NASK1 SAMENVATTING ELEKTRICITEIT. Wanneer loopt er stroom? Schakelingen

Transcriptie

1 NASK1 SAMENVATTING ELEKTRICITEIT Wanneer loopt er stroom? Elektrische apparaten werken alleen als er een stroom door loopt. Om de stroom te laten lopen is er altijd een spanningsbron nodig. Dat kan een stopcontact, een accu of een batterij zijn. De stroom kan alleen maar lopen als de spanningsbron is aangesloten en de schakelaar gesloten is. Stroom loopt als er een gesloten stroomkring is. Eén draad voert de stroom aan en een andere draad voert de stroom weer af. Een stroomkring bestaat uit een spanningsbron, stroomdraden en apparaten. Schakelingen In de elektronica worden vele verschillende componenten gebruikt. Een spanningsbron Schakelaar Lampje Buzzer Ampèremeter Voltmeter Diode. Een elektrisch onderdeel dat de stroom maar in één richting doorlaat. LED (Light Emitting Diode). Een lichtgevende diode. Zeer veel toegepast in allerlei gebieden. Voorbeeld: Het stand-by lampje van de TV. Condensator. Component waar men voor korte tijd elektrische energie in kan opslaan. Relais. Een elektrische schakelaar. Met een kleine stroom kan je een grote stroom inschakelen. Reed contact. Een magnetische schakelaar. Meestal zo geschakeld, dat als een magneet bij het contact is, de schakelaar gesloten is en als de magneet verwijderd is, dan is de schakelaar open en kan er dus geen stroom lopen. Transistor. Een transistor kan werken als schakelaar.

2 Serie en parallel Als je een elektrisch apparaat aanzet, maak je een gesloten stroomkring. Via het snoer loopt er elektriciteit naar het apparaat en weer terug. Om te begrijpen hoe de stroom door zo'n stroomkring loopt, kan je een model gebruiken. Een geschikt model is de cv-installatie; daarin stroomt water in een gesloten kring rond. Een pomp zorgt voor het rondstromen van het water. Je kunt de stroom onderbreken door een kraan in de leiding dicht te draaien. In een stroomkring loopt elektrische stroom in een gesloten kring rond. Een spanningsbron, de 'pomp', zorgt voor het rondlopen van de stroom. Je kunt de stroom onderbreken door een schakelaar, een kraan, om te zetten. Serie Een serieschakeling is er één waarbij alle elektrische componenten (lamp, weerstand, apparaat) achter elkaar' staan. Als je een paar apparaten in serie schakelt, moeten ze wel allemaal aan staan: de stroom loopt door het eerste apparaat, dan door het tweede, enzovoort, en tenslotte door het laatste. Als er eentje kapot is, wordt deze stroomkring verbroken en doen ook de andere het niet meer. In dat geval is het ook moeilijk om te bepalen wélk apparaat kapot is, want ze zijn allemaal uitgevallen. Als je één component uit de schakeling haalt, dan doen geen van allen het meer. Denk aan de ouderwetse' kerstboomverlichting. Die kan je uitzetten door één lampje los te draaien. Parallel In een parallelschakeling loopt een deel van de stroom loopt door het eerste apparaat, een deel door het andere apparaat. Als je een stoppenkast met schakelaar hebt en je steekt daar de stekkers van al je elektrische apparaten in en er gaat er een uit of stuk, dan doet de rest het nog.

3 Beveiligen stroomkring In huis zijn een aantal maatregelen genomen om veilig met elektriciteit om te gaan. De elektrische huisinstallatie is verdeeld in groepen. Elke groep heeft zijn eigen beveiliging. Bij overbelasting valt zo niet in het hele huis de stroom uit. Een zekering schakelt de stroom uit bij overbelasting of kortsluiting. Overbelasting ontstaat als er teveel apparaten zijn ingeschakeld op één groep. Kortsluiting ontstaat bijvoorbeeld als de twee draden in een stekker elkaar raken. De stroom gaat dan direct terug naar de meterkast. Randaarde voert stroom af naar de aarde als de buitenkant van een apparaat onder spanning staat. De aardlekschakelaar meet de inkomende en uitgaande stroom. De aardlekschakelaar schakelt de stroom uit als er stroom naar de aarde lekt. Apparaten worden dubbel geïsoleerd uitgevoerd. Hierdoor kan de buitenkant van het apparaat niet onder spanning staan. Geleiders en isolatoren Geleiders Om een stroomkring te maken, heb je geleiders nodig. Dat zijn stoffen die de elektrische stroom goed doorlaten. Alle metalen zijn goede elektrische geleiders. Koper wordt vooral veel toegepast, omdat het beter geleidt dan de meeste ander metalen. Een andere (vaste) stof dat ook goed geleid is Koolstof. Water wordt een goede geleider door er bijvoorbeeld een zuur of zout aan toe te voegen. Isolatoren Stoffen die geen elektrische stroom doorlaten worden isolatoren genoemd. Over het algemeen kan je zeggen dat alle niet-metalen slecht geleiden en dus een isolator zijn. Enkele voorbeelden zijn: Plastic Hout Rubber Lucht

4 Schakelschema's Op je examen moet je schema s van schakelingen kunnen gebruiken, interpreteren en aanpassen, en de werking van de componenten verklaren van tenminste: inbrekersalarm automatische deurbediening elektronische temperatuursensor schemerschakeling dimmer discolichten

5 Spanning en stroom Spanning en stroom zijn vaak gebruikte woorden als we het over elektriciteit hebben. Daar staat stroom op is niet helemaal juist. Om dat te begrijpen kan je elektriciteit het beste vergelijken met water. Op de kraan thuis staat waterdruk. Je kunt het water niet tegenhouden als je dat bij een geopende kraan zou proberen. Als je water in een fles doet en die op zijn kop houdt, kan je dat wel. Dat komt omdat dan de waterdruk kleiner is. Laat je het water uit de kraan of uit de fles stromen, dan moet het ergens naar toe. En als het uit de kraan komt zal dat meestal harder gaan dan wanneer het uit de fles komt. Dat komt omdat die waterdrukken verschillend zijn. Bij elektriciteit geldt net zoiets. Op het stopcontact staat spanning, vergelijkbaar met de druk van het water. Zolang er niets op het stopcontact is aangesloten gebeurt er verder niets. Net zoals bij een dichtgedraaide waterkraan. Als je echter een lamp op het stopcontact aansluit, gaat er "elektriciteit" stromen. Bij het water gaat dat van de kraan naar de gootsteen, bij elektriciteit van het ene gaatje naar het andere gaatje van het stopcontact. En pas dan spreken we bij elektriciteit van stroom. De hoeveelheid stroom die gaat lopen hangt af van de hoeveelheid spanning. Net als bij het voorbeeld van water, zal er door die lamp meer stroom gaan als de spanning hoger is. Omdat al die apparaten die op het stopcontact aangesloten kunnen worden, altijd op dezelfde manier moeten werken, is ervoor gezorgd dat de spanning op het stopcontact overal hetzelfde is. Die spanning wordt uitgedrukt in volt (V) en in Europa is dat 230 volt. Wat is het verband tussen spanning, stroomsterkte en weerstand? Elk apparaat heeft een weerstand. Hoe groter de weerstand van het apparaat, hoe kleiner de stroomsterkte door het apparaat. De wet van Ohm geeft het verband tussen spanning, stroomsterkte en weerstand: weerstand = spanning / stroomsterkte. In symbolen: R = U / I U is spanning in volt (V), I is stroomsterkte in ampère (A) en R is weerstand in ohm (Ω) Hoe meet je spanning? Om de spanning te meten heb je een spanningsmeter (voltmeter) nodig. Je moet de spanningsmeter parallel schakelen aan het apparaat waarover je de spanning wilt meten. Je begint te meten met het grootste bereik van de meter. Hoe sluit je een stroommeter aan? Om de stroom te meten heb je een stroommeter (ampèremeter) nodig. Je moet de stroommeter in serie schakelen met het apparaat waardoor je de stroom wilt meten. Je begint te meten met het grootste bereik van de meter.

6 Vermogen Het vermogen geeft aan, hoeveel elektrische energie een apparaat per seconde gebruikt. Hoe groter het vermogen van een elektrisch apparaat is, des te meer energie het in een bepaalde tijd gebruikt. Zo zal een lamp met een vermogen van 100 Watt in één uur vier keer meer energie gebruiken als een lamp van 25 Watt. Het vermogen van een elektrisch apparaat geeft aan hoe krachtig' het apparaat is. Het vermogen druk je uit in Watt (W) of kilowatt (kw) Energiegebruik Elektrische apparaten gebruiken energie als ze aanstaan. De hoeveelheid energie die ze gebruiken hangt af van het vermogen en de tijd dat het apparaat aanstaat. Wat verbruikt meer? Stel: je vriend Otto laat de hele avond een lamp van 20 watt en een lamp van 60 watt branden. De lamp van 60 watt geeft het meeste licht, maar verbruikt in die tijd wel meer energie. Nog iets: je vader heeft twee boormachines, een van 250 watt en een van 1000 watt. Met die laatste kun je zwaarder werk verrichten, maar die verbruikt per uur wel meer energie. Als je met de boormachine van 250 watt over hetzelfde karwei vier keer zo lang doet als met de machine van 1000 watt, hebben beide machines evenveel energie gebruikt. Hoe meet je energiegebruik? Het verbruik van elektrische energie meet je in kwh met een kwh-meter. 1 kwh = 3600 kj Hoe bereken je de energiekosten? Elektrische apparaten gebruiken energie als ze aanstaan. Hoeveel energie er gebruikt wordt bereken je met: energie = vermogen tijd In symbolen: E = P t P is vermogen in kilowatt (kw), t is tijd in uur (h), E is gebruikte energie in kilowattuur (kwh) De kosten reken je uit door de gebruikte energie te vermenigvuldigen met de kosten van 1 kwh. Hoe bereken je rendement? Een spaarlamp zet meer van de opgenomen elektrische energie om in licht dan een gloeilamp. Je zegt dan: Het rendement van de spaarlamp is hoger. Het rendement van een apparaat bereken je met: rendement geleverde energie opgenomen energie 100%

7 Apparaat kiezen Op je examen moet je een beargumenteerde keuze maken uit gelijksoortige elektrische apparaten. Je moet deze apparaten dus met elkaar kunnen vergelijken. Je vergelijkt op basis van energiegebruik, rendement, capaciteit, levensduur en veiligheid. Het gaat hierbij in ieder geval om de volgende apparaten: spaarlampen leds accu's huishoudelijke apparaten moderne apparaten (bv dvd-speler, LCD-schermen) Bron: dedigitalerevolutie.tv Magnetisme wit, groen of blauw). Elke magneet heeft een noordpool (meestal rood of zwart) en een zuidpool (meestal Permanente magneten Een permanente magneet is een magneet die zijn magnetisme blijft behouden. In een permanente magneet zijn de ijzeratomen één kant uit gericht. Een voorbeeld van een permanente magneet is een kompasnaald. Je hebt wellicht welleens een magneet bij een andere magneet gehouden. De Noordpool en de zuidpool trekken elkaar aan. Noord noord en zuid zuid stoten elkaar af.

8 Elektomagneten Een elektromagneet kun je maken door om een ijzeren staafje koperdraad te wikkelen. Als dit gebeurt, kun je er elektriciteit door laten lopen. Dan krijg je een magneet! Ook elektromagneten hebben een noord- en een zuidpool. Aan welk uiteinde de noordpool is, hangt af van de stroomrichting. Als je de stroomrichting omdraait, worden de polen verwisseld. Dynamo Een dynamo bestaat uit een spoel die ronddraait in een magneet. De uiteinden van de spoel zijn de polen van de dynamo. In een dynamo wordt bewegingsenergie omgezet in elektrische energie. Een dynamo levert een spanning die steeds verandert, een wisselspanning. Ook in een fietsdynamo worden magneten gebruikt. Maak jouw dynamo maar open! Dan vind je een ronde magneet met een noordpool en een zuidpool van ijzer waar koperdraad omheen is gewikkeld. Hoe het werkt? Als je trapt, begint er een wieltje te draaien die een magneet laat draaien. Als die magneet draait, verandert de magnetisering van het ijzer voortdurend. Daardoor verandert het magneetveld door de spoel ook telkens van grootte en richting. Op deze manier wordt een wisselspanning opgewekt tussen de uiteinden van de spoel. Er zijn ook dynamo's waarin de spoel ronddraait, terwijl de magneet stilstaat. Ook in dat geval verandert het magneetveld in de spoel steeds van grootte en richting.

9 Transformator Een transformator verhoogt of verlaagt spanning en stroomsterkte. Hierdoor kan een apparaat op de juiste spanning en stroom werken. Een transformator bestaat uit een primaire spoel en een secundaire spoel die om een ijzeren juk bevestigd zijn. De spanning waarop de primaire spoel aangesloten wordt, noemt men de primaire spanning of Up. De spanning die de secundaire spoel levert, noemt men de secundaire spanning of Us. De werking van een transformator: 1. Als de primaire spoel wordt aangesloten op een wisselspanning, loopt er een wisselstroom doorheen. Daardoor wordt de primaire spoel een elektromagneet. Doordat de stroom steeds van grootte en richting verandert, doet het opgewekte magneetveld dit ook. 2. Het ijzeren juk wordt op deze manier gemagnetiseerd. De magnetisering verandert mee met het magneetveld en de primaire spoel. 3. Het gevolg is dat er ook in de secundaire spoel een veranderend magneetveld ontstaat. Dit magneetveld wekt een wisselspanning op tussen de uiteinden van de secundaire spoel. Met een transformator kan men een spanning omhoog transformeren of omlaag transformeren. Of de spanning hoger of lager wordt, hangt af van het aantal windingen van de beide spoelen. Als de secundaire spoel meer windingen heeft, dan de primaire spoel, wordt de spanning omhoog getransformeerd. Als de secundaire spoel minder windingen heeft dan de primaire spoel, wordt de spanning omlaag getransformeerd. Het aantal windingen van de spoel wordt aangegeven met NP (aantal windingen primaire spoel) en NS (aantal windingen secundaire spoel)