Samenvatting hoofdstuk 2
§ 2 Elektrische schakeling
Hoe is een stroomkring opgebouwd en wat zijn de eigenschappen van deze schakeling?
Er zijn een aantal dingen nodig om een gesloten stroomkring te laten werken:
- Spanningsbron, deze zorgt ervoor dat er stroom door de schakeling loopt. De spanningsbron heeft 2 polen. Bij een gelijkspanningsbron is de ene pool + en de andere -. Er ontstaat dan gelijkspanning tussen die polen. Bij een wisselspanningsbron wisselen 2 polen steeds van teken zoals een stopcontact. Er ontstaat dan een wisselstroom, een stroom die steeds van richting veranderd.
- Snoer, het snoer bestaat uit een geleider en er zit een isolator omheen.
- Apparaat, dit kan vanalles zijn, lamp, motor etc.
In een schakelschema teken je de onderdelen van de schakeling als symbolen. Op binas bladzijde 202 (tabel 91B) staan deze symbolen.
De stroom is overal in een schakeling even sterk, dus de stroomsterkte is in alle punten van de schakeling even groot. De grootte van die stroomsterkte hangt af van de spanning van de spanningsbron en van de weerstand van het apparaat of evt. weerstanden. Spanning kan je meten met een spannings- of Voltmeter en stroomsterkte met een stroom- of Ampèremeter.
De spanningsmeter schakel je altijd parallel aan de spanningsmeter of –bron.
De stroommeter voor de stroomsterkte schakel je altijd in serie.
De stroomsterkte in een apparaat hangt ook af van een weerstand. Weerstand betekent letterlijk tegenhouden. Het ene apparaat laat meer stroom door dan het andere en de ene houd dus meer tegen als de andere en andersom. Als een apparaat een stroom gemakkelijkere doorlaat heb je een kleinere weerstand dan het andere. Hoe kleiner de weerstand, des te groter de stroomsterkte.
R = weerstand (Ω); U = spanning (V); I = stroomsterkte (A)
De eenheid van weerstand is dus volt per ampère (V/A). 1 V/A wordt ook wel 1 Ω (ohm) genoemd.
§ 3 Serie- en parallelschakeling
Er zijn 2 soorten schakelingen: serieschakelingen en parallelschakelingen.
Serieschakeling
In een serieschakeling zijn de apparaten (of: weerstanden) achter elkaar geschakeld zoals je in het figuur hiernaast kunt zien.
De stroomsterkte is in een serieschakeling in alle punten hetzelfde.
Er staat een stroom over de weerstanden. Als je de spanning van de spanningsbron wilt weten kan je de spanning van de weerstanden optellen.
U = U1 + U2
Hoe in de serieschakeling de spanning over de weerstanden wordt verdeeld hangt af van de grootte van de weerstanden.
Bij weerstand 1 geld dus I = U1/R1 en bij weerstand 2 geldt I = U2/R2
De spanningsverdeling over de weerstanden wordt dus zo gegeven:
U = spanning (V); R = weerstand (Ω).
De 2 weerstanden kunnen worden vervangen door één weerstand: de vervangingsweerstand Rv.
Als je de spanning over alle weerstanden wilt weten,
U = U1 + U2 en U = I • R;
U = I • R1 + I • R2 = I • (R1 + R2) oftewel U = I • Rv
Dus:
U = U1 + U2 + U3 + …
En
Rv = R1 + R2 + R3 + …
Parallelschakeling
Zie tekening hiernaast. De spanning over de weerstanden R1 en R2 zijn even groot als die van de spanningsbron. Ze staan in principe dus allebei rechtstreeks aan de spanningsbron geschakeld.
De som van de stroomsterktes is gelijk aan de stroomsterkte in de spanningsbron.
De stroom wordt dus verdeeld over de weerstanden oftewel de ‘takken’ van de parallelschakeling.
Bij een parallelschakeling is 1 delen door de vervangingsweerstand hetzelfde als de som van 1 delen door de afzonderlijke weerstanden.
Een toename van een aantal parallel geschakelde weerstanden betekent een afname van de vervangingsweerstand. En dus: een toename van de stroomsterkte in de parallelschakeling.
§ 4 Elektrische energie en vermogen
Een elektrische schakeling heeft als doel het transporteren van energie van de spanningsbron naar het apparaat. Een schakeling is dus ook te beschrijven met begrippen als energie en vermogen.
De spanningsbron levert elektrische energie.
De stroom transporteert deze energie en geeft die energie af aan het apparaat in de stroomkring. Dat apparaat is een energieomzetter: het zet elektrische energie om in een andere vorm van energie; stralings- of bewegingsenergie of warmte.
Het elektrische vermogen van een apparaat geeft aan hoeveel elektrische energie er per seconde wordt omgezet. Dit staat vaak op het apparaat aangegeven. Het elektrische vermogen Pe hangt af van de hoeveelheid elektrische energie Ee die het apparaat omzet en van de tijdsduur t waarin dit gebeurd. Dus,
(denk hierbij aan E = P · t) Pe = elektrisch vermogen (J/s of W); Ee = elektrische energie (J); t = tijd (s)
Dus elektrisch vermogen is in joule per seconde (J/s). Dit wordt ook vaak watt (W) genoemd.
Je kan het elektrisch vermogen ook anders uitrekenen:
Pe = U · I
Pe = elektrisch vermogen (J/s of W); U = spanning (V); I = stroomsterkte (A).
Als je de weerstand wel weet, maar de spanning niet kun je de U uitrekenen met de formule U = I · R.
Dus,
Pe = U · I = I · R · I = I² · R
De elektrische energie reken je uit met de formule:
Ee = Pe · t
Gecombineerd met de formule van elektrisch vermogen kan je de formule voor elektrische energie ook schrijven als Ee = I² • R • t
Eén joule is de elektrische energie die in 1s in een apparaat met een elektrisch vermogen van 1W wordt omgezet. Maar joule is een kleine hoeveelheid energie. Daarom wordt er vaak gesproken van kilowattuur (kWh).
1 kWh = elektrische energie die in 1 uur in een apparaat met een elektrisch vermogen van 1 kW wordt omgezet. Je moet dan P • t gebruiken met t in uren.
§ 5 Weerstand
Weerstand betekent eigenlijk 2 dingen:
Weerstand apparaat → Grootte van de weerstand, dus hoeveel Ohm of W.
Weerstand → Onderdeel van het apparaat, bijvoorbeeld de gloeidraad.
In bijvoorbeeld een gloeilamp neemt de warmte toe als er stroom door de weerstand loopt en hierdoor kan de grootte van de weerstand weer veranderen. Dit hangt natuurlijk alles af van het materiaal waarvan het gemaakt is.
Het verband tussen spanning en stroomsterkte heet 'de wet van Ohm'. Namelijk R = U/I = constant. We noemen een draad waarvan de weerstand constant is een ‘ohmse weerstand’.
Bij een metaal- of koolstofweerstand neemt de weerstand toe als de temperatuur toeneemt. We noemen dit een PTC-weerstand: een weerstand met een positieve temperatuurscoëfficiënt.
Bij sommige weerstanden neemt de weerstand juist af als de temperatuur stijgt. Dit noemen we een NTC-weerstand: een weerstand met een negatieve temperatuurscoëfficiënt.
Dan is er ook nog de LDR. Een lichtgevoelige weerstand. Dit alles heet ook wel een 'sensor', ze worden gebruikt voor het meten van temperatuur en lichtsterkte.
Een diode laat een stroom maar in één richting door. De diode heeft 2 aansluitpunten: de anode en de kathode. Er loopt een stroom van de anode naar de kathode. Als de diode van plus naar min loopt is er de doorlaatrichting, hierin laat hij redelijk veel stroom door. Als hij van min naar plus gaat is er de sperrichting. Ook wel de lekrichting genoemd. Hier wordt er maar heel weinig door gelaten. Dan is de weerstand dus groot. Voor het diodesymbool moet je kijken op bladzijde 203 van Binas.
Een diagram met sperrichting en doorlaatrichting in een (I,U) diagram heet een diodekarakteristiek.
De weerstand van een draad hangt ook af van de afmetingen en materiaal van de draad. Het gaat om de lengte l en de dwarsdoorsnedenoppervlak A van de draad.
- Hoe groter de lengte, hoe groter de weerstand;
- Hoe dikker de draad, hoe kleiner de weerstand.
De formule:
R = weerstand (Ω);
ρ = soortelijke weerstand (Ω/m);
l = lengte (m);
A = dwarsdoorsnedenoppervlak van de draad (m²)
De soortelijke weerstand van de draad staat in de Binas.
Niet gevonden wat je zocht? Probeer dan eens te zoeken met Google!