Stroomkring

Julia stelde deze vraag op 31 mei 2018 om 12:40.
Beste,

In de bijlage is mijn vraag toegevoegd, het gaat om vraag C. Voor A heb ik het volgende berekend:
Bovenste tak is 6.0/34 = 0.18 A
Onderste tak is 6.0/39 = 0.15 A

Bij B heb ik daarna dit gedaan:
In punt b is de spanning 0.18*22 = 3.96V
In punt a is de spanning 0.15*25 = 3.75V

Voor vraag C zou ik zeggen dat de stroom er langer over doet om de onderste tak te passeren, omdat 25 Ohm een grotere weerstand is dan 22 Ohm. Ik zou dus verwachhten dat er een stroom zou gaan vloeien van B naar A. Echter staat er in het correctiemodel dat de stroom zal vloeien van A naar B, zonder enige uitleg.

Kan iemand mij alsjeblieft helpen?

 

Reacties

Theo de Klerk op 31 mei 2018 om 13:14
>Bij B heb ik daarna dit gedaan:
In punt b is de spanning 0.18*22 = 3.96V
In punt a is de spanning 0.15*25 = 3.75V

De stroom door B is niet 0,18 A maar 0,17647... (afgerond inderdaad 0,18 maar daar mag je niet mee doorrekenen - alleen het eindantwoord bij elke vraag mag afgerond zijn).
Dus vraag a) heeft inderdaad stroomsterkte van 0,18 A door punt B
maar bij vraag b) reken je dan door met 0,17647...

Het spanningsverschil tussen links en punt B is dan U = 0,17647 x 22 = 3,88 V
Het spanningsverschil tussen B en rechts is dan U = 0,17647 x 12 = 2,12 V
En wonder boven wonder... da's precies samen de 6,0 V die de batterij levert.

Bij vraag b vergeet je de regels/wet van Kirchhoff toe te passen. Je berekent inderdaad het spanningsverschil over de weerstand die naar punt A of B leidt, maar dat is een verschil BOVENOP de spanning die in het linkerbegintpunt geldt. En die is volgens de batterij-aansluiting 6,0 V.  
Dus is B zal de spanning 6,0 V - 3,88 V = 2,12 V zijn. 

Op dezelfde manier bereken je de spanning in punt A (=6 V minus spanningsval over de 25Ω weerstand): 
stroom door A = 6,0/39 = 0,1538 A
spanning in A = 6,0 - IR = 6,0 - 3,85 = 2,15 V

Daarmee is de spanning in A groter dan in B (verschil 0,03 V) en "dus" zal bij verbinding een stroom van A naar B gaan lopen.

Bij vraag c:
>Voor vraag C zou ik zeggen dat de stroom er langer over doet
Die gedachte is helemaal fout. Stroom doet ergens niet langer over - die gaat door beide paden even snel. Maar er is wel verschil in de hoeveelheid lading (stroomsterkte) die door elk pad gaat. Zie het als een 4-baansweg waar ineens een splitsing is in 3+1 baan. Over elke baan gaan evenveel auto's. De brede 3 baansweg heeft dan 3x zoveel auto's als de 1-baansweg. Maar de auto's rijden even hard.

Maar opnieuw komt Kirchhoff om de hoek kijken.
Je hebt berekend wat de spanning is in punt A en in punt B. Als er een spanningsverschil is tussen die punten (UAB) en je verbindt die punten, dan gaat er een stroom lopen. En wel zo groot dat met UAB = IAB RAB .  Hier is RAB = 15Ω.
Wat denk je dat er gebeurt als RAB= 0 Ω (gewoon een weerstandsloos draadje tussen A en B)? Vergelijk dat met een huiskamerstopcontact waarbij je de twee gaatjes (die onderling een spanning van 230 V en 0,0 V hebben) in de contactdoos direct (zonder radio of wasmachine) met elkaar verbindt?

Deze vraag (in wat gewijzigde vorm maar ook met zo'n AB verbinding) is in een aantal varianten op havo en vwo examens langs geweest (vwo 2017 nog met zich richtende zonnepanelen herinner ik me)
Julia op 31 mei 2018 om 14:43
Spanning in punt A is 2.16V en in punt B 2.12V. Stroom gaat van een hoog naar een laag potentiaal, dus daarom stroomt het van A naar B. 

Dank u wel voor de uitgebreide uitleg!
Theo de Klerk op 01 juni 2018 om 01:40
Nadat die tussenleiding met weerstand er is ontstaat wel een (niet zo simpel wiskundig op te lossen) probleem: bij een spanningsverschil tussen A en B gaat er een stroom lopen (van A naar B).

Dat kan door de stroom links-A groter te maken waarbij dan bij punt A het opsplitst in een stroom door AB en een stroom door A-rechts.  

De stroom uit AB voegt zich samen met de stroom uit links-B en is de stroom vanuit B-rechts groter.

Uitrekenen van precieze spanningsverschillen en stromen wordt een kwestie van 5 vergelijkingen met 5 variabelen (stromen) waar al snel wat lineaire algebra en Cramers Rule met determinanten aan te pas komt - niet iets voor de middelbare school.

Maar je kunt wel in een simulatie spelen: wat gebeurt er als je een weerstandswaarde wijzigt  of de batterijspanning...  Op de website Phet vind je de "DC circuit construction kit" - zowel in HTML als Java variant. Deze laatste (wat oudere) versie kan ook een "load" doen van een opgeslagen circuit.
Zo'n circuit zit in de bijlage  (kirchhoff.dat - de bijlage heet kirchhoff.pdf want een .dat wil het niet opslaan. Dus even herbenoemen na download!) die je kunt importeren in het circuit (Java versie https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/circuit-construction-kit-ac-virtual-lab). 
Met dank aan Jan van de Velde die dit opzette. O ja... de weerstandswaarden zijn een factor 10 kleiner gemaakt omdat anders de ampere-meters teveel afronden en soms 0 A geven waar nog wel een stroompje loopt.

Bijlagen:

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft negentien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)