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 |
|
Nodig |
: |
|
Constantaandraad zal een rechtlijnig verband laten zien tussen U en I. De weerstand blijft constant als je het spanningsverschil opvoert. Aan deze eigenschap 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 voor de leerling wordt dat het verband NIET-rechtlijnig is. Het lastige is echter vaak: de lijn die ontstaat is wel krom, maar de kromming is vaak niet duidelijk genoeg zichtbaar voor de leerling. Hoe komt dat? En hoe los je dat probleem op?
Weerstand van een ijzerdraad: I/U diagram
In de hoop om tot een krommere lijn te komen, onderzocht ik hoe je een ijzerdraadje van 0,2 mm 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 |
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 = 16 cm
- diameter = 0,2 mm
Resultaat:
Weerstand van een gloeilamp
Als je een U/I grafiek van een gloeilamp maakt, kom je vaak uit op een licht krommende lijn. De lijn is nog het meest krom in het lage spanningsbereik. En dat is lastig als jouw school net als wij werkt met voedingen die starten bij 1,5 V. Met zo'n voeding kun je geen lage spanningen tussen 0 en 1,5V instellen. Dus dan mis je een belangrijk deel van je kromme lijn (PTC-effect). Hoe los je dat op?
Antwoord: kies gloeilampjes met hogere spanningswaarden! Heb je een voeding van max 15V, gebruik dan bijvoorbeeld 24 Volts lampjes. De kromming vindt plaats in het lage spanningsgebied van een gloeilamp.
