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