ELEKTRICITEIT THEORIE & LAB

Transcriptie

1 project huisinstallatie ELEKTRICITEIT THEORIE & LAB PROEFONDERVINDELIJK deel 1 Rudi Vrancken

2

3 project huisinstallatie PrOEFONDERVINDELIJK deel 1 Rudi Vrancken Plantyn

4 inhoud Voorwoord 4 Deel 1 Energie 5 Deel 2 De elektrische stroomkring 21 Deel 3 De hoeveelheid elektriciteit en de wet van Faraday 41 Deel 4 De elektrische spanning 49 Deel 5 De elektrische weerstand 63 Deel 6 De wet van Ohm 97 Deel 7 Vermogen, arbeid en rendement 109 Deel 8 Het schakelen van weerstanden 129 Deel 9 In serie schakelen van weerstanden 143 Deel 10 In parallel schakelen van weerstanden 161 Deel 11 Het gemengd schakelen van weerstanden 179 Deel 12 De wet van Pouillet Temperatuurscoëfficiënt 207 Deel 13 Scheikundige spanningsbronnen 229 Deel 14 Schakelen van bronnen 248 elektriciteit + lab inhoud 3

5 Voorwoord Beste leerling Dit boek, Elektriciteit & Lab deel 1, biedt je ondersteuning voor de vakken elektriciteit en lab en is een onderdeel van de methode Project huisinstallatie. Naast dit leerkwerboek bestaan in de reeks Project huisinstallatie: - Elektriciteit Theorie & lab proefondervindelijk deel 2 - Elektriciteit Installatiemethoden en praktijkboek deel 1 - Elektriciteit Installatiemethoden en praktijkboek deel 2 - Project huisinstallatie Naslagwerk - Lerarenkit Project huisinstallatie (via Knooppunt), inclusief bordboeken van alle uitgaven binnen de reeks + de oplossingen van alle werkboeken + extra ondersteunend materiaal Elektriciteit & lab is een leerwerkboek. Leer houdt in dat dit boek je de nodige theoretische en praktische kennis of leerstof aanbiedt. Werk houdt in dat dit boek je ook helpt bij het verwerken van die leerstof. Dit gebeurt aan de hand van vele oefeningen, labopdrachten, zoekopdrachten, Elektriciteit & lab is een geperforeerd scheurboek, zodat je het in een ringmap kunt bewaren en gemakkelijk oefeningen, illustraties, documentatie, kunt tussenvoegen. Werk veilig en met aandacht voor het milieu! Elektriciteit is onmisbaar voor de mens, maar kan ook heel gevaarlijk zijn. Voer nooit op eigen houtje proeven uit, ook al volg je de instructies van dit boek. Je leraar of begeleider moet je bij alle proeven en opdrachten begeleiden. Je mag trouwens pas spanning schakelen na hun goedkeuring. Werk ook steeds met veilig gereedschap en materiaal en gebruik de nodige persoonlijke beschermingsmiddelen. Laat geen gereedschap en materiaal rondslingeren. Ruim na de les altijd op en sorteer het afval in de daarvoor voorziene bakken. Bij eventuele ongevallen in het lab kunnen noch de uitgeverij, noch de auteur aansprakelijk gesteld worden. Veel succes! De auteur elektriciteit + lab inhoud 4

6 Deel 1 e n e r g i e Wat leer je in dit deel? 1 Wat energie betekent. 2 Welke energievormen er bestaan. 3 Welke uitwerkingen of verschijningsvormen elektrische energie kan hebben. 4 Welke andere energievormen omgezet worden naar elektrische energie. 5 Wat de wet op het behoud van energie betekent. 6 Hoe het transport van elektrische energie gebeurt. elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 5

7 Deel 1: Energie 1.1 Wat betekent energie? Lichamen bezitten energie als ze in staat zijn arbeid te verrichten. Neem bijvoorbeeld je eigen lichaam: - je eet broodjes en drinkt cola om krachten op te doen; - je lichaam put energie uit het eten om arbeid te verrichten, zoals lopen, fietsen, wandelen, enz. Om te kunnen lopen, fietsen of werken (arbeid verrichten) heb je dus energie nodig. Je hebt meestal een apparaat nodig om je energie om te zetten. Om te mountainbiken heb je een mountainbike nodig. Om te tennissen heb je een tennisbal en een tennisracket nodig, enz. Je mountainbike zet je energie om in beweging, wat men bewegingsenergie of mechanische energie noemt. Energie kan ook vele andere vormen aannemen. te onthouden Een lichaam bezit energie als het in staat is arbeid te verrichten. Energie is onder verschillende vormen aanwezig. elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 6

8 1.2 Energievormen Elektrische energie - Cellen, al of niet samengevoegd tot een batterij, leveren elektrische energie aan verplaatsbare apparaten, zoals; gsm, ipad, ipod, radio, zaklantaarn, enz... - Elektriciteitscentrales leveren elektriciteit (elektrische energie) via ondergrondse en bovengrondse leidingen (netten) aan bedrijven, kantoren en particulieren. Batterij Kerncentrale van Doel Mechanische energie Men onderscheidt twee soorten: bewegingsenergie: een rijdende auto, een draaiende boor, een draaiende motor, enz. potentiële energie: een gespannen boog of opgespannen veer de watermassa die tegengehouden wordt door een stuwdam Ze hebben energie als gevolg van de toestand waarin ze zijn gebracht. elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 7

9 Warmte-energie of thermische energie Thermische energie is warmte die men bekomt door het verbranden van steenkool, aardgas, stookolie, benzine, enz. Toepassing: de verbranding in een thermische centrale om van water stoom te maken om uiteindelijk elektriciteit op te wekken. Wanneer elektrische stroom door een weerstandselement vloeit, dan wordt er warmte ontwikkeld (het joule-effect). Toepassingen zijn: een eierkoker, een koffiezetapparaat, een elektrisch vuur, een oven enz. Lichtenergie - een draad die sterk verhit wordt, zendt lichtstralen uit, zoals bij gloeilampen (gloeilampen geven hierbij ook warmte-energie af); - zonnepanelen (fotovoltaïsche cellen) zetten lichtenergie (zonlicht) om in elektrische energie. V licht selenium elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 8

10 Scheikundige of chemische energie 0 1 V 2 3 Over een koperen en een zinken plaatje, die in verdund zwavelzuur staan, wordt een spanning opgewekt. Hier vindt de omvorming van chemische energie naar elektrische energie plaats. Toepassingen: cellen en batterijen. + verdund zwavelzuur koper zink Als je een spanning plaatst over twee plaatjes (bv. zink en staal) die in een zout- of zuuroplossing staan, dan vindt er een chemische werking plaats elektrolyse. Er ontstaan gasbellen en deeltjes van het ene plaatje worden ontbonden en slaan neer op het andere plaatje. Toepassingen: op dit principe steunen: verzinken, verzilveren, verchromen, vernikkelen, verkoperen, enz. Andere energievormen kernenergie (de energie die vrijkomt bij kernsplijting) geluids- of akoestische energie (bv. uit een luidspreker) zonne-energie: (bestaande uit licht- en warmte-energie) magnetische energie: (de aantrekkings- of afstotingskracht van een magneet) stralingsenergie: (bv. röntgenstralen) te onthouden Energie toont zich in vele vormen, namelijk: warmte, licht, beweging, elektriciteit, geluid, straling, scheikundige uitwerking, enz elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 9

11 1.3 Uitwerkingen van elektrische energie naar een andere energievorm Elektrische energie kun je niet waarnemen, de uitwerkingen (verschijnselen) ervan wel. De voornaamste uitwerkingen zijn: elektriciteit warmte Het warmte-effect of joule-effect Is het omvormen van elektrische energie in warmte-energie. Dit wordt nuttig gebruikt in elektrische verwarmingsapparaten zoals elektrische fornuizen, strijkijzers, droogkasten, Een verwarmingsweerstand van een oven elektriciteit licht Het lichteffect Dit verschijnsel verkrijgt men wanneer elektrische stroom door een gloeidraad vloeit, waardoor de gloeidraad witgloeiend wordt en licht uitstraalt. elektriciteit vonk Vonkopwekking Wanneer tussen twee punten een te hoge spanning optreedt dan ontstaat er doorslag waarbij er vonken verschijnen. Toepassing: bij de ontsteking van een samengeperst gasmengsel in benzinemotoren (bougies) en bij lastoestellen. 2 1 Vonken treden soms ook ongewenst op bij schakelaars (hierdoor branden de contactpunten 2 en 3 in). Contactpunten worden meestal verzilverd om een beter contact te verkrijgen bedieningstoets 2. contact 3. contact 4. veer elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 10

12 elektriciteit magnetisme Het magnetisch effect Dit is het verschijnsel waarbij een magneet (magnetiet) ijzer kan aantrekken. Dit effect kan men eveneens bekomen door elektrische stroom door een geleider of spoel (bv. in koper) te sturen. Men spreekt dan van elektromagnetisme. Toepassingen: relais, elektrische motoren, zoemer, enz. relais elektriciteit elektrolyse Het scheikundig effect Het verschijnsel waarbij men elektrische energie omzet in scheikundige energie (elektrochemie) noemt men elektrolyse. Toepassingen zijn: het verzilveren van contacten, verkoperen, vernikkelen, verchromen, enz. elektriciteit schok Het schokeffect Wanneer elektrische energie door het lichaam van mens of dier vloeit, dan veroorzaakt die schokken in het lichaam. Die kunnen de dood tot gevolg hebben (= elektrocutie). Toepassingen: - schrikdraad bij weideafsluiting, de elektrische stoel; - de defibrillator die door aangepaste elektrische schokken het hart weer op normale wijze aan het kloppen krijgt bij hartstilstand (zie foto). elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 11

13 1.4 De omzetting van andere energievormen naar elektrische energie We gaan na hoe een andere energievorm omgezet wordt naar elektrische energie, m.a.w. hoe elektrische energie wordt opgewekt. Thermische centrale verbranden van brandstof kerncentrale kernsplitsing waterkrachtcentrale stromend water warmte + water = stoom T U R B I N beweging mechanisch energie G E N E R A T windkrachtcentrale E O wind R elektrische energie elektriciteit De generator zet mechanische energie om in elektriciteit. De belangrijkste energievormen die men gebruikt om elektriciteit op te wekken zijn: kernenergie, fossiele brandstoffen (aardgas, stookolie en steenkool bevatten chemische energie), waterkracht en windkracht (beide zijn mechanische energie). In de kerncentrale wordt kernenergie omgevormd tot warmte-energie door van water stoom te maken. De stoom drijft een turbine (schoepenrad) aan, waardoor de warmte-energie omgevormd wordt in mechanische energie. Op de as van de turbine draait een generator mee die van mechanische energie elektriciteit maakt. elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 12

14 In de thermische centrale worden fossiele brandstoffen gebruikt om van water stoom te maken. Net zoals in de kerncentrale drijft deze stoom een turbine aan (in Langerbrugge, enz). In een waterkrachtcentrale wordt water dat tijdens de daluren omhoog gepompt is, gebruikt om turbines aan te drijven (Trois-pont boven aan de watervallen van Coo). In een windkrachtcentrale (meerdere windkrachtturbines, elektronisch gestuurd) worden turbines geactiveerd die van windkracht elektriciteit maken (Zeebrugge). elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 13

15 Welke energieomvormingen gebeuren er in een thermische centrale om van fossiele brandstoffen uiteindelijk elektriciteit op te wekken? luchtstroom koeltoren stoom turbine alternator condensor schouw brander pomp pomp water luchttoevoer opvang gekoeld water Welke energieomvormingen gebeuren er in een kerncentrale om van kernenergie uiteindelijk elektriciteit op te wekken? schoorsteen filter luchtstroom koeltoren drukregelvat primaire kring stoom turbine alternator reactor condensor pomp pomp water dubbel luchtdicht omhulsel pomp luchttoevoer opvang gekoeld water elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 14

16 Welke energieomvormingen gebeuren er in een waterkrachtcentrale om elektriciteit op te wekken? bovenbekken alternator turbine onderbekken Welke energieomvormingen gebeuren er in een windkrachtcentrale? generator aandrijving ventilatie transformator oriëntatieinrichting rotor schijfrem wieken Voor een vermogen van 1000 MW zijn 4000 windturbines van 250 kw nodig, bij een windkracht van 4 tot 8 Beaufort. Benodigde oppervlakte: ha elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 15

17 Om zelf een kleine hoeveelheid stroom op te wekken heb je eigenlijk niet zo veel nodig. Je kan dat immers al met je fietsdynamo (het correcte woord is eigenlijk fietsgenerator). Door op de pedalen te trappen breng je het wiel in beweging waartegen de dynamo meedraait. Zo wek je voldoende stroom op om het licht van je fiets te doen branden. Als je dit vergelijkt met de elektriciteitscentrale, dan kan je de dynamo vergelijken met de generator (fietsgenerator is dus een logische benaming!). Doordat de generator draait, wordt elektriciteit opgewekt. Doordat de fietsdynamo draait wordt... De dynamo of generator zet... om in De wet op het behoud van energie Energie maken uit het niets of energie opgebruiken of vernietigen is onmogelijk. We spreken daarom van de wet van het behoud van de energie. De energiehoeveelheid kan men niet wijzigen, de energievorm wel. Dit gebeurt in energieomvormers, de zogenaamde verbruikers. Bij iedere energieomvorming verdwijnt de hoeveelheid energie die onder een bepaalde vorm wordt toegevoerd en ontstaat er een gelijkwaardige energiehoeveelheid onder (een) andere vorm(en). Toch gaat elke energieomvorming gepaard met een gedeeltelijk verlies aan energie. Dit beetje energie is niet echt verdwenen, het is alleen niet nuttig gebruikt. Het is omgezet in een energievorm die niet bedoeld was en daarom dus niet nuttig is. Bv. een motor: de bedoeling van een motor is elektriciteit omzetten in beweging, nl. het draaien van de as. Welnu, we krijgen inderdaad beweging, maar de motor ontwikkelt ook warmte die niet bedoeld is. Dus we beschouwen de vrijgekomen warmte-energie als (rendement)verlies. Bespreek zelf het gevolg van de wet op het behoud van energie bij een brandende gloeilamp. (Zoek indien nodig informatie op het internet.) Begrijp je nu het nut van spaarlampen? elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 16

18 1.6 Het transport van elektrische energie De elektriciteitscentrale wekt elektriciteit op uit fossiele brandstoffen, kernenergie en andere meer milieuvriendelijke bronnen, zoals windkracht, waterkracht. De generatoren wekken een wisselspanning op van V, die omhoog getransformeerd wordt tot V in het transformatorstation, vooraleer de elektriciteit getransporteerd wordt via het hoogspanningsnet. In de distributiecabine vindt er een omlaagtransformatie plaats van V à V naar V en wordt de elektriciteit verdeeld via het middenspanningsnet naar de verschillende plaatselijke cabines. In de plaatselijke distributiecabine gebeurt er weer een omlaagtransformatie van V naar 230/400 V, die via het laagspanningsnet wordt getransporteerd. De elektriciteit wordt geleverd via een ondergronds of bovengronds laagspanningsnet aan de kleine bedrijven en de residentiële woningen. centrale volt (koppeling met andere elektriciteitsbedrijven) T koppelstation volt transformeerhuis - volt woonwijk volt (kracht) volt (licht) transformatorhuis - volt onderstation - volt volt woning volt (licht) transformatorhuis - volt fabriek volt (kracht) volt (licht) elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 17

19 l A b p r o j e c t 1 naam:.. voornaam: klas:. datum: Opzoekwerk energie 1.1 De omzetting van elektrische energie naar een andere energiesoort. Leg uit met een voorbeeld! De omzetting van een andere energiesoort naar elektrische energie. Leg uit met een voorbeeld! Wat zegt de wet op het behoud van energie? Leg uit met een voorbeeld! Omschrijf per toestel welke energieomvorming(en) er plaatsvind(t)(en) elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 18

20 te onthouden Een lichaam bezit energie als Omschrijf volgende soorten van energie en geef telkens een voorbeeld: - mechanische energie: thermische energie: chemische energie: elektrische energie: lichtenergie: In een kerncentrale wordt met... van water... gemaakt om een turbine aan te drijven die op zijn beurt een... aandrijft. In een thermische centrale worden... verbrandt om van water stoom te maken. De wet op het behoud van energie zegt dat Vooraleer elektriciteit getransporteerd wordt via het hoogspanningsnet, wordt de spanning... van... V naar bv. 70 kv. Dit gebeurt in het... elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 19

21 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat betekent energie? Geef een voorbeeld. 2. Noem vijf energievormen. Geef ook telkens een toepassing. 3. Bespreek vijf uitwerkingen van elektrische energie naar andere energievormen. Geef van elke uitwerking een toepassing. 4. Maak een schematische voorstelling van hoe andere energievormen worden omgezet in elektrische energie (in een thermische centrale, een kerncentrale, een waterkracht- en een windkrachtcentrale). 5. Bespreek de energieomvormingen die in een thermische centrale plaatsvinden. 6. Bespreek de energieomvormingen die in een kerncentrale plaatsvinden. 7. Bespreek de energieomvormingen die in een waterkrachtcentrale plaatsvinden. 8. Bespreek de energieomvormingen die in een windkrachtcentrale plaatsvinden. 9. Wat zegt de wet op het behoud van energie? Geef een toepassing. 10. Hoe verloopt het transport van elektrische energie? Vertrek van de centrale waar V wordt opgewekt. Geef voor elke transformatie de spanningsomvormingen. elektriciteit + lab deel 1 ENERGIE 20

22 Deel 2 de elektrische stroomkring Wat leer je in dit deel? 1 Hoe een stof is opgebouwd. 2 Welke ladingstoestanden in een atoom kunnen voorkomen. 3 Hoe elektrische stroom ontstaat. 4 Wat de polariteit van een bron betekent. 5 Wat de elektronenstroomzin is. 6 Wat de technische of conventionele stroomzin is. 7 Wat het symbool van de grootheid en de eenheid van elektrische stroom zijn. 8 Hoe je veelvouden en onderdelen van eenheden kan weergeven en omzetten. 9 Je oefent op omzetten. 10 Wat de onderdelen en hun functie in een stroomkring zijn. 11 Wat het onderscheid tussen een open en een gesloten stroomkring is. 12 Hoe je stroom kan meten. 13 Je maakt toepassingen van een gesloten stroomkring. Wat voer je uit in het lab? 1 Je bouwt een elektrische kring op. 2 Je meet stroom met een digitale multimeter. André-Marie Ampère ( ) elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 21

23 Deel 2: De elektrische stroomkring 2.1 De bouw van een stof Moleculen Een stof is opgebouwd uit moleculen. Een molecule is het kleinste deeltje van een stof dat nog alle eigenschappen van die stof bezit. Een molecule koper is dus het kleinste deeltje koper (Cu) met nog alle eigenschappen van koper. Een molecule water is het kleinste deeltje water (H 2 O) met nog alle eigenschappen van water. Moleculen kan je niet met het blote oog waarnemen; hiervoor heb je een microscoop nodig. Ga je een molecule koper of water verder splitsen dan krijg je atomen. Atomen Ieder atoom bestaat uit: - één kern samengesteld uit protonen en neutronen; - elektronen. water water zuurstof atoom waterstof atoom watermolecule De molecule water (H 2 O) bestaat uit 2 atomen waterstof (H) en een atoom zuurstof (O). Elektronen en protonen: de ladingdragers Normaal is bij een atoom het aantal elektronen rond de kern gelijk aan het aantal protonen in de kern. Daar ieder elektron een negatieve lading heeft en ieder proton een positieve lading heeft, heffen beide ladingen zich op. We zeggen daarom dat het atoom in evenwicht is. neutraal positief negatief kern (+) electron (-) Neutronen Bevinden zich eveneens in de kern, maar hebben geen lading. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 22

24 2.2 De ladingstoestanden in een atoom De elektrisch geladen deeltjes die zich vrij door de stof bewegen heten vrije ladingdragers. Door het feit dat elektronen zich kunnen verplaatsen, kunnen atomen 3 mogelijke ladingstoestanden aannemen, namelijk: Neutraal geladen atoom Protonen: Elektronen: Totale lading: Positief ion (= atoom met positieve lading) Protonen: Elektronen: Negatief ion (= atoom met negatieve lading) Totale lading: Protonen: Elektronen: -1 Totale lading: Positief (+) betekent te weinig elektronen. Negatief (-) betekent te veel elektronen. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 23

25 2.3 Het ontstaan van de elektrische stroom Wanneer in de natuur een evenwicht verbroken is, stel je een drang naar herstel van dit natuurlijk evenwicht vast. Bij geladen lichamen is het elektrisch evenwicht verbroken en ontstaat er een drang naar de neutrale toestand. Met andere woorden er is een spanning. Een positief lichaam (te weinig elektronen) zal daarom vrije elektronen aantrekken. Een negatief lichaam (te veel elektronen) zal daarom vrije elektronen afstoten. De verplaatsing van vrije elektronen heet de elektrische stroom. ladingsverschil elektronenverplaatsing te weinig elektronen draadleiding te veel elektronen 2.4 De polariteit van een bron De bron (= oorzaak) van elektrische spanning is dus een onevenwicht (= spanning) tussen een negatieve lading (= minpool) en een positieve lading (= pluspool). De polen zijn de twee uiteinden van een bron. De lading van een pool noemt men de polariteit. + of + of of + Schematische voorstellingen van een gelijkspanningsbron 2.5 De elektronenstroomzin Wanneer er over de polen van de stroombron een ladingsverschil is dan willen de vrije elektronen zich verplaatsen van de min-pool naar de plus-pool om de lading te vereffenen. De vrije elektronen vloeien van de min-pool (met een teveel aan vrije elektronen) naar de plus-pool (waar er een tekort aan elektronen is). elektronen Denk hierbij aan de wet van de communicerende vaten. Het ene vat is vol en het andere leeg. Koppelt men deze vaten onderaan door middel van een buis, dan stelt men vast dat de wijn van het volle vat overgaat naar het lege vat tot dat beide vaten een gelijk wijnniveau hebben = de vereffening. Bekijk en lees aandachtig volgende vergelijking a a. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 24

26 a. Het overhevelen van wijn. a. Het overhevelen van vrije elektronen. 100 L 0 L b. Het ene vat is vol. c. Het andere vat is leeg. b. Aan de negatieve klem zijn er te veel elektronen. c. Aan de positieve klem zijn geen of te weinig elektronen 100 L 0 L 000 d. We verbinden beide vaten met een buis en een teller e. De kraan staat dicht; er vloeit geen wijn. d. We verbinden beide klemmen met een geleider en een verbruiker (lamp). e. De schakelaar staat open, er vloeien geen vrije elektronen. 70 L L f. De kraan staat open, er vloeit nu wijn. g. De teller draait! h. Zolang er een verschil in wijnniveau is, zal er wijn vloeien van vat A naar vat B. Deze natuurlijke drang noemt men de wet van de communicerende vaten. f.de schakelaar staat dicht, er vloeien nu vrije elektronen. g. De lamp brandt! h. Zolang er een verschil in lading is tussen de + klem en de klem, zullen er vrije elektronen vloeien. 50 L L i. Alhoewel de kraan open staat, vloeit er geen wijn. j. Er is geen verschil meer in wijnniveau. k. De teller stopt met tellen. i. Alhoewel de schakelaar dicht staat, vloeit er geen enkel vrij elektron meer. j. Er is geen verschil meer in lading. k. De lamp brandt niet meer. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 25

27 2.6 De technische of conventionele stroomzin De stroom vloeit BUITEN de bron van de positieve naar de negatieve klem. Deze is dus tegengesteld aan de elektronenstroomzin. Om praktische redenen werkt men met de conventionele stroomzin, die we dan ook gaan gebruiken. stroomzin 2.7 Het symbool van de grootheid en de eenheid van elektrische stroom Grootheid: Stroomsterkte Symbool: I Eenheid: Ampère Symbool: A bv. Door een geleider vloeit een stroomsterkte van 5 ampère. Bij gegeven van een vraagstuk schrijf je dan: I = 5 A. André Marie Ampère ( ) 2.8 Het weergeven en omzetten van veelvouden en onderdelen van eenheden Veelvouden van de eenheid zijn: kilo (= k) of duizend keer de eenheid bv. 1 ka = A 0,25 ka = 250 A (0,25 x = 250) 1,55 ka = A (1,55 x = 1 550) Mega (= M) of één miljoen keer de eenheid bv. 1 MA = A 0,015 MA = A (0,015 x = ) 3,655 MA = A (3,655 x = ) Giga bv. (= G) of één miljard keer de eenheid 1 GA = A 0,005 GA = A (0,005 x = ) 0, GA = A (0, x = 1 000) Onderdelen van de eenheid zijn: milli (= m) of één duizendste van de eenheid bv. 1 ma = 0,001 A 500 ma = 0,5 A (500 : = 0,5) ma = 1,25 A (1 250 : = 1,25) micro (= µ) of één miljoenste van de eenheid bv. 1 µa = 0, A µa = 0,25 A ( : = 0,25) µa = 1,25 A ( : = 1,25) elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 26

28 De gebruikte voorvoegsels voor het weergeven van veelvouden en onderdelen: Benaming symbool waarde als macht van 10 waarde volledig geschreven tera T eenheden giga G eenheden mega M eenheden kilo k eenheden eenheid eenheden milli m ,001 eenheden micro μ , eenheden nano n , eenheden pico p , eenheden De omzettingstabel: getal x x x x x x x M (mega) k (kilo) E (basiseenheid) m (milli) μ (micro) : : : : getal : : : bv. de opgave is: 35 kω =? Ω Van de omzettingstabel lees je af dat als je van k (kilo) naar E (eenheid) omzet, je het getal moet vermenigvuldigen met Oplossing: 35 kω = 35 x Ω = Ω bv. de opgave is: 25 ma =? A Van de omzettingstabel lees je af dat als je van m (milli) naar E (eenheid) omzet, je het getal moet delen met Oplossing: 25 ma = 1000 A = 0,025 A elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 27

29 12 10 T G M k 2 10 h 1 10 da A V Ω W d c m µ n p elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 28

30 E 2.9 Oefeningen: a zet om A = MA 0,25 ma = µa 0,05 A = µa µa = A 0,01 A = ma 0,025 ka = A 1,011 MA = ka ka = MA 5 µ A = ma 50,025 ma = µa 10 A = ma 0,2 ka = A ma = ka 0,25 MA = ka 20 ma = A 500 A = ka 0,05 ka = ma 50 ka = MA 0,025 MA = A 125 µa = ma b Schrijf als een macht van = 0,001 = = 0,000 1 = 1/1 000 = 0, = 10 = = c Werk de machten uit = 10 3 = 10-3 = 10-2 = 10 0 = 10 = d Zet om in machten. 0, A = 10-3 A = ma = 10 3 A = k = 8,2. 10 = M 0, A = A = µa e Werk uit x 10 3 = 10-3 x 10-2 = Hoe vermenigvuldig je dus machten met hetzelfde grondtal? elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 29

31 f Werk uit : 10 2 = Hoe deel je dus machten met hetzelfde grondtal? Herhaling: de regel van drie vb. 10 appels kosten 2, hoeveel kosten dan 3 appels? 2 1 appel kost = 20 (20 Eurocent) 10 appels 3 appels kosten 0,20 x 3 appels = 0,60 (60 Eurocent) Oef takenbladen kosten 2,50. Hoeveel kosten dan 6 takenbladen? 1 takenblad kost: 6 takenbladen kosten: Oef.2 Een blok van 500 kopiebladen kost 15. Hoeveel kosten dan 40 kopiebladen? 1 kopieblad kost: 40 kopiebladen kosten: 2.10 De onderdelen en hun functie in een stroomkring De elektrische stroomkring bestaat uit vijf onderdelen. Opdracht: Schrijf de juiste benaming bij het aangeduide onderdeel. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 30

32 De stroombron + + De stroombron is een element of een batterij met twee polen, namelijk een positieve pool ( + klem) en een negatieve pool ( - klem). Tussen de twee polen is er een ladingsverschil. Dit komt omdat de negatieve pool te veel elektronen en de positieve te weinig elektronen bevat. Tussen de twee polen is er dus een natuurlijke drang om het verschil in lading op te heffen of te vereffenen. Deze vereffeningsdrang noemt men spanning, uitgedrukt in volt De geleider De geleider maakt het mogelijk dat er stroom kan vloeien zonder dat de stroom al te veel tegenstand ondervindt. Deze tegenstand die men weerstand noemt, drukt men uit in ohm. Hoe kleiner de weerstand, hoe beter de geleider geleidt De beveiliging 2 De beveiliging zorgt ervoor dat de stroom door de leiding niet groter is of wordt dan dat de geleider aankan. Als er te grote stromen vloeien dan ontstaat er een opwarming van de geleider, te wijten aan het jouleeffect. Hierdoor kan de geleider doorsmelten, vonken veroorzaken met mogelijke brand tot gevolg De schakelaar 1 2 De schakelaar dient om gemakkelijk de stroomkring te openen en te sluiten. - Schakelaar sluiten = de stroom wordt doorgelaten (geleid); de tegenstand is nul ohm. - Schakelaar openen = de stroom wordt tegengehouden; de tegenstand is oneindig aantal ohms De verbruiker 1 2 Dit toestel zet de elektrische stroom om in een andere energievorm. Het toestel houdt de stroom gedeeltelijk tegen en biedt dus een bepaalde weerstand aan de stroom. De meeste verbruikers bestaan uit weerstandselementen, bv. een strijkijzer. Andere toestellen bouwen hun weerstand op doordat de geleiders wikkelingen bevatten, bv. de elektrische motor. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 31

33 2.11 Het onderscheid tussen een open en gesloten stroomkring De open stroomkring: Een stroomkring is open: - als de schakelaar open is; - als er ergens een onderbreking is (bv. aan de verbindingspunten van de draden met de bron of het lampje); - als het gloeidraadje van de lamp stuk is; - als er geen (goed) contact is tussen het lampje en de verbindingspunten in de lampvoet. In al die gevallen is er wel een ladingsverschil (spanning) aan de klemmen van de stroombron, maar er kan geen stroom vloeien omdat de kring onderbroken is. Bij een open of onderbroken kring is er geen geleidende verbinding tussen de bronklemmen. De Bron levert geen stroom. De bron is onbelast De gesloten stroomkring: Een stroomkring is gesloten: - als de schakelaar gesloten is; - als er geen onderbreking is; - als de verbruiker de juiste weerstand heeft; - als er overal goed contact is. Als de stroomkring gesloten is, dan kan er wel stroom vloeien. De ladingdragers kunnen nu wel van de ene klem naar de andere klem verplaatsen. Alleen bij een gesloten kring is er een geleidende verbinding tussen de twee bronklemmen. Er vloeit stroom. De bron is belast. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 32

34 2.12 Het meten van stroom A I 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 + A - Stroom meet je met een Ampèremeter. Het symbool is: - Stroom meet je steeds in serie met de verbruiker en de bron. Daarmee bedoelen we dat ze achtereenvolgend geschakeld worden, zodat ze samen één kring vormen. Het maakt niet uit of je de Ampèremeter voor of achter de verbruiker zet, daar de stroomsterkte in de kring overal even groot is. A A I I Stroom meten kan zowel met een analoge meter (met wijzer) als met een digitale meter. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 33

35 2.13 Toepassingen op het maken van een gesloten kringloop Project 1 Het testapparaat Doel: Opgelet: Werking: Voor het doormeten van verbindingen, schakelaars en smeltzekeringen. Tijdens het testen of doormeten mag er geen spanning aanwezig zijn. Wanneer het lampje van de tester brandt dan: is de verbinding ononderbroken, dus geleidend; is de stand van de schakelaar gesloten; is de smeltzekering niet doorgesmolten en dus nog heel. Wanneer het lampje van de tester niet brandt dan: is de verbinding onderbroken; is de stand van de schakelaar open; is de smeltzekering doorgesmolten en het smeltdraadje dus over. Opdracht: Maak hiervan een praktische realisatie in de praktijk. Project 2 Het behendigheidsspel Doel: Werking: Probeer de ring van het ene uiteinde van de koperdraad naar het andere uiteinde te bewegen zonder de draad te raken. Wanneer je de draad met de ring raakt, dan gaat er een bel of zoemer in werking. Met een schakelaar zet je het behendigheidsspel aan. Opdracht: Maak een eigen creatie van dit spel. C D 0 I elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 34

36 l A b p r o j e c t 2 naam: voornaam: klas: datum: 2.1 Stappenplan constructieve opbouw van een elektrische kring op een schakelbord: labproject 2 Te schakelen verbruiker: gloeilampje E10 12 V 50 ma. 1. Verzamel alle benodigdheden: - een DC-voeding met een netsnoer; - een digitale multimeter; - soepele snoeren; - een gloeilampje (E10 12 V 50 ma); - een lampvoetje (E10); - eventueel een schakelaar (of gebruik een snoer als schakelaar). 2. Meet het gloeilampje door: R = Ω 3. Meet het gloeilampje in de houder door: R = Ω 4. Maak een doorverbindig of plaats de schakelaar in serie. 5. Stel de multimeter in: DCA 200 ma. 6. Sluit de multimeter in serie aan met de kring (COM-bus ma-bus). 7. Meet de weerstand van de hele kring: R = Ω 8. Stel de voeding in op 12 V (op het voedingsdisplay zelf of op de U-meter). 9. De leerkracht controleert de kring. 10. Sluit de voeding aan (parallel over de kring). 11. Zet de voeding aan: het lampje gloeit. 12. Meet de stroomsterkte. I = ma Mogelijke fouten wanneer het lampje niet gloeit: - een onderbreking in de kring; - slecht contact; - geen spanning; - De smeltzekering van de A-meter is stuk. Dat kun je nagaan door de A-meter op 10/20 A ongezekerd te schakelen (pas het meetbereik aan). Wanneer het lampje nu wel gloeit, wil dat zeggen dat de smeltzekering stuk is. 13. Leg alle toestellen en alle benodigdheden terug op hun plaats. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 35

37 l A b p r o j e c t 2 Het opbouwen van een gesloten stroomkring. 2.2 Van je leerkracht krijg je alle onderdelen van de stroomkring die je gaat opbouwen. Maak een lijst op van alle onderdelen en hun specificaties Vul het schakelbord aan. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 36

38 l A b p r o j e c t 2 naam: voornaam:... klas: datum: Bouw nu je stroomkring op. SPANNINGLOOS!! Laat je kring controleren. Als alles goed is, sluit de leerkracht de spanning aan om je schakeling te laten werken. 2.5 Wat is het verschil in je schakeling tussen een open en een gesloten stroomkring? Bij open stroomkring... omdat... Bij gesloten stroomkring... omdat Het meten van stroom met een digitale multimeter Digitale aflezing betekent:... Multimeter betekent:... Geef van alle aangeduide onderdelen van onderstaande digitale meter de benaming. Wat betekent: het meetbereik: A UNFUSED: m A FUSED:... COM:... V/Ω:... elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 37

39 l A b p r o j e c t 2 Welke soorten stroom kan je meten en met welk meetbereik? Vul de tabel in! DC A betekent... AC A betekent... Soort stroom Waarden van het meetbereik DCA ACA Stroom meet je steeds... met de bron en de verbruiker (zie 2.6). Het aansluiten van de meetsnoeren kan je op 2 manieren (volgens toepassing). FUSED MAX 200m A UNFUSED MAX 10 A / 20 A ( max 15 s) Fused betekent... en unfused betekent... Met fused 200m A kan je maximaal een stroom meten tot... A. OPGELET: Als je nu een meetfout maakt, dan smelt de mini buiszekering in je meettoestel! Als je stroom... dan 200m A wilt meten, dan moet je het meetsnoer steken in bus... OPGELET: Als je nu een meetfout maakt, dan kan je meter stuk gaan! Voor iedere meting laat je de meetopstelling controleren door de leerkracht!! elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 38

40 l A b p r o j e c t 2 naam: voornaam: klas: datum: 2.7 Demonstratiemeting door de leerkracht het meten van stroom. Let goed op! 2.8 Opstelling stroommeting door de leerlingen Teken de praktische meetopstelling zoals bij 2.2, maar dan met Ampèremeter! 2.9 Omcirkel wat juist is en vul in. De wisselstroom/gelijkstroom meten we in serie met/over de kring en bedraagt... A ma ka MA =... A ma ka MA. Het meetbereik dat ik ingesteld heb is... A ma DCA ACA. Het zwarte meetsnoer heb ik ingestoken in aansluitbus 10 A 200m A COM V/Ω van het meettoestel. Het rode meetsnoer heb ik ingestoken in aansluitbus 10 A 200m A COM V/Ω van het meettoestel. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 39

41 LEREN LEREN Hoe los je vraagstukken op? Enkele praktische tips! 1. Lees de vraag een aantal keer langzaam en aandachtig, totdat je weet waar de vraag over gaat. 2. Stel jezelf de volgende vragen: - Wat is wat? - Waarover gaat de vraag? - Wat zijn de gegevens? - In welke eenheid staan de gegevens? Zo ken je de grootheden van de gegevens. 3. Haal de gegevens uit de vraag. 4. Zet de eenheden bij de gegevens om in de basiseenheden van de grootheden. 5. Welke gegevens heb je nodig om de gegevens te berekenen? Soms staan er meer gegevens in de vraag dan wat je nodig hebt. 6. Wat wordt er gevraagd en in welke eenheid? 7. Een schets kan je duidelijkheid geven, ook al wordt die niet gevraagd. 8. Formules zijn gemakkelijker af te leiden als je ze op één regel zet, bijvoorbeeld:. l = A. R U = I. R Q = I. t P = U. I W = P. t 9. Schrijf telkens de basisformule en de afgeleide formule op en vul ze in. 10. Door de eenheden weg te delen, kan de resulterende eenheid uitsluitsel geven over het feit of de formule juist is of niet. Een voorbeeld van een foutief afgeleide formule: A = R. = Ω. Ω. mm² = Ω². mm² l m. m m² Je zou op mm² moeten uitkomen, dus je kunt besluiten dat de formule verkeerd is. 11. Oplossingen geven extra gegevens waarmee je eventueel de volgende vraag kunt oplossen. 12. Maak berekeningen met de rekenmachine, maar probeer telkens het resultaat te controleren door benaderend te hoofdrekenen, bijvoorbeeld: 6989 : 9,98 =??? Je rekent in je hoofd uit dat 7000 : 10 = 700. De oplossing zal dus dicht bij zevenhonderd liggen. Zo merk je meteen op dat er iets fout is gegaan wanneer je de verkeerde gegevens in je rekenmachine hebt ingegeven. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 40

42 te onthouden Teken een eenvoudige stroomkring en benoem alle onderdelen. Duid alle onderdelen van de stroomkring in onderstaande figuur aan. Kleur de stroomdoorgang in rood, ervan uitgaande dat de kring gesloten is! Stroom meet je met een Stroom meet je steeds met de verbruiker en de bron. Er bestaan in hoofdzaak 2 soorten meters waarvan je de stroomsterkte kan aflezen, namelijk: - de meter en - de meter. elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 41

43 HERHALINGSVRAGEN 1. Bespreek de opbouw van een stof. 2. Bespreek de ladingstoestanden van een atoom. Schets elke ladingstoestand en bereken telkens de totale lading. 3. Hoe ontstaat elektrische stroomsterkte? 4. Teken drie schematische voorstellingen van een gelijkstroombron. 5. Leg de elektronenstroomzin uit. Bespreek aan de hand van een schets. 6. Teken twee elektrische stroomkringen. Duid in de ene stroomkring de elektronenstroomzin aan en in de andere de conventionele of de technische stroomzin. 7. Schets een stroomkring en geef van elk onderdeel de benaming. 8. Verklaar de werking van een open stroomkring. 9. Verklaar de werking van een gesloten stroomkring. 10. Teken het symbool van een ampèremeter. 11. Hoe meet je stroomsterkte? 12. Waarom maakt het niet uit waar je de A-meter in de kring plaatst? 13. Duid op de figuur van de zaklantaarn de onderdelen aan en geef hun benaming. Teken de gesloten stroomkring. 14. Kijk naar de figuur van het testapparaat. Wat kun je testen met een tester? 15. Kijk naar de figuur van het behendigheidsspel. Teken de stroomkring in het spel. 16. Wat betekent stroommeting 200 ma FUSED bij een digitale multimeter? 17. Wat betekent stroommeting 20A UNFUSED bij een digitale multimeter? 18. Wat betekent meetbereik? EXTRA OEFENINGEN 1. Zet de volgende waarden om. 0,25 A =.. ma 0,0205 A =.. µa 0, A =.. na 50 ma =.. A µa =.. A na =.. A 0,075 ka =.. A 0,0375 MA =.. A 215 A =.. ka A =.. MA 0,0005 ka =.. ma ma =.. ka 2. Zet de volgende machten om ² A =.. ka ² ma =.. A ⁴ µa =.. ma 0, ⁵ A =.. ka 3. Bepaal telkens de juiste macht µa = µa ma = 2, A 0,0035 MA = A 0,05 ka = ma elektriciteit + lab deel 2 de elektrische stroomkring 42

44 Deel 3 De hoeveelheid elektriciteit en de wet van faraday Wat leer je in dit deel? 1 Wat de grootheid, het symbool en de eenheid van elektrische lading zijn. 2 Wat de Wet van Faraday zegt. 3 Je oefent op omzettingen 4 Je maakt oefeningen op de wet van Faraday Wat voer je uit in het lab? Je ontleedt de gegevens op een: - gsm-batterij - accu - acculader Michaël Faraday ( ) elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 43

45 Deel 3: De hoeveelheid elektriciteit en de wet van Faraday 3.1 Grootheid, symbool en eenheid van elektrische lading Grootheid: Hoeveelheid elektriciteit of elektrische lading. Symbool: Q (van Quantité = hoeveelheid) Eenheid: één coulomb (1 C = 1 A.s) één ampére-uur (1 Ah = C) 1 h = 60 min x 60 s/min = s 1 A.h = 1 A x s = A.s = C 1 C = X 1 A 1 s De elektrische stroomsterkte is de hoeveelheid elektriciteit (in coulomb) die in één seconde door de elektrische leiding vloeit. Eén coulomb per seconde (1 C/s) heet één ampère (1 A). 3.2 Wat betekent hoeveelheid elektriciteit of wat zegt de Wet van Faraday? De hoeveelheid elektriciteit Q is de elektrische lading die in een bepaalde tijd t verplaatst wordt in een stroomkring. Dit zegt de Wet van Faraday. Hoeveelheid elektriciteit = stroomsterkte x tijd In symbolen: Q = I x t Hierbij wordt Q uitgedrukt in coulomb ( C ) of ampère-uur ( Ah ) I in ampère ( A ) en t in seconde ( s ) of uur ( h ). Basisformule Q = I x t Afgeleide formules: I = t = Q = X I t elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 44

46 Een hoeveelheid elektriciteit zou je kunnen vergelijken met een hoeveelheid water. Hoe bekom je een hoeveelheid elektriciteit? door gedurende een bepaalde tijd een stroomsterkte te laten vloeien. Hoe bekom je een hoeveelheid water? door gedurende een bepaalde tijd een waterstroom te laten vloeien A I = 2A waterstroom = 2 l/s + batterij t = 2s Berekeningsvoorbeeld van een hoeveelheid elektriciteit: Een batterij levert een stroomsterkte van 2 ampère gedurende 30 seconden. Bereken de hoeveelheid elektriciteit. Gegeven: - de stroomsterkte I = 2 A - de tijd t = 30 s Gevraagde: de hoeveelheid elektriciteit Q =? Oplossing: Q = I x t Q = 2 A x 30 s = 60 A.s = 60 C Berekeningsvoorbeeld van een hoeveelheid water: Een waterstroom van 2 liter per seconde vloeit gedurende 30 seconden. Bereken de hoeveelheid water. Gegeven: - de waterstroom = 2 l/s - de tijd t = 30 s Gevraagde: de hoeveelheid water =? Oplossing: de hoeveelheid water = waterstroom x tijd de hoeveelheid water = 2 l/s x 30 s = 60 l Merk de gelijkenis op tussen beide berekeningen en probeer hierdoor het verband te leggen. elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 45

47 E 3.3 Hoe zet je tijd en lading om? Tijd t Lading Q min s uur C = A.s A.h , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Omzetting tijd (t) Omzetting lading (q) x 3600 x 60 x 60 x 3600 h 60 min 60 s Ah C (A.s) Tijd t Lading Q min s uur C Ah 1,8 0, ,11 0, ,0 0,88 elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 46

48 E 3.4 Omzettingen oefenen 1 h =... minuten x... seconden/minuut =... seconden s =... h s =... h 2/3 h =... s 3/2 h =... s 3/4 h =... s 30 min =... s 180 min =... h 900 s =... min 90 min =... s 2 h =... min s =... min 45 min =... h Zet om in uren, minuten en seconden: s =... h,... min en... s s =... h,... min en... s 1 Ah =... A x... s =... A.s =... C 2 Ah =... C 0,5 Ah =... C 2,5 Ah =... C 0,25 Ah =... C 2,25 Ah =... C 4,75 Ah =... C C = 1 Ah C =... A.s =... Ah C =... Ah C =... Ah C =... Ah E3.5 Oefeningen op de Wet van Faraday 1. Een hoeveelheid elektriciteit verplaatst zich door een geleider met een stroom van ma gedurende 30 minuten. Bereken de hoeveelheid elektriciteit. Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: Een hoeveelheid elektriciteit van 120 C wordt verplaatst in 1 minuut. Bereken de stroomsterkte in deze kring. Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: Bereken op twee manieren de stroomsterkte (op basis van de eenheden) als de hoeveelheid verplaatste elektriciteit C is in een tijd van 30 minuten. Gegeven:... Oplossing: Gevraagde:... elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 47

49 4. Een accu van een auto kan 100 Ah leveren. Hoelang kan deze accu een stroom leveren van 5 A? Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: Een stroom van 2 A vloeit gedurende 2 uren in een kring. Bereken de hoeveelheid elektriciteit in C. Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: Van u tot u neemt een motor uit het net een stroom van ma. Bereken de verplaatste hoeveelheid elektriciteit in de motor. Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: Hoeveel tijd (in uur) is er nodig om met een stroomsterkte van 12 A een elektrische lading van C te leveren? Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: Welke stroomsterkte vloeit er in een stroomkring als in 1 minuut 240 C verplaatst wordt? Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: Hoelang kan een accu van 12 V Ah een stroom leveren van ma? Gegeven:... Oplossing: Gevraagde: De capaciteit van een accumulator is 75 Ah. Hoelang kan de accu een stroom leveren van 12 A? Gegeven:... Oplossing: Gevraagde:... elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 48

50 l A b p r o j e c t 3 naam: voornaam: klas: datum: Het ontleden van de gegevens op oplaadbare batterijen. 3.1 Bespreek de gegevens van onderstaande GSM-batterij 4.8 V: mah =... Ah =... C Dit is de... of de... Ni-MH:... Voor welke 3 veiligheidspunten vraagt men aandacht? Zoek op en bespreek de gegevens van onderstaande oplaadbare accu van een schroefmachine. 18 V DC: elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 49

51 l A b p r o j e c t Zoek op en bespreek de gegevens van deze acculader van een snoerloze schroefmachine Item Nr. CB-50018:... Input: 230 V ~ 50 Hz:... Output: 18 V DC:... Charge time: 1 Hr:... Charge only between: +5 to +40 :... Rated input power: 70 W: Neem een kopie van de gegevens op je gsm-batterij en kleef ze hieronder! Je mag eventueel de gegevens ook overschrijven en de verklaring erbij schrijven. elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 50

52 te onthouden De grootheid... of elektrische lading heeft de letter... als symbool. De eenheid C (Coulomb) komt overeen met.... De praktische eenheid Ah komt overeen met... C. De hoeveelheid elektriciteit is Dit zegt de wet van Je kan de hoeveelheid elektriciteit berekenen met de formule: Je kan de stroomsterkte berekenen met de formule: Je kan de tijd berekenen met de formule: 5 V DC betekent:... Charge time: 1 Hr betekent: mah komt overeen met... Ah of... C elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 51

53 HERHALINGSVRAGEN 1. Wat zegt de wet van Faraday? 2. Bespreek de gegevens die op de oplaadbare batterij van een gsm staan. 3. Bespreek de gegevens die op de oplaadbare accu van een schroefmachine staan. 4. Bespreek de gegevens die op de acculader van een schroefmachine staan. EXTRA OEFENINGEN Oefeningen op omzettingen Zet de volgende tijdsaanduidingen om. 900 s =.. h 2700 s =.. h 5400 s =.. h 0,5 h =.. s 1,75 h =.. s 5/3 h =.. s Zet de volgende ladingswaarden om As =.. C =.. Ah 2,75 Ah =.. C =.. As Vraagstukken 1. Een stroomsterkte van 2 A vloeide gedurende 150 minuten. Bereken de hoeveelheid verplaatste elektriciteit in Ah. 2. Gedurende 2 uur en 15 minuten vloeide er een stroomsterkte van 50 ma. Bereken de hoeveelheid verplaatste elektriciteit in C. 3. Een hoeveelheid elektriciteit van 20 C verplaatste zich door een geleider met een stroom van 500 ma. Bereken de tijd in seconden die daarvoor nodig was. 4. Een hoeveelheid elektriciteit van 3 Ah verplaatste zich door een geleider met een stroom van 0,75 A. Bereken de tijd in uur die daarvoor nodig was. 5. Een hoeveelheid elektriciteit van C werd verplaatst in 36 minuten. Bereken de stroomsterkte op twee manieren (volgens de eenheden). 6. Een hoeveelheid elektriciteit van 15,75 Ah werd verplaatst in 1 uur en 45 minuten. Bereken de stroomsterkte op twee manieren (volgens de eenheden). elektriciteit + lab deel 3 DE HOEVEELHEID ELEKTRICITEIT EN DE WET VAN FARADAY 52

54 Deel 4 De elektrische S p a n n i n g Wat leer je in dit deel? 1 Wat elektrische spanning is. 2 Grootheid, symbool en eenheid van elektrische spanning. 3 Je oefent op omzettingen. 4 Wat het verschil is tussen klemspanning en EMK. 5 Wat de gevaren bij elektrocutie zijn. 6 Met welke soorten spanningen we te maken kunnen hebben. 7 Welke bronnen welke soort spanning geven. 8 Hoe je elektrische spanning kan meten. Wat voer je uit in het lab? 1 Je meet elektrische spanning met een spanningstester. 2 Je meet elektrische spanning met een digitale universele meter. 3 Je bepaalt de polariteiten van een batterij. 4 Je bouwt een gesloten stroomkring en meet de spanning. Elektriciteit + lab deel 4 de elektrische spanning 53

55 Deel 4: De elektrische spanning 4.1 Wat is elektrische spanning? In deel 2 heb je geleerd dat atomen ladingsverschillen kunnen hebben. Daardoor kunnen atomen een negatieve of een positieve lading hebben.van het ogenblik dat je zo een ladingsverschil hebt, spreekt men van een potentiaal verschil of elektrische spanning. Een goed voorbeeld is een batterij. De batterij heeft een positieve klem en een negatieve klem. Over deze klemmen kan je dan het ladingsverschil of de elektrische spanning meten. 100 L 0 L 000 Je hebt eveneens geleerd dat je een spanning moet hebben, wil je een stroom verkrijgen. Let op! Je kan een spanning hebben zonder dat er stroom vloeit. Denk terug aan de wijnvaten. Er was een verschil in wijnniveau waardoor de wijn op natuurlijke wijze naar het andere vat zou kunnen vloeien. Toch gebeurde dit niet! Waarom? Als je de wijnvaten vergeleek met de nevenstaande batterij, dan kon je vaststellen dat ook daar geen stroom vloeide. Waarom niet? Samengevat - Je meet een spanning als er over de klemmen een... is. - Je kunt elektrische stroom laten vloeien als je een... hebt en als de stroomkring... is. 4.2 Grootheid, symbool en eenheid Grootheid: De elektrische spanning Symbool: U Eenheid: Volt Symbool: V Vb. Over de klemmen van een batterij staat een spanning van 6 Volt. Bij gegeven van het vraagstuk schrijf je dan: U = 6 V. Allessandro volta ( ) Italiaans natuurkundige, hield zich o.a. bezig met de studie van de elektriciteit Elektriciteit + lab deel 4 de elektrische spanning 54