Solderen is een techniek om twee metalen onderdelen met elkaar te verbinden. In figuur 1 zie je hoe een onderdeel wordt gesoldeerd.
Voor het solderen wordt de alliage (mengsel van metalen) ‘zacht soldeer’ gebruikt. Deze alliage heeft een lager smeltpunt dan de metalen onderdelen die met elkaar verbonden moeten worden.
Er wordt een messingdraad met zacht soldeer aan een messingstrip gesoldeerd. Het solderen gebeurt met (de punt van) een soldeerbout. Zie figuur 2.
a) Leg met behulp van het tabellenboek uit tussen welke waarden de temperatuur van de punt van de soldeerbout moet liggen.
methode 1 Binas
Het smeltpunt van messing is 1170 K; het smeltpunt van zacht soldeer is 490 K. De temperatuur van de punt van de soldeerbout moet hoger zijn dan 490 K omdat het zacht soldeer moet smelten maar lager dan 1170 K omdat het messing niet mag smelten.
Waarom kijk je naar die 2 materialen? Er is gegeven: "Er wordt een messingdraad met zacht soldeer aan een messingstrip gesoldeerd.", dus moet je deze twee materialen bekijken.
of
methode 2 Sciencedata
Het smeltpunt van messing is 1233 K; het smeltpunt van zacht soldeer is 456 K. De temperatuur van de punt van de soldeerbout moet hoger zijn dan 456 K omdat het zacht soldeer moet smelten maar lager dan 1233 K omdat het messing niet mag smelten.
| opzoeken van de smeltpunten van zacht soldeer en messing | 1 punt |
| inzicht dat de temperatuur van de punt van de soldeerbout tussen de smeltpunten van zacht soldeer en messing moet liggen | 1 punt |
In de soldeerbout loopt een elektrische stroomsterkte van 15 A.
Het elektrische vermogen is 90 W.
Het soldeerapparaat is aangesloten op een stopcontact met een spanning van 230 V.
b) Laat aan de hand van een berekening zien dat er een transformator in het soldeerapparaat zit.
Het vermogen in de punt is 90 W, de stroomsterkte is 15 A.
De spanning U over de punt is dan: $U=\dfrac{P}{I}=\dfrac{90}{15}=6,0\textup{ V.}$
Het apparaat is aangesloten op 230 V, de spanning over de punt is 6,0 V.
In het soldeerapparaat zit dus een transformator (een transformator kan een spanning omzetten naar een andere waarde).
| gebruik van $https://latex.codecogs.com/svg.image?P=UI$ | 1 punt |
| inzicht in de eigenschappen van een transformator | 1 punt |
| completeren van het antwoord | 1 punt |
Via de transformator wordt de energie die uit het stopcontact komt getransporteerd naar de punt. Tijdens het gebruik wordt ook de transformator een beetje warm.
c) Beredeneer of het vermogen dat het stopcontact levert kleiner of groter is dan 90 W.
Als de transformator warm wordt, gaat er energie verloren. Deze energie is wel geleverd door het stopcontact, maar wordt niet gebruikt om te solderen. Het stopcontact levert dus meer dan 90 W.
| juist antwoord | 1 punt |
De soldeerbout is te gebruiken als de temperatuur van de punt 400 °C is. De begintemperatuur is 20 °C. De punt is gemaakt van koper en heeft een massa van 50 gram.
d) Bereken hoe lang het minstens duurt voordat de punt deze temperatuur bereikt heeft. Veronderstel dat geen warmte weglekt naar de omgeving.
Plan van aanpak: bereken hoeveel energie nodig is, en weet hoeveel energie er geleverd wordt per seconde, uit deze 2 getallen samen kan je dan bepalen hoe lang dit duurt.
methode 1 Binas
Om de koperen punt van de soldeerbout op te warmen van 20 °C naar 400°C is $Q=cm\Delta T=387\cdot50\cdot10^{-3}\cdot(400-20)\textup{ J}=7,35\cdot10^{3}\textup{ J}$ nodig.
Het vermogen van de soldeerbout is 90 W, dus het duurt $t=\dfrac{Q}{P}=\dfrac{7,35\cdot10^3}{90}=82\textup{ s.}$
of
methode 2 Sciencedata
Om de koperen punt van de soldeerbout op te warmen van 20 °C naar 400°C is $Q=cm\Delta T=385\cdot 50\cdot10^{-3}\cdot(400-20)\textup{ J}=7,32\cdot10^{3}\textup{ J}$ nodig.
Het vermogen van de soldeerbout is 90 W, dus het duurt $t=\dfrac{Q}{P}=\dfrac{7,32\cdot10^3}{90}=81\textup{ s.}$
| gebruik van $https://latex.codecogs.com/svg.image?Q=cm\Delta T$ | 1 punt |
| opzoeken van de soortelijke warmte van koper | 1 punt |
| gebruik van $https://latex.codecogs.com/svg.image?E=Pt$ | 1 punt |
| completeren van de berekening | 1 punt |
Bij het solderen van een klein onderdeel wordt vaak een metalen tang gebruikt, om dit onderdeel te beschermen tegen oververhitting.
Zie figuur 3. Het materiaal van de punt van de tang is hierbij van belang.
e) Omcirkel in de zinnen hieronder het juiste alternatief.
− De warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van de punt van de tang moet groot zijn / moet klein zijn / is niet van belang.
− De soortelijke weerstand van het materiaal van de punt van de tang moet groot zijn / moet klein zijn / is niet van belang.
− De warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van de punt van de tang moet groot zijn
Omdat de soldeerbout het fragiele object niet direct aan kan raken moet de warmte door de punt van de tang naar het soldeer. En dus moet de punt van de tang warmte goed door laten.
− De soortelijke weerstand van het materiaal van de punt van de tang is niet van belang
Enkel warmte hoeft overgebracht te worden naar het soldeer, de stroom loopt niet naar het soldeer toe.
| De warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van de punt van de tang moet groot zijn | 1 punt |
| De soortelijke weerstand van het materiaal van de punt van de tang is niet van belang | 1 punt |
