[natuurkunde] Berekenen extra weerstanden

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 103

Berekenen extra weerstanden

Ik heb hier een vraagstuk dat op het eerste gezicht heel simpel leek maar waar ik toch niet uit kom. Het schakelschema volgt hier.
 
Schema_2017_07_07.JPG
Schema_2017_07_07.JPG (19.1 KiB) 728 keer bekeken
 
In dit schema staat bovenin een stroombron die 24 V geeft met een inwendige weerstand van 1 ohm (Ri). A en B zijn lampen. A behoort te branden op 12 V en de weerstand is dan 8 ohm. Voor B zijn die waarden resp. 18 V en 6 ohm.
 
Gevraagd wordt in dit schema nog twee weerstanden op te nemen zó dat beide lampen branden zoals het behoort.
 
In eerste instantie redeneerde ik als volgt: lamp A heeft 12/8 = 1,5 A nodig en lamp B 18/6 = 3 A, tezamen dus 4,5 A (de lampen zijn parallel geschakeld). De stroombron moet dus 4,5 A leveren met een spanning van 24 V. Dat levert een R op van 24/4,5 = 5 1/3. Aangezien de inwendige weerstand 1 ohm blijft voor de uitwendige 4 1/3 ohm over.
 
Bereken vervolgens de vervangingsweerstand van de twee lampen (8 en 6 ohm) en het verschil is de extra benodigde weerstand die je dan over de twee takken gaat verdelen. Dacht ik tenminste. Maar ik raak verstrikt in allerlei onmogelijke breuken zoals 29/31. Dat is op zichzelf niet onmogelijk maar in dit geval leidt het tot niets. Meestal zijn de getallen in dit soort opgaven zo gekozen dat er redelijk 'logische' getallen uit komen. Wie heeft een tip hoe dit aan te pakken?

Berichten: 7.068

Re: Berekenen extra weerstanden

Als je weet dat de bron 4,5 A levert dan weet je ook wat het spanningsval over de 1 Ohm weerstand is. Je weet dan dus ook wat het spanningsval over elk van de extra weerstanden is. Deze kennis gecombineerd met de stroom door de extra weerstanden levert je de waarden van de weerstanden op.

Berichten: 103

Re: Berekenen extra weerstanden

Dat klopt. De spanningsval is dus 4,5 x 1 = 4,5 V; blijft over 19,5 V. Gegeven de stroomsterkte van 4,5 A blijft er voor de gezamenlijke weerstand in de rest van het circuit 4 1/3 (= 13/3) ohm over (zie mijn oorspronkelijke bericht). Maar dan? Hoe verdeel ik die over de twee takken?
 
Ik weet dat IA : IB = 1/RA : 1/RB. IA = 1,5 A en IB = 3 A en dus valt te af te leiden dat RA = 2RB.
 
Ook weet ik dat 1/RA + 1/RB = 1/13/3 = 3/13. Als ik dat allemaal doorreken kom ik uit op RA = 13 ohm en RB = 6,5 ohm. In tak A zou er dus 5 en in tak B 0,5 ohm bij moeten. Maar dat komt niet overeen met het antwoord in het antwoordenboekje.
 
Ergens klopt er iets niet maar ik weet niet de vinger op de zere plek te leggen.

Berichten: 7.068

Re: Berekenen extra weerstanden

Je doet te moeilijk...

Door de weerstand bij lamp A loopt 1,5 A. De spanning valt dan van 19,5 V naar 12 V. Het spanningsval is dus 7,5 V. Je weet dus de spanning over de weerstand en de stroom door de weerstand. De weerstand van de weerstand uitrekenen lijkt me dan geen probleem.

Berichten: 103

Re: Berekenen extra weerstanden

Dan kom ik uit op 7,5V / 1,5A =  5 Ohm? En in tak B komt dit rekensommetje uit op 1,5V / 3A = 0,5 Ohm? Dezelfde uitkomsten als die ik langs mijn ingewikkelder weg ook had, maar ze kloppen niet met het antwoordenboekje. Dat geeft 4 resp. 3/9 Ohm. Overigens staat er niet bij waar die weerstanden precies in het schema zijn geplaatst, ik ben er impliciet van uit gegaan dat ze in de twee takken horen.

Berichten: 7.068

Re: Berekenen extra weerstanden

Je komt wel op het antwoord van het antwoordenboekje uit als je een weerstand in serie zet met lamp A en de andere weerstand in serie met de spanningsbron.

Berichten: 12.262

Re: Berekenen extra weerstanden

Intrigrerend vraagstuk.
 
Ik heb het ff heel vlot op een kladje gedaan en kom ook uit 4.5 ampere, dus 24-4.5=19 volt aan weerszijden. 
 
Reken ik he dan door met 1 weerstand per lamp in iedere horizontale tak, kom ik ook op 5 ohm voor de bovenste tak, en 0.5 voor de onderste.
 
Dit lijkt me de meest logische aanpak, maar strict genomen  kun je natuurlijk 1 weerstand in serie met de spanningsbron zetten en eentje met 1 van de lampen om het zo vlot te trekken. Maar dat maakt dit antwoord niet fout, er staat nergens -waar- je die weerstanden moet plaatsen. 
Victory through technology

Gebruikersavatar
Berichten: 649

Re: Berekenen extra weerstanden

Even terug gerekend met de waarden  4 ohm en 3/9 ohm, dan is er inderdaad een oplossing mogelijk,
 
plaats de 3/9 ohm weerstand in serie met de voeding, dan wordt de inwendige weerstand 1,333 ohm
en plaats de 4 ohm weerstand in serie met de lamp A. Dan kloppen de antwoorden.
 
met een Ri van 1,333 bij een stroom van 4,5 A  wordt de klemspanning over de lampen 18 Volt, prima voor lamp B
en met de R van 4 ohm in serie met lamp A en 3 A over de extra 4 ohm,  blijft er voor lamp A 12 volt over.
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Berichten: 103

Re: Berekenen extra weerstanden

Even nagerekend en het klopt inderdaad. Ik heb het er niet bij vermeld maar in de opgave (het is een opgave uit de oude doos: HBS-examen 1951) stond ook nog de vraag: zijn er andere oplossingen mogelijk? Ja dus. Ik zit alleen nog met de vraag: die extra weerstanden van 5 en 0,5 Ohm kwamen uit de bus na berekening maar hoe had ik die oplossing van 4 en 1/3 Ohm ook door berekening kunnen vinden? Achteraf kunnen we narekenen dat het klopt. Of is het een kwestie van proberen en dan kijken hoe je uitkomt?

Gebruikersavatar
Berichten: 649

Re: Berekenen extra weerstanden

Uitrekenen kan uiteraard ook, als je stelt dat 18 volt nodig is over de beide lampen, dan heb je voor B geen serie R nodig.
Dan moet er voor lamp A dus een R worden toegevoegd : 18 Volt / 1,5 A is 12 ohm totaal, is dus 4 ohm extra.
Dus met 4 ohm in serie met lamp A kan B er dan gewoon parallel overheen, beide doen het dan op 18 Volt.
 
Dus nu nog de 24 Volt terug brengen naar 18 Volt, er moet dus 6 Volt af, bij 4,5 A geeft dus 1,333 ohm totaal,
er is al 1 ohm inwendig, blijft er dus 0.333 over oftewel 3/9 ohm
 
zo kan je het dus beredeneren. 
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Berichten: 12.262

Re: Berekenen extra weerstanden

Het kan inderdaad wel, maar het is zoveel complexer dat het m.i. echt geen logische aanpak is. Als ze de extra weerstanden op die plek hadden ingetekend en 'go figure it out' hadden gezegd, prima. 
 
Bovendien zijn er nog meer oplossingen mogelijk: bijvoorbeeld een weerstand paralel over beide lampen zetten om zo de spanning over de inwendige weerstand te vergroten zodat er nog maar 18 volt uit komt, en dan een weerstand in tak A opnemen om daar de juiste spanning te krijgen. 
 
Die laatste oplossing is overigens 'slechter' in de zin dan je nodeloos vermogen verstookt, maar strict genomen is het wel een antwoord op het vraagstuk. Dus dat zijn vast 3 methoden, en wellicht zijn er nog meer :)
Victory through technology

Berichten: 103

Re: Berekenen extra weerstanden

Met belangstelling de toelichtingen nog gelezen. Bij deze bedankt voor de hulp en de toelichtingen.

Berichten: 12.262

Re: Berekenen extra weerstanden

Geen probleem, leuk om er eens naar te kijken. 
 
Maar wellicht wel even een wederverzoek: gezien dit onder huiswerk topic valt, zou je eens aan je docent willen vragen waarom het antwoodboek met die dergelijk moeilijke oplossing komt, in plaats van de triviale die met 5 en 0.5 ohm die iedereen in eerste instantie lijkt uit te vogelen? Na 1 hint van evilbro kwam je zelf ook met deze, m.i. geheel juiste oplossing. 
 
Ik denk dat ik dit vraagstuk aan 100 mensen met ervaring in electronica kan voorleggen en ze allemaal met jouw oplossing komen: je moet 4.5 ampere hebben, en daaruit bereken je de spanningsval over de inwendige weerstand, en plaatst voor iedere lamp een gepaste weerstand om het juiste voltage te krijgen. 
 
Dat een HBS-examen uit de jaren vijfig al vraag of er andere oplossingen zijn: Ja dus, tenminste twee, die allebei leiden tot een correcte oplossing in de zin van het juiste voltage over beide lampen en voldoen aan de geschetste criteria. Ik kan me niet voorstellen waarom deze antwoorden als incorrect gerekend mogen worden. 
Victory through technology

Reageer