Complexe stromen NWD 2009 Aad Goddijn 1 Complexe

  • Slides: 102
Download presentation
Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 1

Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 1

Complexe Stromen Complexe getallen en elektrische netwerken VWO 6: Wis-D en NLT Complexe stromen

Complexe Stromen Complexe getallen en elektrische netwerken VWO 6: Wis-D en NLT Complexe stromen Nationale Wiskunde Dagen XV, 6 februari 2009 Aad Goddijn (Fi, Junior College Utrecht) [Joost van Hoof (Julius instituut, UU)] NWD 2009 – Aad Goddijn 2

1956: Herman luistert naar het weerbericht Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 3

1956: Herman luistert naar het weerbericht Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 3

Kristalonvanger demodulatie Afstemkring Complexe stromen • • Wikipedia http: //www. qsl. net/pd 2 acw/nummer

Kristalonvanger demodulatie Afstemkring Complexe stromen • • Wikipedia http: //www. qsl. net/pd 2 acw/nummer 012002/kristalontvanger. html NWD 2009 – Aad Goddijn 4

Amplitudo (de-)Modulatie Complexe stromen Na gelijkrichting door de diode heeft het signaal wél een

Amplitudo (de-)Modulatie Complexe stromen Na gelijkrichting door de diode heeft het signaal wél een trage component NWD 2009 – Aad Goddijn 5

Diodes, bout, afstemcondensator en harskernsoldeer • De Muiderkring • Het Radio Bulletin • AMROH

Diodes, bout, afstemcondensator en harskernsoldeer • De Muiderkring • Het Radio Bulletin • AMROH Complexe stromen • http: //www. techna. nl/Techniek/mobiele%20 telefoon/kristalontvanger. pdf NWD 2009 – Aad Goddijn 6

Complexe stromen Alle energie kwam uit de antenne, die aan mijn vlieger hing! NWD

Complexe stromen Alle energie kwam uit de antenne, die aan mijn vlieger hing! NWD 2009 – Aad Goddijn 7

50 jaar later: nieuwe CD-DVD-speler Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 8

50 jaar later: nieuwe CD-DVD-speler Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 8

Weerstand R, Condensator C , Spoel L Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn

Weerstand R, Condensator C , Spoel L Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn R C L 9

0: Feiten Complexe Stromen • Samenontwikkeling en uitvoering van module natuur+wiskunde • Joost van

0: Feiten Complexe Stromen • Samenontwikkeling en uitvoering van module natuur+wiskunde • Joost van Hoof (Julius Instituut, UU) • Aad Goddijn (Fi, JCU) • JCU: • pittig exact gemotiveerde leerlingen omgeving Utrecht Complexe stromen • • • NLT en Wis-D 8 keer 2 75 minuten 2 keer op JCU gedaan (19 ll. ) experimenten elders aan de gang certificatie NLT beoogd zomer 2009 NWD 2009 – Aad Goddijn 10

Motivaties keuze voor deze module • T. Ik heb een film gezien over complexe

Motivaties keuze voor deze module • T. Ik heb een film gezien over complexe getallen en ik wil wel eens zien hoe je die kunt gebruiken. • J. Ik hoop dat ik, door deze module te kiezen, de vorige hoofdstukken van natuurkunde wat beter ga begrijpen. • S. 'Complexe stromen' vind ik mysterieus klinken. Vooral de complexe getallen lijken mij erg interessant. Ik ben erg benieuwd hoe zoiets vreemds als het getal i kan helpen bij het beschrijven van een realistisch natuurkundige situatie. • A. Ik ben al lange tijd anti-fan van aardrijkskunde. En ook al zit er ontzettend veel beta bij, het blijft aardrijkskunde voor mij. Wiskunde en natuurkunde zijn gewoon ontzettend tof! Complexe stromen • T. Ik heb altijd al willen weten wat nou niet reele getallen zijn. Het lijkt me ook leuk weer les te krijgen van A. NWD 2009 – Aad Goddijn 11

Verschillen in aanpak mogelijk wiskundig natuurkundig gescheiden Complexe stromen Complexe Stromen JCU NWD 2009

Verschillen in aanpak mogelijk wiskundig natuurkundig gescheiden Complexe stromen Complexe Stromen JCU NWD 2009 – Aad Goddijn 12

Wiskundige opzet • Vaak: – Sterk algebraïsche aanzet – Start met oploswens bij de

Wiskundige opzet • Vaak: – Sterk algebraïsche aanzet – Start met oploswens bij de vergelijking x 2 = -1 – Vliegende start met i. • “Een complex getal is een uitdrukking van de vorm a + bi, met a en b reëel i 2 = -1. “ – Start met Cartesische representatie • Soms: Complexe stromen – Meer meetkundig vanuit draaien en gelijkvormigheid. (Argand) – Start met polaire representatie NWD 2009 – Aad Goddijn 13

Complexe Stromen JCU; Wi+Na • Wis en Na-deel samen/afwisselend opgebouwd • Argand-aanpak, uitgelokt door

Complexe Stromen JCU; Wi+Na • Wis en Na-deel samen/afwisselend opgebouwd • Argand-aanpak, uitgelokt door gebruik in natuurkunde • Notatie: overlap en verschil – – Schakelingen: R, C, L, U, I , w en t Complexe getallen: i Wiskunde: soms signaal i. p. v. functie Natuurkunde: bevat de meeste oefeningen in algebra Complexe stromen • Vak-visieverschillen: – interessante confrontatie, ook voor de leerlingen NWD 2009 – Aad Goddijn 14

7 hoofdstukken 1: Componenten in complexe schakelingen 2: De sinus en cosinus onder de

7 hoofdstukken 1: Componenten in complexe schakelingen 2: De sinus en cosinus onder de loep 3: Een condensator in een wisselstroomnetwerk 4: Constructie van de complexe getallen 5: Complexe stromen en impedanties in netwerken met een spoel 6: Complexe getallen en transformaties Complexe stromen 7: Netwerken met zowel condensatoren als spoelen NWD 2009 – Aad Goddijn 15

Uit hfst 1: Componenten in de schakeling • Voorkennis: – Wet van Ohm: U

Uit hfst 1: Componenten in de schakeling • Voorkennis: – Wet van Ohm: U = I R – Parallelschakeling en serie schakeling weerstanden • Condensator en spoel Complexe stromen • Herhalingsoefening rekenen in netwerken NWD 2009 – Aad Goddijn 16

Netwerken en Overdracht • Schakeling met een ingang (input) en een uitgang (output) •

Netwerken en Overdracht • Schakeling met een ingang (input) en een uitgang (output) • De overdracht H van het netwerk (voorlopig!) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn Ju. Co 2008 17

De algebra van de spanningsdeler: met de wet van Ohm Complexe stromen • Stroom

De algebra van de spanningsdeler: met de wet van Ohm Complexe stromen • Stroom door R 1 en R 2: • Uitgangsspanning berekenen: • De overdracht is dus: NWD 2009 – Aad Goddijn 18

Vervangingsweerstand; serie- en parallelschakeling Complexe stromen !!! Belangrijk !!! 1. Reductie en rekenwerk berusten

Vervangingsweerstand; serie- en parallelschakeling Complexe stromen !!! Belangrijk !!! 1. Reductie en rekenwerk berusten op de WET van OHM: U = I R 2. Bij weerstanden: tijdsonafhankelijk! NWD 2009 – Aad Goddijn 19

!! PG O E V A !! Vervangingsweerstand A: Bereken de vervangingsweerstand Complexe stromen

!! PG O E V A !! Vervangingsweerstand A: Bereken de vervangingsweerstand Complexe stromen B: Bedenk een netwerk dat zich zo niet laat reduceren …. NWD 2009 – Aad Goddijn Ju. Co 2008 20

A: 15 B: Voorbeeld R 5 R 4 V R 3 R 1 R

A: 15 B: Voorbeeld R 5 R 4 V R 3 R 1 R 2 Complexe stromen Ohm, ohm … oplosbaar via stelsel lineaire vergelijkingen >> NWD 2009 – Aad Goddijn 21

Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 22 (Etc. …. )

Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 22 (Etc. …. )

De condensator • Twee geleiders met een isolerende tussenstof. • Als er lading op

De condensator • Twee geleiders met een isolerende tussenstof. • Als er lading op een condensator staat is er ook een spanning: Complexe stromen • C is de capaciteit. Eenheid: de farad (F). NWD 2009 – Aad Goddijn 23

De condensator: op- en ontladen Blokspanning op een condensator Complexe stromen • Hoe ziet

De condensator: op- en ontladen Blokspanning op een condensator Complexe stromen • Hoe ziet UC er uit? NWD 2009 – Aad Goddijn 24

Veranderende lading, spanning en stroom bij de Condensator • We weten: • Stroom is

Veranderende lading, spanning en stroom bij de Condensator • We weten: • Stroom is verandering van lading: Complexe stromen • Op een ‘moment’ geldt: • Dus: NWD 2009 – Aad Goddijn 25

De Spoel in een notedop • Een opgerolde draad. • Complexe stromen Constante stroom

De Spoel in een notedop • Een opgerolde draad. • Complexe stromen Constante stroom door spoel levert een magnetisch veld B; evenredig met de stroom I. De spoel omvat flux F. NWD 2009 – Aad Goddijn 26

Stroom en spanning bij de spoel Als de omvatte flux verandert, verzet de spoel

Stroom en spanning bij de spoel Als de omvatte flux verandert, verzet de spoel zich daartegen (wet van Lenz) door een spanning te genereren: de inductiespanning. N windingen tellen de spanning op. Uiteindelijk vind je: Complexe stromen L heet de coëfficient van zelfinductie. Eenheid van L is de henry (H). NWD 2009 – Aad Goddijn 27

Demonstratie: Wisselspanning op een Schakeling Niets aan de hand! ALARM!! Complexe stromen De multimeter

Demonstratie: Wisselspanning op een Schakeling Niets aan de hand! ALARM!! Complexe stromen De multimeter laat zien : Uin = Ur 1 + Ur 2 Uin UL + UC NWD 2009 – Aad Goddijn 28

Sinusoiden(? ) optellen: klopt wel Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 29

Sinusoiden(? ) optellen: klopt wel Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 29

Van Teleurstelling naar Toekomstmuziek • Bij wisselstroom op C en L (nog) geen eenvoudige

Van Teleurstelling naar Toekomstmuziek • Bij wisselstroom op C en L (nog) geen eenvoudige rekenregels voor schakelingen • Maar de sinussignalen lijken kansrijk! • Kunnen we ‘eenvoudig’ leren rekenen met die signalen? Complexe stromen • Bestaat er een ‘betere’ Wet van Ohm? NWD 2009 – Aad Goddijn 30

Hoofdstuk 2: Rekenen met Sinusoiden • Deels bekend, deels uitbreiding – sin 2 x+

Hoofdstuk 2: Rekenen met Sinusoiden • Deels bekend, deels uitbreiding – sin 2 x+ cos 2 x= 1 – radialen en graden – boog/straal • Het gedraai van het duo sin&cos • Vektoriele blik op de afgeleide Complexe stromen • Optellen sinusoiden? Ja, we kunnen. NWD 2009 – Aad Goddijn 31

De wind steekt op! Complexe stromen Vóór- en zijaanzicht van de cirkelbeweging NWD 2009

De wind steekt op! Complexe stromen Vóór- en zijaanzicht van de cirkelbeweging NWD 2009 – Aad Goddijn 32

Twee beelden; algemene formule Complexe stromen Amplitudo – Hoeksnelheid – fasehoek (periode, frequentie) NWD

Twee beelden; algemene formule Complexe stromen Amplitudo – Hoeksnelheid – fasehoek (periode, frequentie) NWD 2009 – Aad Goddijn 33

!! PG E V A !! Opgave (uit de thuistoets) O • Bepaal R,

!! PG E V A !! Opgave (uit de thuistoets) O • Bepaal R, en f Complexe stromen • Vergelijk daarna 2 oplossingen (z. o. z) NWD 2009 – Aad Goddijn 34

Twee oplossingen Jeroen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 35

Twee oplossingen Jeroen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 35

Twee oplossingen (bis) Jeroen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn We willen echt

Twee oplossingen (bis) Jeroen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn We willen echt de hoek en niet het tijdsverschil! 36

Sin&Co Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 37

Sin&Co Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 37

De optelmanoeuvre zelf (gelijke hoeksnelheden) • Op te tellen: • Verrijk met horizontale component:

De optelmanoeuvre zelf (gelijke hoeksnelheden) • Op te tellen: • Verrijk met horizontale component: • Tel draaiende vektoren op: Complexe stromen • Kies component van Q 3. • Gekozen moment t is niet belangrijk!!! NWD 2009 – Aad Goddijn 38

Opgave (toets) • Toon aan: • Geldt de formule ook met cos-cos ? –

Opgave (toets) • Toon aan: • Geldt de formule ook met cos-cos ? – Er zijn minstens twee verschillende argumenten. . Complexe stromen • Bekijk het werk van Jeroen en Rosalinde NWD 2009 – Aad Goddijn 39

Jeroen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 40

Jeroen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 40

Jeroen (vervolg) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 41

Jeroen (vervolg) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 41

Rosalinde Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 42

Rosalinde Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 42

Ware snelheid en afgeleide snelheidssdiagram Plaatsdiagram Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 43

Ware snelheid en afgeleide snelheidssdiagram Plaatsdiagram Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 43

Muzikaal intermezzo met ongelijke frequenties + = AM! Complexe stromen Zie ook: Gunther Cornelissen:

Muzikaal intermezzo met ongelijke frequenties + = AM! Complexe stromen Zie ook: Gunther Cornelissen: zaterdag 9. 15 -10. 00 Heinz Hansmann: zaterdag 10. 30 -11. 15 NWD 2009 – Aad Goddijn Winplot demo 44

Hfst 3: Wisselspanning op de condensator (en spoel) • We weten: IC • Wisselspanning

Hfst 3: Wisselspanning op de condensator (en spoel) • We weten: IC • Wisselspanning IN: • Dus: Complexe stromen n é é l Al r de en o vo litud p ! m a NWD 2009 – Aad Goddijn 45

Stroom en spanning zijn uit fase! Complexe stromen IC loopt p/2 vóór op UC

Stroom en spanning zijn uit fase! Complexe stromen IC loopt p/2 vóór op UC NWD 2009 – Aad Goddijn 46

Impedantie IL L UL • Quotiënt van spanning en stroom in weerstand R: weerstand

Impedantie IL L UL • Quotiënt van spanning en stroom in weerstand R: weerstand R. • Quotiënt van de amplitudes van de wisselspanning en -stroom door een element (R, C, L) heet impedantie Z Complexe stromen • Algemeen: NWD 2009 – Aad Goddijn 47

Hoe werkt dit RC-netwerk? • We weten: 1. IR = IC !! Complexe stromen

Hoe werkt dit RC-netwerk? • We weten: 1. IR = IC !! Complexe stromen 2. UR is in fase met IR en dus met IC 3. UC loopt p/2 achter op IC en dus ook achter op UR 4. UC + UR = UIN NWD 2009 – Aad Goddijn 48

!! E V A Pittige opgave: maak het verhaal af! PG O !! •

!! E V A Pittige opgave: maak het verhaal af! PG O !! • Bepaal de verhouding tussen de amplitudes van UC en UR. (Impedanties!) • Pas de draai- optelmanoeuvre (Q 1+ Q 2= Q 3) toe op UC + UR = UIN. Dat levert een ‘schets’. • De amplitudes U 0, C , U 0, R en U 0, IN hangen samen. Hoe? • Druk de overdracht in R, C en uit. Complexe stromen • Laat f het faseverschil van UC met UIN zijn. Bepaal f, of tan(f). NWD 2009 – Aad Goddijn 49

+U R U C U U R C De som van UR en UC

+U R U C U U R C De som van UR en UC Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 50

De som van UR en UC; fase UR UR + UC Complexe stromen Df

De som van UR en UC; fase UR UR + UC Complexe stromen Df UC NWD 2009 – Aad Goddijn 51

H hangt af van af. • Gelukkig maar. Daar hebben we iets aan! Complexe

H hangt af van af. • Gelukkig maar. Daar hebben we iets aan! Complexe stromen • Dubbel logaritmisch: H van • Lowpassfilter (kristalontvanger!) NWD 2009 – Aad Goddijn 52

!! PG E V A !! Nasleep bij de berekening O • Achteraf: behoorlijk

!! PG E V A !! Nasleep bij de berekening O • Achteraf: behoorlijk achterstevoren! • En er iets mis met deze aanpak … – Kijk kritisch naar de twee paginas waar de oplossing op staat. – Wat is de verborgen aanname ? ? Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 53

Aanvulling met d. v. • We weten wel dat • En dat UR +

Aanvulling met d. v. • We weten wel dat • En dat UR + UC = UIN • differentiaalvergelijking: • Onze UC(t) ís een oplossing! • Afwijkingen van onze oplossing voldoen aan Complexe stromen • Dat zijn juist de (uitdovende) inschakelverschijnselen: NWD 2009 – Aad Goddijn 54

O, simpele spanningsdeler! Uin = U 1 + U 2 en U (t) =

O, simpele spanningsdeler! Uin = U 1 + U 2 en U (t) = I(t)·R Ach, ellendige RC- kring! Wel: UR + UC = UIN Ook : , Complexe stromen Zelfs : Niet: NWD 2009 – Aad Goddijn 55

Die wet van Ohm, voor C en L, wordt dat nog wat? Complexe stromen

Die wet van Ohm, voor C en L, wordt dat nog wat? Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 56

Hfst. 4: Complexe Getallen vanuit complexe overdracht H Z en H krijgen een draai

Hfst. 4: Complexe Getallen vanuit complexe overdracht H Z en H krijgen een draai Complexe stromen en de Complexe Getallen verschijnen. NWD 2009 – Aad Goddijn 57

Netwerken en Overdracht (herhaling) • Schakeling met een ingang (input) en een uitgang (output)

Netwerken en Overdracht (herhaling) • Schakeling met een ingang (input) en een uitgang (output) • De overdracht H van het netwerk (voorlopig!) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn Ju. Co 2008 58

Overdracht bij wisselspanningen? • Echte overdracht is een koppel van: Complexe stromen – Verhoudingsgetal

Overdracht bij wisselspanningen? • Echte overdracht is een koppel van: Complexe stromen – Verhoudingsgetal van de amplituden (positief getal) – Verschil van de fasen (hoek) NWD 2009 – Aad Goddijn 59

Twee netwerken ná elkaar ( A 1, Df 1) In Netwerk 1 ( A

Twee netwerken ná elkaar ( A 1, Df 1) In Netwerk 1 ( A 2, Df 2) Uit In Netwerk 3 Netwerk 2 Uit ( A 3, Df f 3)3= ) =( (A …… , Df 1+ )Df 2 ) 1 A, 2. . …. . Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 60

Complexe getallen ……. , • Dat ‘zijn’ deze koppels! • Je hebt zelf de

Complexe getallen ……. , • Dat ‘zijn’ deze koppels! • Je hebt zelf de vermenigvuldiging afgesproken. • Weerstandsnetwerken: alle fasehoeken zijn 0. – De gewone vermenigvuldiging! Complexe stromen • De complexe vermenigvuldiging sluit bij de gewone aan en breidt hem uit. NWD 2009 – Aad Goddijn 61

!! E AV Het worden ‘getallen’, als je het rekenen oefent!! PG O !!

!! E AV Het worden ‘getallen’, als je het rekenen oefent!! PG O !! • Aan de notatie hangen we een kleine p, om verwarring te voorkomen. Complexe stromen • Eventueel: doe 4. 8 ook met S 2 = -1. • Commentaar: veel details worden door de ll. zelf ‘beslist’. NWD 2009 – Aad Goddijn 62

Complexe Vlak Een com ple xg eta l is een pun t in het

Complexe Vlak Een com ple xg eta l is een pun t in het vlak Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 63

!! E AV PG O !! Geometrisch vermenigvuldigen Complexe stromen • intieme vrienden: –

!! E AV PG O !! Geometrisch vermenigvuldigen Complexe stromen • intieme vrienden: – Gelijkvormige driehoeken, Vermenigvuldigen, draai-strekking om O • Bereken z 16 NWD 2009 – Aad Goddijn 64

Absolute waarde, conjugeren (1) • Absolute waarde en argument van z = (A, f)p

Absolute waarde, conjugeren (1) • Absolute waarde en argument van z = (A, f)p – Notaties |z| en arg( ) [arg niet frequent] – Afstand tot 0 (Verwarrend tov voorkennis). ( …. . A) – Hoek vanaf positieve reele as. (……… f) • Conjugeren: – Spiegelen t. o. v. reële as. – Dus: z = (A, f)p. , = (A, -f)p • Toon aan: (en diverse anderen. . ) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 65

Optellen, het getal i, Cartesische notatie • Geometrisch optellen: – vektoroptelling – sluit aan

Optellen, het getal i, Cartesische notatie • Geometrisch optellen: – vektoroptelling – sluit aan bij optellen sinusoiden • i = (1, p/2)p is al bekend. – Goede helper bij: • Cartesisch coordinatenstelsel Complexe stromen – En de representatie a + bi • Etc. etc. – Er zijn in de klas allerlei details en kleine hobbels. NWD 2009 – Aad Goddijn 66

Absolute waarde, conjugeren (2) • Absolute waarde en argument van z = (a +

Absolute waarde, conjugeren (2) • Absolute waarde en argument van z = (a + bi) – Notaties |z| en arg( ) [arg niet frequent] – Afstand tot 0 (Verwarrend tov voorkennis)…… – Hoek vanaf positieve reele as. (……… f = arctan(b/a)) • Conjugeren: – Spiegelen t. o. v. reele as. – Dus: z = a + bi. , = a – bi • Toon aan: (en diverse andere. . ) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 67

PG E V A !! Cartesisch rekenen O !! • (1 + 2 i)

PG E V A !! Cartesisch rekenen O !! • (1 + 2 i) · (3 -4 i) = 11 + 2 i; (a +bi) · (c + di) = (ac –bd) + i (ad +bc) • Een trucje voor delen: • Ontbind a 2 + b 2 in twee factoren! • Gebruik om te ‘bewijzen’: (dwz: werk het rechterlid NIET uit) Complexe stromen • (5 + 2 i) · (5 -2 i) = 29 was toch priem? ? Of toch niet? Of niet meer? NWD 2009 – Aad Goddijn 68

Intermezzo Priemgetallen van Gauss • Gehele getallen van Gauss: a + bi; a en

Intermezzo Priemgetallen van Gauss • Gehele getallen van Gauss: a + bi; a en b gewone gehele getallen. • 2 is in zulke getallen ontbindbaar, maar 3 blijft priem! • Op de theedoek: – – wit is priem. Middenkruiskje: 0 , 1 I http: //www. sannydezoete. nl/index. htm In steenrood, lavendelblauw, goudgeel en wit • Achtergrondbehang van deze slide: Complexe stromen – Priemgetallen met |a| < 400, |b|<300 – Kun je met een begrensde stapgrootte van 0 naar oneindig? (onopgelost probleem) NWD 2009 – Aad Goddijn 69

Cartesisch en polair; omrekenen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 70

Cartesisch en polair; omrekenen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 70

De wetten van de Algebra gaan dóór Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn

De wetten van de Algebra gaan dóór Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 71

Complexgewijs oplossen of niet (1) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 72

Complexgewijs oplossen of niet (1) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 72

De kroonjuwelen van het complexe vlak (1) (a +bi) · (c + di) =

De kroonjuwelen van het complexe vlak (1) (a +bi) · (c + di) = ) + i (ad +bc) (ac –bd Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 73

De kroonjuwelen van het complexe vlak (2) • Eenheidswortels: wortels van zn = 1

De kroonjuwelen van het complexe vlak (2) • Eenheidswortels: wortels van zn = 1 § a = …… in Euler – De Moivre § Nog meer! § Toon aan: ze zijn samen 0. • Diverse methoden bij ll. Complexe stromen – (Jeroen, zoz) Ze vormen een regelmatige ster. Tel de vectoren op: je krijgt een regelmatige veelhoek, die sluit. – Bij even n staan er steeds twee tegenover elkaar. – De sin-componenten vallen twee aan twee weg. De cos componenten ook. { ? ? ? ? ? Niet bij oneven!} – Werken met som van meetkundige rij – n-afhankelijke methoden (bijvoorbeeld in kwartetten samen nemen. NWD 2009 – Aad Goddijn 74

Eenheidswortels kopstaart Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 75

Eenheidswortels kopstaart Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 75

Gevalsafhankelijk (niet goed …) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 76

Gevalsafhankelijk (niet goed …) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 76

Wortels, Meetkundige rij en e-macht Formule voor de som: Complexe stromen (1 -( e

Wortels, Meetkundige rij en e-macht Formule voor de som: Complexe stromen (1 -( e 2πi/n)n)/ (1 - e 2πi/n)= (1 - e 2πi/)/ (1 -e 2πi/n)=0 (want e 2πi = 1) De som van alle eenheidswortels bij één n is dus, onafhankelijk van n, 0. NWD 2009 – Aad Goddijn 77

De notatie(? ) eiwt Hetzelfde? Met P kun je ook rekenen! Dat ziet er

De notatie(? ) eiwt Hetzelfde? Met P kun je ook rekenen! Dat ziet er bekend uit: Je kunt rekenen alsof: Complexe stromen Protest ! ! Hoe zit dan met die machten van e ? NWD 2009 – Aad Goddijn 78

Afscheid van de poolnotatie • Maar het bleef nog lang onrustig! • [ In

Afscheid van de poolnotatie • Maar het bleef nog lang onrustig! • [ In laatste hoofdstuk ook met a ipv wt ] Complexe stromen • Vervolg: Rekenen (helpt dat begrijpen? ) met deze notatie: In een RLC - schakeling NWD 2009 – Aad Goddijn 79

Hfst 5 en 7: Schakelingen en eiwt Op en neer van een Draaibeweging: Wisselstroom

Hfst 5 en 7: Schakelingen en eiwt Op en neer van een Draaibeweging: Wisselstroom ‘is’ Reële deel van Complexe Stroom: Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 80

Complexe Impedantie van Condensator Bekend! Want: beide componenten … Idem! Kettingregel De Wetten van

Complexe Impedantie van Condensator Bekend! Want: beide componenten … Idem! Kettingregel De Wetten van de Algebra Complexe stromen De COMPLEXE WET VAN OHM !! NWD 2009 – Aad Goddijn 81

Complexe impedanties bij R, C, L Voor alledrie geldt De Complexe Wet van Ohm

Complexe impedanties bij R, C, L Voor alledrie geldt De Complexe Wet van Ohm • Je kunt rekenen als met weerstanden. Complexe stromen – De complexe vermenigvuldiging doet het fasewerk – De complexe optelling doet het optellen van de uit fase lopende sinusoidale spanningen en stromen • Onzichtbaar via de complexe overdracht NWD 2009 – Aad Goddijn 82

O, simpele spanningsdeler! En net zo simpele RC-kring! Complexe stromen NWD 2009 – Aad

O, simpele spanningsdeler! En net zo simpele RC-kring! Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 83

| Overdracht | en fase RC-kring Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 84

| Overdracht | en fase RC-kring Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 84

De harde vraag over eiwt komt bij de schakelingen! • Ja, maar die elektronentreintjes

De harde vraag over eiwt komt bij de schakelingen! • Ja, maar die elektronentreintjes in die draad, dat snap ik. Hoe zit dan met die complexe stromen die draaien in die draad? • Antwoord ……. Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 85

Resonantie; alleen resultaten Amplitudo karakteristiek Resonantiefrequentie Complexe stromen (kristalontvanger!) NWD 2009 – Aad Goddijn

Resonantie; alleen resultaten Amplitudo karakteristiek Resonantiefrequentie Complexe stromen (kristalontvanger!) NWD 2009 – Aad Goddijn 86

PG !! O E V A !! Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn

PG !! O E V A !! Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 87

Richard (2007) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 88

Richard (2007) Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 88

Saskia (2008); |H| tegen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 89

Saskia (2008); |H| tegen Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 89

H( ), |H( )| en een veel gemaakte fout !! PG E V A

H( ), |H( )| en een veel gemaakte fout !! PG E V A !! O Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 90

Toegift: Meetkunde en Complexe getallen • Hfst 6 van CS; maar onder tijdsdruk •

Toegift: Meetkunde en Complexe getallen • Hfst 6 van CS; maar onder tijdsdruk • In Wis D-(2013): – Analytische Meetkunde en Complexe getallen apart. – Gemiste kans? • Veel literatuur beschikbaar: – Meetkundigheid bij C zelf; veel nadruk op hyperbolische meetkunde (Schwerdtfeger, Hahn, Pedoe) – Functietheorie met veel meetkundigs (Ahlfors, Tristan Needham) • Nu: Complexe stromen – drie voorbeelden – De HSA tot slot NWD 2009 – Aad Goddijn 91

A: Loodrechte stand, Gelijkvormigheid • Gegeven twee punten z en d. Bepaal w zo,

A: Loodrechte stand, Gelijkvormigheid • Gegeven twee punten z en d. Bepaal w zo, dat (zdw) klok-mee 90 graden is. (‘druk w in z en d uit’) E V A !! PG !! O • Gebruik i! Complexe stromen • (w – d) = -i (z – d) w = d + (-i) (z – d) NWD 2009 – Aad Goddijn 92

!! PG E V A !! Teleurstellings Eiland O Bij aankomst: Wel stenen, geen

!! PG E V A !! Teleurstellings Eiland O Bij aankomst: Wel stenen, geen eik! Kies Complexe stromen steen 1 : -1 steen 2 : 1 De eik : z. Vind de schat toch! NWD 2009 – Aad Goddijn 93

Afbeeldingen, Gelijkvormigheid Complexe stromen • Algemeen: • Elke afbeelding z w met w= az+b

Afbeeldingen, Gelijkvormigheid Complexe stromen • Algemeen: • Elke afbeelding z w met w= az+b is een gelijkvormigheids-afbeelding. NWD 2009 – Aad Goddijn 94

Bewijs 1 en 2, voorbeeld • Neem aan a 1. • (1) Herschrijf w=az+b

Bewijs 1 en 2, voorbeeld • Neem aan a 1. • (1) Herschrijf w=az+b in dekpuntvorm w = d + a ( z- d) , a = ( F, f)p • (2) Bewijs en interpreteer als zhz: Complexe stromen • Voorbeeld: Teleurstellings Eiland w = d + (-i) (z – d) NWD 2009 – Aad Goddijn 95

! ! E V A G B: De Limaçon van Pascal P O !!

! ! E V A G B: De Limaçon van Pascal P O !! De baan van z 2 + z als z over de cirkel |z| = 1 loopt. Construeer z 2; test of z 2 + z correct is getekend. Teken construeer een snelheidsvector voor z. Complexe stromen Construeer de bijhorende snelheidsvectoren van z 2 en z 2 + z. Construeer de raaklijn aan de 2 + z. limacon in z NWD 2009 – Aad Goddijn 96

De verbeterde Limaçon van Marise Complexe stromen • Geruststellend dat ik de snelheidsvector inderdaad

De verbeterde Limaçon van Marise Complexe stromen • Geruststellend dat ik de snelheidsvector inderdaad aan de baan van Z^2 + Z zag raken. […] Het was even puzzelen, maar ik vergeet nooit meer wat de Limacon van Blaise Pascal is. NWD 2009 – Aad Goddijn 97

PG E V A !! Kwadrateren? Parabool! ? O !! • Toon aan dat

PG E V A !! Kwadrateren? Parabool! ? O !! • Toon aan dat de lijn van de punten t + i (t reëel) door z z 2 op een parabool wordt afgebeeld. Complexe stromen • (Onderzoek of het ook voor andere lijnen geldt. ) NWD 2009 – Aad Goddijn 98

Te korte bocht …. Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 99

Te korte bocht …. Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 99

Echt ‘complex’ werken bij algemeen geval • Tip: – Een andere lijn kun je

Echt ‘complex’ werken bij algemeen geval • Tip: – Een andere lijn kun je met een geschikte vermenigvuldigfactor a horizontaal krijgen. • Tessa: Complexe stromen – Stap één: elke horizontale lijn levert een parabool – Stap twee: draai met a, kwadrateer, draai terug met a 2. – Als verhaal, maar ook als formule: z w = (z*a)2 / a 2 = z 2 NWD 2009 – Aad Goddijn 100

Demo tot slot: de HSA Hoofdstelling van de algebra Complexe stromen Elke veeltermvergelijking heeft

Demo tot slot: de HSA Hoofdstelling van de algebra Complexe stromen Elke veeltermvergelijking heeft in het complexe vlak een oplossing. NWD 2009 – Aad Goddijn 101

einde Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 102

einde Complexe stromen NWD 2009 – Aad Goddijn 102