Inloggen

Mechanische doping
VWO 2018, 2e tijdvak, opgave 1


Download hierboven de originele pdf van het examen waar deze opgave in staat en de bijbehorende uitwerkbijlage. "Mechanische doping" is de 1e opgave in dit examen. Als je de opgave gemaakt hebt kun je jezelf nakijken met het correctievoorschrift.

Uitleg bij "Mechanische doping"

Probeer altijd eerst zelf de opgave te maken en gebruik de uitleg alleen als je er zelf niet uitkomt. Als je ook na deze uitleg nog vragen hebt dan kun je deze helemaal onderaan deze pagina stellen.

Vraag 1

Het elektromotortje moet een half uur (1800 s) een mechanische vermogen van 250 W leveren. Met E = P·t vinden we dan een energie van

Emech = 250·1800 = 450000 J

Bij een rendement van 80% betekent dit dat er een elektrische energie nodig is van

Eel = 450000 / 0,80 = 562500 J

In de tabel is te lezen dat de energiedichtheid van de accu 190 Wh kg-1 bedraagt. Een Wattuur (Wh) is de energie die overeen komt met het 1 uur gebruiken van een vermogen van 1 Watt. Dit komt overeen met 3600 J. (Omrekenen kan ook aan de hand van BINAS tabel 5: Een Wh is één duizendste van een kWh). De energiedichtheid van de accu in Joule per kilogram is dus

190 · 3600 = 684000 J kg-1

Voor de accumassa die nodig is voor het leveren van de benodigde energie vinden we dan

m = 562500 / 684000 = 0,82237 kg

Het volume van de accu kunnen we vervolgens uitrekenen met de in de tabel gegeven dichtheid. Uit m=ρ·V volgt

V = m/ρ = 0,82237/3,0·103 = 2,7412·10-4 m3

Afgerond is dit 2,7·10-4 m3 of 0,27 L.

Vraag 2

In de opgave staat dat het frame net zo warm is als de kuiten van de wielrenner. Als we uitgaan van een lichaamstemperatuur van 37 °C betekent dit dat de temperatuur van het frame 310 K is. Met de wet van Wien kunnen we vervolgens de golflengte uitrekenen waarbij de meeste straling wordt uitgezonden:

λmax·T = kW

Invullen van

T = 310 K
kW = 2,8977721·10-3 (BINAS tabel 7)

geeft

λmax = 9,3477·10-6 m

In BINAS tabel 19B is af te lezen dat stralingsoort met een golflengte rond de 10-5 m ver infrarood is. De camera is dus gevoelig voor infrarood.

Vraag 3

We berekenen eerst de weerstand van één elektromagneet. Deze bestaat uit koperdraad met een diameter van 0,50 mm. De oppervlakte van de doorsnede van de draad is dan

A = π·r2 = π·(½·0,50·10-3)2

A = 1,96350·10-7 m2

Met de soortelijke weerstand van koper kunnen we vervolgens de weerstand uitrekenen. Uit de formule voor soortelijke weerstand volgt

R = ρ · L / A

Invullen van

ρ = 17·10-9 Ωm (BINAS tabel 9)
L = 3,0 m
A = 1,96350·10-7 m2

geeft

R = 0,2597 Ω

Er zijn in totaal 24 elektromagneten die in serie met elkaar zijn aangesloten. De totale weerstand is dus de optelsom van de individuele weerstanden

Rtot = 24· 0,2597 = 6,2328 Ω

Aangesloten op een spanning van 1,5 V loopt er volgens de wet van Ohm (I=U/R) dan een stroom van

I = 1,5 / 6,2328 = 0,24066 A

De batterij kan één uur lang een stroom leveren van 2,3 A. Een stroom van 0,24066 A kan hij dus veel langer dan één uur leveren namelijk gedurende

2,3 / 0,24066 = 9,557 uur

Afgerond is dit 9,6 uur.

(In het correctievoorschift wordt de waarde van de soortelijke weerstand van koper uit sciencedata gebruikt. Het eindantwoord wordt dan 9,4 uur. Beide antwoorden zijn goed)

Vraag 4

Als een elektromagneet voor de spoel K langs beweegt wordt de magnetische flux door de spoel eerst groter en meteen daarna weer kleiner. Het effect dat er door een fluxverandering een spanning wordt opgewekt heet inductie.

Vraag 5

Zie afbeelding hieronder. Magnetische veldlijnen lopen buiten een magneet altijd van van N naar Z. Buiten de spoelen in de afbeelding wijzen ze dus weg van de noordpool en wijzen naar de zuidpool toe. In punt A wijst het magneetveld naar boven. In punt B wijst het magneetveld ook naar boven. Spoel L moet ervoor zorgen dat de fiets versneld wordt en moet dus de bovenste spoel aantrekken en de onderste spoel afstoten. Dit kan door op plaat C een noordpool te maken. Op punt C wijzen de veldlijnen dus naar rechts.

Uit de rechterhandregel voor spoelen volgt dan de richting waarin de stroom moet lopen om voor een noordpool aan de rechterkant te zorgen. De stroom loopt dus in de spoel van links naar rechts.

Vraag 6

Alleen tussen het passeren van twee spoelen in moet een stroomstoot gegeven worden. Bijvoorbeeld in de situatie als in de tekening. Als een elektromagneet zich recht voor spoel bevindt moet er juist geen stroom lopen. De frequentie waarmee de spoel L stroomstoten moet krijgen moet gelijk zijn aan de frequentie waarmee de spoelen voor spoel L langs bewegen. Dit hangt af van de draaisnelheid van het wiel draait en hangt dus af van de snelheid van de fietser. Deze is niet constant en dus zal de frequentie ook aangepast moeten worden.


mechanischedoping-1

Vraag over "Mechanische doping"?


    Hou mijn naam verborgen

Eerder gestelde vragen | Mechanische doping

Over "Mechanische doping" zijn nog geen vragen gesteld.