Systematische Natuurkunde VWO 4 Hoofdstuk 5 (Elektrische systemen) Uitwerkingen

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 1,602·10-19 C.
3,7 10 10
 19
2,30 109
Het aantal elektronen is dus gelijk aan 1,602 10
Riemer is 2,3·109 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 = 3,7·10-10 C
t = 12 ns = 12·10−9 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 2,0·10 19.
De lading van een elektron is 1,602·10-19 C.
Er bewegen 2,0·1019 × 1,602·10-19 =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



© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 1 van 34

,Vwo 4 Hoofdstuk 5 Uitwerkingen


Afgerond: I = 1,3·10−4 A.
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 = 3,6·106 J
3,6 106
43,2 
Q
Q = 8,33·104 C

Q
I
t
Q = 8,33·104 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
 26
1,39 1022
Het aantal atomen is gelijk aan 8,6 10
Er zijn 1,4·1022 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 1,4·1022 atomen neergeslagen en daarvoor zijn 1,4·1022 ionen Cr3+ nodig.
Om een ion Cr3+ om te zetten in een atoom Cr zijn drie elektronen nodig.
Er zijn 3  1,4·1022 = 4,2·1022 elektronen nodig.

De lading van een elektron is 1,602·10-19 C.
De totale lading is dan 4,2·1022  1,602·10−19 = 6,728·103 C.

Q
I
t
Q = 6,728·103 C
Δt = 1,5 h = 1,5  3600 = 5400 s



© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 2 van 34

,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 34

, 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 = 0,13·103 J
0,13 103
U gem 
0,114
Ugem = 1,139·103 V
Afgerond Ugem = 1,1·103 V.




© ThiemeMeulenhoff bv Pagina 4 van 34