In een zogeheten signaallamp (zie figuur 1) zitten drie gekleurde LED's, een rode, een groene en een blauwe. De drie LED's kunnen tegelijk ingeschakeld worden; elke LED brandt dan op een spanning van 3,0 V.
De spanning wordt geleverd door twee batterijen van elk 1,5 V.
In figuur 2 zijn de drie LED's en de twee batterijen schematisch weergegeven.
Opgaven
a) Maak een afdruk van figuur 2 en teken alle noodzakelijke verbindingsdraden. Er hoeft geen schakelaar in de schakeling te worden opgenomen.
De elektrische energie van een batterij wordt vaak met de eenheid Wh (wattuur) aangegeven. In één volle batterij van de signaallamp is 4,8 Wh elektrische energie opgeslagen.
b) Toon aan dat 1,0 Wh gelijk is aan 3,6 kJ.
Het elektrisch vermogen van één LED in de signaallamp is 60 mW. De twee batterijen zijn vol.
c) Bereken hoe lang de drie LED's tegelijkertijd kunnen branden.
De signaallamp bevat ook een schakeling die de LED's om beurten even laat branden. In figuur 3 is deze schakeling getekend.
Bij tellerstand 1 brandt een van de LED's, bij tellerstand 2 brandt een van de andere LED's en bij tellerstand 3 brandt de derde LED.
In figuur 4 staat een tabel.
d) Neem figuur 4 over en kruis in de tabel aan welke LED bij welke tellerstand brandt.
De pulsgenerator staat ingesteld op 1,0 Hz.
Uitgang 4 van de teller is verbonden met de reset. Daardoor herhaalt de cyclus van het om beurten aangaan van de LED's zich steeds.
De lamp staat 60 s te knipperen.
e) Leg uit hoe vaak de rode LED in deze periode aan is geweest.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
figuur 5.
Uitwerking vraag (b)
De hoeveelheid energie die een apparaat met een vermogen van 1 W in 1 uur gebruikt is 1 Wh.
De energie wordt gegeven door:
E = p*t = 1 * 3600 = 3,6 kJ
1 Wh komt dus overeen met 3,6 kJ.
Uitwerking vraag (c)
De tijd dat de drie LED's tegelijk kunnen branden kan bepaald worden door de energie te delen door het vermogen:
t = E / p
Het vermogen voor de drie LED's is gegeven door:
p = 3 * 60 * 10-3 = 0,180 W
De energie die de batterijen kunnen leveren is gelijk aan:
E = 2 * 4,8 * 3600 = 3,46 * 104 J
Voor de tijd dat de LED's branden geldt dan dus:
t = E / p = 3,46 * 104 / 0,180 = 1,9 * 105 s
(dit komt overeen met 1,9 * 105 / 3600 = 53 uur).
Uitwerking vraag (d)
figuur 6.
Uitwerking vraag (e)
Bij uitgangen 1, 2 en 3 blijft er 1 van de LED's 1 seconde branden. Bij uitgang 4 wordt de teller gereset. De teller staat dan 1 seconde op 0. Een complete cyclus duurt dus 4 secondes. In 60 seconden is de rode LED dus 60 / 4,0 = 15 keer aangeweest.
