Joomla Free Template by FatCow Hosting

Weerstand I, U diagrammen van ijzer, constantaan en gloeilamp

Hoofdcategorie: Elektro Categorie: Weerstand Gepubliceerd: vrijdag 25 mei 2018

Gebruikerswaardering: 5 / 5

Ster actiefSter actiefSter actiefSter actiefSter actief
 
I-U-diagram van ijzerdraad - experiment weerstand

Wat gebeurt er met de weerstand van een ijzerdraad, constantaandraad en gloeilamp als spanning en stroom toenemen? R = U : I, dus als spanning U en stroom I evenredig toenemen, blijft R hetzelfde. Maar, gebeurt dat ook?

Niveau

:

Mavo 2/3/4, Havo 2/3, VWO 2/3

Doel

:

 

Nodig

:

  • 1x weerstand 5 Ω / 20W (dat is een forse weerstand)
  • 1x ijzerdraad 0,2mm (zo dun mogelijk) R = 0,3Ω bij een spanning van 0,3V
  • voeding 15V / 1,5A

Links

:

 

 

Constantaandraad zal een rechtlijnig verband laten zien tussen U en I. De weerstand blijft constant als je het spanningsverschil opvoert. Daaraan dankt dit materiaal nu eenmaal zijn naam.

De gloeilamp en het ijzerdraadje laten een NIET-rechtlijnig verband zien. Dat uit zich in een kromme lijn. Hoe krommer de lijn, hoe duidelijker het wordt dat het verband NIET-rechtlijnign is. Het lastige is echter vaak: de lijn die ontstaat is wel krom, maar vaak niet krom genoeg, niet heel duidelijk krom.

De vraag is dus: hoe voer je een weerstandsproef uit waarbij wel een duidelijk zichtbare kromme lijn ontstaat? Antwoord: je moet de draad of de gloeilamp die je gebruikt overbelasten. Dus als je een gloeilamp gebruikt van 4,5V, belast hem dan tot bijvoorbeeld 9V. Nadeel van het overbelasten van gloeilam[jes is, dat de levensduur korter wordt.

Weerstand van een gloeilamp: I/U diagram

Ik gebruik een 4,5V / 100mA kogellampje. Ik voer de spanning op van 0 tot ... tot het lampje door brandt. Dat gebeurde net voorbij 13 volt. En daar zie je een onverwachte kleine stroomdaling t.o.v. de meting daarvoor. De oorzaak daarvan weet ik niet zeker, maar feit is dat het lampje op het punt stond om door te branden (smeltende gloeidraad).

stroom I [mA]     spanning U [V]     R [Ω]     P [w]
0,054 1,52 0,036 0,082
0,078 3,01 0,026 0,235
0,098 4,55 0,022 0,446
0,113 5,96 0,019 0,673
0,124 7,00 0,018 0,868
0,133 8,00 0,017 1,064
0,142 9,03 0,016 1,282
0,150 9,98 0,015 1,497
0,158 11,09 0,014 1,752
0,161 12,11 0,0133 1,950
0,158 12,99 0,0121 2,052

 

U I diagram gloeilamp

Helaas: het resultaat valt me tegen. Ik had een flinke kromming verwacht als gevolg van de overbelasting. Maar uit mijn proefje blijkt dat de kromming vooral op treedt tot aan de spanning waarvoor het lampje bestemd is. Daarna wordt het verloop rechtlijnig. Daarom ga ik er nu van uit dat overbelasten heeft geen zin als je de kromming wilt laten zien!!! Daarom schrap ik in het volgende diagram de waarden boven 4,5V. Misschien is het zelfs verstandig om zo'n 30% onder deze waarde te blijven om tot een duidelijkere kromme te komen. 3V in dit geval.

U I diagram gloeilamp 2

Weerstand van een ijzerdraad: I/U diagram

In de hoop om tot een krommere lijn te komen, onderzocht ik hoe je een ijzerdraadje van 0,2mm in doorsnede kunt gebruiken voor een weerstandsproef. IJzer werkt als een PTC, dus zocht je nog een PTC-experiment, kun je deze opstelling ook gebruiken. Het gebruikte draadje was slechts zo'n 3cm lang. Om overbelasting van dit draadje en van de voeding te voorkomen, zocht ik een geschikte stroomgeleider die ik in serie kan schakelen met de draad. Die stroomgeleider moet een grote stroom kunnen doorlaten en tegelijk toch een behoorlijke weerstand bieden.

Aanvankelijk dacht ik aan een gloeilampje, maar... Onze voedingen zijn max 1,5A en max 15V. En lampjes van 15V bestaan wel, maar 1,5A is voor een lampje wel heel erg veel. Dus kwam ik uit op weerstanden die al een eeuwigheid in onze kast liggen: 20W, 5Ω. PERFECT!!!

 

stroom I [A]     spanning U [V]     R [Ω]
0,0 0 -
0,248 0,081 0,33
0,502 0,168 0,33
0,748 0,265 0,35
0,998 0,402 0,40
1,249 0,575 0,46
1,494 0,916 0,61

 U I diagram ijzerdraad

In de tabel zie je spanning en stroom tegelijk toenemen. Het vermogen dat door de draad stroomt, neemt dus toe. Hoewel de temperatuur in deze opstelling niet wordt gemeten, mag je aannemen dat de draad steeds warmer wordt. En bij een stroom van 1,5A, zie je zelfs dat de draait gloeit, ten teken dat de draad dan heet is.

Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de weerstand. Temperatuur en weerstand tonen dus een positief verband met elkaar: ze stijgen allebei. Onze ijzerdraad heeft dus Positieve Temperatuur Coëfficiënt. Met andere woorden: ijzer gedraagt zich als een PTC.

Weerstand van een constantaandraad 

Vervang de ijzerdraad uit vorige opstelling door een willekeurige constantaandraad van willekeurige lengte. Bijvoorbeeld: 

  • lengte = 16cm
  • diameter = 0,2mm

 

Resultaat:

U I diagram constantaandraad 16cm 0 2mm

 


Hits: 4609
Plaats reactie


Beveiligingscode
Vernieuwen

Andere websites

Helaas, ik heb het ei van Columbus niet uitgevonden. Er zijn meer websites als PhysicsExperiments.org:

Doel

Physicsexperiments.org wil docenten en TOA's Natuurkunde inspireren. Physicsexperiments.org is een verzameling Natuur­kunde Experimenten. Welk experiment, simpel of gecompliceerd, verdient aandacht.

Vind je mijn initiatief positief en wil je een bijdrage leveren? Graag!!! Ik sta altijd open voor nieuwe ideeën, voor verbeteringen, aanvullingen en hulp bij vertaling.

Je collega-TOA