2 ELEKTRISCHE STROOMKRING Om elektrische stroom nuttig te gebruiken moet hij door een verbruiker vloeien. Verbruikers zijn bijvoorbeeld een gloeilampje, een motor, een deurbel. Om een gloeilampje te laten branden hebben we een spanningsbron (batterij) nodig. Door een chemische reactie in de bron krijg je aan de (-) pool een ophoping van elektronen en aan de (±) pool een tekort aan elektronen. Er ontstaat een elektrische spanning. Door het aansluiten van het gloeilampje op de spanningsbron, hebben we een gesloten elektrische kring Er zal een elektronenstroom ontstaan van de (-) pool met een teveel aan elektronen die het te kort aan elektronen aan (+) pool zal opvullen. Deze elektrische stroom vloeit door het lampje waardoor het lampje gaat gloeien en licht geven. De elektrische stroom zal zo lang vloeien tot de chemische reactie van de batterij is uitgewerkt en er geen spanningsverschil meer is tussen de beide polen. Een batterij zet chemische energie om in elektrische energie. De elektrische energie wordt door de elektrische stroom naar het gloeilampje getransporteerd waar het wordt omgezet in andere energievormen nl. licht en warmte. De hoeveelheid elektrische energie die per tijdseenheid in licht en warmte wordt omgezet hangt af van het vermogen P van de lamp en wordt uitgedrukt in watt (W). Als je thuis een gloeilamp van 25 W vervangt door één van 60W. dan merkt je dat deze laatste een grotere hoeveelheid licht geeft, dat er meer elektrische energie verbruikt wordt (te merken aan de elektriciteitrekening) en daardoor een grotere elektrische stroom door de lamp vloeit. Meettechniek Hoofdstuk 2 1
2.1 Stroomzin Uit het voorgaande blijkt dat de elektronenstroom van de minpool naar de pluspool loopt. De zin van de elektrische stroom wordt echter conventioneel tegengesteld gedefinieerd aan de zin waarin de elektronen zich verplaatsen. De conventionele stroomzin loopt vanuit de pluspool van een batterij via een verbruiker naar de minpool van de batterij (en keert binnen in de bron naar de pluspool terug). De elektrische stroom vloeit hier altijd in dezelfde zin. We noemen dit gelijkstroom. Bij elektrische stromen die voortdurend van zin veranderen, spreken we van wisselstroom (zie lespakket 5 eenfasige wisselspanning). 2.2 Stroomsterkte (I) Hoe groter de elektrische stroom is die door het lampje vloeit hoe groter de hoeveelheid licht die bet lampje uitstraalt. Voor het aangeven van de grootheid stroomsterkte (1) gebruikt men de eenheid ampère (A). 2.3 Spanning (U) De elektrische druk die ontstaat door de chemische reactie in de batterij en die oorzaak is van de elektrische stroom noemen we spanning. Voor de grootheid spanning (U) gebruiken we de eenheid volt (V). Meettechniek Hoofdstuk 2 2
Die spanning kunnen we vergelijken met de spanning van een opgewonden veer. De spanning van de veer kan een klok doen lopen of een speelgoedauto doen rijden. Maar als we de klok of het autootje stilhouden (te vergelijken met het onderbreken van de stroomkring). blijft de spanning in de veer bestaan. Hetzelfde verschijnsel doet zich voor bij de elektrische spanning van een batterij. Een nieuwe batterij is opgeladen en de spanning is maximum omdat het spanningsverschil tussen de (+) en (-) maximaal is. Als we een verbruiker (een lampje) aansluiten op de batterij gaat het lampje branden. De batterij ontlaadt. Onderbreken we de stroomkring, dan stopt de batterij met ontladen en blijft er spanning in de batterij bestaan (tenzij hij volledig ontladen is). Spanning veroorzaakt in een gesloten elektrische kring een stroom 2.4 Schemasymbolen Een eenvoudige schakeling, zoals de batterij en het lampje van figuur 3, is nog wel visueel voor te stellen. Maar hoe zou een televisietoestel eruit zien als we dat probeerden visueel voor te stellen. Niemand zou nog wijs worden uit de schakelingen en bovendien zou het een enorm karwei zijn voor de tekenaar. Daarom gebruiken we voor bet tekenen van schakelingen bijna altijd schema s. leder elektrisch onderdeel heeft zijn eigen schemasymbool en de schemasymbolen van een schakeling worden door strakke lijnen met elkaar verbonden. Die lijnen stellen de verbindingen. bijvoorbeeld koperdraden, voor. In figuur 6 geven we de schakeling van figuur 4 schematisch weer. In figuur 6 zijn twee schemasymbolen gebruikt. Onderaan zien we het symbool voor een batterij. Bovenaan zien we het symbool voor een gloeilamp. Verder is de stroomzin aangegeven door een pijltje. In de praktijk laten we die pijltjes meestal weg omdat het in het algemeen niet van belang is wat de stroomzin is of omdat de stroomzin ook zonder pijltjes duidelijk is. Meettechniek Hoofdstuk 2 3
De polen van de batterij zijn aangegeven met + en -. Je ziet dat de stroom vanaf de positieve pool, via het lampje, naar de negatieve pool stroomt. In de bron vloeit de stroom van de (-) naar de (+) pooi. We hebben de richting van de spanning aangegeven met een p1 naast de batterij. Merk op dat de pijlpunt naar de positieve pool wijst. De pijl en plus- en minteken hebben dezelfde betekenis. Meestal laten we daarom of de pijl, 6f bet plus- en het minteken weg. Soms ook alle twee omdat we aan bet schemasymbool kunnen zien wat plus (lange streep) en wat mm is. De schemasymbolen voor de vele andere onderdelen van elektrische schakelingen bespreken we als die onderdelen aan bod komen. 2.5 Gesloten kring Uit bet voorgaande blijkt dat een elektrische stroom alleen maar kan stromen in een gesloten kring. In figuur 7 hebben we dat verduidelijkt. In één van de draden die batterij en lampje met elkaar verbinden, hebben we (schematisch) een schakelaar opgenomen. Als de schakelaar wordt geopend geeft de batterij nog steeds een elektrische spanning die een stroom wil doen vloeien. Maar er kan geen stroom vloeien doordat de schakelaar geopend is. Er is geen gesloten kring meer en het lampje is gedoofd. Natuurlijk is dit niet nieuw voor je, al heb je er misschien nooit bij stil gestaan dat een stopcontact twee gaten, een stekker twee pennen en een netsnoer twee draden heeft. Met één pen en één draad kan geen gesloten kring worden gevormd. Meettechniek Hoofdstuk 2 4
Meettechniek Hoofdstuk 2 5