Opgave
Maaike en Lia onderzoeken hoe de weerstand van een LDR afhangt van de verlichtingssterkte. Daartoe hangen ze een gloeilamp boven de LDR in een voor de rest verduisterde ruimte. Ze variëren de afstand tussen de lamp en de LDR. Bij elke afstand meten ze de weerstand van de LDR.
Van de resultaten van de proef maken ze een grafiek die is weergegeven in figuur 1.
a) Leg met behulp van figuur 1 uit of de weerstand van de LDR groter of kleiner wordt als de verlichtingssterkte toeneemt.
Vervolgens maken ze de schakeling die in figuur 2 is afgebeeld.
Voor de grootte van de weerstand R kan gekozen worden uit een weerstand van 100 Ω en een weerstand van 500 Ω.
b) Leg uit bij welke van deze twee weerstanden (R = 100 Ω of R = 500 Ω) de spanningsmeter de grootste spanning aangeeft, als op de LDR eenzelfde hoeveelheid licht valt.
De hele schakeling van figuur 2 heeft de functie van lichtsensor. De spanning over R is het signaal dat de sensor afgeeft. Deze spanning als functie van de verlichtingssterkte bij de LDR is weergegeven in figuur 3.
c) Bepaal de gevoeligheid van de sensor in het lineaire gebied.
Hierna willen Maaike en Lia onderzoeken hoe de sensor reageert op verschillende kleuren licht.
Zij formuleren de volgende onderzoeksvraag:
"Hoe is, bij gelijkblijvende verlichtingssterkte, het verband tussen de kleur van het opvallende licht en de spanning die de sensor afgeeft?"
Behalve de sensor en de spanningsmeter hebben zij de beschikking over:
• een blauw, een geel en een rood stuk glas (kleurenfilters),
• een meter die, onafhankelijk van de kleur, de verlichtingssterkte kan meten,
• een lichtbron waarvan de sterkte veranderd kan worden.
De kleurenfilters laten niet allemaal evenveel licht door.
d) Beschrijf een onderzoek dat een antwoord kan geven op de onderzoeksvraag. Bij het onderzoek moet het hierboven genoemde materiaal gebruikt worden.
Uitwerking vraag (a)
Als de verlichtingssterkte groter is, is de afstand tussen de lamp en de LDR kleiner. Uit de grafiek blijkt dat de weerstand dan kleiner is.
Uitwerking vraag (b)
• methode 1:
In een serieschakeling verhouden de spanningen over de weerstanden zich als de waarden van die weerstanden.
(Omdat de LDR in beide gevallen dezelfde weerstand heeft,) is de spanning over de weerstand van 500 Ω het grootst.
• methode 2:
Als de LDR in serie staat met 500 Ω is de stroomsterkte door de schakeling kleiner danwanneer de LDR in serie staat met 100 Ω.
(Omdat de LDR in beide gevallen dezelfde weerstand heeft,) is de spanning over de LDR dan ook klein.
(Omdat de som van de spanning over R en LDR constant is,) is de spanning over R dan juist groot.
Uitwerking vraag (c)
Uitkomst: De gevoeligheid is gelijk aan 2,0.10-3 V/lux (met een marge van 0,1.10-3 V/lux).
voorbeeld van een bepaling:
• De gevoeligheid is gelijk aan de helling van het lineaire deel van de grafiek.
• Hierin is ΔU = 1,2 V en de bijbehorende verandering van de verlichtingssterkte 600 lux.
• Hieruit volgt dat de gevoeligheid gelijk is aan 1,2 / 600 = 2,0.10-3 V/lux.
Uitwerking vraag (d)
Van het gefilterde licht wordt (ter hoogte van de LDR) steeds de verlichtingssterkte gemeten.
De verlichtingssterkte wordt in alle drie de gevallen gelijk gemaakt door de sterkte van de lamp te variëren of door de hoogte van de lamp te veranderen.
Steeds wordt de spanning over de sensor gemeten.
