Hoofdstuk 4

§ 4.1 Inleiding Deze paragraaf is een soort inleiding van het hoofdstuk. In welk stopcontact je thuis de stekker stopt van een apparaat, maakt niet uit. Bij elk stopcontact zijn ze verbonden met het lichtnet. In dit hoofdstuk bouw je, je kennis voort die je al van elektrische stromen hebt. Ook leer je dat elektriciteit nodig is om een geluidsspreker geluid te laten geven. Je herhaalt ook een deel van hoofdstuk 4. § 4.2 Elektrische stroom Het lichtnet is de energiebron, een aftakking van een elektriciteitscentrale. Door een schakelaar in te drukken gaat er elektrische stroom lopen. De stroom voert elektrische energie naar het apparaat. Daarna gaat de stroom door het apparaat en daarbij wordt elektrische energie omgezet in bijvoorbeeld warmte of licht. Als laatst gaat de stroom. Zonder elektrische energie weer terug naar de energiebron. De stroomsterkte geven we aan met het symbool I. De eenheid die daarbij hoort is de ampère (symbool A). Kleine stromen worden aangegeven in milliampère (mA). 1 A = 1000 mA. Stroommeter

Als we zeggen dat de stroommeter in serie is geschakeld met een lamp bedoelen we ermee.. Een stroommeter meet de stroomsterkte door een apparaat, bijvoorbeeld een lamp. Diezelfde stroom gaat ook door de meter deze moet vlak voor of vlak na de lamp staan. Er is dan één tussen meter en lamp. Parallel schakelen
Bij parallelschakeling stromen BV radiatoren en lampen naast elkaar. Door de energiebron gaat hoofdstroom. De hoofdstroom splitst zich weer in verschillende deelstromen. Een apparaat staat parallel geschakeld als je een extra apparaat naast de bestaande apparaten plaatst. Daarvoor gebruik je twee extra verbindingsdraden. Wanneer op een elektrische energiebron een extra apparaat wordt aangesloten, komt er een deelstroom bij. De andere deelstromen blijven gelijk. De hoofdstroom door de bron wordt groter. De hoofdstroom is de som van de deelstromen. Voor apparaten die parallel geschakeld zijn, geldt de formule: I 1 + I 2 + …… = I hoofd
De meterkast
Verschillende apparaten kunnen parallel aan elkaar worden aangesloten op het lichtnet. De stromen die door deze apparaten gaan, vormen één hoofdstroom. Daarom zeggen we dat de apparaten tot dezelfde groep behoren. Apparaten in BV. andere kamers behoren tot een andere groep met een andere hoofdstroom. De hoofdstromen van alle groepen samen vormen de stroom die van de elektriciteitscentrale komt. Elke hoofdstroom mag niet te groot zijn, de temperatuur van de draden zou dan zo hoog kunnen worden dat er brand ontstaat. Daarom wordt vanwege de veiligheid een hoofdstroom in de meterkast door een zekering of “stop” begrensd. Boven een bepaalde stroomsterkte wordt de zekering zo heet dat het smelt. De “stop slaat door” en de stroom wordt verbroken. § 4.3 Vermogen in een parallelschakeling Elk elektrisch apparaat heeft zijn eigen vermogen. Dat is de elektrische energie (in J) die het per seconde omzet. Voor de grootheid gebruiken we het symbool P. De SI-eenheid is watt (W). 1 W = 1 J/s. Om het vermogen uit te rekenen van alle aangesloten apparaten geldt de formule: P1 + P2 + … = P totaal
P1,P2,… -> Het vermogen van de afzonderlijke apparaten in Watt
P totaal -> Het totale vermogen van deze apparaten in Watt
Berekeningen met energie en vermogen
De elektrische energie die het apparaat gebruikt, wordt aangevoerd door de stroom door het apparaat. Joule (J) is de SI-eenheid voor energie. Elektrische energie wordt vaak aangegeven in kWh. Om de totale energie die alle apparaten samen in een bepaalde tijd gebruiken geldt de formule: E1 + E2 + … = E totaal
E1,E2,... -> De elektrische energie die een apparaat afzonderlijk gebruikt in een bepaalde tijdsduur in Joule. E totaal -> De totale energie die in die tijdsduur wordt gebruikt in Joule. Elektrische energie kun je uit rekenen met de formule: Eel = P x t

Eel -> De elektrische energie in Joule
P -> Het vermogen in Watt
t -> De tijdsduur in seconden. Bij P in kW en t in h vind je Eel in kWh. De energie die een aantal apparaten samen gebruiken, kun je berekenen uit de energie die elk apparaat gebruikt. Je telt daarna alle uitkomsten op. De elektrische energie die aan de hoofdstroom wordt meegegeven, hangt af van: - Het aantal apparaten dat is aangesloten - De tijdsduur dat ze aanstaan - De vermogens van de apparaten
Vermogen van een energiebron
Je kunt over het vermogen van een energiebron P bron spreken. Dan kijk je naar de elektrische energie die deze bron per seconde/uur aan de stroom meegeeft. Het vermogen van de bron is gelijk aan het totale vermogen van de apparaten die op deze bron zijn aangesloten. Het aantal aangesloten apparaten bepaalt het vermogen van de energiebron. § 4.4 Spanning Het lichtnet, een batterij of dynamo zijn bronnen van elektrische energie. We kunnen ze met elkaar vergelijken. Om dat eerlijk te doen, kijken we naar de elektrische energie die ze per seconde afgeven aan de stroom van precies 1 A. De energie die een bron per seconde afgeeft aan die stroom, noemen we de spanning van de bron. Daarom noemen we elektrische energiebronnen ook wel spanningsbronnen. De spanning van een bron is een grootheid die we aangeven met het symbool U. De SI-eenheid die daar bij hoort is volt (V). De elektrische energie per seconde is het elektrisch vermogen. Je kunt de spanning dus ook omschrijven als het vermogen dat per ampère wordt meegegeven. Spanning over een apparaat
De stroom voert elektrische energie van de spanningsbron naar een apparaat. Vervolgens geeft de stroom deze energie af aan het apparaat. Ook hier kun je van spanning spreken. Je let dan op het vermogen dat een stroom van 1 A aan het apparaat afgeeft. Het vermogen dat een stroom van 1 A in een apparaat omzet, is gelijk aan het vermogen dat 1 A opneemt in de bron. Anders: de spanning die over het apparaat staat is gelijk aan de spanning van de bron. Deze regel geldt ook als er meer apparaten parallel op de bron zijn aangesloten. Parallel geschakeld zijn betekent dus dezelfde spanning hebben. Stroomsterkte door een apparaat
Een apparaat is aangesloten op een spanningsbron. Het elektrisch vermogen dat een stroom van 1 A in dat apparaat omzet is even groot als de spanning U van de spanningsbron Bij een stroom van 2 A is dat vermogen 2x zo groot (dus 2 x U). Het vermogen dat een willekeurige stroom I omzet in een apparaat is dus U x I. Het elektrisch vermogen van een apparaat kun je berekenen met de formule: P el = U x I

P el -> Het elektrisch vermogen in Watt
U -> De spanning over het apparaat in Volt
I -> De stroomsterkte door het apparaat in Ampère
De stroomsterkte door een apparaat hangt af van de spanning over het apparaat en het vermogen van het apparaat. Soorten spanningsbronnen
Spanningsbronnen kun je indelen naar de grootte van de spanning. Batterijen, een accu en een fietsdynamo hebben een zogenaamde laagspanning. Deze spanning ligt meestal tussen 1,5 V en 24 V. Hoogspanning
De elektrische energie van een grote elektriciteitscentrale wordt via kabels aan hoogspanningsmasten naar de rand van een stad getransporteerd. Tussen de kabels en de aarde staan spanningen tot wel 380 kV. Daarom spreken we ook van hoogspanning. Een oscilloscoop maakt elektrische trillingen zichtbaar. Horizontaal staat de tijd, verticaal wordt een spanning gemeten. Batterijen en accu’s zijn bronnen van een gelijkspanning. De spanning is altijd even groot. De richting waarin de stroom door deze bronnen gaat, is altijd dezelfde. Dit noemen we gelijkstroom. De ene aansluiting van de bron waar de stroom in de stroomkring komt, is de pluspool, de andere aansluiting, waar de stroom weer in de bron terugkomt, heet de minpool. Wisselspanning
Het lichtnet, de dynamo van je fiets en de hoogspanning van een elektriciteitscentrale geven een wisselspanning af. Elektrische trillingen zijn wisselspanningen. De grootte van die spanning verandert steeds. In deze bronnen wisselen de polen en dus de richting van de stroom voortdurend. Bij het elektriciteitsnet gebeurt dat 100 keer per seconde, vandaar dat deze stroom een wisselstroom heet. § 4.5 Weerstand en veiligheid Elektriciteit stroomt niet vanzelf in een stroomkring. Je hebt gezien dat een spanningsbron energie afgeeft aan de elektrische stroom. De “pompwerking” is een tweede functie van een spanningsbron. De stroom ondervindt een tegenwerking van het voorwerp waar de stroom door gaat, dit noemen we de weerstand van het voorwerp. Weestand van voorwerpen
De weerstand van het voorwerp hangt onder andere af van de stof. - Metalen, koolstof, zuren en water met zouten erin laten de elektrische stroom goed door. Deze groep noemen we geleiders. Hun weerstand is klein. - Door zuiver water, droge lucht, glas, rubber, plastic en hout stroomt elektriciteit niet of heel moeilijk door. Deze groep noemen we isolatoren. Hun weerstand is groot. Als er door een voorwerp A bij dezelfde spanning een kleinere stroom loopt dan door een voorwerp B, dan heeft voorwerp A een grotere weestand. De weerstand van een apparaat bepaalt uiteindelijk het vermogen van het apparaat, elk apparaat heeft een andere weerstand. Veiligheid en elektriciteit
De meeste ongelukken met elektriciteit gebeuren in huis met de spanning van het lichtnet. Dat gebeurt als je op een of andere manier met één van de twee aansluitpunten van een stopcontact contact maakt. Er loopt stroom langs je huid naar de grond, dat veroorzaakt weer een elektrische stroom door je zenuwen. Daardoor verkrampen delen van je lichaam. De stroomsterkte langs je huid wordt bepaald door de weerstand van je lichaam en je schoenen. Met droge handen en bijvoorbeeld rubberzolen onder je schoenen is je weerstand groot. Er zal dan een kleine, meestal ongevaarlijke stroom door je lichaam gaan. Maar een natte huid heeft een lage weerstand. Loop je met je blote voeten rond in een natte badkamer, dan kan de stroomsterkte vanuit het stopcontact dodelijk zijn. Veel van deze ongelukken kun je voorkomen door heel erg voorzichtig te zijn. Je kunt bijvoorbeeld een groep in de meterkast uitschakelen voordat je een lamp gaat repareren. Het gebruik van dubbele isolatie en van zekeringen vergroot je de veiligheid. Het aanbrengen van een aardlekschakelaar in de meterkast is bij huizen een standaard veiligheidsmaatregel. Één voor één zullen we ze bespreken. Dubbele isolatie

Om te zorgen dat je lichaam niet met de spanning van 230 V in aanraking komt, zijn de koperen draden in een snoer omhuld met plastic. Om alle draden samen zit ook weer een mantal van plastic of rubber. Waarom plastic of rubber? Deze stoffen isoleren goed.= Zekeringen
Een grote stroomsterkte kan gevaarlijk zijn omdat de draad dan te heet wordt. Het plastic smelt en er kan brand ontstaan. De stroomsterkte kan erg groot worden als: - De aan- en afvoerdraad in een stroomkring met elkaar in verbinding komen; er ontstaat dan kortsluiting. - Je veel apparaten parallel aansluit - Je lichaam een geleidende verbinding is tussen stopcontact en de aarde. Een smeltveiligheid (zekering) in de meterkast beperkt de hoofdstroom. De maximale stroom die nog wordt doorgelaten, wordt meestal op de zekering vermeld. In veel apparaten zitten ook zekeringen. De aardleiding
Sommige apparaten hebben aan de buitenkant een metalen omhulsel. Denk aan wasmachines, koelkasten, broodroosters en strijkijzers. Door een storing( zoals een losgeraakte draad in een wasmachine) kan dit omhulsel elektrisch contact maken met het stopcontact. Het wordt zelf een deel van de spanningsbron. Als iemand de buitenkant aanraakt, sluit hij de stroomkring. De stroom kan via het lichaam naar de aarde gaan. Gaat de stroom door het hart, dan kan de afloop ernstig zijn. Een goede beveiliging hiervoor is de aardleiding. Deze zit in een geaard stopcontact vast aan de metalen pennen aan de zijkant. Via een geaarde stekker is het omhulsel van een apparaat verbonden met deze aardleiding. Bij een kapot apparaat gaat de stroom door de aardleiding en niet door je lichaam. De stroomsterkte is groot door de kleine weestand van de aardleiding. De zekering in de groep smelt. De aardlekschakelaar
In de meterkast zit een aardlekschakelaar. Het vergelijkt de sterkte van de stroom die het huis ingaat met de sterkte van de stroom die eruit komt. Deze twee stroomsterktes zijn in een gesloten stroomkring even groot. Als de stromen een klein beetje verschillen dan betekent dat, dat er ergens stroom via een andere weg het huis verlaat. De aardlekschakelaar schakelt dan meteen de stroomtoevoer uit. Alles nog even op een rijtje: Om in huis de veiligheid van elektrische apparaten te vergroten wordt gebruik gemaakt van: · Dubbele isolatie · Zekeringen · Aardleidingen · Aardlekschakelaar § 4.6 Elektrische stroom en geluid Je stem, een muziekinstrument, een luidspreker, het zijn allemaal geluidsbronnen. Een geluidsbron heeft altijd een onderdeel dat heen en weer gaat(trilt) om een bepaald punt, het evenwichtspunt. De moleculen in de lucht, in de buurt van zo’n bron, gaan meetrillen. De amplitudo is de grootste afstand tot het evenwichtspunt. De grootheden die bij geluid horen zijn de frequentie f en de trillingstijd t. De frequentie is het aantal trillingen in 1 seconde. De trillingstijd is het aantal seconden in 1 trilling. Frequentie en trillingstijd zijn elkaars omgekeerde. Je kunt frequentie in hertz (Hz) en trillingstijd in seconde (s) omrekenen. Voor elke trilling geldt: f = 1/T of T= 1/f
f -> De frequentie in Hz
T -> De trillingstijd in s
De frequentie bepaalt de toonhoogte; hoe groter de frequentie, hoe hoger te toon. De amplitudo bepaalt de sterkte van het geluid. Van geluidsbron naar ontvanger
Je gehoororgaan ontvangt geluid wanneer trillende lucht tegen je oorschelp komt. Het gehoororgaan kan geluiden horen tussen 20 en 20000 Hz. Dit frequentiebereik wordt iets kleiner bij het ouder worden. Dieren hebben een bereik maar dat is bij elk soort anders. Tussen de geluidsbron en de ontvanger van een geluid moet zich altijd ene tussenstof bevinden. Anders kan het geluid niet van de bron naar de ontvanger. Meestal is de tussenstof, lucht. Het geluid dat je van een bron hoort, wordt steeds zwakker wanneer je verder van de bron af gaat staan. De amplitudo van de geluidstrilling wordt minder. De geluidssterkte neemt af. Dit kun je nagaan met een geluidsniveaumeter of decibelmeter. Zo’n meter wijst minder decibel of dB (A) aan, wanneer je verder van de bron afstaat. Met behulp van elektriciteit en apparaten kun je er voor zorgen dat op grote afstand het geluid van de bron toch te horen is. Hoe groter de frequentie, des te hoger is de toon. Hoe groter de amplitudo, des te sterker is het geluid. ’Transport’ van geluid met elektriciteit
Geluid kan over grotere afstanden worden getransporteerd met behulp van elektrische schakeling, word ook wel elektronica genoemd. Microfoon en luidspreker

Met een microfoon kun je trillende lucht(geluid) omzetten in een elektrische stroom. Deze stroom verandert voortdurend van grootte en richting; het is een wisselstroom. Het omgekeerde van wat een microfoon doet, doet een luidspreker. Een wisselstroom gaat door een koperen draad die als een spoel is gewikkeld. Deze spoel gaat trillen, waardoor ook een stuk van de luidspreker meetrilt. De lucht in de buurt van de luidspreker gaat ook meetrillen; er ontstaat geluid. Trillingen bekijken
Je kunt geluid zichtbaar maken door er eerst met een microfoon een wisselspanning van te maken. De microfoon verbind je vervolgens met een oscilloscoop.