Vraag 1
In de opgave staat dat bij lassen de onderdelen eerst smelten en vervolgens samen vast worden. De faseovergang van vloeibaar naar vast heet stollen (antwoord C).Vraag 2
De stroomsterkte kunnen we berekenen met de wet van Ohm. We moeten hiervoor eerst de weerstand berekenen. Dit kan aan de hand van de soortelijke weerstand van ijzer. Uit ρ = RA/L volgtR = ρ·L/A
Invullen van
ρ = 105·10-9 Ωm (tabel 8)
L = 1,8·10-3 m
A = 6,4·10-5 m2
geeft
R = 2,9531·10-6 Ω
Voor de stroomsterkte vinden we dan
I = U / R
I = 0,20 / 2,9531·10-6
I = 67724,86 A
Afgerond is dit 68 kA.
Vraag 3
We berekenen eerst hoeveel energie er nodig is om het ijzer van de begintemperatuur van 20 °C te verhitten naar het smeltpunt. Het smelpunt van ijzer is 1811 K volgens figuur 1. Omgerekend van Kelvin naar °C is dit 1811 -273 = 1538 °C. De nodige temperatuurverhoging is dan dusΔT = 1538 - 20 = 1518 °C
De energie die nodig is voor deze temperatuurverandering berekenen we aan de hand van de soortelijke warmte. Er geldt
Q = c·m·ΔT
Massa en soortelijke warmte staan in de opgave. We vullen in
c = 0,46·103 J kg-1 K-1
m = 9,1·10-4 kg
ΔT = 1518 °C
en vinden dan
Q = 635,43 J
Om uit te rekenen hoe lang het duurt voordat deze energie geleverd is berekenen we eerst het vermogen met P=U·I
P = 0,20·68·103 = 13600 W
Het rendement is slechts 15%. De rest van de energie gaat verloren. Het daadwerkelijk gvermogen dat bijdraagt aan de verwarming is dus
0,15 · 13600 = 2040 W
Uit de definitie van vermogen (P = E/t) kunnen we dan berekenen hoe lang het opwarmen duurt
t = E / P
t = 635,43 / 2040
t = 0,31148 s
Afgerond duurt het 0,31 s voor het ijzer smelt.
Vraag 4
In figuur 6 is te zien dat er niet alleen stroom loopt door de las die op dat moment gemaakt wordt maar ook door de eerder gemaakte lassen. Deze staan allemaal parallel aan elkaar. In een parallelschakeling geldt dat de stromen bij elkaar optellen. Bij meerdere lassen naast elkaar zal de stroom zal dus groter worden.Vraag 5
Bij een PTC-materiaal neemt de weerstand toe bij hogere temperatuur. Bij een NTC-materiaal neemt de weerstand af bij hogere temperatuur. In figuur 7 is te zien dat naarmate de lastijd verstrijkt (en de temperatuur toeneemt) de weerstand goter wordt. IJzer is dus een PTC-materiaal.Vraag 6
Het heet worden van de elektroden wordt veroorzaakt door…- …het hoge smeltpunt van het koper. De elektrodes zelf smelten niet en het smeltpunt van koper heeft hier dus niks mee te maken. Dit is dus niet waar.
- … de elektrische weerstand van de elektroden. Doordat de elektroden zelf ook weerstand hebben zal er spanning over staan en zal er dus ook elektrische vermogen gaan naar het verwarmen van de elektroden. Dit is dus waar.
- …de grote kracht die de elektroden uitoefenen op de ijzeren platen. De kracht heeft niks te maken met hoeveel elektrische energie wordt overgedragen op de elektroden. Dit is dus niet waar.
Vraag 7
In Binas tabel 8 vinden we dat de treksterkte van ijzer 3,5·108 Pa is. Treksterkte is de maximale mechanische spanning (σ) die een materiaal aan kan voordat het blijvend vervormd of breekt. Hierbij geldt σ = F/A. Voor de maximale kracht vinden we danF = σ · A
F = 3,5·108 · 6,4·10-5 = 22400 N
Afgerond is dit een maximale trekkracht van 2,2·104 N.