Elektriciteit
Elektriciteit
lading
Lading
Symbool: q Eenheid: Coulomb (C)
Een voorwerp is geladen als het een overschot of tekort aan vrije elektronen heeft
het atoom
Het atoom is neutraal, doordat er evenwicht in lading is
De atoomkern is positief en bestaat uit protonen en neutronen
De protonen zijn positieve ladinkjes
De neutronen hebben geen lading (zijn neutraal)
De elektronen zijn negatief ladinkjes
negatief en negatief
Gelijke ladingen stoten elkaar af
positief en negatief
Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan
positief en positief
Gelijke ladingen stoten elkaar af
lading overbrengen
De ballon en de trui zijn neutraal in het begin
Door wrijving worden elektronen van de trui naar de ballon gezet
De ballon heeft nu meer negatieve lading dan positieve lading op zich en is daarom negatief geladen
De trui heeft nu meer positieve lading dan negatieve lading op zich en is daarom positief geladen
Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan, daarom kan een ballon aan je trui “plakken”
Coulomb
In werkelijkheid worden héél veel elektronen tegelijk overgebracht
Om die getallen wat kleiner te maken is de eenheid Coulomb handig
Ongeveer 6250000000000000000 elektronen bij elkaar zijn 1 Coulomb
serie en parallel
+-
+-
Eén stroomkring, dus zonder vertakkingen
Meerdere stroomkringen, dus met vertakkingen
stroomsterkte
Stroomsterkte
Symbool: I Eenheid: Ampère (A)
Het aantal Coulomb dat per seconde een punt passeert
stroomsterkte
De elektrische stroom gaat van de pluspool (+) naar de minpool (-)
Elektronen gaan van de minpool (-) naar de pluspool (+)
stroomsterkte
We vertragen de stroomsterkte om te kunnen zien wat er in de draad aan de hand is
21 3
stroomsterkte
+
+ ++ +
++ + +
+ ++ +
12436587910111213Stroomsterkte zegt iets over het aantal
elektronen dat een punt passeert
Er zijn 13 elektronen langsgekomen in
deze korte tijd
Gelukkig was dit erg vertraagd, anders
konden we het tellen niet bijhouden.
Stroomsterkte is daarom niet in elektronen per
seconde, maar Coulomb per seconde
stroomsterkte meten
een stroommeter/ampèremeter
Stroommeter wordt in serie gezet
Hij “telt” het aantal Coulomb dat per seconde langskomt
A
stroomsterkte: serie
A
+-
Stel dat 1 Coulomb per seconde voorbijkomt, dan geeft de meter 1 A aan.
Maar ook hier zou je 1 A meten.
Er zijn geen vertakkingen, dus is de stroomsterkte overal evenveel
Maar ook hier 1 A.
stroomsterkte: parallel
+-
Maar ook hier is de stroomsterkte 2 Ampère
Hier is de stroomsterkte verdeeld over 2 takken. Omdat deze lampjes hetzelfde zijn, wordt de stroomsterkte precies verdeeld: 1 Ampère
Hier loopt dus 1 AmpèreHier zijn wel vertakkingen. De hoofdstroom is evenveel als alle deelstromen bij elkaar opgeteld.
Stel dat 2 Coulomb per seconde voorbijkomt, dan geeft de meter 2 A aan.
Hier loopt dus 1 Ampère
AA
+-
oefenen met stroomsterkte
Door welk lampje is de stroomsterkte het grootste?
+-
Klik hier voor het antwoordHier wordt de stroomsterkte
verdeeld
Hier wordt de stroomsterkte NIET
verdeeld
oefenen met stroomsterkte
Stel:I1 = 150 mAI2 = 50 mA
Wat is I3 dan?
Klik hier voor het antwoord
+-
1
2
3
Geg: I1 = 150 mAI2 = 50 mA
Gevr: I3 = ?
Opl: I3 = I1 – I2 = 100 mA
spanning
Spanning
Symbool: U Eenheid: Volt (V)
De hoeveelheid energie in Joule die een Coulomb krijgt of afgeeft
spanning meten
een spanningsmeter/voltmeter
Spanningsmeter wordt parallel gezet
Hij “kijkt” naar het verschil tussen de energie die een Coulomb “bij zich had en bij zich heeft”
V
VV
spanning: serie
+-
024
Er zijn geen vertakkingen, dus wordt de spanning verdeeld over de componenten.
Als de lampjes gelijk zijn, wordt de spanning gelijk verdeeld, zodat 2
Joule per Coulomb overblijft.
Hier heeft hij de rest afgegeven, zodat 0 Joule per Coulomb overblijft.
De voltmeters geven dus allebei 2 Volt aan (als de lampjes gelijk zijn).
De linker voltmeter geeft aan: 2 – 0 = 2 V
De rechter voltmeter geeft aan: 4 – 2 = 2 V
Hier heeft elke Coulomb weer 4 Joule en is de kring rond.
Als de batterij 4 Volt levert, dan heeft elke Coulomb hier 4 Joule.
V
spanning: parallel
+-
0404
De voltmeter geeft aan: 4 – 0 = 4 V
Hier heeft elke Coulomb weer 4 Joule en is de kring rond.
Iedere Coulomb heeft hier 0 Joule.
Hier zijn wel vertakkingen.
Welke vertakking de Coulombs ook doorlopen, ze komen maar 1 lampje tegen, hier geven ze alle energie aan af.
De spanning over de vertakkingen is gelijk.
Als hij over het bovenste lampje zou staan, zou hij ook aangeven: 4 – 0 = 4 V
Als de batterij 4 Volt levert, dan heeft elke Coulomb hier 4 Joule.
oefenen met spanning
Over welk lampje is de spanning het grootste?
+-
Klik hier voor het antwoord
Hier wordt de spanning verdeeld
Hier wordt de spanning NIET verdeeld
oefenen met spanning
+-
Klik hier voor het antwoord
Stel:U2 = 3 VU3 = 4 V
Wat is U1 dan?
Geg: U2 = 3 VU3 = 4 V
Gevr: U1 = ?
Opl: U1 = U3 – U2 = 1 V
1 2
3
spanning in huis
In huis zijn de stopcontacten parallel.
Zo kan overal de spanning gelijk zijn.
Namelijk: Unet = 230 V
parallel over lampje 2Stel dat je de stroomsterkte door lampje 1 wilt weten en de spanning over lampje 2. Hoe doe je dat?
in serie met lampje 1
meten in serieschakelingen
+-
VA
parallel over lampje 3Stel dat je de stroomsterkte door lampje 1 wilt weten en de spanning over lampje 3. Hoe doe je dat?
in serie met lampje 1
meten in parallelschakelingen
V
+-
A
serie in formules
Utot = U1 + U2 + …(De energie wordt verdeeld over de componenten in serie)
Itot = I1 = I2 = …(De stroom wordt niet gesplitst!)
parallel in formules
Utot = U1 = U2 = …(Het aantal Coulombs worden verdeeld, niet de energie die ze meedragen!)
Itot = I1 + I2 + … (deelstromen optellen)
vermogen
Vermogen
Symbool: P Eenheid: Watt (W)
De hoeveelheid energie die per seconde wordt omgezet
+-
0
vermogen
4 Joule per Coulomb
44
0
44
3 Coulomb per secondePer seconde krijgt het lampje: 4 x 3 = 12 Joule
Het vermogen is hier de hoeveelheid
energie die het lampje per seconde omzet
4
0
4
vermogen bepalen
+-
V
A
Stel dat je wilt weten hoeveel energie het linker lampje omzet per seconde, hoe doe je dat?Dan moet je het vermogen weten, dus ook de spanning en de stroomsterkte.Geg: I = 100 mA = 0,100 A
U = 1,0 V
Gevr: P = ?
Opl: P = U ∙ I = 0,100 ∙ 1,0 = 0,10 W
VB: I = 100 mA
VB: U = 1,0 V
Stel dat alle lampjes hetzelfde zijn, dan krijgen ze in deze situatie evenveel energie per seconde. In totaal krijgen de lampjes dan: 3 x 0,10 = 0,30 W
Dat is wat de batterij levert.
Stel dat een kacheltje op elektriciteit aangesloten wordt op het stopcontact. Er blijkt een stroom te lopen van 13 A.
Bereken het vermogen van het kacheltje.
oefenen met vermogen
Geg: I = 13 AU = 230 V (stopcontact)
Gevr: P = ?
Opl: P = U ∙ I = 230 ∙ 13 = 2990 W = 3,0 ∙103 W = 3,0 kWKlik hier voor het antwoord
eenheden van vermogen
De eenheden die gebruikt kunnen worden voor vermogen zijn:
•Joule per seconde J/s•Watt W•kilowatt kW
Let op: niet de kilowattuur (kWh)
energie
Elektrische energie
Symbool: E Eenheid: Joule (J)
De hoeveelheid energie die een apparaat verbruikt
eenheden van energie
De eenheden die gebruikt kunnen worden voor energie zijn:
•Joule J•kilowattuur kWh
Let op: niet de kilowatt (kW)
Joulekilowattuur
x 3,6∙106
: 3,6∙106
weerstand
Weerstand
Symbool: R Eenheid: Ohm (Ω)
De tegenwerking die de vrije elektronen ondervinden als ze ergens doorheen stromen
weerstand
Bij een grote doorgang is de moeite (weerstand) voor de schapen klein. Ze kunnen allemaal tegelijk door de opening in het hek, dus de stroomsterkte is groot.
weerstand
Bij een kleine opening moeten de schapen na elkaar door de opening in het hek. Doordat er meer moeite (weerstand) voor de schapen is, wordt de stroomsterkte minder.
weerstand en temperatuur
Voor veel stoffen geldt dat de weerstand groter wordt als de temperatuur toeneemt
Constantaan is speciaal gemaakt zodat het een constante weerstand heeft
Ohmse weerstandjes zijn gemaakt van opgerold constantaandraad (R = constant)
weerstand (niet constantaan!)
Bij een lage temperatuur trillen moleculen en atomen langzaam. De weg door het materiaal is “niet zo lastig”.
Bij lage temperatuur
weerstand (niet constantaan!)
Bij een hoge temperatuur trillen moleculen en atomen sneller. Al dat getril maakt het de elektronen moeilijker om door het materiaal te stromen.
Bij hoge temperatuur
weerstand van een lampjeI (A
)
U (V)
Hoe meer spanning…
… hoe groter de stroomsterkte…
… hoe meer wrijving…
… hoe warmer de gloeidraad…
… hoe groter de weerstand.
De lijn buigt dus af.
weerstand van constantaanI (A
)
U (V)
De weerstand is constant.
De lijn is dus een schuine rechte lijn door de oorsprong.
Spanning en stroomsterkte zijn recht evenredig.
Welke grafiek gaat over de grootste weerstand?
Klik hier voor het antwoordDe groene grafiek gaat over de grootste weerstand.
Voor deze lijn geldt dat de spanning gedeeld door de stroomsterkte groter is dan de rode.
weerstand bepalen
+-
V
A
Stel dat je wilt weten wat de weerstand van het linker lampje is, hoe doe je dat?Dan moet je dus ook de spanning en de stroomsterkte weten.
VB: I = 200 mA
VB: U = 2,5 V
Stel dat een kacheltje op elektriciteit aangesloten wordt op het stopcontact. Er blijkt een stroom te lopen van 13 A.
Bereken de weerstand van het kacheltje.
oefenen met weerstand
Klik hier voor het antwoord
kortsluiting
+-
De weerstand in de draad is veel kleiner dan de lampjes, zonder weerstand kan de stroomsterkte erg groot worden.
Bij een grote stroomsterkte wordt de wrijving erg groot en ontstaat er veel warmte waardoor brand ontstaat.
+-
overbelasting
Elke keer dat er een stroomkring parallel aan de rest bijkomt, wordt de hoofdstroom groter.
Op een gegeven moment wordt daar ook te veel warmte geproduceerd, waardoor weer brand kan ontstaan.
zekeringen
Als de stroomsterkte te groot wordt, komt er meer wrijving en smelt het draadje door de hitte, zodat de stroomkring onderbroken wordt.
In het midden loopt een draadje, dat je door het glas kan zien.
Er zijn verschillende soorten zekeringen. Op de afbeelding staat een zekering voor in een apparaat. Deze werkt zodra kortsluiting ontstaat.
stoppen
Stoppen werken bij kortsluiting en overbelasting.
Een stop “slaat door” bij een te grote stroomsterkte. Hij smelt en verbreekt hij de hoofdstroom van een groep.
Een stop is een andere naam voor zekering. In de meterkast zitten meestal de witte stoppen zoals op de afbeelding.
grootheden en eenheden
Grootheid Symbool Eenheid Symbool
Lading q Coulomb C
Tijd t seconde s
Stroomsterkte I Ampère A
Spanning U Volt V
Vermogen P Watt W
Energie E Joule J
Weerstand R Ohm Ω
Grootheid Formule Eenheid Symbool
Lading Coulomb C
Stroomsterkte Coulomb per seconde 1 C/s = 1A
Spanning Joule per Coulomb 1 J/C = 1V
Vermogen Joule per seconde 1 J/s = 1W
Energie Joule J
Weerstand Ohm Ω
basisformules