1

MODULE 6 ELEKTRICITEIT.

Door: S. Habets.

2

Inhoudsopgave.

Hier vind u het overzicht van deze module.

Om snel naar een onderdeel toe te gaan kan erop geklikt worden.

Voorwoord3

Legenda4

A. Introductie5

B. Statische elektriciteit10

C. Elektrische symbolen18

D. Grootheden22

E1. Wet van Ohm26

E2. Ohm & lampje29

F. Serieschakeling31

G. Parallelschakeling35

H. Gecombineerde schakeling 39

Extra: Transistor43

Practica47

3

Voorwoord.

Welkom bij de module Elektriciteit door S. Habets.

Deze module is gemaakt voor leerlingen van 2 Atheneum.

De opzet van deze module is dat een leerling deze module geheel zelfstandig door kan werken. Daar waar dat niet mogelijk is, zal er tijdens de les hier nog aandacht aan besteed worden. Bij vragen kan altijd de docent worden geraadpleegd. Dat kan tijdens de les, maar dat kan ook online. Je krijgt dan in de meeste gevallen reactie per email.

Te vinden op: www.stagesmc.weebly.com

Verder is op de website nog aanvullende informatie te vinden.

Het is verstandig om tijdens de les naast je laptop ook te zorgen voor een koptelefoon of oordopjes. Dit omdat er regelmatig filmpjes met geluid zijn verwerkt in dit lesmateriaal.

Opdrachten/huiswerk.

De opdrachten die bij deze module horen zijn op teletop te vinden.

Wanneer er opdrachten gemaakt moeten worden zal dat worden aangegeven in de module. Wanneer je score lager is dan 65% mag je niet verder met de volgende paragraaf maar moet je de opdrachten nogmaals maken.

Aanvullende informatie zal worden gegeven in de les.

Heel veel succes en plezier!

S. Habets

4

Legenda.

Soms kom je logo’s tegen op de groene balk zoals deze hierboven staan. Wanneer je op sommige logo’s klikt zit er een hyperlink achter. Deze zal je dan direct naar de juiste locatie verwijzen. Hier beneden wordt uitgelegd wat het betekend wanneer er een van deze logo’s in de groene balk staan vermeld.

Er zit geluid bij deze pagina of bij de bijbehorende film. In de klas zijn oordopjes of een koptelefoon verplicht.

Er bevindt zich een video op deze pagina.

Aanvullende informatie is te vinden op de website van Dhr. Habets.

Er bevinden zich opdrachten via TeleTop op deze pagina.

Er bevindt zich een samenvatting op deze pagina.

5

A – Introductie.

Elektriciteit komen we dagelijks tegen in ons leven. Dan denk je natuurlijk meteen aan het stopcontact en aan batterijen met alle apparaten die daarbij horen. Maar niet alleen kunstmatig opgewekte elektriciteit kom je in je dagelijks leven tegen, ook in de natuur kom je elektriciteit tegen. Vaak denk je niet aan deze vormen, maar toch hebben ze alles met elektriciteit te maken.

In de natuur kom je bliksem tegen, heb je de sidderaal en gaan je haren rechtovereind staan met behulp van elektriciteit. Zelfs in ons lichaam gaan er continu elektrische stroompjes als je kijkt naar ons zenuwstelsel.

Tegenwoordig maken wij onze eigen elektriciteit. Maar waarom gebruiken wij mensen eigenlijk zo graag elektriciteit?

Elektriciteit is een vorm van energie die veel voordelen heeft. Elektriciteit is gemakkelijk te transporteren door de

infrastructuur van (koper)draden die inmiddels overal in ons land zijn aangebracht.

Elektriciteit is gemakkelijk om te zetten in andere vormen van energie zoals: Warmte (vb: een soldeerbout of elektrische verwarming)Licht (vb: een gloeilamp of LED)Beweging (vb: een elektromotor)

6

A – Introductie.

Elektriciteit heeft ook grote nadelen.

Dat is namelijk dat elektriciteit duur is en zeer moeilijk te maken is. Het proces van elektriciteit opwekken is ook erg milieubelastend. (d.w.z. dat het milieu er flink onder lijdt)

Hoe komen we vandaag de dag eigenlijk aan de benodigde elektriciteit? Dat wordt uitgelegd in het volgend filmpje. (klik in het zwarte vlak).Wanneer het filmpje niet werkt kun je het ook HIER bekijken.

Historie van Elektriciteit.

Volgens historische documenten is de eerste bekende ontdekking van statische elektriciteit eigenlijk in de 6e eeuw. Hier werd ontdekt dat het wrijven van een bont met een ander voorwerp andere voorwerpen laat aantrekken.

7

A – Introductie.

De eerste moderne toepassing van elektriciteit was in 1660, de eerste elektrostatische generator. Deze baande de weg voor de leer van de elektriciteit. Men ontdekte dat er materialen zijn die als geleiders dienst doen en anderen die als isolator dienst doen en dat er twee soorten ladingen bestaan (positief en negatief).In 1700 werd de eerste condensator uitgevonden en men kon zo statische elektriciteit in een elektrische stroom omzetten. In de vroege 19e eeuw deed men nog meer verbazende ontdekkingen op het gebied van elektriciteit.

Er kwamen bedrijven die erop gericht waren om elektriciteit te onderzoeken om zo het leven voor de mensen gemakkelijker te maken. Zo kwamen er de meest ongelooflijke uitvindingen, zoals de inductiemotor, de gloeilamp, de lange afstand telegraaf, de telefoon, de eerste elektrische aangedreven locomotief.Deze uitvindingen kwamen van mensen zoals:

- Georg Simon Ohm1787 - 1854

- Graaf Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta1745 - 1827

- André-Marie Ampère1775 – 1836

Natuurlijk zijn er nog vele andere uitvinders geweest die zich met elektriciteit bezig hebben gehouden zoals:Thomas Edison, Alexander Graham Bell, Michael Faraday, Benjamin Franklin, Samuel Morse, James Watt, James Clerk Maxwell

8

A – Introductie.

Na de tweede wereldoorlog zijn de ontwikkelingen zeer snel gegaan. Heden ten dage is elektriciteit niet meer weg te denken uit onze maatschappij.

Toepassingen.

Om maar een paar voorbeelden te noemen waarbij elektriciteit een belangrijke rol speelt:

Televisie, Stereo, Gsm, Computer, Airco, Klokken, Elektrische gereedschappen, Lasers, Verlichting, Pompen, Meetapparatuur, Afstandbedieningen, Ovens, Magnetron, Koffiezetapparaten, Fototoestellen, Kopieerapparaten, Projectoren, IJskasten, Diepvriezers, Snelheidscontroles, Navigatiesystemen, Satellieten, Speelgoed, Vliegtuigen, Trein, Stofzuigers, Vaatwasmachines, Compressors, Grasmaaimachines, Liften, Auto’s, Rolluiken, Verwarming, enz.

Zonder elektriciteit zou ons hedendaags bestaan helemaal ontregeld worden. Bedrijven, Fabrieken, Ziekenhuizen, Rechtbanken, Scholen, Tv-zenders, Internet, Banken, Winkels, Treinverkeer, Verkeerslichten, Politie, Brandweer, Vliegvelden, GSM netwerk zouden allemaal niet goed meer functioneren.

9

A – Introductie.

Omdat elektriciteit zo een grote rol speelt in ons dagelijks leven, zijn er ook een hele hoop beroepen gerelateerd aan elektriciteit. Hieronder zijn een aantal beroepen opgesomd die direct betrekking hebben op elektriciteit. -Elektrotechnisch ingenieur-Besturingstechnicus-Automatiseringsdeskundige-Onderhoudstechnicus Electro en Instrumentatie-Elektronicaspecialist-Productontwerper-Ingenieur krachtcentrale-Programmeur robots-Verwarmingsmonteur-Audiovisueel medewerker-Monteur communicatienetwerken-Monteur laag- en hoogspanningsnetwerken

We hebben nu een flink aantal zaken bekeken. Een aanvulling hierop is een video.

Klik hiernaast op het video logo om de video te bekijken op het internet. Bij geen werkende link klik HIER.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6A via Teletop.

Samenvatting kun je HIER vinden.

10

B – Statische elektriciteit.

Wanneer we een plasje zuiver water eens goed gaan bekijken, zullen we zien dat het plasje water uit allemaal waterdeeltjes bestaat. Één zo een waterdeeltje noemen we een watermolecuul.

Een molecuul kunnen we ook weer goed gaan bekijken. We zullen zien dat ieder watermolecuul is opgebouwd uit hetzelfde aantal bouwsteentjes van een soort. Er bestaan heel veel verschillende bouwsteentjes en die bouwsteentjes noemen we atomen. Wanneer we kijken naar het watermolecuul zal 1 watermolecuul bestaan uit 2 waterstofatomen (afgekort: H) en 1 zuurstofatoom (afgekort: O).

De wetenschappelijke naam van water is H2O, bestaat uit 2xH en 1xO.

Samen zorgen deze atomen ervoor dat er de stof ‘water’ gevormd wordt. De atomen zelf zijn geen water meer. Het kleinste deeltje dat nog onder water valt, is het watermolecuul.

Ook atomen zijn weer goed te bekijken. Dan zul je zien dat ieder atoom is opgebouwd uit een kern met daaromheen elektronen.

De kern bestaat uit:Protonen: Dit zijn positief geladen deeltjes.Neutronen: Dit zijn neutrale kerndeeltjes.

Om de kern “vliegen” de negatief geladen deeltjes,de elektronen.

11

B – Statische elektriciteit.

De kernen blijven gemiddeld op hunplaats. De elektronen bewegen rond de kern. Bij metalen en andere “geleiders” kunnen deze elektronen hun eigen kern verlaten. Er is dan sprake van “vrije elektronen”.

Zie ook het filmpje dat uitlegt hoe een molecuul in elkaar zit.(Klik in het zwarte vlak)op het video logo.Wanneer de video niet werkt kun je hem ook HIER bekijken.

12

B – Statische elektriciteit.

Als een atoom en/of molecuul elektronen teveel of te weinig heeft dan krijgt deze een lading. Men noemt dit atoom en/of molecuul dan een ion.

We zullen in het vervolg niet praten over een ion maar over een geladen stof (deze bestaat immers uit ionen)

Heb je evenveel positieve deeltjes als negatieve dan heb je een neutrale stof.

Heb je een tekort aan elektronen positief geladen stof (+)Heb je een overschot aan elektronen negatief geladen stof (-)

Je kunt een stof alleen een lading geven door elektronen erbij of eraf te doen.2 gelijknamige stoffen (+) en (+) en (-) en (-) zullen ze elkaar afstoten.Uiteraard geld dit niet voor neutrale stoffen onderling 2 ongelijknamige stoffen (-) en (+) zullen ze elkaar aantrekken.Hierbij moet opgemerkt worden dat een neutrale stof ook door een geladen stof aangetrokken wordt.

13

B – Statische elektriciteit.

Elektroscoop.

Met een elektroscoop kun je het effect van positief en negatief geladen deeltjes zichtbaar maken. Het bestaat meestal uit twee bladen lichte metalen folie. De folie is verbonden met geleiders. De aan te tonen lading vloeit langs de geleiders naar de bladen. Daardoor gaan de twee bladen elkaar afstoten. Hoe groter de lading, hoe verder de bladen zich van elkaar verwijderen.

De elektroscoop die op school gebruikt wordtstaat hiernaast afgebeeld. Hoe groter de ladinghoe groter de uitslag.

Het is belangrijk bij een elektroscoop om teonthouden dat de positieve deeltjes zich in de kern bevinden.In een vaste stof (elektroscoop) zitten deze op een vaste plaats en kunnen niet van hun plaats af. Bij stoffen met veel vrije elektronen zoals bijna alle metalen zullen deze elektronen (negatieve deeltjes) wel willen gaan bewegen.

Bepaalde stoffen worden bij wrijving:-negatief geladen zoals: plastic koper-positief geladen zoals: lucht, wol, glas

14

B – Statische elektriciteit.

Bij het in de buurt komen (niet aanraken!) van een elektroscoop gebeurt het volgende:

De positief geladen staaf komt in de buurt en trekt de negatieve deeltjes in de elektroscoop aan. Omdat er een verplaatsing van negatieve elektronen in de elektroscoop plaats vindt, zullen er onderaan alleen nog maar positief geladen deeltjes overblijven. En 2 positief geladen plaatjes stoten elkaar af.

Dit effect wordt veroorzaakt door het feit dat gelijknamige ladingen elkaar afstoten en ongelijknamige ladingen elkaar aantrekken.

Wanneer je dit verschijnsel moet gaan uitleggen kun je het beste dit tekenen. Gebruik dan altijd deze volgorde:

1. Teken de standen van de elektroscoop.

2. Teken de protonen (+) op een vaste plaats.

3. Teken de elektronen (-).

Plaatjes zijn positief+ en + = afstoting

15

B – Statische elektriciteit.

Bij aanraking zal dit alles een hele andere wending nemen. De elektronen (-) kunnen dan overspringen van het ene object naar het andere. Hierdoor zal de elektroscoop uiteindelijk een positieve lading krijgen, en de staaf wordt iets minder positief omdat er elektronen (-) zijn bijgekomen. De plaatjes blijven dan ook uitelkaar staan.

Bij aanraking van de PVC buis gebeurt het volgende:

Wanneer je dit verschijnsel moet gaan tekenen gebruik dan altijd deze volgorde:

1. Teken de standen van de elektroscoop.

2. Teken de protonen op een vaste plaats. (+)

3. Teken de elektronen. (-)

Er springen elektronen over

Plaatjes zijn positief+ en + = afstoting

Plaatjes zijn positief+ en + = afstoting

16

B – Statische elektriciteit.

Je kunt de elektroscoop weer neutraal maken door hem aan te raken, het tekort aan elektronen wordt dan door jou aangevuld. Jij bent “geaard” (verbonden met de aarde) en deze zal altijd neutraal blijven, vanwege het enorme aantal deeltjes wat de aarde bezit.

Het in de buurt komen en aanraken met een negatieve staaf kun je bekijken in de samenvatting. Let op: Er gebeurt met de plaatjes precies hetzelfde, echter bewegen de elektronen (-) heel anders !

17

B – Statische elektriciteit.

Op de website staat een applet klaar waarmee je zelf een ballon statisch kunt laden, probeer het eens en maak dan eerst onderstaande opdrachten.

Laadt 1 ballon eerst negatief door hem langs de trui te wrijven.

1. Zal de trui nu positief of negatief zijn?

2. Wat zal er tussen de ballon en trui te zien zijn? Trekken deze elkaar aan of stoten ze elkaar af?

Ga nu met de ballon naar de neutrale muur.

3. Wat zal er met de negatieve elektronen in de muur gebeuren?

4. Wat zal er met de positieve ionen in de muur gebeuren?

Herstel nu de simulatie en klik aan dat je 2 ballonnen wil gebruiken. Wrijf met beide ballonen langs de trui zodat ze beide genoeg elektronen opnemen. Hang vervolgens ballon 1 midden in het scherm en ballon 2 breng je rustig naar ballon 1 toe.

5. Wat zullen de 2 ballonen voor effect op elkaar hebben, en waarom?

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6B via Teletop.

Samenvatting kun je HIER vinden.

18

C – Elektrische symbolen.

Bij elektriciteit wordt vaak gebruik gemaakt van schema’s waarin zal worden aangegeven hoe een schakeling is opgebouwd. Een schakeling is een stroomkring waarin verschillende onderdelen zijn opgenomen. Denk hierbij aan een spanningsbron, een lampje en nog veel meer verschillende mogelijke onderdelen. Deze onderdelen noemen we componenten.

Schema’s worden gebruikt om een schakeling die in werkelijkheid bestaan eenvoudiger weer te geven. In deze schema’s worden geen foto’s gebruikt om aan te geven welke componenten in de schakeling zitten.

Componenten die je veel zal tegenkomen: Gelijkspanningbron

Wisselspanningbron

Schakelaar (geopend)

Schakelaar (gesloten)

Weerstand (stroomverbruiker)

Voltmeter V

19

C – Elektrische symbolen.

Ampèremeter

Lampje

Light-emitting diode (LED)

Draadje

Van de meeste componenten weet je waarschijnlijk wel wat ze doen of waarvoor ze bedoeld zijn. Een diode is een apparaatje dat de stroom maar in 1 richting doorlaat. Een Light-emitting diode is er eentje die daarbij ook nog licht uitzendt.

Zoals al eerder aangegeven worden deze symbolen gebruikt om schema’s te maken. Deze schema’s maken schakelingen overzichtelijker.Enkele voorbeelden hiervan:

A

20

C – Elektrische symbolen.

Stap 1:Vervang de componenten door symbolen.

Stap2:Maak er een overzichtelijk rechtlijnig schema van.

Het schema dat er over blijft is veel overzichtelijk dan de oorspronkelijke tekening.

Van ieder elektrisch apparaat is zo’n schema gemaakt. Zoals hieronder van een magnetron

Dit maakt het zoeken naar eventuele storingen een stuk makkelijker.

21

C – Elektrische symbolen.

Schema’s zijn niet zo makkelijk te maken vanuit een tekening. Hoe meer componenten in de tekening zijn, hoe moeilijker het zal zijn om een schema ervan te maken.

Stap 1:Vervang de componenten door symbolen.

Stap2:Leg de componenten zodanig dat je er overzichtelijk naar kan kijken.

Stap3: Maak er een overzichtelijk rechtlijnig schema van.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6C via Teletop.

Samenvatting kun je HIER vinden.

A

A

ampèremeter

A

22

D – Grootheden.

Bij deze paragraaf gaan we de grootheden en bijbehorende eenheden bespreken die tijdens deze module van toepassing zijn.

Spanning. Spanning staat ook wel bekend als potentiaalverschil binnen de natuurkunde. Met spanning wordt de hoeveelheid energie die nodig is per ladingseenheid om deze te kunnen verplaatsen door een geleidend materiaal bedoelt. Simpel gezegd: de energie van de elektronen.Spanning wordt weergegeven met het symbool U, afgeleid van het latijnse woord Urgere. De eenheid waarin spanning wordt uitgedrukt is volt. Afgekort met een hoofdletter V.

Wanneer je een elektrisch apparaat aansluit op het lichtnet door de stekker in het stopcontact te steken, komt er een spanning van 230volt naar dit apparaat. (Vroeger was dit 220volt, tegenwoordig 230volt)

Je noteert dit als: Ustopcontact = 230V.

Stroomsterkte.

Een lampje gaat branden als de kring gesloten is. Dit komt doordat er een stroom van vrije elektriciteitsdeeltjes (elektronen) loopt door de kring. Deze wordt verwekt door de batterij. De batterij werkt net als een ventilator. Bij een ventilator is er voor en achter een andere druk en het drukverschil veroorzaakt de luchtstroom. De batterij veroorzaakt dus een drukverschil en hierdoor ontstaat een stroom. Deze stroom loopt van plus naar min.

Kortom: stroomsterkte is het aantal elektronen dat per seconde door een geleider stromen.

23

D – Grootheden.

Stroomsterkte wordt doorgaans weergegeven met de letter I, afkomstig van intensiteit. De stroomsterkte die per seconde door een draad passeert heeft de eenheid Ampère (A).

Stel dat er door een elektromotor een stroomsterkte van 3 Ampère gaat.

Je noteert dit als: Imotor = 3A

Om de stroomsterkte te meten plaats je een ampèremeter in serie (dus tussen lampje en spanningsbron).

Weerstand.

Ieder elektrisch apparaat zorgt voor een weerstand van de stroomsterkte. Een weerstand is wanneer de doorgang van een elektrische stroom wordt bemoeilijkt.Je zou weerstand kunnen vergelijken met een kraan die maar half opengedraaid is.

Weerstand geven we aan met de letter R, afkomstig van resistance. Weerstand wordt gemeten in de eenheid Ohm. Ohm wordt afgekort met het Griekse symbool voor omega, Ω.

Stel dat een lampje een weerstand heeft van 25 Ohm.Je noteer dit als: Rlampje = 25Ω.

24

D – Grootheden.

Bekijk de video hieronder door in het zwarte vlak te klikken.Wanneer de video niet werkt kun je hem ook HIER bekijken.

Wanneer je spanning, stroomsterkte en weerstand wil gaan meten zijn er een aantal dingen erg belangrijk om uit elkaar te houden.

Spanning over een lampje meten.Wanneer je spanning wil meten heb je een spanningsmeter nodig. Deze spanningsmeter sluit je parallel over het lampje aan.

Stroomsterkte door een lampje meten.Wanneer je stroomsterkte wil gaan meten heb je een ampèremeter nodig. Deze sluit je in serie voor of na het lampje aan. Deze zal het aantal elektronen die per seconde door het lampje gaan meten.

25

D – Grootheden.

Wanneer je nog niet goed het verschil weet tussen serie en parallel is dat geen probleem, want dat wordt later deze module nog behandeld. Maar om je toch alvast een idee te geven kun je onderstaand filmpje bekijken door erop te klikken. Het filmpje is ook HIER te vinden.

Weerstand van een lampje meten.De weerstand is te meten maar dat wordt niet in deze module behandeld. In deze module leer je wel de weerstand te berekenen met behulp van de stroomsterkte en de spanning. Dit volgt nog in de komende paragrafen.

Samenvatting kun je HIER te vinden.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6D via Teletop.

26

E1 - Wet van Ohm.

Bij elektriciteit is er 1 formule de basis van alle andere formules. Deze formule zal bij ieder onderdeeltje van elektriciteit, waarbij elektriciteit een rol speelt, terugkomen. Deze wet is vernoemd naar de Duitse natuurkundige George Ohm, die als eerste de relatie legde tussen stroomsterkte, spanning en weerstand.

Voordat je de wet van Ohm goed kan begrijpen, moet je een aantal basisdingen goed helder hebben. Er kan pas een elektrische stroom lopen wanneer de

stroomkring gesloten is. Stroomsterkte (I) wordt gemeten in Ampère (A).

Je kunt stroomsterkte meten met een Ampèremeter die je in serie plaatst met het te meten component.

Spanning (U) wordt gemeten in Volt (V).Je kunt spanning meten met een voltmeter die je parallel over het te meten component plaatst.

Geef je de elektronen meer energie (spanning) dan zullen de aantal elektronen die per seconde (stroomsterkte) door de stroomkring gaan toenemen.

Deze voorwaarden zijn van belang bij de wet van Ohm. Wanneer er niet aan deze voorwaarden wordt voldaan zal de wet van Ohm niet gelden.

27

E1 - Wet van Ohm.

We gaan nu bekijken hoe de wet van Ohm er uitziet. We gaan de spanning en stroomsterkte meten van eencomponent (in dit geval hiernaast een weerstandje).We zetten er eerst 0 volt op. De stroomsterkte is dan ook 0 ampère. Wanneer we de spanning gaan verhogen naar 1volt, zal de stroomsterkte omhoog gaan naar 0,5 ampère.We verhogen de spanning naar 2 volt, stroomsterkte wordt 1 ampère.Iedere keer wanneer de spanning met 1 volt verhoogd wordt, zal de stroomsterkte verhogen met 0,5. Dat kunnen we uitzetten in een tabel zoals hierbeneden is gedaan. Vanuit deze tabel kun je een grafiek tekenen zoals ernaast gebeurd is. Bekijk deze en kijk of je begrijpt wat er staat.

Zoals je in de kolom onderaan de tabel kuntzien, komt er een constante waarde uit wanneer je spanning deelt door de stroomsterkte. Vanuit de wiskunde weet je dat bij een rechte lijn een hellingsgetal hoort.

Deze waarde is de weerstand.

I (A)

U (V) 021 1,

50,5

01 2 3 4

22 2 2U / I

I (A)

U (V

)

2

3

0,5 1 1,5

1

2

R=spanning

stroomsterkte=

U(V)

I(A)

=1

0,5=

2

1=

3

1,5=

4

2= 2Ω

28

E1 - Wet van Ohm.

De wet van Ohm luidt als volgt:

In symbolen:

Om erachter te komen hoe je de formule moet invullen wanneer er iets anders gevraagd wordt dan de weerstand, kun je de formuledriehoek gebruiken. Je legt dan je vinger op het gedeelte dat je moet uitrekenen, de driehoek laat je zien hoe je de formule moet gebruiken.

Wil je R weten?Leg je vinger op R, er blijft over.

Wil je U weten?Leg je vinger op U, er blijft I x R over.

Alle verschillende voorbeeldsommen kun je HIER vinden in de samenvatting.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6E1 via Teletop.

weerstand=spanning

stroomsterkte

R(Ω) =U(V)

I(A)

29

E2 – Ohm & lampje.

Dagelijks komen we lampen tegen. Grote lampen, zoals in een voetbalstadion of kleine lampen in de kerstboom. Er zijn heel veel verschillende soorten lampen of lampjes.

Wanneer je ieder lampje apart gaat bekijken, zul je zien dat er op ieder lampje iets geschreven staat. Bijvoorbeeld een autolamp. Daar zou 12V/1,5A op kunnen staan. Dit betekent dat wanneer je 12Volt over dit lampje heen zou zetten, er een stroomsterkte van 1,5A doorheen gaan en brand het lampje op volle sterkte.

Kun je over dit lampje:2Volt zetten? Ja, het lampje brandt zeer zwak.6Volt zetten? Ja, het lampje brandt zwak.12,5Volt zetten? Ja, het lampje brandt fel.25Volt zetten? Ja, het lampje zal doorbranden.

Bekijk de video hieronder door in het zwarte vlak te klikken. In de video wordt een proef gedemonstreerd om spanning en stroomsterkte te meten. Wanneer de video niet werkt kun je hem ook HIER bekijken.

12V/1,5A

30

E2 – Ohm & lampje.

De weerstand van een lampje is te meten en zal constant zijn wanneer er een andere hoeveelheid spanning over het lampje wordt gezet. Echter wanneer een gloeidraadje in een lampje zeer heet wordt, dan zal zijn weerstandwaarde gaan veranderen door de hitte. Dat is het beste zichtbaar wanneer een meting wordt uitgezet in een grafiek.

In de grafiek hiernaast zie je wat er gebeurt wanneer je steeds meer spanning (U) over een lampje zet. In eerste instantie zal de grafiek lineair blijven, omdat de weerstand constant is. Maar wanneer er teveel spanning over een lampje wordt gezet, wordt hij warm en zal hij uiteindelijk doorbranden. Bij dit oververhitten van het lampje zal de weerstand verhogen.

Wanneer je een voorbeeldsom wil zien, kijk dan in de samenvatting.

Samenvatting kun je HIER vinden.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6E2 via Teletop.

31

F – Serieschakeling.

Wanneer we een schakeling bekijken, kunnen we een schakeling onder verdelen in 2 hoofdcategorieën. De Serieschakeling en de Parallelschakeling.

Dit hebben we al heel kort bekeken bij paragraaf D met een filmpje. In deze paragraaf gaan we het hebben over de Serieschakeling. De Parallelschakeling zal in de volgende paragraaf worden besproken.

Een Serieschakeling is een schakeling waarbij alle geschakelde componenten in serie staan. Dat wil zeggen; wanneer de stroom gaat lopen kan deze maar 1 richting uit en komt dan alle componenten tegen. De stroom kan zich nergens splitsen, splitsen is namelijk parallel.

In het linkerplaatje zijn 3 lampjes in serie geschakeld. De stroom moet door alle 3 de lampjes heen. In het rechterplaatje zijn 3 lampjes parallel getekend, de stroom zal zich splitsen voordat het door een lampje gaat.

Serie Parallel

+-

+-

32

F – Serieschakeling.

Wanneer er in een serieschakeling een lampje uitvalt dan gaan de andere lampjes ook uit, omdat de stroom niet meer door kan. De stroomkring is dan niet meer gesloten. Wanneer er een lampje uitvalt bij een Parallelschakeling, dan is de stroomkring nog steeds gesloten en kan de stroom nog steeds door de andere lampjes. Deze zullen dan gewoon blijven branden.

Stroomsterkte in een Serieschakeling.Wanneer we een stroom laten lopen door een Serieschakeling dan is de stroomsterkte in de hele stroomkring gelijk. Het maakt niet uit waar je stroomsterkte gaat meten, overal is deze even groot.In Natuurkundige termen zeggen we;de stroomsterkte is constant.

I = constant Itotaal= I1= I2= I3

Itotaal wordt ook wel Ibron genoemd

II

I

I1 2 3

totaal

33

F – Serieschakeling.

Spanning bij Serieschakeling.De spanning die over de componenten staat kan wel verschillen, dit is afhankelijk van de weerstand van ieder component. De spanning van alle componenten bij elkaar opgeteld is de totale spanning.

Utotaal = U1+U2+U3+…

Bekijk onderstaand filmpje over het oplossen van sommen met serieschakelingen (klik in het zwarte vlak). Wanneer het filmpje niet werkt kun het ook HIER bekijken.

U

U1 2 3

totaal

U U

34

F – Serieschakeling.

Weerstanden in serieschakeling.

Wanneer we weerstanden bekijken bij serieschakeling dan kun de totale weerstand heel gemakkelijk berekenen. Je mag namelijk alle weerstanden in de schakelingen bij elkaar optellen dan heb je de totale weerstand.

Rtot=R1+R2+R3

Bekijk de voorbeeldsom in de samenvatting om het huiswerk goed te kunnen maken. In de samenvatting wordt stap voor stap het uitwerken van sommen behandeld.

Samenvatting kun je HIER vinden.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6F via Teletop.

R1 R2 R3

35

G – Parallelschakeling.

In de vorige paragraaf hebben we gezien wanneer een schakeling ‘serie’ wordt genoemd en wanneer ‘parallel’. In deze paragraaf gaan we kijken naar de stroomsterkte en spanning bij een parallelschakeling, net zoals we dat in de vorige paragraaf hebben gedaan bij een serieschakeling.

Het grote verschil van een parallelschakeling met een serieschakeling is dat er bij een parallelschakeling meerdere stroomkringen zijn te onderscheiden.

Hieronder zijn de verschillende stroomkringen weergegeven. Iedere stroomkring is apart gekleurd. De stroom door het bovenste lampje volgt de roze route, de stroom door het onderste lampje de groene route en de stroom door de weerstand (component in het midden) de bruine route.

36

G – Parallelschakeling.

Wanneer we in een parallelschakeling ieder component gaan bekijken zijn er een aantal eigenschappen heel belangrijk.

Omdat er meerdere stroomkringen zijn, is: De stroomsterkte in de stroomkringen verschillend. De spanning over ieder component hetzelfde. Als er één onderdeel uitvalt of kapot gaat werkt de rest nog steeds.

Spanning bij een parallelschakeling.Met een voltmeter meet je de spanning over ieder component en zul je zien dat over ieder component dezelfde spanning staat. Ook de totale spanning (Utotaal) is hetzelfde.

Utotaal = U1 = U2 = U3

U2

U3

U1

Utotaal

37

G – Parallelschakeling.

Stroomsterkte bij parallelschakeling.De stroomsterkte kan verschillen per component in een parallelschakeling. Om deze uit te rekenen moet je voor iedere component de wet van Ohm gaan gebruiken. Wanneer je de totale stroomsterkte wil weten, mag je de stroomsterktes van alle losse componenten bij elkaar optellen.

Itotaal = I1+I2+I3+…

Bekijk onderstaande film om te zien hoe je berekeningen aanpakt bij een parallelschakeling (klik in het zwarte vlak). Wanneer het filmpje niet werkt kun je het ook HIER bekijken.

I1 I2 I3

It

38

G – Parallelschakeling.

Weerstand bij parallelschakeling.

Om een totale weerstand te berekenen bij een parallelschakeling zul je meer moeite moeten doen dan bij een serieschakeling. Bij een serieschakeling hoefde je alle weerstanden maar bij elkaar op te tellen, bij een parallelschakeling gaan we “omgekeerd” optellen.

Om omgekeerd op te tellen krijg je deze formule gegeven:

Je vult hierbij R1, R2, R3 etc. in de formule in en je houdt breuken over. Als je niet meer weet hoe je Rv kunt uitrekenen wanneer je deze breuken hebt kun je dat opzoeken in de samenvatting.

Bekijk de voorbeeldsom in de samenvatting om het huiswerk goed te kunnen maken. In de samenvatting wordt stap voor stap het uitwerken van sommen behandeld.

Samenvatting kun je HIER vinden.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6G via Teletop.

1RV

=1R1

+1R2

+1R3

+enz.

39

H – Gecombineerde schakeling.

Tot nu toe zijn serieschakelingen en parallelschakelingen altijd apart bekeken. Maar de meeste schakelingen die worden gebruikt bestaan niet uit alleen serie of parallel geschakelde componenten maar uit een mix hiervan. We noemen dit een gecombineerde schakeling.

Hier rechts is een gecombineerde schakelingweergegeven. Het zijn 2 lampjes (nr. 1+2) dieparallel geschakeld zijn. Samen staan deze lampjes in serie met de weerstand hier rechts.

Om aan een gecombineerde schakeling te kunnen rekenen, moet je eerst gaan kijken welke componenten in serie met elkaar staan en welke componenten een parallelschakeling met elkaar vormen.

Wanneer je dat gelukt is kun je een parallelschakeling in gedachte vervangen door een vervangingscomponent (vaak wel vervangingsweerstand genoemd).

Dan hou je een schakeling over waarbij alle onderdelen in serie met elkaar staan. Deze zou je zonder problemen moeten kunnen oplossen.

1

2

1

2

1 en 2

40

1RV

=1R1

+1R2

+1R3

+enz.

H – Gecombineerde schakeling.

Om een vervanging te vinden moet je een aantal zaken onthouden:Alleen weerstanden mag je vervangen, je zult dus altijd eerst de weerstand moeten uitrekenen. Weerstanden in serie mag je optellen. Weerstand parallel moet je “omgekeerd optellen” .

Serie: Parallel:

(RV = R1+R2+R3+enz.)

Om goed te zien hoe je bij een parallelschakeling een vervangingsweerstand uitrekent kun je het onderstaand filmpje bekijken. (klik in het zwarte vlak)Wanneer het filmpje niet werkt kun je het ook HIER bekijken.

41

H – Gecombineerde schakeling.

Voorbeeldsom.

Geef bij elk component van onderstaande afbeelding de spanning, stroomsterkte en weerstand.

Dit lijkt erg moeilijk, zeker omdat je bij zo een opgave “door het bomen het bos niet meer ziet”. Je moet hiervoor iedere keer bij het begin beginnen en de basisregels toepassen die je de afgelopen paragrafen hebt geleerd.

De som wordt uitgewerkt in het onderstaand filmpje. (klik in het zwarte vlak)Wanneer het filmpje niet werkt kun je het ook HIER bekijken.

10 Ω

0,2 A

9V

6V

42

H – Gecombineerde schakeling.

Je zou nu aan het laatste huiswerk van deze module kunnen beginnen. Wanneer je graag nog een extra uitleg wil hebben over het oplossen van een gecombineerde schakeling, dan kun je eerst onderstaand filmpje bekijken. (klik in het zwarte vlak)

Ook zijn in de samenvatting meerdere sommen geheel uitgewerkt.

Wanneer het filmpje niet werkt kun je het ook HIER bekijken.

Samenvatting kun je HIER vinden.

Je kunt nu beginnen aan de opdrachten 6H via Teletop.

43

Extra: Relais.

Deze paragraaf is voor de mensen die nog geïnteresseerd zijn om wat extra te weten te komen. Deze paragraaf zal NIET worden getoetst op het proefwerk.

Tijdens deze extra stof gaan we het hebben over een Relais en zullen stap voor stap gaan bekijken wat een Relais is.

Wat is een Relais? Een Relais is een door een elektromagneet bediende schakelaar. Het is een eenvoudige maar zeer veelgebruikte component in elektrische schakelingen.Hoe werkt een relais?In een relais is koperdraad om een ijzeren staafje gedraaid. Wanneer er door de draad stroom gaat lopen zal het ijzeren staafje magnetisch worden. Aan het uiteinde van dit ijzeren staafje zit een ijzeren plaatje wat aangetrokken wordt als het staafje magnetisch wordt.

Hierdoor worden er onder het plaatje 2 contacten met elkaar verbonden net zoals bij een schakelaar.

44

Extra: Relais.

Welk symbool is een Relais?

Aan de linkerkant (bij de spoel) sluit je stroomkring A aan. Wanneer deze stroomkring sluit, zal deze de elektromagneet activeren en trekt aan het schakelaartje in stroomkring B (stippellijn).

Hoe werkt een Relais in een schakeling?

Als er een relais gebruikt wordt, zijn er altijd 2 stroomkringen, de “stuurkring” B en de “verbruikerskring” A. Als de schakelaar 1 (S1) gesloten wordt dan wordt het ijzer in de het relais magnetisch. Hierdoor trekt hij schakelaar 2 (S2) automatisch dicht. De 2e stroomkring wordt dus gesloten en in dit voorbeeld gaat dan de motor (M) werken.

M

S1

A

B

S2

45

Extra: Relais.

Waarom dan niet de hiernaast staande schakeling?

Een motor (b.v. ruitenwissermotor auto) heeft meestal een groot vermogen, het gevolg hiervan is dat er een grote stroom doorheen gaat. De meeste schakelaars aan het stuur zijn klein en daar kan geen grote stroom doorheen, anders branden deze door.

Een relais bied de oplossing, door schakelaar S1 gaat een “kleine stuurstroom” waardoor S2 gesloten wordt en de motor gaat werken. S2 is een schakelaar waar wel veel stroom doorheen kan.

Deze relais bevinden zich vaak onder de motorkap of onder het dashboard en je hoort ze vaak “klikken”.

M

S

46

Extra: Relais.

Hoe gebruiken we een Relais in een schakeling?

Een Relais gebruiken we zoals al gezien om met schakeling A schakeling B te doen openen of sluiten. Wanneer we gaan kijken kom je het Relais vaak tegen bij schakelingen waarbij je met een kleine stroomsterkte een stroomkring wil (de)activeren met een grote stroomsterkte. Het beste voorbeeld hiervan is een startrelais van de auto. Wanneer je de auto probeert te starten draai je aan de sleutel. In deze schakeling is dan ook een relais opgenomen die vervolgens alle andere systemen in de auto uitzet, zodat de startmotor het volle vermogen van de accu kan benutten.

In het schakelschema hieronder wordt een Relais gebruikt om een bel te doen bellen. De bel werkt op een spanning van 230V, maar wordt aangestuurd met een schakelaar die maar 12V aan spanning nodig heeft.

47

Practica.

Hieronder zijn een aantal practica te vinden die goed aansluiten bij deze module. Wanneer er een practicum wordt uitgevoerd, zal dit van tevoren duidelijk worden aangegeven en kun je deze hier vinden:

Practicum 1:Water als geleider.

Practicum 2:De volta-batterij.

Practicum 3:De citroen-batterij.

Practicum 4:De hand-batterij.

Practicum 5:Schakelingen tekenen en bouwen.

Practicum 6:Wet van Ohm.