Elektriciteit Inhoud Inleiding : Deze les Spanning: Wat is dat, hoe komt dat? Stroom(sterkte) : Wat is dat, hoe komt dat? Practicum: (I,)-diagram van een lampje en een weerstand Weerstand : Wet van Ohm Serieschakeling : Kerstboom Parallelschakeling : Voor- en achterlicht SerieParallelschakeling : allebei in één schakeling Practicum SerieParallelschakeling : voor een cijfer Vermogen: 5/40/60 W lamp Energie: kwh kost ongeveer 0,04 0, endement : Gloeilamp - spaarlamp Elektriciteit demonstraties Statische elektriciteit Van der Graaffgenerator Serieschakeling Parallelschakeling Kortsluiting Aflezen spanningsmeter
Schemasymbolen verbindingsdraad lampje variabele spanningsbron V spanningsmeter (voltmeter) open schakelaar A stroommeter (ampèremeter) dichte schakelaar aarde (draad)weerstand Spanning Spanning komt uit een spanningsbron, bijvoorbeeld: stopcontact batterij voeding Elke spanningsbron heeft een pluspool () en een minpool (-) Spanning is verschil in Volt tussen en - pool Duur woord voor spanning: potentiaalverschil Stroom loopt van naar -,5 V - stroom tekening schema
Aarde,5 V,5 V - 0 V,5 V - -,5 V 0 V Aarde = potentiaal van 0 V Stroom elektronen stroom Een stroomdraad bestaat uit atomen. Elk atoom heeft een atoomkern. Om de atoomkernen draaien elektronen. Elektronen die één richting op bewegen geven een stroom. Elektronen bewegen van naar 3
Vertakking I I I Als stroom zich vertakt: I 3 I = I I I3 Spanning meet je met een voltmeter Spanning meten Een voltmeter sluit je parallel aan Elke (volt)meter heeft een bereik Het bereik is nu 0 V De voltmeter kan nu maximaal 0 V meten Een voltmeter heeft een en een - De en - moet je goed aansluiten - V - parallel (evenwijdig met lampje) 4
Stroom meet je met een ampèremeter Stroom meten Een ampèremeter sluit je in serie aan Elke (ampère)meter heeft een bereik Het bereik is nu A De ampèremeter kan nu maximaal A meten Een ampèremeter heeft een en een - De en - moet je goed aansluiten - A in serie ( achter het lampje) - (I,)-diagram van een lampje en een weerstand. Stel de voeding in Knop : 0 V Knop I: A. Verbind het lampje met de 3. Stel de ampèremeter in Knop DC A 4. Sluit de ampèremeter in serie aan 5. Stel de voltmeter in Knop V= 0 6. Sluit de voltmeter parallel aan 7. Laat schakeling goedkeuren I 5
Wet van Ohm (I,)-diagram van een lampje is geen rechte lijn Hoe groter de stroom = hoe heter het lampje (I,)-diagram van een draadweerstand is wel een rechte lijn Dan geldt de wet van Ohm:.. 3. = I I = = I spanning (V) stroomsterkte (A) I weerstand (Ω) Voorbeeld ekenvoorbeelden Voorbeeld Voorbeeld 3 =? V I =,5 A = 5, 0 Ω = I =,5 A 5,0 Ω = 7,5 V =? Ω = 3,0 V I =,5 A = I 3,0 V = =, 0,5 A Ω I =? A = 4,0 V = 5, 0 Ω I = 4,0 V I = 5,0 Ω = 0,80 A 6
bron Serieweerstanden Als weerstanden in serie staan Dan loopt door elke weerstand dezelfde stroom I = I = I Dan mag je de spanning over en optellen = bron Je mag en = v vervangen door v v Voorbeeld Bereken de stroom door en = 0 Ω = 00 Ω I = 0,09 A I = 0,09 A = 4,V =,9 V v = = 0 Ω 00 Ω = 30 Ω I = = = 0,08... 08 A = 0,0909 A 30 Ω (=9 ma) I = I = I = 0,09 A Bereken de spanning over en v I = = 0,08... A 0 Ω = 4,... V = 4, V = = 0,08... A 00 Ω=,8... V =,9 V I Controle: = = 4,V,9 V = 7
Parallelweerstanden bron Als weerstanden parallel staan Dan staat over elke weerstand dezelfde spanning = = Dan mag je de stroom door en optellen I = I I Je mag en vervangen door v bron De weerstand gaat moeilijk v = v Voorbeeld = 0 Ω = 00 Ω v Bereken de stroom door en I = = = 0,07... A = 0,07 A (= 7 ma) 0 Ω I = = = 0,060... A = 0,060 A (= 60 ma) 00 Ω Bereken de vervangingsweerstand van en 0,045... = = = v 0 Ω 00 Ω Ω Ω v = = 68,7... Ω = 69 Ω 0,045... (Je mag bij deze formule op hele Ω afronden) Controle I = I I = 0,07... A 0,060... A = 0,087... A = I = 0,87 A = 68,... Ω = 69 Ω 8
Serie- en parallelschakeling: benodigdheden Voeding Ampèremeter Voltmeter Drie weerstanden 5 snoeren Serie- en parallelschakeling: meetopstelling Voeding (Spanningsbron) A Ampèremeter (Stroommeter) v staat voor drie weerstanden V V Voltmeter (Spanningsmeter) 9
Vermogen Een band is opgepompt Het ventiel staat open Een (lichte) ventilator staat boven het ventiel De lucht heeft het vermogen om de ventilator te laten draaien Hoe verandert het vermogen (P) als: - De band een hogere spanning () heeft? - Door het ventiel een grotere stroom (I) loopt? Vermogen (W) P = I Spanning (V) Stroomsterkte (A) Voorbeeld Hoeveel stroom loopt er door een gloeilamp van 80 W? I = P 80 W = 0,34.. A 30 V = = 0,35 A 0
Energie Een band is opgepompt Het ventiel staat open Een (lichte) ventilator staat boven het ventiel De lucht heeft het vermogen (P) om de ventilator te laten draaien energie (E) = vermogen (P) tijdsduur (t) E = P t Energie (Ws) Ws = J 3 kwh = 0 Wh = 0 J = 3,6 0 6 kwh 3 Vermogen (W) 3600 Ws = tijdsduur (s) 3,6 0 6 J (= 3,6 MJ) Voorbeeld Hoeveel energie verbruikt een lamp van 80 W in 4 uur? Geef het antwoord in kwh en in J E = P t = 80 W 4 h = 90 Wh =,9 kwh =,90 3,6 0 6 J = 6,9 0 6 J
endement Vermogen/energie kan van soort veranderen Niet alle veranderde vermogen/energie is nuttig, bijv.: Lamp: Elektriciteit Warmte Licht Niet nuttig Wel nuttig P in P nuttig endement (geen eenheid) Tip voor driehoek: P η = 6 3 = 6 = 3 P nuttig P in =η nuttig P in Nuttig vermogen (W) Ingaand vermogen (W) Voorbeeld Een gloeilamp van 80 W geeft 3,0 W aan licht. Bereken het rendement: η =? P = in 80 W P nuttig = 3,0 W Pnuttig 3,0 W η = = = 0,037... = 0, 038 3,8 %) P 80 W in (= (weinig dus)