Lessen Physics

10 lessen

• Airconditioning-installaties – Een centrale airco-installatie maakt koud water in een chiller. Een luchtbehandelingskast (LBK) filtert en koelt de lucht en blaast die door kanalen naar de ruimtes. Losse units, zoals een split-airco, bedienen één kamer. Een thermostaat en een klep regelen de koeling. Je bespaart energie met een verstandige ingestelde temperatuur, isolatie, inverters en variabele luchtstroom. Simpel ontwerp: luchtstroom V = Q / (rho cp deltaT), kanaaloppervlak A = V / v, COP = koeling / vermogen.
• Akoestiek: hoe ruimtes, oren en audioapparatuur met geluid omgaan – Akoestiek is de wetenschap van geluid: hoe het ontstaat, hoe het zich door ruimtes verplaatst en weerkaatst, hoe wij het horen en hoe we het opnemen. In een kamer horen we het directe geluid plus veel weerkaatsingen. De tijd die het geluid nodig heeft om weg te sterven is de nagalmtijd, T = 0.161 V / A (Sabine). Zachte materialen absorberen geluid en maken T korter. Luidheid meten we in decibel, de toonhoogte hangt af van de frequentie en het timbre van de mix van boventonen. Microfoons zetten geluid om in elektrische signalen, die computers omzetten in getallen (sampling). MIDI stuurt nootopdrachten, geen geluid.
• Beton, gewapend beton en staalconstructies – Beton is sterk als je het samendrukt, maar zwak als je het uitrekt. Staalstaven op de plek waar het rekt maken er gewapend beton (RCC) van. Stalen frames van driehoeken zijn licht en overspannen grote afstanden. Boerderijen gebruiken alle drie: kanaalbekleding, watertanks, silo's, bruggen en schuren.
• Elektrische lading en velden – Lading komt in twee soorten voor, blijft behouden en komt voor in hele pakketjes van e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C. Twee puntladingen duwen of trekken met F = kq₁q₂/r² (k = 9 × 10⁹ N m² C⁻²). Krachten en velden van veel ladingen tel je op als vectoren (superpositie). Het veld E = F/q₀ van een puntlading is kq/r²; veldlijnen laten het zien. Een dipool (±q op afstand 2a) heeft dipoolmoment p = q·2a; in een homogeen veld voelt hij geen nettokracht, maar wel een koppel τ = pE sinθ. De elektrische flux is Φ = E·A en de wet van Gauss zegt dat de flux door een gesloten oppervlak q_ingesloten/ε₀ is. Daarmee vind je snel E voor een lange draad (λ/2πε₀r), een vlak plaatje (σ/2ε₀) en een dunne bolschil (kq/r² buiten, 0 binnen).
• Elektrische stroom, spanning en elektrische schakelingen – Elektrische stroom is hoeveel lading er per seconde doorheen stroomt: I = Q/t, gemeten in ampère met een ampèremeter die in serie staat. Spanning (potentiaalverschil) is de arbeid om een eenheid lading tussen twee punten te verplaatsen: V = W/Q, gemeten in volt met een voltmeter die parallel staat. Lading stroomt alleen in een gesloten schakeling.
• Elektromagnetische golven – Een veranderend elektrisch veld werkt als een stroom, de verplaatsingsstroom, en maakt een magnetisch veld. Een veranderend magnetisch veld maakt een elektrisch veld. Samen reizen ze als een elektromagnetische golf (EM-golf) met c = 3 × 10⁸ m/s, ook door lege ruimte. E en B staan loodrecht op elkaar en op de bewegingsrichting, dus EM-golven zijn transversaal. Gesorteerd op golflengte vormen ze het spectrum: radio, microgolven, infrarood, zichtbaar licht, ultraviolet, röntgenstraling en gammastraling.
• Elektromagnetische inductie – Als de magnetische flux door een spoel verandert, ontstaat er een emk in die spoel: ε = −N dΦ/dt (Faraday). Het minteken is de wet van Lenz: de geïnduceerde stroom werkt altijd de verandering tegen die hem veroorzaakt. Een staaf die door een veld beweegt geeft een bewegings-emk ε = Blv. Een veranderende stroom wekt een emk op in de eigen spoel (zelfinductie, L) en in een spoel vlakbij (wederzijdse inductie, M).
• Projectleren in de agrarische bouwkunde – Projectleren betekent leren door één echte, kleine klus van begin tot eind te doen. Bij bouwen op de boerderij vindt een team een probleem (een modderig pad), maakt een plan, bouwt veilig, controleert het resultaat en deelt daarna een verslag om het beter te doen. De cirkel is: probleem, plan, bouwen, controleren, delen.
• Valversnelling en de verandering ervan met hoogte en diepte – De versnelling van een vrij vallend voorwerp dicht bij de aarde is g = GM/R² ≈ 9.8 m/s². Ze hangt niet af van de massa van het vallende voorwerp. Op hoogte h wordt g kleiner: g_h = g R²/(R + h)², ongeveer g(1 − 2h/R) als h klein is. Op diepte d wordt g ook kleiner: g_d = g(1 − d/R). In het middelpunt van de aarde is g = 0. Dus g is het grootst aan het oppervlak.
• Wisselstroomgenerator en transformator – Een wisselstroomgenerator draait een spoel in een magnetisch veld. De flux erdoorheen blijft veranderen, dus ontstaat een inductiespanning e = NBAω sin ωt met piekwaarde NBAω. Een transformator gebruikt wederzijdse inductie tussen twee spoelen op één ijzeren kern: Vs/Vp = Ns/Np. Een optransformator verhoogt de spanning en verlaagt de stroom; een neertransformator doet het omgekeerde. Het vermogen blijft bijna gelijk (Vp Ip ≈ Vs Is).