Practicum: Wet van Ohm en soortelijke weerstand – Natuurkunde 3 VWO

In dit practicum voor 3 VWO onderzoek je het verband tussen spanning, stroomsterkte en weerstand (wet van Ohm) en bepaal je experimenteel de soortelijke weerstand van een geleidermateriaal. Met nauwkeurige meetinstrumenten en een systematische aanpak leer je de relatie R = U / I en R = ρ × l / A zelfstandig te verifiëren.

Leerdoel

Na dit practicum kun je de wet van Ohm experimenteel aantonen, een U-I-grafiek opstellen en interpreteren, en de soortelijke weerstand ρ van een onbekende geleider berekenen op basis van gemeten lengte, doorsnede en weerstand.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 3 | Vak: Natuurkunde | Onderwerp: Elektriciteit – wet van Ohm, soortelijke weerstand

Benodigdheden

• Regelbare gelijkspanningsbron (0–12 V)
• Digitale multimeter (ampere- en voltmeterstand) of aparte amperemeter en voltmeter
• Konstantaandraad (ρ ≈ 49 × 10⁻⁸ Ω·m), diverse lengtes: 0,25 m; 0,50 m; 0,75 m; 1,00 m
• Schuifmaat (voor meting draaddiameter)
• Krokodillenklemmen en verbindingskabels
• Schakelaar
• Millimeterpapier of grafiekprogramma

Achtergrondinformatie

De wet van Ohm beschrijft het lineaire verband tussen de spanning U (in Volt) over een ohmse weerstand en de stroomsterkte I (in Ampere) erdoorheen: U = I × R. De weerstand R (in Ohm, Ω) is een materiaaleigenschap die afhangt van de soortelijke weerstand ρ, de lengte l en de doorsnede A van de geleider:

R = ρ × l / A

Een hogere soortelijke weerstand betekent dat het materiaal slechter geleidt. Voor konstantaan (een koper-nikkel legering) geldt ρ ≈ 49 × 10⁻⁸ Ω·m, terwijl koper slechts ρ ≈ 1,7 × 10⁻⁸ Ω·m heeft. Het verschil is te verklaren met het moleculaire model: in legeringen ondervinden geleidingselektronen meer weerstand door roosterverstoringen.

Werkwijze

Deel A – Wet van Ohm verifiëren

1. Sluit de konstantaandraad van 1,00 m aan in de schakeling: spanningsbron – schakelaar – draad – amperemeter (in serie). Sluit de voltmeter parallel aan de draad.
2. Stel de spanning achtereenvolgens in op 1,0 V; 2,0 V; 3,0 V; 4,0 V en 5,0 V. Noteer bij elke spanning de stroomsterkte I.
3. Bereken voor elke meting R = U / I. Is R constant?
4. Teken een U-I-grafiek (U op de y-as, I op de x-as). De helling is gelijk aan de weerstand R.

Deel B – Soortelijke weerstand bepalen

1. Meet de diameter d van de draad op drie plaatsen met de schuifmaat. Neem het gemiddelde. Bereken de doorsnede: A = π × (d/2)².
2. Stel U = 3,0 V in. Meet I en bereken R voor draadlengtes van 0,25 m; 0,50 m; 0,75 m en 1,00 m.
3. Teken een R-l-grafiek. De richtingscoëfficiënt is gelijk aan ρ / A. Bereken ρ.
4. Vergelijk de gevonden ρ met de tabelwaarde voor konstantaan (BINAS tabel 11).

Meetresultaten noteren

Gebruik onderstaande tabelindeling voor deel A (l = 1,00 m, d = 0,40 mm):

Verwerkingsvragen

1. Is de weerstand R constant bij alle spanningswaarden? Wat zegt dit over het materiaal?
2. Bereken ρ als R = 7,77 Ω bij l = 1,00 m en d = 0,40 mm.
3. Hoe verandert de weerstand als je de draadlengte verdubbelt maar de doorsnede gelijk houdt? Verklaar met de formule R = ρ × l / A.
4. Een koperdraad (ρ = 1,7 × 10⁻⁸ Ω·m) heeft dezelfde afmetingen als de konstantaandraad. Hoe groot is zijn weerstand bij l = 1,00 m en d = 0,40 mm?

Uitwerking

Deel A – Verwachte meetwaarden (d = 0,40 mm, l = 1,00 m, A = 1,26 × 10⁻⁷ m²)

De weerstand is bij alle spanningen nagenoeg constant (≈ 7,76 Ω). Dit bevestigt dat konstantaan een ohmse geleider is: U en I zijn recht evenredig.

Deel B – Soortelijke weerstand

Antwoorden verwerkingsvragen

1. Ja, R is constant (≈ 7,76 Ω). Dit bevestigt dat het materiaal een ohmse geleider is: de verhouding U/I wijzigt niet bij veranderende spanning.
2. A = π × (0,20 × 10⁻³)² = 1,26 × 10⁻⁷ m². ρ = R × A / l = 7,77 × 1,26 × 10⁻⁷ / 1,00 = 9,79 × 10⁻⁷ / 10⁰ ≈ 49 × 10⁻⁸ Ω·m. Dit stemt overeen met de tabelwaarde.
3. Als l verdubbelt en A gelijk blijft, verdubbelt R ook: R = ρ × (2l) / A = 2 × ρl/A. Lengte en weerstand zijn recht evenredig.
4. R_koper = ρ × l / A = (1,7 × 10⁻⁸ × 1,00) / (1,26 × 10⁻⁷) = 0,135 Ω. Dat is ca. 58 keer lager dan konstantaan – koper geleidt dus veel beter.

Veiligheidsaanwijzingen

• Schakel de spanningsbron altijd uit voordat je verbindingen wijzigt.
• Houd de spanning bij kortdurende metingen ≤ 6 V om oververhitting van de dunne draad te voorkomen.
• Gebruik gecertificeerde verbindingskabels met gesoleerde krokodillenklemmen.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Voor een nauwkeurige uitvoering van dit practicum is betrouwbare apparatuur onmisbaar. Labvakhandel levert een breed assortiment aan practicumapparatuur voor het voortgezet onderwijs, waaronder digitale multimeters, regelbare gelijkspanningsbronnen, schakelmateriaal en meetdraden in diverse specificaties. Neem contact op voor deskundig advies over de juiste samenstelling van een complete practicum-set voor uw school of instelling.

Bekijk het assortiment elektriciteitsapparatuur of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.