Tammo en Jelle hebben voor hun profielwerkstuk een ‘zonvolgsysteem’ gemaakt. Dit is een opstelling met een zonnepaneel dat meedraait met de zon, zodat het zonnepaneel steeds loodrecht op de invallende zonnestralen staat. Het zonvolgsysteem bevat onder andere twee exact dezelfde LDR’s (light dependent resistor) met daartussen een schotje. Zie figuur 1 en figuur 2.
Als de zon niet recht boven de twee LDR’s staat, valt er een schaduw van het schotje op één van de twee LDR’s. Zie figuur 3.
Tammo en Jelle plaatsen de twee LDR’s in een schakeling met een elektromotor die de opstelling met het zonnepaneel kan laten draaien. Het schakelschema van het zonvolgsysteem staat in figuur 4.
Om de schakeling te testen laten ze op beide LDR’s evenveel licht vallen, zodat de weerstand van beide LDR’s gelijk is.
Opgaven
a) Leg uit dat er in dit geval geen elektrische stroom door de motor loopt.
In deze situatie levert de voeding een elektrische stroom van 100 mA. De grootte van de weerstand van één zo’n LDR als functie van de verlichtingssterkte E in lux staat in figuur 5 weergegeven.
b) Bepaal de verlichtingssterkte op een LDR in deze situatie.
Tammo en Jelle zetten het zonvolgsysteem met het zonnepaneel en de twee LDR’s loodrecht op het zonlicht. Door het draaien van de aarde valt er na verloop van tijd een schaduw van het schotje op LDR2, zoals weergegeven in figuur 3. De richting van de stroom tussen B en C bepaalt welke kant de elektromotor op draait.
c) Leg uit of de stroom in de schakeling van B naar C door de motor loopt of
andersom.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
Aangezien beide LDR's dezelfde weerstand hebben is de schakeling symmetrisch. Er zal evenveel spanning over LDR1 staan als over LDR2. Er zal ook evenveel spanning staan over weerstand R1 en R2. Als een gevolg hiervan zal er geen spanning staan over punt B en C. Hierdoor loopt er geen stroom door de motor.
Uitwerking vraag (b)
De spanningsbron levert een stroom van 100 mA bij een spanning van 7,5 V. De totaal aangesloten weerstand is dan gelijk aan:
$R=\frac{U}{I}=\frac{7,5}{100\cdot 10^{-3}} = 75~\Omega$
In de schakeling staat de tak ACD parallel op ABD. De weerstand van een van deze takken moet dan dus 150 Ω zijn om een totale weerstand van 75 Ω in de schakeling te leveren. Aangezien weerstanden R1 en R2 beide 50 Ω zijn, moet de weerstand van de LDR dan 100 Ω zijn.
In figuur 5 kan je vervolgens de verlichtingssterkte aflezen, zie onderstaande figuur.
De verlichtingssterkte is dus 39 . 103 lux.
Uitwerking vraag (c)
Op LDR2 valt minder licht dan op LDR1. In figuur 5 zie je dan dat de weerstand van LDR2 groter is dan die van LDR1. Hierdoor zal er meer spanning over LDR2 staan dan over LDR1. Er staat dan een spanning over C en B waardoor er een stroom van C naar B zal lopen.
