Kirchhoff op het vwo
Jan van de Velde stelde deze vraag op 15 mei 2022 om 13:10.Beste VWO-bovenbouwcollega's,
Vrijwel altijd als Kirchhoff voorbij komt in een (examen)vraag op VWO-niveau geeft me dat het gevoel van het spreekwoordelijke kanon en de mug.
Bij voorbeeld deze:
https://www.natuurkunde.nl/opdrachten/3050/rekstrookje-vwo-voorbeeldexamen-2016-opg-1
Kan een van mijn vwo-collega's me eens uitleggen waarom bij dit probleempje de wetten van Kirchhoff er (in mijn ogen) als met de haren bijgesleurd worden?
Ze vragen alleen welke kant op die stroom gaat lopen, en dat is met een kort redenerinkje op basis van spanning delen in serieweerstanden prima op te lossen.
Dit is allemaal toch geen hogere elektronicatechniek? En trouwens, dat zou ik in een voortgezet onderwijs niet eens vinden passen.
Groet, Jan
Reacties
Je vraagt 'waarom bij dit probleempje de wetten van Kirchhoff er (in mijn ogen) als met de haren bijgesleurd worden?'.
Of de wetten van Kirchhoff 'als met de haren bijgesleurd worden', laat ik in het midden.
In de toelichting op het voorbeeldexamen staat:
'In Subdomein D1, Elektrische systemen, zijn de wetten van Kirchhoff toegevoegd. Deze opgave bevat een vraag waarbij de leerlingen een redenering moeten geven, gebruikmakend van de stroomwet en de spanningswet van Kirchhoff.'
https://www.examenblad.nl/onderwerp/voorbeeldexamens-natuurkunde-havo/2016/vwo
In het examenprogramma vwo is de voornaamste eindterm over zulke elektrische schakelingen:
'De kandidaat kan in contexten elektrische schakelingen analyseren met behulp van de wetten van Kirchhoff. Daarbij kan de kandidaat energieomzettingen analyseren.'
Wellicht is deze eindterm voor de samenstellers van het voorbeeldexamen een reden geweest om 'Kirchhoff' expliciet te noemen in deze vraag.
Naar de redenen om de wetten van Kirchhoff op te nemen in het examenprogramma, kan ik slechts gissen. Misschien omdat het voorbeelden zijn van algemenere behoudsprincipes, c.q. behoud van lading (stroomwet) en behoud van energie (spanningswet)?
Je schrijft: 'Ze vragen alleen welke kant op die stroom gaat lopen, en dat is met een kort redenerinkje op basis van spanning delen in serieweerstanden prima op te lossen.'
Hoe zo'n korte redenering zonder 'Kirchhoff' sluitend kan zijn en niet slechts 'aannemelijk' of 'bij benadering', interesseert me wel. De redenering in het correctievoorschrift, gebruik makend van 'Kirchhoff', is naar mijn mening niet sluitend.
Zou je zo'n korte redenering hier willen geven?
Je schrijft: 'Vrijwel altijd als Kirchhoff voorbij komt in een vraag op VWO-niveau geeft me dat het gevoel van het spreekwoordelijke kanon en de mug.'
Als voorbeeld moge dienen vraag 24 van het centraal examen vwo 2018, tijdvak 1, opgave 'Energievoorziening voor een weerstation'. Ook hier expliciet: 'Gebruik de spanningswet van Kirchhoff.' Vraag 24 is ook wel te beantwoorden zonder 'Kirchhoff' expliciet te noemen, maar het antwoord met en zonder 'Kirchhoff' komt ongeveer op hetzelfde neer. Wat mij betreft is dit geen kwestie van kanon en mug, wel een vraag waarin 'Kirchhoff' correct wordt toegepast op een niveau dat past bij een centraal examen vwo.
https://www.examenblad.nl/examen/natuurkunde-vwo-2/2018?topparent=vg41h1h4i9qe
Dat het niet altijd goed gaat, is gebleken in vraag 3 van de opgave 'Zonvolgsysteem', centraal examen vwo 2017, tijdvak 1. De schakeling is tot op zekere hoogte vergelijkbaar met die in het voorbeeldexamen 2016: twee parallelle takken, elk bestaande uit twee in serie geschakelde onderdelen, met een 'brug' tussen de middens van de takken. Ook hier gaat de vraag over de (eventuele) stroom door de brug. Gebruik van 'Kirchhoff' wordt niet geëist, maar is wel aangewezen voor een sluitende redenering. Veelzeggend is dat alle leerlingen de maximale 3 scorepunten hebben gekregen. In een aanvulling op het correctievoorschrift staat over vraag 3: 'Een exacte redenering over de richting van de stroomsterkte door de motor dan wel over de spanning over LDR2 vereist toepassing van de wetten van Kirchhoff, waarbij minimaal vier gekoppelde vergelijkingen opgelost moeten worden. Ook dat kan niet van kandidaten worden verwacht.'
Naar mijn mening komt 'Kirchhoff' vooral van pas:
• in een schakeling die, zoals in het voorbeeldexamen, niet louter als serieschakeling of parallelschakeling te zien is (vanwege de brug) en
• in een parallelschakeling met meerdere spanningsbronnen
In situaties waarin 'Kirchhoff' nodig is, zien we al gauw een stelsel met tamelijk veel onbekenden. Zoals je schrijft, past dat niet in een centraal examen vwo.
Groet, Jaap
Jaap
Je schrijft: 'Ze vragen alleen welke kant op die stroom gaat lopen, en dat is met een kort redenerinkje op basis van spanning delen in serieweerstanden prima op te lossen.'Hoe zo'n korte redenering zonder 'Kirchhoff' sluitend kan zijn en niet slechts 'aannemelijk' of 'bij benadering', interesseert me wel. De redenering in het correctievoorschrift, gebruik makend van 'Kirchhoff', is naar mijn mening niet sluitend.
Zou je zo'n korte redenering hier willen geven?
min of meer volgens:
https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/83458 (Jan van de Velde op 17 april 2022 om 14:04)
De stap naar twee verschillende LDR-weerstanden is klein zolang er geen kwantitatieve antwoorden nodig zijn. En dat kan een kandidaat op een examen veel korter uitleggen, want op een examen kijken we (ik dan althans) of uit een uitleg blijkt dat de kandidaat begrijpt hoe het in elkaar steekt.
Ik zie niet wat Kirchhoff hier moet komen doen.
Groet, Jan
1) In een gesloten lus is de totale spanning 0 V
2) stroomsterkte in gesplitste takken opgeteld geven de stroomsterkte voor splitsing (of nadat splitsingen samenkomen) onder het motto "niet iets uit niets"
Groet, Jaap
Gevraagd naar een korte redenering voor je opmerking
'Ze vragen alleen welke kant op die stroom gaat lopen, en dat is met een kort redenerinkje op basis van spanning delen in serieweerstanden prima op te lossen'
verwijs je naar je reactie van 17 april 2022 om 14.04 uur op
https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/83458
Je redenering aldaar is goed voor vraag 1 van het centraal examen vwo 2017, tijdvak 1:
'Leg uit dat er in dit geval [met gelijke weerstand van beide LDR'en] geen elektrische stroom door de motor loopt.'
De wetten van Kirchhoff zijn bij vraag 1 inderdaad niet nodig.
Zo'n redenering is echter niet geschikt voor vraag d die je in deze draad 83945 aan de orde stelt:
'Leg uit […] in welke richting de stroom dan loopt: Van A naar B of van B naar A'
als de weerstand van de rekstrook groter is dan 350 Ω.
Er loopt nu een (geringe) stroom door de micro-ampèremeter. Een redenering over 'spanning delen in serieweerstanden' alsof de twee takken met R1 en R2 respectievelijk R3 en R4 onafhankelijk van elkaar zijn, is daarom niet sluitend.
Redeneren met de wetten van Kirchhoff lijkt me de aangewezen weg voor vraag d.
Dit geldt ook voor vraag 3 van het centraal examen 2017, tijdvak 1, 'Zonvolgsysteem'. (Per abuis noemde ik vraag 1. Een moderator heeft dat hierboven verbeterd, waarvoor dank.)
https://www.examenblad.nl/examen/natuurkunde-vwo-2/2017?topparent=vg41h1h4i9qe
Je hebt vraag d aangeduid als een 'probleempje' waar de wetten van Kirchhoff 'met de haren bijgesleurd worden' en die met een 'kort redenerinkje' kan worden beantwoord.
Mijns inziens is 'Kirchhoff' de aangewezen weg om vraag d te beantwoorden, en is toepassing van 'Kirchhoff' in vraag d te ingewikkeld voor het centraal examen vwo. Voor een korte, sluitende redenering zonder 'Kirchhoff' houd ik me aanbevolen.
Groet, Jaap
Jaap
Zo'n redenering is echter niet geschikt voor vraag d die je in deze draad 83945 aan de orde stelt:'Leg uit […] in welke richting de stroom dan loopt: Van A naar B of van B naar A'
als de weerstand van de rekstrook groter is dan 350 Ω.
Er loopt nu een (geringe) stroom door de micro-ampèremeter. Een redenering over 'spanning delen in serieweerstanden' alsof de twee takken met R1 en R2 respectievelijk R3 en R4 onafhankelijk van elkaar zijn, is daarom niet sluitend.
sluitend genoeg om de vraag over die richting te beantwoorden. Kwestie van die brug met ampèremeter even wegdenken en aan beide zijden de potentiaal aan die brugaansluitingen vast te stellen.
Kwantitatieve antwoorden (hoe groot wordt de strroom in die ampèremeter), dàt is een andere zaak.
Moeilijker heb ik ze nog niet zien worden, hier op de vraagbaak althans, en als ze dat wel worden blijken ze al snel te lastig.
Gooi Kirchhoff dus uit het VO en naar de elektronica-opleidingen.
Groet, Jan
Je schrijft: 'sluitend genoeg om de vraag over die richting te beantwoorden. Kwestie van die brug met ampèremeter even wegdenken en aan beide zijden de potentiaal aan die brugaansluitingen vas te stellen.'
Bij de vergelijkbare richting-vraag 3 uit het centraal examen vwo 2017, tijdvak 1,
'Leg uit of de stroom in de schakeling van B naar C door de motor loopt of andersom.'
vond het CvTE zo'n redenering niet goed en heeft het CvTE besloten dat alle leerlingen de maximale 3 scorepunten krijgen. Zo'n drastisch besluit is veelzeggend. Zie de tweede aanvulling op het correctievoorschrift.
Groet, Jaap
Wat ik zelf vervelender vindt is dat Kirchhoff beter met potentialen werkt dan met spanningen. Maar het potentiaalbegrip is door een kaasschaaf verwijderd.