Hoofdstuk 25 Elektrische stroom en weerstand

Transcriptie

1 3--6 Hoofdstuk 5 Elektrische stroom en weerstand Inhoud hoofdstuk 5 De elektrische batterij Elektrische stroom De wet van Ohm: weerstand en Soortelijke weerstand Elektrisch vermogen Vermogen in huishoudelijke schakelingen Wisselstroom 5. De elektrische batterij A. Volta (+- 8) : Potentiaalverschil door twee verschillende metalen in geleidende vloeistof (elektrolyt) te brengen. Elektrische cel Transformeert chemische energie in elektrische energie 5. De elektrische batterij Meerdere cellen samen: batterij 5. Elektrische stroom Elektrische stroom: hoeveelheid lading die per tijdseenheid op een bepaalde plaats passeert Gemiddelde stroom: De momentane stroom: = = De eenheid van stroom : A = C/s. 5. Elektrische stroom Stroom kan enkel vloeien in een gesloten schakeling als er een potentiaalverschil gecreëerd word

2 Elektrische stroom Conventie: positieve stroom van + naar -. elektronen lopen in tegengestelde zin. Experimenteel: Stroom in een draad proportioneel is met het potentiaal verschil over die draad. Verhouding van de stroom op de spanning is de weerstand. Wet van Ohm = of = In de meeste geleiders is de weerstand onafhankelijk van de spanning. Uitzonderingen: nietohmse materialen Conceptvoorbeeld 5.3: Stroom en De stroom I gaat door een weerstand R zoals weergegeven in de figuur. (a) Is de potentiaal hoger in punt A of in punt B? De eenheid van weerstand: de ohm, Ω: Ω = V/A. Conceptvoorbeeld 5.3: Stroom en. De potentiaal in A is groter dan in B (rood). De potentiaal in B is groter dan in A (groen) 3. De potentiaal is gelijk in A en B (blauw) Conceptvoorbeeld 5.3: Stroom en De stroom I gaat door een weerstand R zoals weergegeven in de figuur. (a) Is de potentiaal hoger in punt A of in punt B? (b) Is de stroom groter in punt A of in punt B?

3 3--6 Conceptvoorbeeld 5.3: Stroom en. De stroom in A is het grootst (rood). De stroom in B is het grootst (groen) 3. De stroom is gelijk in A en B (blauw) Weerstanden: om de stroom te beperken in schakelingen meestal een kleurcode: geeft de grootte en de precisie aan Enkele verduidelijkingen: Batterijen: geen constante stroom maar een (bijna) constant potentiaal verschil. weerstand een eigenschap van een component of een apparaat. Stroom is geen vector maar heeft wel een zin. Stroom en lading nemen niet toe of af en worden niet verbruikt wanneer ze door een draad of apparaat stromen. 5.4 Soortelijke weerstand Weerstand van een draad: recht evenredig met de lengte omgekeerd evenredig met de oppervlakte van de dwarsdoorsnede: = l De constante ρ is de soortelijke weerstand een materiaaleigenschap. 5.4 Soortelijke weerstand De soortelijke weerstand is temperatuurafhankelijk. 5.4 Soortelijke weerstand met a >. = + Opgelet: dit is niet geldig voor halfgeleiders. Hier neemt de weestand af met temperatuur, zie later. 3

4 Elektrisch vermogen Vermogen : de hoeveelheid energie die omgezet wordt per tijdseenheid: du Vdq P du dt dq V dt De eenheid van vermogen is watt, W. Voor ohmse : = = = = = = P IV 5.5 Elektrisch vermogen Voorbeeld 5.8: Koplampen. Bereken de weerstand van een 4 W autokoplamp die ontworpen is voor V. V R P 5.5 Elektrisch vermogen Het is de energie en niet het vermogen, waarvoor je de rekening van het elektriciteitsbedrijf krijgt. De eenheid voor energie is joule, maar het elektriciteitsbedrijf gebruikt kwh: kwh = ( W)(36 s) = 3.6 x 6 J. 5.6 Vermogen in huishoudelijke schakelingen Huishoudelijke stroomdraden: een lage weerstand. Toch wordt door de stroom energie omgezet in warmte. Te veel stroom te veel vermogen verhitting isolatie smelt. Dan kan kortsluiting en brand ontstaan. Om dit te vermijden worden op verschillende plaatsen zekering of stroomonderbrekers geplaatst. 5.5 Elektrisch vermogen Smeltzekering: branden door bij overbelasting 5.5 Elektrisch vermogen Stroomonderbrekers: onderbreken de stroomkring mechanisch bij overbelasting. 4

5 Wisselstroom Stroom in een schakeling aangesloten op een batterij: gelijkstroom ( direct current, DC). Elektriciteitscentrales produceren wisselstroom ( alternating current, AC). 5.6 Wisselstroom De spanning varieert sinusvormig ft V sint V V sin En zo ook de stroom: V V I sin R R t I sint Vermogen 5.6 Wisselstroom P IV I R I R sin t P P I R V R 5