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 vanEmech = 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 danA = 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.
Vraag over "Mechanische doping"?
Hou mijn naam verborgen voor andere bezoekersEerder gestelde vragen | Mechanische doping
Op dinsdag 14 mei 2024 om 12:46 is de volgende vraag gesteld
Hallo,
Ik heb een vraag over opdracht 2. Ik heb met behulp van Binas tabel 19B gevonden dat bij infraroodstraling gebruik wordt gemaakt van warmtetherapie. Ik heb mijn antwoord om dit principe heen beredeneerd, maar ik zie in de uitwerkingen dat je echt gebruik moet maken van de Wet van Wien. Zou ik alle punten krijgen als ik met een andere beredenering toch het goede antwoord heb gevonden?
Erik van Munster reageerde op dinsdag 14 mei 2024 om 13:47
Nee helaas. Tweede bolletje is echt gebruik van wet van Wien. En laatste bolletje hoort echt het doen van een berekening.
Hallo,
Ik heb een vraag over opdracht 2. Ik heb met behulp van Binas tabel 19B gevonden dat bij infraroodstraling gebruik wordt gemaakt van warmtetherapie. Ik heb mijn antwoord om dit principe heen beredeneerd, maar ik zie in de uitwerkingen dat je echt gebruik moet maken van de Wet van Wien. Zou ik alle punten krijgen als ik met een andere beredenering toch het goede antwoord heb gevonden?
Erik van Munster reageerde op dinsdag 14 mei 2024 om 13:47
Nee helaas. Tweede bolletje is echt gebruik van wet van Wien. En laatste bolletje hoort echt het doen van een berekening.
Op donderdag 9 mei 2024 om 23:14 is de volgende vraag gesteld
Hallo,
Ik snap opdracht 5 nog niet helemaal.
Ik begrijp niet hoe je kunt weten welke kant N is en welke kant Z.
U had het er over dat de fiets versneld moet worden en daarom de bovenste spoel moet aantrekken en de onderste moet afstoten, maar hoe weet je dat je de bovenste spoel moet aantrekken en niet de onderste.
mvg,
Erik van Munster reageerde op donderdag 9 mei 2024 om 23:56
In figuur 5 staat aan de zijkant een pijl die de bewegingsrichting aangeeft. De spoel moet ervoor zorgen dat het fietswiel een extra zetje krijgt in de bewegingsrichting. De bovenste en onderste spoelen moeten dus naar beneden worden getrokken.
Dit betekent dat de bovenste spoel naar beneden moet worden getrokken en dat de onderste spoel naar beneden moet worden afgestoten.
Hallo,
Ik snap opdracht 5 nog niet helemaal.
Ik begrijp niet hoe je kunt weten welke kant N is en welke kant Z.
U had het er over dat de fiets versneld moet worden en daarom de bovenste spoel moet aantrekken en de onderste moet afstoten, maar hoe weet je dat je de bovenste spoel moet aantrekken en niet de onderste.
mvg,
Erik van Munster reageerde op donderdag 9 mei 2024 om 23:56
In figuur 5 staat aan de zijkant een pijl die de bewegingsrichting aangeeft. De spoel moet ervoor zorgen dat het fietswiel een extra zetje krijgt in de bewegingsrichting. De bovenste en onderste spoelen moeten dus naar beneden worden getrokken.
Dit betekent dat de bovenste spoel naar beneden moet worden getrokken en dat de onderste spoel naar beneden moet worden afgestoten.
Op donderdag 9 mei 2024 om 10:59 is de volgende vraag gesteld
Beste Erik,
Dus bij vraag 5 loopt het magneetveld in spoel L van zuid naar noord omdat het in de spoel is, en bij A en B van noord naar zuid omdat het buiten de spoel is?
Erik van Munster reageerde op donderdag 9 mei 2024 om 11:08
Ja klopt. Maar het loopt bij A en B ook van N naar Z vanwege de twee verticale spoelen. Binnen in elke spoel loopt het magneetveld van Z naar N
Beste Erik,
Dus bij vraag 5 loopt het magneetveld in spoel L van zuid naar noord omdat het in de spoel is, en bij A en B van noord naar zuid omdat het buiten de spoel is?
Erik van Munster reageerde op donderdag 9 mei 2024 om 11:08
Ja klopt. Maar het loopt bij A en B ook van N naar Z vanwege de twee verticale spoelen. Binnen in elke spoel loopt het magneetveld van Z naar N
Op zaterdag 14 jan 2023 om 18:29 is de volgende vraag gesteld
Beste Erik,
Ik snap vraag 5 niet helemaal. Ik weet dat de magnetische veldlijnen/magneetveld van noord naar zuid loopt buiten de spoel. Echter gaat bij punt A van zuid naar noord buiten de spoel. Zou u dit kunnen uitleggen?
Erik van Munster reageerde op zaterdag 14 jan 2023 om 19:38
Klopt, veldlijnen lopen buiten een magneet van N naar Z. Dit betekent dat vlakbij in de buurt van de zuidpool de veldlijnen naar de magneet toe wijzen. Dit is ook wat je ziet bij het plaatje hierboven bij punt A: het veld wijst daar naar de magneet toe.
Het pijltje dat er staat getekend is maar deel van de veldlijn. Als hij helemaal compleet getekend zou zijn zou hij vanaf de noordpool buitenom de magneet naar de zuidpool lopen.
Beste Erik,
Ik snap vraag 5 niet helemaal. Ik weet dat de magnetische veldlijnen/magneetveld van noord naar zuid loopt buiten de spoel. Echter gaat bij punt A van zuid naar noord buiten de spoel. Zou u dit kunnen uitleggen?
Erik van Munster reageerde op zaterdag 14 jan 2023 om 19:38
Klopt, veldlijnen lopen buiten een magneet van N naar Z. Dit betekent dat vlakbij in de buurt van de zuidpool de veldlijnen naar de magneet toe wijzen. Dit is ook wat je ziet bij het plaatje hierboven bij punt A: het veld wijst daar naar de magneet toe.
Het pijltje dat er staat getekend is maar deel van de veldlijn. Als hij helemaal compleet getekend zou zijn zou hij vanaf de noordpool buitenom de magneet naar de zuidpool lopen.
Op zondag 20 feb 2022 om 17:07 is de volgende vraag gesteld
In de tekst van de opgave voor vraag 4 staat "In de buizen van het frame (zie figuur 4) zijn de spoelen K en L verborgen." Ik dacht dat magneet- en elektrische velden niet door metaal heen gaan. Iets met de kooi van Faraday meen ik. Maar hier gaat het magneetveld gewoon door het frame blijkbaar. Op Wiki nl staat dat de kooi wel doordringbaar is voor statische magnetische velden zoals het aardmagnetisch veld. Maar inductie lijkt me meer een variabel magnetisch veld. Hoe zit dat precies?
Erik van Munster reageerde op zondag 20 feb 2022 om 17:29
Elektrische velden worden inderdaad tegengehouden door metaal (kooi van Faraday: binnen in een geleider is het elektrisch veld 0). Magnetische velden zijn er wel gewoon binnen in een geleider: Een kompas doet het ook binnen in een metalen doos.
Een snel wisselend magnetisch veld zal in een geleider (metalen omhulsel) een inductiestroom opwekken die zelf ook weer een magneetveld veroorzaakt. De richting van dit magneetveld is tegengesteld aan het externe magneetveld waardoor het resulterende magneetveld binnen in de geleider lager wordt. Dit is iets wat alleen bij hele hoge frequenties of bij een extreem lage weerstand van de geleider plaatsvindt. Hier zeker niet (anders zou er wel iets in de opgave over bij staan)
In de tekst van de opgave voor vraag 4 staat "In de buizen van het frame (zie figuur 4) zijn de spoelen K en L verborgen." Ik dacht dat magneet- en elektrische velden niet door metaal heen gaan. Iets met de kooi van Faraday meen ik. Maar hier gaat het magneetveld gewoon door het frame blijkbaar. Op Wiki nl staat dat de kooi wel doordringbaar is voor statische magnetische velden zoals het aardmagnetisch veld. Maar inductie lijkt me meer een variabel magnetisch veld. Hoe zit dat precies?
Erik van Munster reageerde op zondag 20 feb 2022 om 17:29
Elektrische velden worden inderdaad tegengehouden door metaal (kooi van Faraday: binnen in een geleider is het elektrisch veld 0). Magnetische velden zijn er wel gewoon binnen in een geleider: Een kompas doet het ook binnen in een metalen doos.
Een snel wisselend magnetisch veld zal in een geleider (metalen omhulsel) een inductiestroom opwekken die zelf ook weer een magneetveld veroorzaakt. De richting van dit magneetveld is tegengesteld aan het externe magneetveld waardoor het resulterende magneetveld binnen in de geleider lager wordt. Dit is iets wat alleen bij hele hoge frequenties of bij een extreem lage weerstand van de geleider plaatsvindt. Hier zeker niet (anders zou er wel iets in de opgave over bij staan)
Op zondag 22 mrt 2020 om 18:20 is de volgende vraag gesteld
Beste,
Hoezo kan je niet bij a , b, c de rechterhandregel toepassen? Want dan wijst bij a en b je duim naar beneden?
Mvg,
Parsa Jahangiri
Erik van Munster reageerde op zondag 22 mrt 2020 om 19:20
Omdat het hier niet de vraag is hoe de stroom moet lopen in de twee verticale spoelen. Gevraagd wordt de richting van de magnetische veldlijnen en die kun je vinden doordat je weet waar de noord- en zuidpolen zitten. Je hebt de stroomrichting in deze twee poelen daarvoor niet nodig. Anders (als de stroomrichting in de twee verticale spoelen wél gegeven zou zijn) dan zou je inderdaad de rechthandregel voor spoelen kunnen gebruiken.
(In het tweede gedeelte van deze vraag heb je wel de rechterhandregel nodig voor de stroomrichting in de horizontale spoel).
Beste,
Hoezo kan je niet bij a , b, c de rechterhandregel toepassen? Want dan wijst bij a en b je duim naar beneden?
Mvg,
Parsa Jahangiri
Erik van Munster reageerde op zondag 22 mrt 2020 om 19:20
Omdat het hier niet de vraag is hoe de stroom moet lopen in de twee verticale spoelen. Gevraagd wordt de richting van de magnetische veldlijnen en die kun je vinden doordat je weet waar de noord- en zuidpolen zitten. Je hebt de stroomrichting in deze twee poelen daarvoor niet nodig. Anders (als de stroomrichting in de twee verticale spoelen wél gegeven zou zijn) dan zou je inderdaad de rechthandregel voor spoelen kunnen gebruiken.
(In het tweede gedeelte van deze vraag heb je wel de rechterhandregel nodig voor de stroomrichting in de horizontale spoel).