3 em curcus deel 1

Technisch Instituut Don BoscoLenniksesteenweg 2 1500 Halle

ELEKTRICITEIT

Naam: …………………….

Klas: 3 TEE3TEM

Schooljaar: ...... / ……

Leraar: Eeckhout Kristof. Hans Bauwens

Begga Belsack

Leereenheid 1: De basisbegrippen van de elektriciteit verklaren

Doelstellingen.

- 28 De basisgrootheid van elektriciteit definiëren

- 29 Een elektrische stroomkring tekenen en de functie van de componenten toelichten

- 30 Meettoestellen schakelen in een elektrische kring en elektrische grootheden meten

- 31 Aan de hand van metingen het verband tussen de spanning over - en de stroom door een gebruiker verklaren en wiskundig duiden

K. Eeckhout – B. Belsack – H. Bauwens Don Bosco Technisch Instituut Halle 3 TEE – 3 TEM2

Leereenheid 1: De basisbegrippen van de elektriciteit verklaren

De elektrische stroomkring.

Onderdelen.

Wanneer je een eenvoudige stroomkring wilt opbouwen, heb je een aantal noodzakelijke onderdelen nodig.Elk onderdeel wordt in de stroomkring voorgesteld door een symbool.Enkele belangrijke symbolen:

een bron een geleider

een open schakelaar een bel:

een gesloten schakelaar een zoemer:

een drukknop (maak) een drukknop (verbreek)

een lamp: een weerstand:


een smeltveiligheid: een automaat:

Schakelen van een verbruiker op een regelbare spanningsbron of batterij

Sluit een lampje aan op een gelijkspanningsbron van 4,5V. Teken hieronder het schema.

Fig. 1

Vaststellingen.

- Op welke manier kan men het lampje uitschakelen?

………………………………………

…………………….…………………

…………………………….…………

- Zijn deze handige manieren om de schakeling de onderbreken? Indien dit niet het geval is op welke manier kan men dit vergemakkelijken?

……………………………………………………………….

- Wat gebeurt er met de stroomzin als je de spanningsklemmen omkeert?

……………………………………………………………….


- Is deze kring veilig? Wat gebeurt er als je kortsluiting maakt?

……………………………………………………………….

- Hoe kan je de bovenstaande kring beveiligen?

……………………………………………………………….

De elektrische stroomkring.

De noodzakelijke onderdelen in een elektrische stroomkring zijn:

- de spanningsbron ( staat in voor de stuwkracht).- de geleiders (staan in voor de transport van de elektronen).- de verbruiker (zet de elektrische energie om in een andere

energievorm).- de schakelaar ( sluit of opent de stroomkring).- de beveiliging van de keten (automaten).Smeltveiligheden en automaten zijn een opzettelijk zwakke schakel in de ketenzodat bij kortsluiting of overbelasting deze het eerst reageren. Hierdoor kunnen de geleiders niet beschadigd worden.

Opstelling van een stroomkring.

Schrijf de juiste benaming bij het aangeduide onderdeel.

Fig. 2


Vaststellingen.

- Sluit en open de schakelaar. Wat stel je vast?

Sluiten van de schakelaar: ………………………………………Openen van de schakelaar: ……………………………………..

De open stroomkring.

Een stroomkring is open als:

- de schakelaar open is. - er een geleider onderbroken is. - er een onderbreking is in de verbruiker.

In al deze gevallen is er wel spanning op de klemmen van de bron,Maar er kan er geen stroom vloeien.

Fig. 3

Hieruit kan je besluiten dat bij een open stroomkring er geen geleidende verbinding is tussen de klemmen van de spanningsbron.

De bron levert geen stroom en is onbelast.


De gesloten stroomkring en energietransport.

Fig. 4

Conclusie:

Om de elektrische stroom te doen vloeien, moet je de positieve en negatieve klem van de spanningsbron via de geleiders met de verbruiker in verbinding brengen.

Als je de schakelaar S sluit, vloeit er een elektrische stroom die het lampje doet gloeien. Een elektrische stroom kan vloeien bij een gesloten keten en als de bron de stuwkracht ( spanning) in stand houdt.

Er vloeit stroom, de bron is belast.

De elektrische stroom brengt de energie van de spanningsbron naar de verbruiker. De verbruiker vormt de elektrische energie om in de gewenste vorm zoals geluid, licht, warmte, beweging, …

Polariteit en stroomzin.

De twee aansluitpunten van de spanningsbron noem je de polen van de bron.De beide polen hebben een polariteit; de ene pool heeft een positieve polariteit terwijl de andere pool een negatieve polariteit heeft.De positieve pool heeft een te weinig aan elektronen waardoor hij positief is, terwijl de negatieve pool in dezelfde mate een te veel aan elektronen heeft waardoor hij negatief is.


Tekenen van een Ampère-meter.

Ampère-meter (A-meter)

Aansluiten van een Ampère-meter.

We schakelen een A-meter in serie met het lampje, stel het meetbereik van de A-meter in op 20A. Sluit de zwarte aansluitklem aan op de “COM” bus, en de Rode aansluitklem op de “20A” Bus.Laat de schakeling eerst controleren! Schakel de spanning nooit in zonder toestemming!

De ampèremeter wordt in de stroomkring geschakeld van het verbruikstoestel zodat hij de stroom kan meten die door de verbruiker vloeit.We zeggen dat de ampèremeter in serie met de verbruiker is geschakeld.

Fig. 5

- In welke zin wijkt de stroommeter (ampèremeter) uit?

……………………………………………………………….


- Wissel de aansluitingen van de + pool en de – pool. Wat stel je bij de ampèremeter vast?

…………………………………………………………………….

- Hoeveel bedraagt de stroom door het lampje?

…………………………………………………………………….

Tekenen van een Volt-meter.

Volt-meter (V-meter)

Aansluiten van een V-meter.

We schakelen een V-meter in parallel met het lampje, stel de volt-meter in op 20V. Sluit de zwarte aansluitklem aan op de “COM” bus, en de rode aansluitklem op de “VΩ” Bus.Laat de schakeling eerst controleren! Schakel de spanning nooit in zonder toestemming!

In de meetkring is de voltmeter parallel geschakeld op de verbruiker, dit wil zeggen dat het ene meetpunt van de voltmeter verbonden is met het beginpunt van de verbruiker en het andere meetpunt verbonden is met het eindpunt van de verbruiker.


Fig. 6

- In welke zin wijkt de spanningsmeter (voltmeter) uit?

……………………………………………………………….

- Wissel de aansluitingen van de + pool en de – pool. Wat stel je bij de V-meter vast?

…………………………………………………………………….

- Hoeveel bedraagt de spanning over het lampje?

…………………………………………………………………….


Basisgrootheden en grondeenheden.

Inleiding.

Het internationaal eenhedenstelsel wordt wereldwijd aangeduid met de letters SI.Het heeft tot doel orde te brengen in de verwarring van de verschillende eenheden.Het SI-stelsel is in alle landen van toepassing.In België is het in voege sinds 1 januari 1978.

Het SI-stelsel biedt vele voordelen:

- het is een eenvoudig en samenhangend stelsel.- er zijn geen omrekeningsgetallen nodig tussen de verschillende eenheden

van een zelfde grootheid; hierdoor maak je minder fouten en is er minder tijdverlies.

- alle SI-eenheden gelden in elk vakgebied.Zo is 1 watt mechanisch vermogen = 1 watt elektrisch vermogen = 1 watt thermisch vermogen.

Grootheid en eenheid.

Wat is een grootheid?(kadertjes kennen!)

Een grootheid is datgene waarmee een fysisch verschijnsel wordt benoemd of met andere woorden een natuurkundig kenmerk van een voorwerp dat kan gemeten worden.

Een grootheid wordt voorgesteld met een symbool ( cursief geschreven ) en wordt uitgedrukt in een eenheid die vermenigvuldigd wordt met een getal.

Lengte, temperatuur, massa, spanning, stroomsterkte, enz. zijn grootheden.

Een eenheid is een maat voor een fysisch verschijnsel.

Een eenheid wordt ook voorgesteld door een symbool ( recht geschreven ).

Een symbool is een letter of teken waarmee een grootheid of een eenheid kan worden aangegeven.

Enkele voorbeelden:

- de oppervlakte van je woning is 100 vierkante meter.

A = 100 . 1m² grootheid = getalwaarde . eenheid

We schrijven A = 100m².


- de lengte van een voetbalveld is 100 meter.

l = 100 . 1m grootheid = getalwaarde . eenheid

Kortweg: l = 100 m

Wat is een grootheid meten?(kadertje kennen)

Een grootheid meten is deze vergelijken met een andere grootheid van dezelfde soort die volgens internationale afspraken als eenheid is aangenomen.

Basisgrootheden en grondeenheden. (tabel kennen)

Het SI-stelsel is opgebouwd uit zeven basisgrootheden en twee aanvullende basisgrootheden. Hun bijhorende eenheden zijn grondeenheden.

Basisgrootheid Symbool SI-grondeenheid Symbool

lengte l meter m______________________________________________________________________

tijd t seconde s______________________________________________________________________ massa m kilogram kg______________________________________________________________________ elektrische stroomsterkte I ampère A______________________________________________________________________ elektrodynamische T kelvin K temperatuur______________________________________________________________________ lichtsterkte I candela cd______________________________________________________________________ hoeveelheid stof n mol mol

Van bepaalde grootheden worden ook andere eenheden erkend.Vb/ T °C

Tijd .

De seconde is de eenheid van tijd ( t ).Worden eveneens erkend: de minuut ( min ), het uur ( h ), en de dag ( d ).


Massa .

Het kilogram is de eenheid van massa ( m ).Worden eveneens erkend: de ton ( t ) = 1 000 kg en de gram ( g ) = 0,001 kg.

Thermodynamische temperatuur.

De kelvin is de eenheid van de thermodynamische temperatuur ( T ).Worden eveneens erkend: de graad celsius ( °C ).

Het nulpunt van de celsiusschaal is de temperatuur van smeltend ijs( 0°C = 273,16 K ).Het nulpunt van de kelvinschaal heet “ het absolute nulpunt” ( 0 K = - 273,16 °C ).

In de lessen fysica zal hierop teruggekomen worden en dieper worden op ingegaan.

De stroomsterkte .

De elektrische stroomsterkte ( symbool I ) is een basisgrootheid binnen het SI-stelsel en de grondeenheid van stroomsterkte is de ampère ( symbool A ).

Om de elektrische stroom in een elektrische stroomkring te meten gebruiken we een ampèremeter die in de kring van de verbruiker wordt geschakeld om de elektrische stroom door de verbruiker te meten.

Afgeleide grootheden en eenheden.

Verklaring afgeleide grootheden en afgeleide eenheden.

Door basisgrootheden te combineren kan een nieuwe grootheid worden afgeleid. Vb. km/hDe nieuwe grootheid is de afgeleide grootheid met veelal een nieuwe naam (snelheid) en symbool.De afgeleide eenheid wordt bepaald door de eenheden van de gecombineerde grootheden.De afgeleide eenheid krijgt ook veelal een nieuwe naam en symbool.We kunnen de verschillende grootheden combineren.


Afgeleide grootheden en eenheden. (tabel kennen)

Hierboven staan álle eenheden die je maar nodig hebt.Het is echter wat lastig om te spreken over 230 kg.m²/A.s³ terwijl men door afgeleide kan zeggen 230 volt. Vandaar dat voor bepaalde combinaties van basiseenheden een vaste naam is bedacht.

GrootheidEenheid

Grootheid

symbool Eenheid symbool SI-eenheden

oppervlak A 1 vierkante meter 1 m²

inhoud of volume V 1 kubieke meter 1 m³

frequentie f 1 hertz 1 Hz

snelheid v 1 meter per seconde 1 m/s

versnelling a1 meter per secondekwadraat

1 m/s²

kracht

gewicht

F

G1 newton 1 N 1 N = 1 kgm/s²

druk of spanning p 1 pascal 1 Pa 1 Pa = 1 N/m²

arbeid W 1 joule 1 J 1 J = 1 Nm

vermogen P 1 watt 1 W 1 W = 1 J/s

elektrisch potentiaal

spanning

elektromotorische kracht

V

U

E

1 volt 1 V 1 V = 1 W/A

elektrische weerstand R 1 ohm 1 Ω 1 Ω = 1 V/A

elektrische geleidbaarheid

G 1 siemens 1 S 1 S = 1/Ω

elektrische lading Q 1 coulomb 1 C 1 C = 1 As

elektrische capaciteit C 1 farad 1 F


Veelvouden en onderdelen van de eenheden in de elektriciteit.

In sommige omstandigheden zijn de eenheden die we hebben besproken te groot of te klein.In dat geval gebruiken we onderdelen of veelvouden.Tabel met de gebruikte voorvoegsels voor het weergeven van veelvouden en onderdelen.

!!! HEEL BELANGRIJK !!!

Benaming Symbool Waarde als Waarde volledig geschreven

macht van 10

terra T ……. 1 000 000 000 000 ________________________________________________________________

giga G ……. 1 000 000 000 ________________________________________________________________

mega M ……. 1 000 000 ________________________________________________________________

kilo k ……. 1 000 ________________________________________________________________

eenheid ……. 1 ________________________________________________________________

milli m ……. 0,001 ________________________________________________________________

micro µ ……. 0,000 001 ________________________________________________________________

nano n ……. 0,000 000 001 ________________________________________________________________

picco p ……. 0,000 000 000 001 ________________________________________________________________


!!! HEEL BELANGRIJK !!!

Oefeningen.

Omzetten van eenheden naar veelvouden en onderdelen.

Schrijf als een macht van 10:

100 : …………… 0,001: ……………

10 000: …………. 0,000 1: ………….

1/1000: …………. 0,000 001: …………

Werk de machten uit.

10² : …………….. 10-1: ……………..

100 : …………….. 10-3: …………….

106: ……………. 10-6: ……………

Vul in:

85 km = ………….........=.................................... m

50 kV = ………….........=..................................... V

2,2 M = …………......=.....................................

45 µA = …………........= ..................................... A

0,012 A = ……….........=…................................ mA

0,064 A = ………….…=……………………..… µA


Wet van Faraday.

Hoeveelheid elektriciteit.

Neem je vragen blad ( volgende pagina) erbij, en los de vragen op.

Proef 1: Sluit een weerstand van 50Ω gedurende 1min aan op een spanningsbron van 12V, schakel in serie met de weerstand een A-meter en teken hieronder het schema. Proef 2: Herhaal deze proef maar nu gedurende 5 minLaat de schakeling eerst controleren! Schakel de spanning nooit in zonder toestemming!

Fig. 7

Proef 3: Sluit een weerstand van 100 Ω gedurende 1min aan op een spanningsbron van 12V, schakel in serie met de weerstand een A-meter en teken hieronder het schema. Proef 4: Herhaal deze proef maar nu gedurende 5 minLaat de schakeling eerst controleren! Schakel de spanning nooit in zonder toestemming!

Fig. 8


Vaststellingen.

- Hoeveel bedraagt de stroom door de weerstand van 50 Ω?

………………………………………

- Hoeveel bedraagt de stroom door de weerstand van 100 Ω?

………………………………………

- Bij welke weerstand wordt het meeste stroom verbruikt?

……………………………………………………………….

- bij welke proef is er het meest elektriciteit door de verbruiker gegaan?

Proef 2

Proef 4

- bij welke proef is er het minste elektriciteit door de weerstand gegaan?

Proef 1

Proef 3

- Welke 2 factoren bepalen Hoeveel elektriciteit er verbruikt wordt?

……………………………………………………………….

- Hoe kan je de bovenstaande kring beveiligen?

……………………………………………………………….

……………………………………………………………….

Besluit:

Hoeveelheid elektriciteit = ………………………………X ……………………


De hoeveelheid elektriciteit.

In de elektrische stroomkring zullen er per seconde een aantal elektronen ( ladingen ) door de verbruiker ( gloeilamp, strijkijzer, broodrooster, … ) vloeien. Je kan stellen dat er een elektrische lading of hoeveelheid elektriciteit is verplaatst. Als door een verbruiker gedurende een bepaalde tijd een bekende stroomsterkte vloeit, kun je de hoeveelheid elektriciteit berekenen.

Wat is hoeveelheid elektriciteit?

De hoeveelheid elektriciteit is de elektrische lading die in een welbepaalde tijd verplaatst wordt in een stroomkring.

Als eenheid van hoeveelheid elektriciteit gebruik je de coulomb.

De coulomb is de hoeveelheid elektriciteit die door een verbruiker vloeit gedurende 1 seconde, als de stroomsterkte een constante waarde heeft van 1 ampère.

Grootheid: hoeveelheid elektriciteit

Symbool : Q

Eenheid : één coulomb ( 1 C )

Relatie tussen hoeveelheid elektriciteit en stroomsterkte.

Wat is de elektrische stroomsterkte?

De elektrische stroomsterkte is de hoeveelheid elektriciteit ( in coulomb ) die in 1 seconde door de elektrische leiding vloeit.

De stroomsterkte wordt aangegeven in coulomb per seconde. Eén coulomb per seconde heet één ampère ( 1 A ).

Grootheid: elektrische stroomsterkte

Symbool : I


Eenheid : één ampère ( 1 A )


Wet van Faraday.

Probleem:

Gedurende een tijd van t seconden vloeit er in een elektrische stroomkring een constante gelijkstroom.

Hoe bepaal je de totale hoeveelheid elektriciteit die door de stroomkring vloeit?

Oplossing:

Je weet dat, als er een stroomsterkte van 1 ampère gedurende 1 seconde vloeit, de verplaatste hoeveelheid elektriciteit gelijk is aan 1 coulomb.

Bij een stroomsterkte van 2A gedurende 1 seconde wordt de dubbele hoeveelheid elektriciteit verplaatst:

2 A . 1s = 2 C

Een willekeurige stroomsterkte I ampère zal gedurende 1 seconde een hoeveelheid elektriciteit Q = I coulomb verplaatsen. Als je de stroomsterkte I ( A ) gedurende 2 seconden laat vloeien, dan is de verplaatste hoeveelheid elektriciteit Q = I . 2 coulomb. Als de stroomsterkte I ( A ) gedurende t ( s ) door een verbruiker vloeit, dan is de totale hoeveelheid elektriciteit Q = I . t.

Hieruit volgt de wet van Faraday:

De hoeveelheid elektriciteit door een verbruiker is de ………………. door de verbruiker vermenigvuldigd met de ………………… dat de stroomsterkte erdoor vloeit.

Hoeveelheid elektriciteit = ……………………………………………… . …………………….

Q = I . t

Vervang je Q, I en t door hun eenheid, dan bekom je :

1 coulomb = 1 A . 1 s = 1 As = 1 C

Eenheid van hoeveelheid elektriciteit: 1 coulomb ( 1 C ).


Afgeleide formules:

………………………….stroomsterkte = --------------------------------

………………………….

QI = ---- t

………………………….Tijd = --------------------------------

………………………….

Qt = ----

I

Geheugensteuntje:


Praktische eenheid van hoeveelheid elektriciteit.

De coulomb is voor sterkstroom een te kleine eenheid.Daarom gebruiken we dikwijls de praktische eenheid ampère-uur.

Je bekomt de hoeveelheid elektriciteit in ampère-uur als je de stroomsterkte in ampère ( A ) vermenigvuldigt met de tijd in uur( h ).

Wat is één Ampère-uur ( 1 Ah )?

Eén ampère-uur ( 1 Ah ) is de hoeveelheid elektriciteit ( lading ) die verplaatst wordt als gedurende 1 uur ( 1 h ) de stroom een constante waarde van 1 ampère ( 1 A) heeft.

Voorbeeld.

Een accumulator levert gedurende 1 uur een stroomsterkte van 1 ampère. Bereken de verplaatste hoeveelheid lading in coulomb en in ampère-uur.

Gegeven: ………………. ……………….

Gevraagd: …………………………………………..

Oplossing: - de tijd in seconden:

……………………………

- Q in coulomb:

…………………………………………….

- Q in ampère-uur:

……………………………………………..

Hieruit volgt:

1 Ah = ………. C


Oefeningen op de wet van Faraday.

1. Vul in:

1 C = 1 A . …. s = 0,1 A . ….. s = …… A . 0,1 s

1 Ah = 1 A . …. h = 0,5 A . …. h = ….. A . 4 h

2. Vul in:

5 Ah = …………… C 72 000 C = ………… Ah0,5 Ah = …………… C 18 000 C = ………… Ah

180 C = …………… Ah 750 mAh = ………… C

3. Een accumulator levert gedurende 4 uur een stroom van 4,5 A.Bereken de hoeveelheid elektriciteit in ampère-uur en in coulomb.

4. Een stroom van 3 A vloeit gedurende een uur en twintig minuten door een strijkijzer. Bereken de verplaatste hoeveelheid elektriciteit in Ah.

5. Een ingeschakelde klokradio zorgt ervoor dat een batterij een stroom van 250 mA levert en hierdoor wordt een lading van 300 C verplaatst.Hoeveel minuten was de klokradio ingeschakeld?

6. Een elektrisch verwarmingselement is 18 minuten en 30 seconden ingeschakeld. Hierdoor wordt een hoeveelheid elektriciteit verplaatst van 3,7 Ah.Bereken de stroomsterkte die door het verwarmingselement vloeit.


Uitbreiding oefeningen

7. Hoelang zal het laden van een accumulator in beslag nemen als er een stroom van 4 A in de keten vloeit en een hoeveelheid elektriciteit wordtverplaatst van 10 Ah. Tijd uitdrukken in seconden en in uur.

8. Door een elektrisch verwarmingstoestel vloeit een stroom van 10 A gedurende een tijd van 3 uur. Bereken de totale hoeveelheid elektriciteit in coulomb en ampère-uur.

9. Een 12 V accumulator stuurt door een gloeilamp een stroom van 1,5 A.Bereken de hoeveelheid elektriciteit in Ah en C die door die gloeilamp vloeit in 10 uur tijd.

10. Een alkalinebatterij in een walkman is gekenmerkt: 1,5 V en 2500 mAh. Hoe lang kan ze de walkman voeden die een stroomsterkte van 30 mA nodig heeft?

11. Een elektrisch verwarmingselement van 1 000 W en 200 V neemt een stroomsterkte van 5 A op gedurende een tijd van 12 uur. Bereken de hoeveelheid elektriciteit in Ah en coulomb die gedurende die 12 uur door het verwarmingselement vloeide.

12. Hoe lang kan een accumulator van 12 V – 36 Ah een stroomsterkte van 0,4 A leveren?

13. Men wil een ontladen accumulator van 80 Ah uit een heftruck opnieuw laden in een tijd van 16 uur. Hoe groot moet de stroomsterkte zijn?

14. Voor een alarminstallatie met een verbruik van 350 mA is een autonomie van 24 uur gewenst. Bereken de hoeveelheid elektriciteit van de batterijen.

15. Hoelang kan een auto rijden als de accu door de generator niet meer wordt bijgeladen en de accu van 42 Ah half geladen is. De ontlaadstroom is constant 6 A.


De elektrische spanning

Inwendige spanning E – Uitwendige spanning of klemspanning U.

Inwendige spanning E .

Opdracht.

Sluit een voltmeter aan op de klemmen van de spanningsbron volgens onderstaand schema.

Fig. 9

De voltmeter duidt een spanning van ….. V aan.

Vaststelling: …………………………………………………………………

…………………………………………………………….…..

.

De scheikundige werking in de spanningsbron veroorzaakt de inwendige spanning E van de bron.

Wat is de inwendige spanning E?

De inwendige spanning of openklemspanning is de spanning gemeten bij een onbelaste bron.Het is de eerste oorzaak van een elektrische stroom.


Uitwendige spanning U .

Opdracht.

Zelfde meetopstelling als bij figuur 9, maar sluit nu de schakelaar.

De voltmeter duidt een spanning aan van ….. V.

Vaststelling: ……………………………………………………………..

…………………………………………………………………. .

Besluit: ………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………… .

In de waterkringloop zal de “motor-pomp” niet werken zonder verlies van energie. Het verlies wordt veroorzaakt door warmte, wrijving,…Er treedt daardoor wat drukverlies op.

Bij de belaste ( gesloten keten) elektrische spanningsbron vind je dat ook terug. Vandaar dat de spanning die je “netto” overhoudt op de klemmen van de bron, iets lager ligt.

De uitwendige spanning of klemspanning is de spanning gemeten op de klemmen van een belaste bron ( bron levert stroom ).

.


Elektrisch potentiaal.

Wat is een elektrisch potentiaal?

De drang van een geladen lichaam naar de neutrale toestand heet potentiaal.

Hoe sterker de drang is, hoe groter het potentiaal wordt.

Elektrisch potentiaal wordt uitgedrukt in de eenheid: volt.Symbool van elektrisch potentiaal: V

- Neutrale lichamen en de aarde hebben geen potentiaal.- Lichamen met te weinig elektronen hebben een positief potentiaal.- Lichamen met te veel elektronen hebben een negatief potentiaal.

Elektrische spanning of potentiaalverschil.

Je zag dat de pomp in de waterkringloop zorgt voor de nodige druk om het hoogteverschil tussen beide reservoirs te behouden.Bij een elektrische bron wordt een soort ladingsdruk opgebouwd.Deze ladingsdruk heet potentiaal.Op de ene zijde van de bron staat een hoog potentiaal, op de andere zijde een laag potentiaal. Tussen beide is er een verschil in potentiaal.Tussen twee lichamen met een verschillend potentiaal is er een drang naar vereffening van de ladingen.

Wat is een potentiaalverschil of elektrische spanning?

De vereffeningsdrang tussen twee elektrisch geladen lichamen met een verschillend potentiaal, heet potentiaalverschil of elektrische spanning. Kortweg: spanning.

Symbool: U

Eenheid: volt ( V ).

Naarmate het ladingsverschil groter is, is de elektrische spanning groter.Tussen een positief lichaam ( A ) met een potentiaal + 10 V en een negatief lichaam ( B ) met een potentiaal – 10 V bestaat een potentiaalverschil of spanning.


Fig. 9

UAB = VA – VB

UAB = ( + 10V ) – ( - 10V ) UAB = + 20 V met A positief ten opzichte van B negatief.

Let op!

We spreken over de potentiaal in één punt en over een spanning ( potentiaalverschil ) tussen twee punten.


Meten van elektrische grootheden.

Meettoestellen.

Soorten meettoestellen.

In de elektrotechniek kan je de meettoestellen indelen naar hun gebruik ennaar het soort aflezing.

Indeling naar gebruik.

Je onderscheidt hierbij twee groepen; de enkelvoudige meettoestellenen de universele- of multimeters.

- De enkelvoudige meettoestellen.

De inbouwmeters of paneelmeters ( fig. 10).

Deze meettoestellen worden in een toestel ingebouwd, zoals bv.in een voedingsbron, stereo-installatie en meten binnen één grootheid slechts één meetbereik.Meetbereik = de maximale waarde die je van een grootheid kan meten.

Fig. 10 Fig. 11

De mobiele enkelvoudige meters ( fig. 10).

Deze meettoestellen meten slechts één grootheid, zoals:- weerstand in ohm ( )- of stroom in ampère ( A )- of spanning in volt ( V ), enz.

Ze hebben meestal diverse meetbereiken.


- De universele meettoestellen of multimeters.

Deze meters gebruik je meestal in de lessen praktijk en lab elektriciteit. Ze zijn praktisch omdat je meerdere grootheden ( multi) kunt meten met één toestel.

Analoge multimeter Digitale multimeter Fig. 12 Fig. 13

Indeling naar soort aflezing.

- De analoge meettoestellen ( fig. 12 ).

Bij deze meettoestellen wordt de gemeten waarde aangegeven door middel van een naald of wijzer.

- De digitale meettoestellen ( fig. 13 ).

Deze meettoestellen hebben een aflezing met cijfers. De afleesnauwkeurigheid van een digitaal meettoestel is veel groter dan van een analoog meettoestel. Je kan immers geen afleesfouten

maken door schuin op de naald te kijken. Een nauwkeurigheid van 1% is heel normaal bij digitale

meettoestellen. Bij analoge meettoestellen bereik je deze nauwkeurigheid bij de duurdere modellen.In sommige gevallen, zoals bij langzaam variërende spanningen of stromen is het analoge meettoestel beter geschikt.De naald beweegt zich dan in geringe mate naar links of naar rechts,

terwijl bij een digitaal meettoestel de aflezing van het ene getal naar het andere springt.


Afkortingen.

Afkorting Soort meting Afgelezen eenheid__________________________________________________________

V ……………………… afgelezen waarde in V

A ……………………… afgelezen waarde in A

VDC ……………………… afgelezen waarde in V V ( DC= gelijkspanning)

VAC ……………………… afgelezen waarde in V V ( AC= wisselspanning)

ADC ……………………… afgelezen waarde in A A

AAC ……………………… afgelezen waarde in A A

……………………… afgelezen waarde in

Polariteiten.

Bij het aansluiten van een meettoestel op gelijkspanning moet je rekening houden met de polariteit, zijnde de positieve pool ( + ) en de negatieve pool ( - ) van de bron.

Bij gelijkspanning en gelijkstroom.

De + pool van de stroomkring verbind je met de + pool van het meettoestel.De + klem op het meettoestel wordt aangegeven door het teken +of door het symbool van de eenheid waarvan de grootheid wordt gemeten( V voor de spanning of mA – A voor de stroomsterkte ).

De – pool van de stroomkring verbind je met de – pool van het meettoestel.De – pool van het meettoestel wordt meestal aangeduid door COM( commun = gemeenschappelijk ).


Let op!

Bij analoge meettoestellen kan het verkeerd schakelen tot beschadiging leiden.Wanneer de polariteiten niet worden gerespecteerd dan wilt de naald of wijzer in de verkeerde zin uitwijken wat het systeem verhindert. Het gevolg is dat de naald kan krommen en het systeem ontregelt of in het ergste geval het spoeltje beschadigd wordt.Bij digitale meettoestellen is er geen bewegend meetsysteem waardoor er geen beschadiging kan optreden. Het verkeerd aansluiten van de klemmen zal op de display worden aangegeven met een min-teken ( - ). Je wisselt dan de aansluitingen op het meettoestel.

Aanduiding op meetkringen.

Je kan de spanningsbron tekenen met het symbool van de spanningsbron zoals je hebt geleerd ofwel worden alleen de aansluitklemmen aangegeven zoals bij onderstaande figuur.

Fig. 14 Fig. 15

In geval van een gelijkspanningsbron wordt de polariteit ( + en - ) aangeduid bij de aansluitklemmen.Bovendien wordt met een pijl de zin van de spanning aangegeven van de – pool naar + pool ( zie fig. 14 ).

In geval er tussen de klemmen van de spanningsbron wisselspanning staat dan geeft het wisselspanningsteken, geplaatst bij de aansluitklemmen, dit aan ( zie fig. 15 ).De lijn tussen de klemmen, waarmee de spanning wordt aangegeven, is nu voorzien van twee pijlen omdat de wisselspanning steeds van polariteit ( zin ) verandert.

Bij wisselspanning en wisselstroom.

Gezien een wisselspanning en een wisselstroom voortdurend van zin veranderen, speelt de polariteit niet.


. De wet van ohm.

Verband tussen spanning en stroom bij een constante weerstand en veranderlijke spanning.

Maak volgende meetopstelling:

Fig. 16

- Neem een regelbare spanningsbron ( 0 – 24 V ), een voltmeter en een ampèremeter.- Neem een regelbare weerstand en stel die achtereenvolgens in op 40 , 60 en 80 .- Stel per instelling van de weerstand de spanning achtereenvolgens in op 5 V, 10 V,

15 V en 20 V..- Meet voor elke weerstandswaarde en bij elke spanningsstap de overeenkomstige

stroomsterkte.

Meetresultaten.

Spanning U ( V ) Stroomsterkte I ( A) Verhouding U / I

5 …….. ……..

10 …….. ……..

15 …….. …….. 20 …….. …….. 5 …….. …….. 10 …….. …….. 15 …….. …….. 20 …….. …….. 5 …….. …….. 10 …….. …….. 15 …….. ……..


20 …….. ……..Besluiten.

U* De verhouding ----- is ………………………. en komt overeen met de

I ingestelde ……………………………….. .

* Je kan de stroom door de weerstand vergroten door de spanning ……….. …………………………………….. . De stroomsterkte neemt toe in dezelfde mate als de aangelegde spanning, hierdoor kan je stellen dat ze …………………………………………….. .

De verhouding tussen de spanning en de stroomsterkte is een………………………….. . Deze constante heet …………………

Verband tussen stroomsterkte en weerstand bij een constante spanning en veranderlijke weerstand.

Maak dezelfde meetopstelling als fig. 16

- De spanningsbron gebruikt bij de meetopstelling onder 8.1 stel je in op 15 V.- De regelbare weerstand R stel je achtereenvolgens in op 20 , 40 , 60 en 80 .- Meet voor elke instelling van de weerstandswaarde de overeenkomstige

stroomsterkte.

Meetresultaten.

Spanning U ( V ) Weerstand R ( ) Stroomsterkte I ( A )

15 20 ………..

15 40 ………..

15 60 ……….

15 80 ……….

Besluiten.

Naarmate de weerstandswaarde stijgt, …………………….. de stroomsterkte. De stroomsterkte wordt bepaald door de verhouding van de ………………

over de ……………………………………. . De spanning en de stroomsterkte zijn ………………………………………

terwijl de weerstand ………………………………………………………..is met de stroomsterkte.


De wet van Ohm.

Algemeen besluit

- bij een vast ingestelde weerstand zal de stroom ……………………. als de spanning over de weerstand stijgt.

De stroomsterkte is …………………………………… met de spanning.

- Bij een stijgende weerstand zal de stroom ………………. als de spanning constant blijft. De weerstand is ……………………………………………….. met de stroomsterkte.

Hieruit volgt de definitie van de wet van ohm:

spanning over de weerstand U Weerstand = ---------------------------------------- = ------- stroomsterkte door de weerstand I

De grootheid weerstand wordt voorgesteld door het symbool R.De eenheid van weerstand is ohm ( 1 ) en aldus kan je schrijven dat:

U 1 V R = ------- of 1 = ----------- I 1 A

Afgeleide formules.

Spanning = weerstand . stroomsterkte

U = R . I ( V )______________________________________________________

spanning Stroomsterkte = --------------------

weerstand U

I = --------- ( A ) R


Geheugensteuntje.

De elektrische weerstand.

Begrip “elektrische weerstand”.

We maken volgende klassikale meetopstelling:

Fig. 17

Tussen de klemmen A en B brengen we achtereenvolgens een koperdraad, een ijzerdraad, een weerstandsdraad ( constantaan ) en een nylondraad.

- We meten bij elke draad de stroomsterkte.


Meetresultaten.

Draadsoort Spanning U ( V ) Stroomsterkte I (A )

Koper ……… ……….. Ijzer 0.6V 0.850A Constantaan 2V 0.960A Nylon 2V 0.000A

Vaststellingen.

* De verschillende stoffen geleiden de stroomsterkte niet even goed. * De stroom wordt door constantaan slechter doorgelaten dan door koper.* De nylondraad ( PVC ) geleidt de stroomsterkte niet . Deze stof is een isolator .* Van de verschillende stoffen geleidt de koperdraad het best de elektrische stroom.

Besluit.

De weerstand van de verschillende stoffen verschilt. Best -------------------------------------------------------slechtstZilver- koper – goud – constantaan - nylon

De tegenstand ( moeilijkheidsgraad ) die de stoffen bieden aan de elektrische stroom heet elektrische weerstand of weerstand.

Grootheid: elektrische weerstandSymbool: REenheid: één ohm ( 1 ).


Soorten weerstanden.

We onderscheiden de lineaire en niet-lineaire weerstanden.

Lineaire weerstanden.

Dit zijn weerstanden waarbij het verband tussen I en U recht evenredig is. Uitvoeringen vaste weerstanden.

1. Koolstofweerstanden.

Een damp van koolstofgas (methaan, benzeen) wordt neergeslagen op een keramische drager en vormt een koolstoflaag. De dikte van de koolstoflaag bepaalt de weerstandswaarde.

Gebruik: consumentenelektronica, regeltechniek,…

2. Metaalfilmweerstanden.

Hier wordt volgens hetzelfde procédé een metaalfilm neergeslagen op een keramische drager.

Gebruik: medische en meettechnische toepassingen.


3. Draadgewikkelde weerstanden.

Als weerstandsmateriaal wordt een koper-, nikkel- of ijzerlegering ( bv. constantaan, manganine, …) gebruikt dat op een keramisch lichaam wordt gewikkeld.Het geheel wordt bedekt met een emailvernis als beschermlaag.

Gebruik: toepassingen van huishoudelijke en industriële aard.

Verwarmingsweerstanden.

Zijn draadgewikkelde weerstanden die vooral de taak hebben elektriciteit om te zetten in warmte.

Uitvoeringen veranderlijke weerstanden.

1. Instelbare weerstanden (potentiometer).

Symbool:


Worden eenmaal ingesteld bij ingebruikneming van de stroomkring waarin de weerstand voorkomt. Komen voor in draaduitvoering ofwel in laaguitvoering ( koolstof of metaalfilm ).

2. Regelbare weerstanden (zie labo).

Symbool:

Het weerstandsmateriaal kan een draad, een koollaag of een metaalfilm zijn.

Niet – lineaire weerstanden.

Er zijn weerstanden waarvan het verband tussen I en U niet lineair is. De weerstandswaarde wordt beïnvloed door de temperatuur( PTC- en NTC-weerstanden), door de spanning ( VDR-weerstanden), door het invallend licht ( LDR-weerstanden ).De gloeidraad van een gloeilamp is ook een niet-lineaire weerstand.


Tolerantie en kleurencode.

Tolerantie.

De weerstandswaarde van een weerstand is nooit exact.Er is een bepaalde positieve of negatieve afwijking.Hoe groot die afwijking is, wordt weergegeven door de tolerantie. Meest voorkomend is een tolerantie van 5 %, 10 % of 20 % van de aangegeven weerstandswaarde .

Kleurencode.


Bij weerstanden klein van afmetingen brengt men op de weerstand gekleurde ringen aan.Iedere kleur komt overeen met een cijfer. Een weerstand heeft meestal vier ringen.

De eerste en de tweede ring geven de eerste twee cijfers van de weerstandswaarde aan, de derde ring geeft het aantal nullen aan dat achter het getal moet worden gezet. De vierde ring is de tolerantiering. (verhaal melkfles)Om vergissingen te vermijden is de eerste ring dichter bij de aansluitdraden aangebracht dan de laatste ring.De volgorde van de kleuren kun je gemakkelijk onthouden door het volgende zinnetje:

Zij Bracht Rozen Op Geerts Graf Bij Vuil Grijs Weer.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9


Aanduiden van spanning en stroomsterkte in schema’s.

Fig. 18

De stroomsterkte I .

De stroomsterkte wordt met een pijl in een schema aangeduid volgens de conventionele stroomzin. Je plaatst er het symbool van de stroomsterkte ( I ) bij.

De spanning.

De bronspanning en de spanning over de verbruiker stel je ook voor met een pijl.De inwendige spanning van de bron E is positief en heeft dezelfde zin als de

stroomsterkte.

De stroomsterkte veroorzaakt over de verbruiker een spanningsdaling.Die spanning U heeft een omgekeerde zin dan die van de bron. Men spreekt van de

spanning over de verbruiker ( de zin is tegengesteld aan de zin van de stroomsterkte).


Oefeningen.

1. Bereken de inwendige weerstand van een A-meter indien hij 2 A aanduidt en de spanning over de klemmen 0,8 V bedraagt.

2. Bereken de weerstandswaarde van een verbruiker die aangesloten op een spanningvan 230 V een stroom opneemt van 4,6 A.

3. Een weerstand van 230 voert een stroomsterkte van 0,3 mA.

Bereken de spanning aan de klemmen van de weerstand.

4. Hoe groot is de spanning over een verbruiker als hij een weerstandswaardevan 100 heeft en de stroom 250 mA bedraagt?

5. Door het spoeltje van een relais mag maar 0,03 A vloeien.De ohmmeter gaf als weerstandsmeting 400 aan.Bepaal hoeveel spanning er aan het spoeltje mag worden aangelegd.

6. Over een weerstand van 115 staat een spanning van 230 V.Bereken de stroomsterkte die door de weerstand vloeit.

7. Je meet een gelijkspanning van 100 V over een weerstand van 50 .Bereken de stroomsterkte en teken deze stroomkring.

8. Op een fietslampje kan je aflezen: 6 V – 0,3 A.Hoe groot is de weerstand van de gloeidraad?

9. Over een verbruiker van 100 staat een spanning van 10 V.Hoe groot is de stroomsterkte ( in mA ) die door de weerstand vloeit?

10. Een hoeveelheid elektriciteit van 7200 C gaat in een tijd van 1 uur verplaatst worden in een stroomkring waar de bronspanning 50 V bedraagt.

Bereken de weerstandswaarde van de verbruiker.

11. Een accumulator van 36 Ah – 12 V voedt een verbruiker, die een weerstand heeftvan 200 , gedurende 400 uur. Hoe lang kan hij deze verbruiker nog voeden?

12. Een hoeveelheid elektriciteit van 2 Ah vloeit gedurende een kwartier.Bereken de spanning als de weerstand 28 bedraagt.


3 em curcus deel 1

Documents

Transcript of 3 em curcus deel 1