Hoofdstuk 3, Elektriciteit 1

3.1 Lading en stroom

Elektrische lading kan positief of negatief zijn. Gelijke ladingen stoten elkaar af (++), tegenovergestelde ladingen trekken elkaar aan (+-)

Elektronen: zeer kleine negatief geladen deeltjes om een atoom.

Protonen: positieve deeltjes uit de kern van een atoom

Neutronen: neutrale deeltjes uit de kern van een atoom

Statisch geladen: overschot aan negatieve lading.

Elektronen bewegen door een draad van de minpool naar de pluspool (elektrische stroom)

In een batterij gaan de elektronen van de pluspool naar de minpool.

Geleider: (metaal) hierin kunnen elektronen bewegen, omdat de buitenste elektronen maar zwak aangetrokken worden tot de kern (vrije elektronen)

Isolator: (plastic) elektronen kunnen niet vrij bewegen.

I=Q/t (Q is lading in Coulomb)

1 Ampère is 1 Coulomb per seconde.

 

3.2 Spanning en stroomsterkte

U=E/Q       1 V=1 J/C

Spanningsbron (batterij/accu)  → spanning bij elkaar optellen

Ampèremeter  → opnemen in de stroomkring

Voltmeter → om het gemeten object plaatsen (meet spanning voor en na )

3.3 Geleidbaarheid en weerstand

Geleidbaarheid (G) gaat in siemens (S)

Ampèremeter heeft een zeer kleine weerstand en de voltmeter een zeer grote.

Serieschakeling: Stroomsterkte overal gelijk, spanning van de bron wordt gedeeld.

Paralelschakeling: overal zelfde spanning van de bron, stroomsterkte wordt verdeeld.

3.4 De wet van Ohm

R= U/I    =  U= I x R

De wet van ohm: R=U/I , spanning verdubbeld, stroomsterkte verdubbeld →recht evenredig.

Geleidbaarheid is het omgekeerde van weerstand, dus het kan ook:

G=1/R en G=I/U

Niet elk materiaal voldoet aan de wet van ohm, dan kun je de formule gebruiken.

Ohmse weerstand: Een ‘gewone’ weerstand; spanning en stroomsterkte zijn recht evenredig, (weerstand blijft constant)

 

3.5 Energie en vermogen

Chemische reactie (batterij) → elektrische energie

Chemische energie uit brandstoffen (elektriciteitscentrale) → elektrische energie

Kernenergie (kerncentrale) → elektrische energie

Zwaarte energie door stuwmeer (waterkrachtcentrale) → elektrische energie

Elektrische Energie → (lamp) stralingsenergie en warmte

Elektrische Energie → (ventilator) bewegingsenergie

P=E/t     

P=U x I

Energie in Joule of in kWh

Hoofdstuk 9, Elektriciteit 2

9.1 Elektriciteit, opgewekt en opgeslagen

Elektriciteitscentrale:

  1. Warmte wordt geproduceerd door verbranding van fossiele brandstoffen ( steenkool, gas, olie) of door kernreacties in een kerncentrale.
  2.  In de ketel wordt water verhit met de warmte tot waterdamp onder hoge druk.
  3. De stoom van de waterdamp drijft een turbine aan, die verbonden is met de generator (dynamo)
  4. Na de generator zit een transformator die de opgewekte spanning verhoogt.
  5. Via hoogspanningsleidingen wordt de elektriciteit verdeeld over het land.

 

Waterkrachtcentrales wekken energie op met stromend water, het water drijft de generator aan die elektriciteit opwekt.

Zonnepanelen:

  •  Zonnecellen: van zonlicht naar elektriciteit
  •  Zonnecollectoren: maakt water warm

Bij het opwekken van elektriciteit komt door verbranding van brandstof veel warmte vrij. Vaak gaat de warmte verloren. De warmte wordt nuttig gebruikt bij de warmtekrachtkoppeling (WKK).

Thuis wordt de HR-ketel gebruikt, door gas te verbranden wek je elektriciteit op, de restwarmte daarvan gebruik je voor de verwarming.

Stroom door een spoel → magneet → elektromagneet

In een spoel een draaibare magneet → elektromotor

Door een spoel laat je een stroom lopen die steeds van richting veranderd, hierdoor veranderd het magneetveld in de spoel ook steeds van richting. Hierdoor trekt hij de draaibare magneet aan en stoot hem af.

Omgekeerde kan ook, de magneet bewegen zodat de stroom in de spoel beweegt → inductie

Als de magneet stopt, verdwijnt de spanning. Door de magneet te draaien krijg je een wisselede spanning in de spoel. Zo werkt ook de generator.

Een transformator werkt op het principe van de elektromagneet als van inductie.

Transformator: primaire + secundaire spoel, verbonden door een ijzeren kern.

Primaire spoel: aangesloten op wisselspanning (stroom veranderd steeds van richting)

De ijzeren kern in de elektromagneet versterkt het magneetveld zodat er ook een wisselend magneetveld in de secundaire spoel ontstaat.

Door het aantal windingen te kiezen kun je de spanning verhogen of verlagen.

Elektriciteit die geproduceerd wordt, moet direct weer gebruikt worden. Je kunt energie wel omzetten in een vorm die je kunt bewaren zoals zwaart-energie (stuwmeer) of chemische energie (accu).

9.2 Elektriciteit veilig in huis

Fasedraad: bruine draad (wisselspanning van 230 V)

Nuldraad: blauwe draad (geen spanning)

Aardedraad: geel/groene draad (verbonden met de aarde)

Kilowattuurmeter: houdt bij hoeveel elektrische energie is gebruikt.

Hoofdschakelaar: kan de spanning in het hele huis uitgeschakeld worden.

Schakeldraden: de draden tussen schakelaars en lampen (alleen spanning op als de schakelaar is aangesloten)

De elektrische installatie in huis is onderverdeeld in groepen.

Gevaar elektriciteit: Brand en stroom door je lichaam.

Overbelasting: als er meer dan de maximale stroomsterkte (meestal 16 A) door één groep loopt, als dat gebeurd kunnen de draden te heet worden.

Overbelasting: als er meer dan de maximale stroomsterkte (meestal 16 A) door één groep loopt, als dat gebeurd kunnen de draden te heet worden.

Zekering: schakelt de groep uit als er overbelasting plaatsvindt. Elke groep heeft eigen zekering.

Kortsluiting: als de stroom zonder weerstand van de fasedraad naar de nuldraad loopt. De stroomsterkte wordt dan veel te groot, de zekering reageert onmiddellijk.  Kortsluiting gebeurt als twee stroomdraden elkaar raken.

Smeltveiligheid (stop): zekering in een oude meterkast met een dun draadje, smelt door bij een te hoge stroomsterkte.

Aardlekschakelaar: controleert of de stroomsterkte die het huis in gaat evenveel is als die het huis verlaat via de nuldraad. Gaat uit als het verschil groter is dan 30 mA.

Randaarde: verbindt met de aardedraad, aardedraad verbindt zich met de aarde.

Dubbele isolatie: apparaat met aan de buitenkant isolerende kunststof, stekker past overal in.

9.3 Weerstanden in soorten

Weerstand van een stroomdraad hangt af van het materiaal, lengte en dikte.

Oppervlakte = doorsnede (NIET DE DIAMETER)

Doorsnede = oppervlakte ( m2 )

Diameter = middenlijn ( m )

A=π x r2

Soortelijke weerstand: de weerstand van een materiaal van 1m lang en een doorsnede van 1m2.

Soortelijke weerstand (ρ,rho) in  ohmmeter (Ωm)

R = ρ x L/A     (R=24, ρ=4,L=12,A=2) ombouwen.

Geleiders: stoffen met een kleine soortelijke weerstand (metalen)

Isolatoren: stoffen met zeer grote soortelijke weerstand (glas, porselein, rubber)

Halfgeleider: tussen grote en kleine soortelijke weerstand in (silicium, germanium)

Ohmse weerstand: voldoet aan de wet van Ohm; als de spanning verdubbeld, verdubbeld de stroomsterkte. Weerstand is constant.

PTC-weerstand(positieve temperatuur coefficient: weerstand waarbij de weerstand toeneemt als de temperatuur toeneemt.

NTC-weerstand (negatieve temperatuur coëfficiënt): weerstand waarbij de weerstand afneemt als de temperatuur toeneemt.

LDR (light dependent resistor) : weerstand waarbij de waarde afhangt van de hoeveelheid licht die erop valt. Hoe meer licht, hoe minder weerstand. (schemerschakelaar)

Variabele/schuif weerstand: weerstand waarbij je de grootte met een knop in kunt stellen (radio)

Diode: onderdeel dat de stroom slechts in één richting doorlaat.

Gelijkrichter: maakt van wisselstroom gelijkstroom. Hierbij wordt een diode toegepast.

Led (light emitting diode) : een diode die licht geeft als er stroom door gaat. Leds gebruiken weinig energie, gaan lang mee en kan in allerlei kleuren.

9.4 Serie en parallel

Serieschakeling: schakeling met maar één stroomkring, verbreek je deze, doet niets het meer. Stroomsterkte is in beide lampjes gelijk, spanning is verdeeld.

U= I x R

Vervangingsweerstand: de totale weerstand in een schakeling

Serieschakeling:

  1. Stroomsterkte overal gelijk
  2. Totale spanning wordt verdeeld (U totaal = U1 + U2 + U3 + …)
  3. De deelspanningen zijn recht evenredig met de weerstandswaarden ( U1: U2 : … = R1: R2:  …)
  4. De vervangingsweerstand is de som van alle weerstanden (R totaal = R1 + R2 + R3 + …)

Elektrische apparaten in huis worden altijd parallel geschakeld, elk apparaat heeft zijn eigen stroomkring.

G totaal van een parallelschakeling = G1 + G2 + G3 + …

Bij een parallelschakeling moet je altijd de weerstand omrekenen naar geleidbaarheid met G = 1/R

 

Parallelschakeling:

  1. Spanning overal gelijk
  2. Totale stroomsterkte wordt verdeeld (I totaal = I1 + I2 + I3 + …)
  3. Takstromen zijn evenredig met de geleidbaarheid van de takken ( I1 : I2 = G1 : G2)
  4. Totale geleidbaarheid ( G totaal = G1 + G2 + G3 + …)

Met een computer kun je via een interface een spanning meten. Daarbij meet je vaak aan een vaste weerstand die in serie met een variabele weerstand staat.

Bij een gecombineerde schakeling gebruik je zowel de regels voor serie als voor parallel.

REACTIES

Log in om een reactie te plaatsen of maak een profiel aan.