Hoofdstuk 2 Elektrische energie

Werking kolencentrale

Werking waterkrachtcentrale

Dynamo/generator Een dynamo/generator zet bewegingsenergie om in elektrische energie. Het wieltje van de dynamo beweegt als gevolg van je fietswiel. De magneet draait mee. De spoel ervaart een veranderend magnetisch veld als de magneet draait. Hierdoor ontstaat een inductiespanning en gaat een elektrische stroom lopen.

Ontstaan wisselspanning In een generator/dynamo zorgt een draaiende magneet voor een veranderend magnetisch veld in de buurt van een spoel. Hierdoor ontstaat een wisselspanning.

Gelijkspanning & wisselspanning Gelijkspanningsbronnen hebben een vaste plus- en minpool. Voorbeeld: Accu Batterij In wisselspanningsbronnen wisselen de plus- en minaansluiting elkaar af. Dit komt omdat de spanningsbron in verbinding staat met een generator in de energiecentrale. Voorbeeld: stopcontact

Gelijkspanning & wisselspanning AC = Alternating Current (wisselspanning) DC = Direct Current (gelijkspanning) Met een adapter kan een wisselspanning (stopcontact) omgezet worden in een gelijkspanning. Oefenen met gelijk- en wisselspanningen

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).

Vermogen Eenheid: Watt (W) Symbool: P (1 W = 1 J/s) Vermogen 𝑃=𝑈·𝐼 De hoeveelheid energie die per seconde wordt omgezet.

Energietransport/transformators

Energieverlies In de transportkabels treedt energieverlies op. Dit energieverlies is afhankelijk van de stroomsterkte en de weerstand van de kabels: 𝑃= 𝐼 2 ∙𝑅 P = energieverlies per seconde (in W) I = stroomsterkte door de draad (in A) R = weerstand van de draad (in Ω)

Energieverlies beperken Situatie: De elektriciteitskabels moeten een zeer veel energie vervoeren (groot vermogen). De stroomsterkte door de kabels moet zo klein mogelijk zijn om het energieverlies te beperken. Voor het vermogen van de kabels geldt: 𝑃 𝑘𝑎𝑏𝑒𝑙𝑠 =𝑈∙𝐼 De stroomsterkte moet laag zijn in verband met energieverlies! Er is dus een hoge spanning nodig om toch voldoende vermogen te leveren (hoogspanningskabels!).

Transformators Met een transformator kun je een lage wisselspanning omzetten in een hogere of andersom. Zo kun je de hoogspanning (380.000 V) van het elektriciteitsnet omzetten naar een veilige laagspanning in de huizen (230 V). Werking transformator

Bouw en werking transformator Er geldt: Np = aantal windingen primaire spoel Up = spanning over primaire spoel Ns = aantal windingen secundaire spoel Us = spanning over secundaire spoel 𝑈 𝑝 𝑈 𝑠 = 𝑁 𝑝 𝑁 𝑠

Elektriciteit in huis In huis splitst de hoofdleiding zich in meerdere parallelle groepen. De spanning over elke groep is 230 V (want parallel geschakeld!)

Elektriciteit in huis U = 230 V U = 230 V Overbelasting: er loopt teveel stroom door de elektriciteitsdraden doordat er teveel apparaten op dezelfde groep aangesloten zijn. Hierdoor worden de koperdraden heet (brandgevaar!). Groepszekering: ingebouwde veiligheidsmaatregel die stroom uitschakelt wanneer I > 16 A. Regel: hoe meer apparaten je aansluit op een groep, hoe groter de stroomsterkte in de groepsleiding (Itot). Ofwel: 𝐼 𝑡𝑜𝑡 = 𝐼 1 + 𝐼 2 + 𝐼 3 +𝑒𝑡𝑐. 𝑃 𝑡𝑜𝑡 = 𝑃 1 + 𝑃 2 + 𝑃 3 +𝑒𝑡𝑐. Je sluit een wasmachine (P = 1000 W) aan op een stopcontact uit groep 2. U = 230 V P = 1000 W Er loopt nu een stroom van 𝐼=𝑃/𝑈≈ 4,3 A door de groep. Nu sluit je op dezelfde groep een broodrooster aan (P = 750 W). Dit broodrooster ‘’eist’’ een stroom van 𝐼= 𝑃 𝑈 ≈3,3 𝐴. Voor de totale stroomsterkte in groep 2 geldt: 𝐼 𝑡𝑜𝑡 = 𝐼 1 + 𝐼 2 = 𝐼 𝑤𝑎𝑠𝑚𝑎𝑐ℎ𝑖𝑛𝑒 + 𝐼 𝑏𝑟𝑜𝑜𝑑𝑟𝑜𝑜𝑠𝑡𝑒𝑟 =4,3+3,3=7,3 𝐴

Kortsluiting Normale situatie: De stroom loopt door de twee lampjes en komt dan weer terug bij de spanningsbron (batterij). De lampjes bieden weerstand en zorgen dat de stroom niet te snel stroomt. Kortsluiting: Er is een route met minder weerstand ontstaan. De stroom kiest voor de makkelijke route.  de energie stroomt te snel door de draad heen.

Aardlekschakelaar De aardlekschakelaar vergelijkt de hoeveelheid stroom die het huis in komt met de hoeveelheid stroom die het huis weer verlaat. Als deze hoeveelheden ongelijk is er een lekstroom en wordt de stroomtoevoer uitgeschakeld.