Kaj bouwt een verlichtingsset voor zijn fietskar
Kaj bouwt een verlichtingsset voor zijn fietskar. Hij gebruikt een accu van 12 V, twee ledlampen van 3 W (ontworpen voor 12 V) en een achterlicht van 1 W (ook 12 V). Verder heeft hij draad, een zekering en een reedcontact: een klein buisje met twee veertjes erin, dat sluit als er een magneetje vlakbij komt. Kaj wil dat de twee ledlampen onafhankelijk van elkaar aan en uit kunnen. Het achterlicht moet automatisch gaan branden als hij remt; daarvoor maakt hij een magneetje vast aan de remhendel en zet het reedcontact zo dat het magneetje er langskomt als hij de rem inknijpt.
Kaj twijfelt nog over de zekering. Hij heeft er twee liggen: een van 1 A en een van 2 A. Ook vraagt hij zich af of hij de lampen in serie of parallel moet aansluiten. De accu en de draden kunnen samen zonder problemen 3 A verdragen.
1. Moet Kaj de twee ledlampen in serie of parallel aansluiten? Leg je keuze uit met wat er gebeurt als één lamp stuk gaat, en bereken de stroom door één ledlamp.
Read the worked answer
Parallel.
Redenen:
- In serie moet de 12 V gedeeld worden: elke lamp krijgt maar 6 V. Ledlampen die voor 12 V zijn gemaakt, geven dan veel te weinig licht.
- In serie gaat bij één kapotte lamp de hele stroomkring open en brandt er niets meer. Kaj wil de lampen juist onafhankelijk kunnen gebruiken.
- In parallel krijgt elke lamp de volle 12 V en heeft elke lamp zijn eigen stroomkring. Eén lamp kan uit of stuk zijn zonder dat de andere het merkt.
Stroom per ledlamp: P = U × I, dus I = P : U = 3 W : 12 V = 0,25 A.
De stroom door de schakelaar van elke lamp is dus 0,25 A. In de led wordt elektrische energie omgezet in licht (en een klein beetje warmte).
2. Bereken de totale stroom als beide ledlampen en het achterlicht tegelijk branden. Welke zekering kan Kaj het beste nemen en waarom?
Read the worked answer
Twee ledlampen: 2 × 0,25 A = 0,50 A. Achterlicht: I = P : U = 1 W : 12 V ≈ 0,083 A. Totaal: 0,50 + 0,083 ≈ 0,58 A.
Keuze: de zekering van 1 A.
Redenering: een zekering moet
- hoger zijn dan de normale stroom (0,58 A), anders smelt hij al bij normaal gebruik door;
- lager zijn dan wat de accu en de draden aankunnen (3 A), anders beschermt hij niet.
De zekering van 1 A zit boven 0,58 A en ruim onder 3 A, en zit het dichtst bij de echte stroom. Bij kortsluiting smelt hij dus snel door. Een zekering van 2 A is niet onveilig, maar laat een grotere stroom toe voordat hij doorsmelt, waardoor draden langer heet kunnen worden. De 1 A-zekering biedt de beste bescherming.
3. Leg uit hoe het reedcontact ervoor zorgt dat het achterlicht gaat branden als Kaj remt. Waarom is dit handiger dan een gewone schakelaar op het stuur?
Read the worked answer
Stroom loopt alleen als de kring gesloten is.
In het reedcontact zitten twee dunne, veerkrachtige lipjes van metaal in een glazen buisje. Komt er een magneetje vlakbij, dan worden die lipjes zelf magnetisch en trekken ze elkaar aan. Ze raken elkaar: het contact sluit en er gaat stroom door het achterlicht. Komt het magneetje weer weg, dan veren de lipjes terug en gaat het licht uit.
Kaj maakt het magneetje vast aan de remhendel. Als hij de rem inknijpt, komt het magneetje binnen enkele millimeters tot centimeters bij het reedcontact en gaat het achterlicht branden. Daarvoor moet het reedcontact wel precies op de goede plek zitten, anders reageert het niet.
Voordelen boven een gewone schakelaar op het stuur:
- Kaj hoeft zijn hand niet van het stuur te halen; remmen en licht geven gebeurt in één beweging.
- Er hoeft geen bewegende draad naar de remhendel; alleen het magneetje beweegt mee.
- Het licht gaat automatisch uit als hij de rem loslaat, dus de accu raakt niet leeg.