3V - les 3 - H1.2 Elektrische energie vervoeren

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

Startklaar

- Telefoon weg

- Jas uit

- Laptop ingelogd op Lessonup

Wat neem je mee?

- Boek

- Laptop

- Geo

- Rekenmachine

- Pen + potlood + gum

- (Ruitjesschrift of ruitjespapier in de multomap)

- Routekaart

Sleep naar de juiste plaats:

transformator

turbine

brander

generator

Bereken de energie als een kachel 20 minuten brandt. De kachel heeft een vermogen van 2 kW

1. 2 400 000 J
2. 2 400 J
3. 0,66 J
4. 4000 J

Leerdoelen

• Je kunt uitleggen waarom in het elektriciteitsnet
  verschillende spanningen worden gebruikt.
  
• Je kunt de werking van een transformator uitleggen.
  
  
• Je kunt de primaire en secundaire spanning van 
  een transformator uitrekenen met behulp van
  het aantal windingen.
  
  
• Je kunt de primaire en secundaire stroomsterkten
  en spanningen berekenen bij een ideale transformator.

De elektriciteitscentrale

Branders: verbrandt de brandstof om water te verhitten waardoor er stoom met hoge druk ontstaat.

Turbine: De stoom spuit tegen de schoepen van de turbine zodat deze om zijn as gaat draaien.

Condensor: De afgewerkte stoom wordt afgekoeld met koelwater zodat dit condenseerd en opnieuw verhit kan worden in de brander.

Generator: Dit is een dynamo die de draaiing van de turbine omzet in elektrische energie.

Transformator: Deze verhoogt de spanning om gebruikt te worden op het elektriciteitsnet.

Stroom door een draad

Als er een stroom door een draad loopt, ontstaat er altijd

 (een beetje) warmte. Elektrische energie wordt omgezet in warmte. Dit is energieverlies.

Elektriciteitsnet

Een hogere spanning is

minder energieverlies

Daarom wordt elektriciteit

over grote afstanden met 

een hoge spanning 

vervoert.

Wat gebeurt er als er een stroom door een draad loopt?

1. Er ontstaat warmte
2. Er ontstaat licht
3. De draad wordt sterker

Zet op aflopende spanning

Waarom wordt elektriciteit over grote afstanden met een hoge spanning vervoerd?

1. Minder energieverlies
2. Meer energieverlies
3. Sneller transport

Gelijkspanning en wisselspanning

Gelijkspanning                                          Wisselspanning

- Stroom loopt                                           - Stroom loopt telkens in 

altijd in dezelfde richting                        andere richting

- Vaste + en -                                              - Geen vaste + en -

- Bijv. batterij / accu                                - Bijv. dynamo / netspanning

Lichtnet

• De spanning op het stopcontact (lichtnet) gaat 50 keer per seconde (50 Hz) tussen 325 V en -325 V op en neer.
• Negatief -> Polariteit omgedraaid (+ en - gewisseld)
• De effectieve spanning is 230 V.

Werking van een transformator

Door de primaire spoel loopt een wisselstroom. Daardoor ontstaat er een magnetisch veld dat telkens van richting en grootte verandert. Het werkt als een elektromagneet.

De weekijzeren kern wordt door de primaire spoel gemagnetiseerd. En verandert dus ook 100 keer per seconde van richting.

Het magneetveld in de secundaire spoel verandert door de gemagnetiseerde weekijzeren kern. Hierdoor ontstaat er een wisselspanning op de uiteinden van de secundaire spoel. 

Werking van een transformator

• Werkt alleen op wisselspanning.
• Het magneetveld geeft de elektrische
  energie door tussen de primaire en
  secundaire spoel.
• Er is dus geen elektrische stroom
  tussen de spoelen.
• De verhouding tussen Up en Us is afhankelijk van het aantal windingen.

Lage spanning

Weinig pakketjes per truck

Hoge stroomsterkte

Veel truck per dag

Hoge spanning

Veel pakketjes per boot

Lage stroomsterkte

Weinig boten per dag

Waar vind je dit principe?

Wat is de werking van een transformator?

1. Magneetveld geeft elektrische energie door
2. Magneetveld genereert elektriciteit
3. Er is elektrische stroom tussen de spoelen

Wat is het verschil tussen gelijkspanning en wisselspanning?

1. Wisselspanning heeft vaste + en -
2. Gelijkspanning heeft vaste + en -
3. Wisselspanning loopt altijd in dezelfde richting

Werking van een transformator

Door de primaire spoel loopt een wisselstroom. Daardoor ontstaat er een magnetisch veld dat telkens van richting en grootte verandert. Het werkt als een elektromagneet.

De weekijzeren kern wordt door de primaire spoel gemagnetiseerd. En verandert dus ook 100 keer per seconde van richting.

Het magneetveld in de secundaire spoel verandert door de gemagnetiseerde weekijzeren kern. Hierdoor ontstaat er een wisselspanning op de uiteinden van de secundaire spoel. 

Omhoog en omlaag transformeren

Up = Spanning over de primaire spoel (in V)

Us = Spanning over de secundaire spoel (in V)

Np = Aantal windingen van de primaire spoel

Ns = Aantal windingen van de secundaire spoel

Stap voor stap oplossen

Stap 1: Lees de opdracht

Stap 2: Noteer gegevens (en gevraagd)

Stap 3: Noteer de formules

Stap 4: Vul de gegevens in

Stap 5: Werk de berekening uit

Stap 6: Noteer de uitkomst

Stap 7: Controleer de uitkomst                                        blz 179 en 180

Een ideale transformator heeft een primaire spoel met 400 windingen en een secundaire spoel met 10 windingen. De primaire spanning is 230 V. Bereken de secundaire spanning.

De ideale transformator

Een transformator zet elektrische energie met een hoge spanning om in elektrische energie met een lage spanning (of andersom).

Daarbij ontstaat een kleine hoeveelheid warmte: energieverlies.

Bij een ideale transformator zeggen we dat er geen energieverlies is.

Dus het vermogen van de primaire en secundaire spoel zijn gelijk. 

De ideale transformator

Dus het vermogen van de primaire en secundaire spoel zijn gelijk. 

Oftwel:     Pp = Ps

Op de transformator uit de vorige vraag (Up=230V; Us=5,75V) is een gloeilampje aangesloten waardoor er een stroom van 0,50 A door de secundaire spoel loopt.
Bereken de stroomsterkte door de primaire spoel.

Aan de slag

Begrippen uit deze les

Elektromagneet

Effectieve spanning

Frequentie

Polariteit

Energieverlies

(Ideale) transformator

Primaire / secundaire spoel

Primaire / secundaire spanning

Begrippen uit deze les

Schrijf 3 dingen op die
je deze les hebt geleerd

Stel 1 vraag over iets dat je
deze les nog niet zo goed hebt begrepen

Volgende les:

Practicum