zijn afstand tot de aarde 1,4·10 m.
3p 7 Bereken de tijd die de signalen er dan over doen om de aarde te bereiken.
2p 8 Leg uit waarom zonnepanelen niet geschikt zijn voor de elektriciteitsopwekking van de
Cassini-sonde.
Plutonium-238 heeft een halveringstijd van 88 jaar en zendt bij verval α-straling uit.
3p 9 Geef de vergelijking van het verval van plutonium-238.
Bij het verval van een plutonium-238-kern komt een hoeveelheid energie vrij
–13
van 9,0·10 J.
16
Het plutonium-238 van de Cassini-sonde heeft een activiteit van 2,1·10 Bq. Bij deze
activiteit levert de RTG een elektrisch vermogen van 885 W.
5p 10 Bereken het rendement waarmee de RTG de energie die vrijkomt bij het radioactief verval,
omzet in elektrische energie.
In de toekomst worden misschien onbemande ruimtereizen uitgevoerd naar naburige
sterren. Die ruimteschepen zullen enkele duizenden jaren onderweg zijn.
Tijdens die reizen zal steeds elektriciteit nodig zijn voor de meetapparatuur.
2p 11 Is bij dergelijke reizen een RTG met plutonium-238 een geschikte bron voor de
elektriciteitsvoorziening? Licht je mening toe.
400015-1-15o 4 Lees verder
