Hoofdstuk 1

Samenvatting natuurkunde H1 elektrischetijd

1.1

Elektrische tijd is een verzamelnaam voor alle verschijnselen die te maken hebben met elektrische energie, spanning en stroom.

1.2

in het geel hebben moleculen en atomen geen elektrische eigenschappen. We noemen ze elektrisch neutraal. Een atoom heeft een kern. Om die kern heen bewegen elektronen. De elektrische eigenschap van een voorwerp geven we aan met de grootheid Q en de eenheid C. een atoom is in het geheel neutraal, de kern en elektronen niet. Protonen zijn positief en de elektronen zijn negatief. Door bijvoorbeeld botsingen kan een atoom elektronen verliezen of opnemen. Er ontstaan geladen deeltjes die vrij kunnen bewegen. Een ion is een atoom dat een of meer elektronen te veel of te weinig heeft.
Een neutraal atoom bestaat uit een positief geladen kern met elektronen er omheen met een even grote negatieve lading. positieve en negatieve lading trekken elkaar aan. Door deze elektrische aantrekkingskracht blijven kern en elektronen bij elkaar. De kleinste lading die er bestaat is de elementaire lading e: 1.60*10-19 C. de lading van een elektron is -1.60*10-19 C.


In een geleider kunnen de buitenste elektronen van twee naast elkaar gelegen atomen makkelijk van het ene naar het andere atoom gaan. Dat heeft een elektrische stroom tot gevolg als de geleider aangesloten is op een spanningsbron. In een isolator zijn de buitenste elektronen vrij vast gebonden aan de kern. Er is nauwelijks een mogelijkheid voor de elektronen om van het ene atoom naar het andere te gaan. In een isolator kan dus nauwelijks stroom lopen.
De elektronenstroom gaat van de negatieve pool van de spanningsbron via het apparaat naar de positieve pool.
Het ladingstransport in een geleider gebeurt door de buitenste elektronen in de atomen. Door de geleider aan te sluiten op een spanningsbron stromen deze elektronen in de richting van de positieve pool van de bron. Deze elektronenstroom heeft een tegengestelde richting als de elektrische stroom I. een stroomsterkte van 1A betekent 1 C/s.

1.3

De spanning zegt iets over de energie die de bron kan leveren.
De spanning U (in V) van een elektrische energiebron is de elektrische energie E (in J) die de bron aan 1 C lading mee kan geven.
Het vermogen is het tempo waarin de elektrische energie door een apparaat wordt omgezet.
Op ieder elektrisch apparaat staat aangegeven hoeveel elektrische energie het per seconde omzet: het vermogen P van het apparaat. Dat is ook het vermogen dat de bron levert.
E = P*t
E= de omgezette energie in J
P= het vermogen in W (1 W = 1J/s)
t = tijdsduur in seconde

(J=W*s…… J=kWh…..)

Pel = U*I
Pel = het elektrisch vermogen in W
U = de spanning in V
I= stroomsterkte in A

1 kilowattuur is de energie die een apparaat met een vermogen van 1000 W in 1 uur omzet. Er geldt: 1 kWh = 3.6*10 6 J.

Het percentage van de toegevoegde energie dat omgezet wordt in nuttige energie. De toegevoegde energie Ein in de energiesoort die je in een energie omzetter moet stoppen om deze te laten werken. De nuttige energie Enuttig is de energiesoort waarvoor je het apparaat wilt gebruiken.

de verhouding tussen Enuttig en Ein (in %) noemen we het rendement (ook wel nuttig effect)met als symbool de griekse letter η
voor het rendement van een energieomzetting geldt:
η = Enuttig Pnuttig
------- x 100 % = ------- x 100%
Ein Pin

De toegevoegde energie is te berekenen met de formule Ein = Pin * t.
Bij een elektrisch apparaat komt Pin overeen met het elektrisch vermogen Pel dat op het apparaat staat vermeld.

1.4

Elektrische onderdelen noemen we ook wel componenten. De stroomsterkte door een apparaat meet je met een stroommeter. Stroommeter staat in serie met het apparaat. We noemen de meter een ideale stroommeter als hij zelf de stroomsterkte in de schakeling beïnvloedt.
De spanning kun je meten met een spanningsmeter. De spanningsmeter moet parallel staan aan het apparaat waarover de spanning wordt gemeten. Een ideale spanningsmeter beïnvloedt zelf de spanning in de schakeling niet.
Met een multimeter kun je zowel spanningen als stromen meten in verschillende bereiken.

Een stroommeter sluit je in serie aan op het apparaat waardoor je de stroomsterkte wilt meten. Een spanningsmeter sluit je parallel aan op het apparaat waarover je de spanning wilt meten. Multimeters gebruik je als spannings- en als stroommeter. Bij elk meetinstrument geldt: kijk goed naar de manier van aansluiten en het bereik.
We spreken van een onvertakte stroomkring als er maar een weg is van de plus-pool naar de min-pool van de spanningsbron. De stroomsterkte in een onvertakte stroomkring is overal hetzelfde. Bij een open schakelaar loopt er geen stroom door de kring. Er staat dan geen spanning over de componenten. Over de geopende schakelaar zelf staat de totale spanning. van de bron.

1.5

De formule van Ohm luidt:
U
R=---
I

R: de weerstand van het apparaat in
U: Spanning over het apparaat in V
I: de stroomsterkte door het apparaat in A
een recht evenredig verband tussen twee grootheden X en Y kun je op een aantal manieren opschrijven:

-de grafiek in het diagram van X en Y is een rechte door de oorsprong.
-Als je X 3x zo groot maakt wordt Y ook 3x zo groot.
-Voor X en Y geldt een formule van de vorm:
Y = c*X of Y:X = c

de wet van Ohm luidt:
De stroomsterkte door een draad is recht evenredig met de spanning over de draad zolang de weerstand van de draad constant blijft. in formule:

U:I = constante
waarbij constante de weerstand voorstelt.

1.6

in elke meetwaarde zit een meetonzekerheid.
de uitkomst van een meting is een benadering van de werkelijke waarde van een grootheid. Hoeveel die werkelijke waarde meer of minder kan zijn dan de gemeten waarde heet de onzekerheid in die meting.

Als je een grootheid door vermenigvuldigen en/of delen moet berekenen uit gemeten waarden, dan is het aantal significante cijfers in de uitkomst gelijk aan het kleinste aantal significante cijfers dat je in de berekening gebruikt hebt.

het antwoord op een vraag met een berekening:
 de laatste regel van een berekening is jou antwoord
 ga na of het antwoord de goede orde van grootte heeft
 gebruik de volgorde: grootheid = getal * eenheid
 controleer of grootheid en eenheid bij elkaar horen.
 ga na of je het juiste aantal significante cijfers hebt gegeven.

1.7

een cirkelvormig oppervlak bereken je met een formule A= π * R² R is de straal en gelijk aan de halve diameter
Omgekeerd recht evenredig verband noem je iets als de doorsnede n x zo groot wordt, dan wordt de weerstand n x zo klein.

De weerstand van een dergelijke 'draad' noemen we de soortelijke weerstand.
R = ρ* l:A

R: weerstand van de draad in Ω
l : de lengte van het stuk draad in m
A: de oppervlakte van de doorsnede in m²
ρ : de soortelijke weerstand van het materiaal in Ω * m

Er bestaan ook materialen, de zogenaamde halfgeleiders, waarvan de grootte van de weerstand afhangt van de hoeveelheid licht die erop valt.

1.8

apparaten kun je op twee manieren schakelen:
 In serie (achter elkaar); de verbinding bestaat uit een draad.
 Parallel (naast elkaar) er zijn twee verbindingsdraden nodig.

De hoofdstroom is de stroom die de spanningsbron bij de pluspool verlaat, zijn elektrische energie afgeeft in een of meer componenten, en weer terugkeert naar de bron. Als apparaten gebruik je ohmse weerstanden.

In een serieschakeling zijn de weerstanden achter elkaar geschakeld. De spanning van de bron wordt over de weerstanden verdeeld. Hoe meer weerstanden hoe kleiner de hoofdstroom en hoe kleiner de spanning over een weerstand. De stroom is door alle weerstanden even groot. Over de kleinste weerstand staat de kleinste (deel)spanning.

In een parallelschakeling zijn de weerstanden naast elkaar geschakeld. Over elke weerstand staat dezelfde spanning. De stroom vanuit de bron verdeelt zich over de verschillende weerstanden. Hoe meer weerstanden, hoe groter de hoofdstroom. Door de kleinste weerstand gaat de grootste (deel)stroom.


De vervangingsweerstand van weerstanden in serie is te berekenen met:
Rv= R1 + R2 + R3 +…. enzovoort

De vervangingsweerstand van parallel geschakelde weerstanden is te bereken met:
1:Rv = 1:R1 + 1:R2 + 1:R3… enzovoort

1.9

Gelijkstroom is dat elektrische stroom altijd in dezelfde richting loopt (van de plus naar min)de bijbehorende spanningsbron is een gelijkspanningsbron.
Wisselstroom is stroom die niet telkens in dezelfde richting gaat, maar regelmatig van richting verwisselt.
Voor het wisselen van de stroomrichting is een wisselspanning nodig. Van kortsluiting is sprake als er een weerstandloze verbinding is tussen polen van een spanningsbron. Of: verschijnsel dat optreedt bij een verbinding met zeer kleine weerstand tussen een punt en de aarde als tussen dat punt en de aarde een spanning staat.