Hoofdstuk 2 (elektriciteit)

Natuurkunde H2 elektriciteit samenvatting:

Lading is een grootheid met symbool Q, de eenheid is coulomb met symbool C.

Er zijn 2 soorten lading: positieve en negatieve lading. Gelijksoortige ladingen stoten elkaar af, ongelijksoortige ladingen trekken elkaar aan.

Een elektrische stroom is een stroom elektronen. Voor de sterkte va de stroom geldt:

I = Q : t

Met I wordt bedoelt: de stroomsterkte in A (1 A = 1 C/s)

Met Q: de lading in C

t: de tijd in s

___________________________________________________________________________

In de gloeidraad van een lamp passeert 200 mC lading gedurende 12 s. Bereken de stroomsterkte in twee significante cijfers.

Uitwerking:

Q = 200 mC = 0,200 C; t = 12 s

I = Q : t à 0,200 : 12 = 0,017 A (of I = 17 mA, of I = 1,7 · 10^-2 A)

-Elke stof bestaat uit kleine bouwstenen: moleculen.

-Elke stof heeft zijn eigen molecuulsoort.

-De meeste moleculen bestaan uit 2 of meer atomen die bij elkaar blijven.

-Metalen bestaan uit atomen.

-Er zijn ruim 100 verschillende atoomsoorten.

-Elke atoomsoort heeft zijn eigen naam, symbool en nummer.

Een atoom is elektrisch neutraal. Een atoom bestaat uit bewegende kleine, negatief geladen elektronen om een zware, positief geladen kern.

In een geleider kan lading gemakkelijk worden doorgegeven omdat de elektronen gemakkelijk van atoom naar atoom kunnen gaan. Een elektrische stroom bestaat uit grote aantallen elektronen die door het atoomrooster bewegen.

In een isolator wordt nauwelijks lading doorgegeven.

De richting van de elektronenstroom door een draad is tegengesteld aan die elektrische stroom I.

Stroommeter eigenschappen:

 -De stroommeter staat voor of achter het onderdeel waardoor de stroom gaat.

 -Je schakelt een stroommeter als het ware in 1 draad.

 -De plusaansluiting van de meter staat het dichtst bij de positieve pool van de spanningsbron.

 -In een draad die niet splitst is de stroomsterkte steeds hetzelfde.

 -De hoofdstroom krijg je door de deelstromen bij elkaar op te tellen.

___________________________________________________________________________

De stroomsterkte door een constantaandraad is omgekeerd evenredig met de lengte

van die draad. Er geldt:

-Als de lengte l, 2x zo groot wordt, wordt de stroomsterkte I, 2x zo klein.

-De grafiek in het I, l-diagram is een kromme, dalende lijn.

Door een draad van 25 cm gaat een stroom met I = 2,4 A.

a)      Bereken de stroomsterkte door 1,25 m lange draad van hetzelfde materiaal in 2 significante cijfers.

b)      Wat moet je daarbij aannemen?

Uitwerking:

a)      125 cm is 125 : 25 = 5x zo veel als 25 cm. De nieuwe draad is dus 5,0x zo lang. Omdat I en l omgekeerd evenredig zijn, is de stroomsterkte 5,0x zo klein. De

nieuwe stroomsterkte is

2,4 : 5,0 = 0,48 A.

b)      Je neemt aan dat de aanwijzing van het spanningskastje niet verandert.

De spanning U van een spanningsbron is de elektrische energie die deze bron in 1 s aan een stroom van 1 A meegeeft. De eenheid van spanning is volt (V).

___________________________________________________________________________

Een fietslampje is aangesloten op een dynamo die een spanning van 2,5 V levert. Bereken de elektrische energie die deze bron meegeeft aan een stroom van:

a)      2 A gedurende 1 s fietsen.

b)      0,3 A gedurende 1 minuut fietsen.

c)      40 mA gedurende een half uur fietsen.

Uitwerking:

Elke seconde wordt aan I =1 A een elektrische energie van 2,5 J meegegeven.

a)      Aan 2 A wordt dus 2,5 x 2 = 5,0 J elektrische energie meegegeven.

b)      Aan 0,3 A wordt per seconde 2,5 x 0,3 = 0,75 J meegegeven. Na een minuut is dat 0,75 x 60 = 45 J.

c)      Aan 40 mA = 0,040 A wordt elke seconde 0,040 x 2,5 = 0,10 J meegegeven. Na een half uur (=30 min. =1800 s.) is dat 0,10 x 1800 = 1,8 · 10^2 J.

Spanningsbronnen  verschillen in grootte van de spanning (laagspanning en hoogspanning) en in het al of niet wisselen van de polen van de spanning (gelijkspanning of wisselspanning). De wisselspanning van het stopcontact is 230 V.

Bij spanningsbronnen in serie is de totale spanning de som van de aparte spanningen. Bij spanningsbronnen die parallel geschakeld zijn, is de spanning hetzelfde.

Bij een parallelschakeling is de spanning constant. De hoofdstroom is even groot als alle deelstromen bij elkaar. Er geldt: Ihoofd  = I1 + I2 + I3 +…

In een huis zijn elektrische apparaten in groepen verdeeld. Een zekering zorgt ervoor dat de hoofdstroom in een groep niet te groot wordt.

___________________________________________________________________________

In een keuken zijn 1 friteuse (7,9 A), 1 waterkoker (4,2 A) en 1 lamp (0,6 A) ingeschakeld. De groep is gezekerd met een zekering die smelt bij 16 A. Bereken of je nog een broodrooster (3,9 A) kunt inschakelen.

Uitwerking:

Er geldt: Ihoofd = I1 + I2 + I3 + … à 7,9 + 4,2 + 0,6 + 3,9 = 16,6 A.

Dat is meer dan 16 A, dus de zekering zal smelten. Je kunt dus geen broodrooster inschakelen.

Behalve een spanningsbron gebruik je in schakelingen vaak de volgende componenten:

een schakelaar, stroom (ampere)- en spanning (volt) meters, weestandjes en lampjes.

Het verband tussen de spanning en stroomsterkte bij een constantaandraad en bij een weerstandje is recht evenredig.

U : I = R

Met U: de spanning in V

        I: de stroomsterkte in A

        R: de weerstand in Ω

___________________________________________________________________________

Een constantaandraad is aangesloten op een batterij van 12 V. Door de draad gaat een stroom met een sterkte van 0,027 A.

a)      Bereken de weestand van de draad.

Je sluit de draad aan op een batterij van 6,0 V.

b)      Leg uit wat er met de weerstand van de draad gebeurt.