Practicum: Elektrische systemen – soortelijke weerstand en vermogen – Klas 4 VWO

In dit practicum voor 4 vwo bepaal je de soortelijke weerstand van twee verschillende geleiders (konstantaan en nikkelchroom), bereken je elektrisch vermogen en vergelijk je het energieverbruik bij verschillende schakelingen. Je werkt met de formule R = ρ × l / A en past vectornotatie toe voor stromen en spanningen.

Leerdoel

Na dit practicum kun je de soortelijke weerstand bepalen via een R-l-grafiek, elektrisch vermogen berekenen met P = U × I = I²R = U²/R, en het energieverbruik uitdrukken in Joule en kWh.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 4 | Vak: Natuurkunde | Domein: D1 Elektrische systemen | Soortelijke weerstand, elektrisch vermogen, energieverbruik

Benodigdheden

• Konstantaandraad (ρ ≈ 49 × 10⁻⁸ Ω·m) en nikkelchroom-draad (ρ ≈ 110 × 10⁻⁸ Ω·m)
• Regelbare spanningsbron (0–12 V)
• Digitale multimeter (V- en A-stand)
• Schuifmaat (voor draaddiameter)
• Lengtes: 0,25 m; 0,50 m; 0,75 m; 1,00 m (beide materialen)
• Stopwatch en energiemeter (optioneel)

Achtergrondinformatie

De weerstand van een draad: R = ρ × l / A, waarbij A = π(d/2)². Elektrisch vermogen: P = U × I = I²R = U²/R (in Watt). Energieverbruik: E = P × t (in Joule) of E = P × t / 3 600 000 (in kWh). In serie geldt: I gelijk, U telt op, R_tot = R₁ + R₂. In parallel geldt: U gelijk, I telt op, 1/R_tot = 1/R₁ + 1/R₂.

Werkwijze

Deel A – Soortelijke weerstand bepalen

1. Meet d van beide draden (schuifmaat, 3×). Bereken A = π(d/2)².
2. Stel U = 4,0 V in. Meet I voor l = 0,25; 0,50; 0,75; 1,00 m van elk materiaal.
3. Bereken R = U/I. Teken R-l-grafieken voor beide materialen. Richtingscoëfficiënt = ρ/A → bepaal ρ.

Deel B – Vermogen en energieverbruik

1. Sluit de nikkelchroom-draad (l = 1,00 m) aan op U = 6,0 V. Laat 5 minuten doorstroom lopen.
2. Bereken P = U × I, E_el = P × t. Controleer of de draad voelbaar warm wordt.
3. Bereken het kWh-verbruik per uur bij dit vermogen.

Meettabel Deel A (U = 4,0 V)

Verwerkingsvragen

1. Bereken R van een nikkelchroom-draad (ρ = 110×10⁻⁸ Ω·m, l = 2,0 m, d = 0,50 mm).
2. Twee weerstanden van 8,0 Ω en 12,0 Ω staan in parallel op 6,0 V. Bereken I_tot en P_tot.
3. Een verwarmingselement van 1200 W brandt 3 uur per dag, 30 dagen per maand. Bereken het maandelijkse energieverbruik in kWh.

Uitwerking

Verwachte waarden (d = 0,50 mm, A = 1,96×10⁻⁷ m²)

V1: A = π(0,25×10⁻³)² = 1,96×10⁻⁷ m². R = (110×10⁻⁸ × 2,0) / 1,96×10⁻⁷ = 11,2 Ω.

V2: R_tot = (8,0 × 12,0)/(8,0 + 12,0) = 96/20 = 4,8 Ω. I_tot = U/R_tot = 6,0/4,8 = 1,25 A. P_tot = U × I = 6,0 × 1,25 = 7,5 W.

V3: E = P × t = 1,2 kW × (3 × 30) h = 1,2 × 90 = 108 kWh/maand.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert nikkelchroom- en konstantaandraad, regelbare spanningsbronnen en nauwkeurige multimeters voor elektriciteitsexperimenten in het voortgezet onderwijs.

Bekijk het assortiment natuurkunde materiaal of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.