WaarschuwingsLED (VWO 12, 2010-2, opg 2)

Auteur: opgave CITO, uitwerking RvdL

Examenopgave VWO, natuurkunde 12, 2010 tijdvak 2, opgave 2: WaarschuwingsLED

Pierre en Diane maken tijdens een practicum een waarschuwingssysteem waarbij een LED gaat branden als de temperatuur 20 °C of hoger is.
Op de practicumtafel staan de volgende spullen klaar (zie figuur 1):

een driepoot met brander en een glas gevuld met water en ijs;
een NTC en een thermometer die zich in het water bevinden;
een regelbare spanningsbron, een volt- en een ampèremeter.

figuur 1.

Zij willen eerst een grafiek maken van de weerstand van de NTC tegen de temperatuur. Daarvoor moet nog een aantal elektrische verbindingen in de practicumopstelling van figuur 1 gemaakt worden. P en Q zijn de aansluitpunten van de NTC.

Opgaven

Maak een print van figuur 1 en teken de draden die nodig zijn om de metingen voor deze grafiek te kunnen uitvoeren.

In figuur 2 zie je de grafiek die Diane en Pierre hebben gemaakt.

figuur 2.

Voor het waarschuwingssysteem beschikken zij verder nog over een variabele weerstand en een LED. In figuur 3 staat het (I,U)-diagram van de LED.

figuur 3.

De LED geeft licht als er een stroom van ten minste 1,0 mA door gaat. Diane en Pierre bouwen de schakeling van figuur 4.

figuur 4.

Leg aan de hand van de figuren 2, 3 en 4 uit dat de LED niet brandt bij een lage temperatuur en wel brandt bij een hoge temperatuur.

De variabele weerstand wordt zo ingesteld dat de LED licht geeft bij een temperatuur van 20 °C en hoger. De spanning van de spanningsbron is 5,0 V.

Bepaal de waarde waarop de variabele weerstand wordt ingesteld.

Uitwerkingen

Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.

Uitwerking vraag (a)

Uitwerking vraag (b)

Bij een lage temperatuur is de weerstand van de NTC erg groot (zie figuur 2).
Als een gevolg is de spanning over de NTC groot en de spanning over de LED klein.
Als de spanning over de LED kleiner is dan 1,5 V brandt de LED niet (zie figuur 3).
De LED zal dus niet branden bij een lage temperatuur, maar wel bij een hoge temperatuur.

Uitwerking vraag (c)

De weerstand van de NTC bij een temperatuur van 20 °C kan uit figuur 2 gelezen worden:

R_NTC = 5,9 * 10² Ω

Uit figuur 2 kunnen we halen dat de LED brandt bij een spanning van 1,5 V. Dit komt immers overeen met een stroom van 1,0 mA.
De spanning over de NTC is dus 5,0 - 1,5 = 3,5 V. Nu kan de stroom over de NTC bepaald worden:

I_NTC = U_NTC / R_NTC = 3,5 / 5,9 * 10² = 5,93 * 10³ A

De stroom over de LED is 1,0 mA. De stroom over de variabele weerstand is dan dus:

I_R = 5,93 * 10³ - 1,0 * 10^-3 = 4,93 * 10^-3 A

Voor de weerstand geldt dan:

R = U / I = 1,5 / 4,93 * 10^-3 = 3,0 * 10² Ω

Als u wilt reageren op dit artikel moet u eerst inloggen.