Elektrische schakelingen Hoofdstuk 6 Elektrische schakelingen

Electriciteit

Moleculen en atomen

Atomen Ieder atoom bestaat uit een positieve atoomkern, met daaromheen een negatieve ‘’elektronenwolk’’. De atoomkern bestaat uit: Protonen (positieve lading) Neutronen (neutrale deeltjes) De elektronenwolk bestaat uit: Elektronen (negatieve lading) Een atoom is elektrisch neutraal  evenveel positieve als negatieve lading.

Opbouw voorwerpen Een molecuul is opgebouwd uit elektrisch neutrale atomen, het molecuul wordt dus ook elektrisch neutraal. Voorwerpen zijn opgebouwd uit elektrisch neutrale moleculen. De voorwerpen zijn normaal gesproken dus ook elektrisch neutraal.

Geladen/ongeladen voorwerpen Ongeladen voorwerp: in het voorwerp is evenveel positieve als negatieve lading aanwezig. Het voorwerp is elektrisch neutraal. Geladen voorwerp: het voorwerp heeft een overschot aan positieve of negatieve lading.

Lading overbrengen De ballon heeft nu meer negatieve lading dan positieve lading op zich en is daarom negatief geladen De trui heeft nu meer positieve lading dan negatieve lading op zich en is daarom positief geladen Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan, daarom kan een ballon aan je trui “plakken” De ballon en de trui zijn neutraal in het begin Door wrijving worden elektronen van de trui naar de ballon gezet

Lading Voorwerpen kunnen een positieve (+) of een negatieve lading (-) krijgen (bijvoorbeeld door wrijving). Een geladen voorwerp oefent elektrische kracht uit op een ander voorwerp.

- + + - + - - - + + + - + - - + - Elektrische stroom + Elektrische stroom: bewegende lading (elektronen) Elektrische stroom ontstaat als: Er een verschil in lading tussen 2 punten bestaat (= spanning!) De lading zich kan verplaatsen over een geleidend materiaal. - Elektronen verplaatsen totdat elektrisch evenwicht ontstaat. + + - + - - - Geleidende staaf + + + + - + - - + -

Geleiders & isolatoren Isolator: Stof waarin elektrische lading (elektronen) zich niet of nauwelijks kan verplaatsen. Geleider: Stof waarin elektrische lading (elektronen) zich eenvoudig kan verplaatsen. Kunststof bescherming (isolator) Koperen stroomdraad (geleider)

Elektrische stroom Een spanningsbron zorgt voor een verschil in lading: Aan de +kant is een tekort aan elektronen Aan de –kant is een overschot aan elektronen + - elektronen elektronen De elektronen worden afgestoten aan de –kant, en aangetrokken door de +kant. Hierdoor ontstaat een elektronenstroom.

Elektrische stroom Een spanningsbron zorgt voor een verschil in lading tussen plus- en minpool. Hoe groter dit verschil is, hoe hoger de spanning is. Hoe hoger de spanning, hoe harder elektronen worden afgestoten (van de minpool) en aangetrokken (door de pluspool)  grotere stroomsterkte. Spanning en stroomsterkte

Weerstand Weerstand: De mate waarin een stroom wordt tegengehouden. Een apparaat in een stroomkring wordt ook een weerstand genoemd, omdat deze de stroom tegenhoudt. Elektrische weerstand in een föhn

Weerstand Eenheid: Ohm (Ω) Symbool: R Weerstand 𝑅= 𝑈 𝐼 𝑅= 𝜌∙𝑙 𝐴 De mate waarin een stroom wordt tegengehouden.

Bijzondere componenten Sommige componenten (onderdelen) van een schakeling hebben een veranderlijke weerstand. NTC: Als de temperatuur stijgt daalt de weerstand van een NTC. PTC: Als de temperatuur stijgt, stijgt ook de weerstand van de PTC LDR: Als de LDR meer licht ontvang daalt zijn weerstand.

Onderdelen stroomkring Werking deurbel

Schakelingen Eén route Meerdere routes

Serieschakeling: stroomsterkte Bij een serieschakeling kan de stroom maar één route volgen. Voor de stroomsterkte geldt: Ihoofd = I1 = I2 = I3 = ….

Parallelschakeling: stroomsterkte Bij een parallelschakeling wordt de stroom verdeeld over verschillende ‘’routes’’. Voor de stroomsterkte geldt: Ihoofd = I1 + I2 + I3 + …. Hoofdstroom: Ihoofd

Serieschakeling: spanning U1 U2 Bij een serieschakeling wordt de energie die één Coulomb met zich meedraagt (de spanning) verdeeld over de lampjes. Voor de spanning geldt: Uhoofd = U1 + U2 + U3 + …. V V

Parallelschakeling: spanning U1 U2 Bij een parallelschakeling is de spanning in de verschillende ‘’routes’’ gelijk. Voor de spanning geldt: Uhoofd = U1 = U2 = U3 = …. V V Hoofdspanning: Uhoofd

Weerstand in serieschakelingen In serieschakelingen geldt: 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = 𝑅 1 + 𝑅 2 + 𝑅 3 =1000+550+250 =1,8∙ 10 3 Ω 1 kΩ 550 Ω 250 Ω R1 R2 R3

Weerstand in parallelschakelingen In parallelschakelingen geldt: 1 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = 1 𝑅 1 + 1 𝑅 2 + 1 𝑅 3 = 1 1000 + 1 550 + 1 250 = 3 440 ≈0,0068 1 𝑅 𝑡𝑜𝑡 =0,0068 𝑅 𝑡𝑜𝑡 = 1 0,0068 ≈1,5∙ 10 2 Ω

Coulomb en Ampère Charles-Augustin de Coulomb Eén Coulomb (1 C) ≈ 6,24 · 1018 elektronen. André-Marie Ampère Eén Ampère (1 A) = 1 C/s, ofwel 6,24 · 1018 elektronen per seconde

Stroomsterkte Eenheid: ampère (A) Symbool: I (1 A = 1 C/s) 𝐼= 𝑄 𝑡 De hoeveelheid lading (elektronen) die per seconde een punt passeert.

Oefenvraag stroomsterkte Gedurende een periode van 6 seconden stroomt een lading van 670 mC door een gloeilamp. Bereken de stroomsterkte. Hoeveel Coulomb stroomt er in 0,83 seconde langs een punt in de gloeidraad? Geg: t = 6 s Q = 670 mC = 0,670 C Gevr: I Opl: 𝐼= 𝑄 𝑡 = 0,670 6 ≈0,11 𝐴

Spanning Eenheid: Volt (V) Symbool: U (1 V = 1 J/C) Spanning 𝑅= 𝑈 𝐼 of 𝑃=𝑈∙𝐼 De hoeveelheid energie die één Coulomb krijgt (van een spanningsbron) of afgeeft (aan een elektrisch apparaat).

Spanningsbronnen Een spanningsbron heeft twee functies: De spanningsbron zorgt dat een stroom gaat lopen. De spanningsbron geeft energie mee aan de elektronen in een elektrische stroom. 3 soorten spanningsbronnen: Batterij/accu (chemisch) Dynamo/generator (beweging) Zonnecel

Spanningsbronnen Stopcontact: U = 220 V Aan iedere Coulomb die langs stroomt wordt 220 Joule aan energie meegegeven Creëert groot verschil in lading tussen plus- en minpool Batterij: U = 3 V Aan iedere Coulomb die langs stroomt wordt 3 Joule aan energie meegegeven Creëert klein verschil in lading tussen plus- en minpool.

Spanning en stroomsterkte U Het aantal Coulomb (6,24 · 1018 elektronen) dat per seconde een punt passeert. 1 A = 1 C/s De hoeveelheid energie (Joule) die een Coulomb krijgt (van een spanningsbron) of afgeeft (aan een elektrisch apparaat). 1 V = 1 J/C

Oefenopgave spanning Twee batterijen van onderstaand type staan in serie (= achter elkaar) geschakeld. Welke spanning leveren de spanningsbronnen samen (noteer in symbolen) Hoeveel Joule aan energie krijgt iedere Coulomb die door de batterij stroomt? Hoeveel energie wordt er per seconde opgenomen bij een stroom van 0,4 A. De batterij wordt 1 minuut aangesloten. Hoeveel energie heeft de batterij in deze tijd geleverd?