CURSUS. Basis Elektriciteit

Transcriptie

1 CURSUS Centrum Vlwassen Onderwijs VTI BRUGGE F. Rubben 1

2 Wat wrdt van de cursist verwacht? Attitude: In staat zijn binnen de vrgeschreven tijd een taak nauwkeurig te vltien. In staat zijn m zich aan te passen aan wijzigende mstandigheden, nder meer middelen, delen, mensen en prcedures. Zien dat er een prbleem is, waar het precies gesitueerd is en er een plssing vr aanreiken. In staat zijn binnen een bepaalde tijd en budget een vrpgesteld resultaat te bereiken met in achtneming van gedefinieerde kwaliteitsstandaarden. In staat zijn m actief en practief in te staan vr de veiligheid en m situaties te vrkmen die mens en milieu kunnen schaden. In staat zijn m zelfstandig znder hulp f tezicht gedurende lange tijd aan een taak te werken. De cursist kan p het einde van de cursus: Verantwrd met elektrische energie mgaan de gevaren van elektrische energie nderkennen veiligheidsnrmen en reglementering naleven spanningsls futen in eenvudige schakelingen pspren en verhelpen met elektrisch testgereedschap spanning detecteren curante elektrische gegevens en pschriften nderkennen Elektrische verbindingen realiseren elektrische verbindingen met geleiders en leidingen uitveren eenvudige bedradingschema s lezen elektrische en lgische basisschakelingen uitveren technische infrmatie raadplegen F. Rubben 2

3 1. Buw van de stf 1.1. Opbuw van stffen en materialen Elke stf is pgebuwd uit mleculen. Figuur 1: Een mlecule [1] Elke mlecule bestaat uit verschillende blletjes, die we atmen nemen. Figuur 2: Een ngeladen atm [2] Elke atm bestaat vervlgens uit een kern én een elektrnenwlk. De massa van een atm zit in de kern. Deze kern is k psitief geladen. De elektrnenwlk bestaat uit elektrnen. Deze elektrnen hebben weinig massa en zijn negatief geladen. F. Rubben 3

4 1.2. Cnclusie Elektriciteit is eigenlijk.. De lading van deze elektrnen is.. Elektrnen bewegen in het echt van.. naar van de batterij; dit nemen we de reële strmzin f echte strmzin. Teken de reële strmzin p de nderstaande tekening. Een elektricien spreekt echter altijd ver de cnventinele strmzin; hierbij vleit de strm bij afspraak van.. naar.. Teken de cnventinele strmzin p de nderstaande tekening. F. Rubben 4

5 2. De elektrische strmkring Gekpieerd van [3] 2.1. Spanning Inleiding De spanning kan vergeleken wrden met de waterdruk. Bij een hgere druk kan, in een gelijke tijdsperide, meer water naar de plaats van bestemming gebracht wrden. Bij een hgere spanning kan meer elektriciteit getransprteerd wrden. De spanning wrdt uitgedrukt in Vlt (V). Definitie: De spanning is de drukkracht vanuit een brn die ndig is m de elektrische strm dr een geleider en verbruiker te laten vleien. LET OP: Spanning wrdt pgewekt in een energiebrn! Batterij Generatr Znnepaneel De spanning van de energiebrn en de verbruiken meten hetzelfde zijn; bijvrbeeld wat gebeurt er bij een batterij van 1,5 V en een lamp van 4,5 V als jij ze verbindt? De lamp brandt zeer fel en gaat stuk De lamp brandt flauw f niet De lamp brandt gewn Alleen als er een elektrische spanning is (en een geslten strmkring), is er k een strm. Er bestaat een verschil tussen AC en DC. Dit zijn afkrtingen die van het engels kmen: AC: A C ; vrij vertaald betekent dit: wisselstrm. In het geval van spanning spreekt men van wisselspanning. DC: D C..; Vrij vertaald betekent dit: gelijkstrm Gelijkspanning wrdt het genemd wanneer het ver spanning gaat. F. Rubben 5

6 Cncreet kan men zeggen dat een DC-spanning nit dr het nulpunt gaat; het blijft psitief (f negatief) maar verandert NIET. AC-spanning wrdt steeds afwisselend psitief en negatief. Als de verandering regelmatig is en steeds weer pnieuw dan spreekt men k van een peridiek veranderende spanning. F. Rubben 6

7 Spanning meten Meettestel Meetpstelling Figuur 3: Vltmeter [4] De bedeling is m de spanning ver een lamp te meten. Let p dat de spanning die je meet AC f DC is! Bij het schakelen van de vltmeter (f multimeter) heb je altijd 2 draden ndig. Je gaat immers de spanning PARALLEL gaan meten ver de lamp (f andere belasting). Merk p dat je m spanning te meten géén draden met nderbreken!!! In deze fase van de cursus tnt de leerkracht u dit vr. In één van de vlgende lessen mag u dit dan eens zelf den. F. Rubben 7

8 Cnclusies Spanning is de naam van de SI-grtheid. Het symbl van spanning is: De eenheid waarin de grtte van de spanning uitgedrukt wrdt is.. Vereenvudig de vlgende efeningen in de basiseenheid (V): Hulpmiddel: kv V mv µv kV = V 2.2kV =..V 5mV =..V 0.07kV =..V 0.23kV =..V 315mv =..V 300µV = V =.. mv 1V =..mv 1V =..kv Waarmee meet je de spanning?.. He schakel je de meter m spanning te meten? Welk symbl gebruik je vr de vltmeter?. F. Rubben 8

9 2.2. Strm Inleiding Elektrische strm is de heveelheid elektriciteit die dr een bepaalde geleider kan wrden gestuurd. Bij gelijke spanning kan meer elektriciteit dr een dikke geleider dan dr een dunne. De strmsterkte wrdt uitgedrukt in ampère (A). Definitie: Een elektrische strm is een verschuiving van elektrnen dr een geleider Eenheid van strm De strm I wrdt uitgedrukt in ampère (A) Meten van de strm Men kan k een multimeter gebruiken; maar dit maal stelt men de multimeter in p ampère. Let ged p dat de meter de juiste strmvrm zal meten: AC (~) f DC ( --- )! Sms is het NIET mgelijk m wisselstrmen (AC) te meten met het testel dat ter beschikking is. De strmmeter wrdt ALTIJD in serie geplaatst met de strmkring; tenzij er een strmtang gebruikt wrdt. Er kan maar strm gemeten wrden als de strmkring geslten is! F. Rubben 9

10 Cnclusies De strm wrdt in.. uitgedrukt. Waarmee kun je de strm meten?. Of... Vul aan: 1kA =. A 0.02 A =.. ma 7mA = A 300mA = A 50A = ma 50A = ka kv V mv µv ka A ma µa Schrijf in eigen wrden p wat jij begrijpt nder de definitie van strm F. Rubben 10

11 Zal er strm vleien? Met andere wrden zal het getekende testel werken? Schrap in de tabel met JA f NEEN het verkeerde antwrd. JA / NEEN JA / NEEN JA / NEEN JA / NEEN JA / NEEN JA / NEEN F. Rubben 11

12 2.3. Weerstand Een srt belasting die men aan de spanningsbrn kan hangen is een weerstand. Naast de weerstand heb je ng spelen (zals in een transfrmatr f een mtr) alsk cndensatren (zie lastestel) en cmbinaties van de drie. In dit nderdeel wrdt enkel de weerstand besprken De strmkring Teken een vlledige strmkring met een pen schakelaar. Teken een vlledige strmkring met een geslten schakelaar In welke van de twee kringen lpt er strm? (Schrap wat niet past!) De strmkring met pen schakelaar. De strmkring met geslten schakelaar F. Rubben 12

13 Geleider Materiaal De strm vleit dus dr een geslten strmkring. De strm vleit echter niet z maar in de lucht. De draden waardr de strm vleit nemt men geleiders. Niet alle draden geleiden strm. Bijvrbeeld een wllen draad zal dat niet den. Ok is er verschil tussen de materialen nderling. Elk materiaal gedraagt zich anders. Zilver en gud zijn de beste geleiders, gevlgd dr kper waarna er ng aluminium en een helebel andere materialen kmen. Lucht, glas en cnsrten daarentegen geleiden géén elektriciteit. Dit nemt men islatren. Alle materialen kunnen dus ingedeeld wrden in 2 grte categrieën; namelijk geleiders en islatren. Vr de PC-technlgen nder ns bestaan er ng halfgeleiders. Die geleiden enkel elektriciteit als die in de juiste mstandigheden vrkmt; f vanuit de juiste richting. Het zijn een srt éénrichtingsgeleiders. Een vrbeeld is Silicium; dit zit in kwartszand. De weerstand van de draad zal dus afhangen van het materiaal waaruit de draad bestaat. Het symbl die vr het materiaal gebruikt wrdt, stelt de specifieke weerstandswaarde vr: ρ. De specifieke weerstandwaarde wrdt in Ωm[Ohm.meter] uitgedrukt. Lengte geleider He langer de geleider is, he grter de weerstand en dus zal er minder strm kunnen vleien. Dit prbleem kmt regelmatig vr; men sluit een schakelaar 100m verder van een lamp aan. Het is best mgelijk (afhankelijk van de drsnede van de draad) dat de lamp niet zal branden. He zu je de lamp wel den branden? De lengte l van de draad wrdt in meter [m] uitgedrukt. F. Rubben 13

14 Drsnede geleider He dikker de geleider is, he kleiner de weerstand en dus zal er méér strm kunnen lpen dr de draad. De drsnede van de geleider wrdt in de elektrische vaktaal vaak (draad)sectie genemd. Het wrdt uitgedrukt in mm² (= m²!) De weerstand wrdt dus bepaald dr het verband tussen de lengte van de draad, de drsnede van de geleider en het materiaal waaruit deze geleider bestaat. Men nemt dit verband de WET VAN POUILLET. WET VAN POUILLET: Als we het verband tussen het materiaal, lengte en de drsnede kennen, zuden we dus k de weerstand van de geleider kunnen bepalen: R = Het symbl vr de weerstand is De weerstand heeft hm als eenheid; dit wrdt dr een Griekse letter vrgesteld:. F. Rubben 14

15 Meten van de weerstand Meettestel Meten van de weerstand het meten van de weerstand met een hmmeter de je steeds znder spanning ver de belasting. Het is mgelijk dat je een aantal draden met lsmaken. Stel je testel ged in! F. Rubben 15

16 Kleurcdes van de weerstand Het is sms gemakkelijk m te weten welke weerstand je hebt, znder dat je telkens met meten. Zeker in de prductie van televisies, radi s en cmputers is het niet gemakkelijk m dit telkens te meten. Om het slderen te versnellen, maakt men gebruik van een kleurencde vr de weerstand. F. Rubben 16

17 Vrbeeld van een weerstand: ROOD BLAUW GROEN GOUD % Het derde cijfer bepaalt het aantal nullen. We verwachten bij het meten de waarde Ω af te lezen. Dit is echter nmgelijk dr afwijking van het materiaal e.d. In dit geval is de afwijking (laatste ring) +- 5% = Ω = Ω We zullen dus iets meten tussen 2,47 MΩ en 2,73MΩ. Oefeningen Een weerstand heeft 4 ringen; rd-blauw-zwart-zilver. Wat betekent dit? Een andere weerstand heeft k 4 ringen: geel-grijs-gren-zilver. Welke weerstandswaarde wrdt er vrgesteld? Weerstand 1: GROEN GROEN BLAUW ZILVER Weerstand 2: GEEL GRIJS ROOD GOUD Weerstand 3: GRIJS GRIJS ORANJE ZILVER Neem een willekeurige weerstand uit de pt. Bekijk de kleurringen en bepaal de weerstand aan de hand van deze kleuren. Meet die vervlgens p. De dit 5 keer. F. Rubben 17

18 2.4. Wet van Ohm Verband tussen strm en spanning en weerstand Er is een verband tussen de strm en de spanning. Dit nemen we de weerstand. He grter de weerstand bij een bepaalde spanning; he kleiner de strm. He kleiner de weerstand bij een bepaalde spanning; he grter de strm. He kleiner de spanning bij een bepaalde weerstand; he kleiner de strm. He grter de spanning bij een bepaalde weerstand; he grter de strm. Frmule 1 U = Frmule 2 I = Frmule 3 R = F. Rubben 18

19 Hulpmiddeltje: U I R Oefeningen Een elektrisch verwarmingstestel, geschakeld p een spanning van 220 V, laat een strm dr van 8A. He grt is de weerstand van het verwarmingstestel? Gegeven: U = 220 V I = 8 A Gevraagd: R Oplssing: R = U = 220 = 27.5 Ω I 8 Welke spanning met aangelegd wrden m dr een weerstand van 15 Ohm een strm met een sterkte van 6 A te den gaan? Gegeven:.. Gevraagd:.. Oplssing: F. Rubben 19

20 Welke strm vleit dr een testel dat een weerstand heeft van 10 hm en aangeslten is p een spanning van 7V? Een testel van 130 V gebruikt een strm met een sterkte van 6.5 A. He grt is de weerstand? In een strmkring met een lamp vleit er een strm van 2A. De lamp heeft een weerstand van 52 hm. Heveel is de spanning van de aangeslten spanningsbrn? Welke weerstand met ik in een kring schakelen m een strm van 0,3 A te bekmen bij een spanning van 9V. Een testel is aangeslten p een spanning van 240V, de strmsterkte bedraagt 8A. He grt is de weerstand van het testel? Welke strm vleit er dr een weerstand van 2200 hm bij een spanning van 220V. Welk is de weerstand bij een strm van 10A en bij een spanning van 220V. De mtr van een ventilatr is aangeslten p een netspanning van 230 V. De weerstand van de mtr bedraagt 46 hm. He grt is de strmsterkte? TIJD VOOR EEN TOETSJE! F. Rubben 20

21 2.5. Vermgen In de vrige paragraaf werd de weerstand van de verbruiker berekend. Wanneer men mtren, verwarming f lampen van nabij bekijkt, dan staat er niet p he grt de weerstand is. Op elk testel staat wel het vermgen (in Watt [W]), net als de spanning waarp die zu meten werken. Op die manier kan er dan gewerkt wrden met de spanning m de strm te berekenen. (En uit de strm wrdt vervlgens de draadsectie en de beveiliging berekend.) Een vrbeeld van een lamp: 120V, 10W bij 60Hz Vermgen Er bestaan verschillende srten vermgens; bijvrbeeld bij een mtr bestaat er elektrisch vermgen en mechanisch vermgen. Bij elektriciteit wrdt er meestal gebruik gemaakt van drie verschillende vermgens; Actief vermgen P Watt W Reactief vermgen Q Vltampèrereactief VAR Schijnbaar vermgen S Vltampère VA In deze cursus wrdt enkel het eerste vermgen besprken. F. Rubben 21

22 Frmule Actief Vermgen P De vlgende frmule is enkel geldig bij: gelijkspanning éénfasige kringen met enkel resistieve belastingen. Resisitieve belastingen zijn gleilampen, verwarmingselementen gebaseerd p weerstanden, P U I Vrbeeldefening In een wnkamer wrden er 5 sptjes van 12W (in parallel) gehangen. De spanning die er tekmt is 12V. De vraag is he grt de strm is die vanuit de brn zal vertrekken? Gegeven: 5 sptjes 12W per sptje 12V ver de sptjes Tekening: AC Gevraagd: I (strm) Oplssing: I = P / U I = P / 12V Met P = 5 x 12W = 60W I = 60W / 12V I = 5A Vanuit de brn vleit er 5A. F. Rubben 22

23 Oefeningen a) Een pstelling van lampen trekt 2,5A en werkt bij 230V. He grt is het vermgen in dat geval? b) Een verwarmingselement (resistief) werkt p het huishudelijk net. Er is een vermgen p de verwarming genteerd van 2300W. He grt is dan de strm die dr deze verwarming vleit? c) Bij het aansluiten van een lamp m eieren uit te breden meet men 2A. Er staat p de lamp 375W genteerd. He grt is de aangeslten spanning? d) Op het plafnd hangen TL-lampen. TL-lampen werken p wisselspanning uit het net. Tyîsche waarden vr een TL-lamp is een kleine 60W. Als men ged kijkt zal men zien dat TL-lampen zelden alleen in een armatuur zitten; meestal met twee. Heveel strm vleit er nu naar elke armatuur? e) Een weerstand van 1000 Ohm is aangeslten p 230V. He grt is het pgenmen vermgen in de weerstand? f) Een lamp van 250W (vr kleinere eieren) is aangeslten p het net. He grt is de weerstand van de gleidraad als er effectief 250W pgenmen zu wrden dr de lamp? g) Dezelfde lamp als uit efening f. In een fabriek wrden 24 znes van elk 6 gleilampen gemaakt m een wand p te warmen. De gleilampen zijn 250W. Bereken eerst eens heveel strm elke zne trekt. Bereken daarna he grt het ttaal geïnstalleerd vermgen is. Heveel strm trekt de vlledige pstelling als alle lampen samen branden bij 230V? F. Rubben 23

24 2.6. Frmularium hfdstuk Cnclusies Benem de 4 elektrische grtheden die in dit hfdstuk besprken werden. Geef vr elke grtheid zijn afkrting (letter). Welke eenheid wrdt er vr elke grtheid gebruikt? F. Rubben 24