elektrische energie vervoeren par 2.2 (les 3)

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

De transformator

(vervoeren van elektrische energie)

Wat kun je deze les leren?

• De transformator.
• Up : Us = Np : Ns
• Een ideale transformator, het vermogen blijft gelijk.
• P =  U x I (herhaling)

Wat weet je over het vermogen?

Wat weet je over de spanning?

Wat weet je over de stroomsterkte?

Wat weet je over het opwekken van elektrische energie?

Wat weet je al? (Kennen en Kunnen lijst)

• Voor het maken van elektrische stroom is een spoel en een (wisselend) magnetisch veld nodig (een draaiende magneet veroorzaakt dit)
• Rond iedere magneet zit een magnetisch veld, en de veldlijnen lopen van noord naar zuid.
• Met elektrische stroom op een spoel kun je een elektromagneet maken.
• In een centrale wordt stoom gebruikt om een turbine (molen) te laten draaien. Hierdoor draait de magneet in de spoel (generator) en ontstaat er wisselstroom. De warmte wordt verkregen door verbranding of kernenergie. 

Korte quiz.

Er volgen nu een paar quiz (meerkeuze) vragen.

Per vraag heb je 10 seconde om een goed antwoord in te vullen.

De vragen gaan over de tot dus ver behandelde stof.

Pak je laptop of je mobiel en zit klaar.

Hoeveel spanning levert het stopcontact?

1. 230 V
2. 220 V
3. 320 V
4. 12 V

Hoeveel Watt is 12 kW?

1. 12 000 W
2. 1 200 W
3. 120 W
4. 0,012 W

Hoe noemen we bijeen windmolen de magneet en de spoel?

1. Turbine
2. Generator
3. Dynamo
4. Motor

Hoe wordt elektriciteit gemaakt? (herhaling)

Het maken van elektriciteit gaat net als op de fiets met een dynamo.

Voor het maken van elektriciteit zijn twee dingen nodig:

1. Een spoel (rondgewikkeld metaaldraad liefst van koperdraad).
2. Een bewegende (ronddraaiende) magneet.

Door het bewegen van de magneet (het omdraaien van een elektrisch veld) verandert het magnetisch veld in de spoel. Op dat moment ontstaat er even een elektrisch stroompje in de spoel.

Hoe wordt elektriciteit vervoerd?

De opgewekte stroom moet van de centrale (een soort van fabriek) naar de huizen gebracht worden. Dit doen we met grote dikke kabels. In Nederland zitten die bijna altijd onder de grond, maar het kan ook bovengronds.

De kabels worden altijd warm, dit betekent dat er energie verloren gaat (en dat kost geld). Hoe meer elektronen er per seconde door de kabels gaan des te warmer deze kabels worden dus we moeten er voor zorgen dat er zo min mogelijk elektronen door de kabels gaan.

De stroomsterkte moet zo laag mogelijk zijn.

Hoe wordt elektriciteit vervoerd?

De elektriciteit moet wel energie (vermogen) leveren.

De formule P = U . I zegt dat als we een lage stroomsterkte hebben, we een hoge spanning moeten hebben. Daarom maken we hoogspanning (ongeveer 380 000 Volt of 380 kV).

Er gaan nu weinig hele snelle elektronen door de kabels. Net als bij tikkertje als er weinig kinderen zijn die getikt moeten worden en deze kinderen lopen heel snel dan zal de tikker er niet zoveel kunnen vangen. Dus tegenhouden van stroom (weerstand ==>warmte)

gebeurt minder. 

Hoe werkt een transformator?

De spanning wordt omhoog gebracht door een transformator. De transformator maakt van normale spaning hoogspanning. (20 000 V wordt 380 000 V)

De transformator bestaat uit twee onderdelen. Dit zijn twee spoelen (gewikkelde stroomdraden) en een weekijzeren kern.

• De eerste spoel (waar de stroom aan komt) noemen we de primaire spoel en de tweede spoel (waar de stroom weg gaat) noemen we de secundaire spoel.
• Tussen deze twee spoelen zit een weekijzeren kern. Deze kern kan magnetisch worden.

phet.colorado.edu

Korte quiz (vervolg).

Er volgen nu een paar quiz (meerkeuze) vragen.

Per vraag heb je 10 seconde om een goed antwoord in te vullen.

De vragen gaan over de tot dus ver behandelde stof.

Pak je laptop of je mobiel en zit klaar.

Wat is het symbool voor vermogen

1. P
2. U
3. I
4. E

Wat is hoogspanning?

1. De spanning door een stroomdraad die hoog boven de grond hangt
2. De spanning die groter is dan 10 000 Volt
3. De spanning van het stopcontact
4. De spanning tussen twee ruziënde ministers of presidenten

Wat is er nodig om elektrische stroom op te wekken?

1. spoel en een stroomdraad
2. warmte
3. een bewegende magneet en een spoel
4. een bewegende magneet

Waarom wordt elektrische stroom vervoerd bij een zo hoog mogelijke spanning?

1. Gewoon omdat het kan
2. Om de stroom zo snel mogelijk bij de huizen te krijgen
3. Dan ontstaat er meer elektrische energie
4. Dan is er minder energie verlies

Bij een elektriciteitscentrale wordt er warmte opgewekt.
Waarvoor wordt die warmte gebruikt?

1. Om stoom te krijgen
2. Om de magneet te laten draaien
3. Om de spoel te laten draaien
4. om koelwater te kunnen gebruiken

De ideale transformator (rekenen)

Bij een transformator kun je de spanning omhoog of naar beneden veranderen (transformeren).

Dit ligt aan het aantal windingen van de spoelen.

De spoel met de meeste windingen heeft ook de grootste spanning.

Het aantal windingen is evenredig met de spanning.

Heb je drie keer zoveel windingen dan is ook de spanning drie keer zo groot. (De helft van de windingen, de spanning ook de helft)

De ideale transformator (rekenen)

Om te rekenen met de transformator maken we een verhoudingstabel.

                  Spoel 1 (primaire spoel)   xxx   Spoel 2 (secundaire spoel)

windingen              200 wnd                                    440

spanning                230 V                                          ??

(bovenste regel :200 =>  x 440)

(onderste regel hetzelfde)

De ideale transformator (rekenen)

Voor de stroomsterkte geldt dat die omgekeerd evenredig is. Dit houdt in dat in de tabel alles wat je keer doet nu moet delen en alles wat je deelt nu keer moet doen.

(bovenste regel :200 =>  x 440)

(onderste x200 => :400)

De ideale transformator (rekenen)

Het vermogen is voor bijde spoelen hetzelfde.

P = U x I (primaire spoel) = U x I (secundaire spoel)

De ideale transformator (rekenen)

Bereken de geleverde spanning bij een transformator.

(de geleverde spanning is de spaning van de secundaire spoel)

als de transformator op de primaire spoel 600 windingen heeft en op de secundaire spoel 30 windingen.

De transformator wordt aangesloten op 230 V (primaire spanning)

Bereken de stroomsterkte op de secundaire spoel als de primaire stroomsterkte 0,05 A was.

Bereken het vermogen. 

Wat kun je deze les leren?

• De transformator.
• Up : Us = Np : Ns (omzetten naar verhoudingstabel)
• Een ideale transformator, het vermogen blijft gelijk.
• P =  U x I (herhaling)