Elektriciteit - BASIS
KORTE SAMENVATTING VAN WAT JE LEERDE IN DE 2E GRAAD
Embedded Files
Lading & statische elektriciteit
Lading & statische elektriciteit
TERMINOLOGIE
Dingen kunnen elektrisch geladen zijn. Als die elektrische ladingen blijven zitten, spreken we van STATISCHE ELEKTRICITEIT. Als de elektrische ladingen bewegen, spreken we van ELEKTRISCHE STROOM.
BASISVASTSTELLINGEN
Sommige voorwerpen trekken dingen aan (of stoten ze af) als je er over gewreven hebt. We noemen die voorwerpen dan “elektrisch geladen”.
We kunnen voorwerpen meer of minder opladen. We kunnen dus gaan spreken over een hoeveelheid elektrische lading.
Elektrisch geladen voorwerpen kunnen elkaar afstoten of aantrekken. Uit onze proeven leiden we af dat er twee soorten elektrische ladingen bestaan. We noemen die negatief en positief.
Positieve en negatieve ladingen kunnen elkaars werking teniet doen. Als een voorwerp even veel positieve als negatieve ladingen bezit, dan noemen we het neutraal (geladen).
Voorwerpen waarop dezelfde soort lading zit, stoten elkaar af. Als het ene negatief en het andere positief geladen is, dan trekken ze elkaar aan.
Hoe verder geladen voorwerpen zich van elkaar bevinden, hoe kleiner de kracht die ze op elkaar uitoefenen. De elektrostatische kracht vermindert als de afstand groter wordt.
Elektrische ladingen bewegen wél door metaal en niet door hout, papier, ... . Sommige materialen zijn dus elektrische geleiders, andere zijn elektrische isolatoren.
Een voorwerp is negatief geladen als het te veel elektronen heeft.
Een voorwerp is positief geladen als het te weinig elektronen heeft.
OEFENING
Als je een ballon wrijft tegen een fleece dekentje, dan kan je die ballon tegen de muur "plakken". Leg uit hoe dat komt.
Bekijk eerst wat er gebeurt met de simulatie Balloons and Static Electricity van PHET.
ANTWOORD
De ballon is geen geleider. Als er elektrische ladingen op terecht komen, dan blijven die ter plaatse zitten.
Als je de ballon tegen het dekentje wrijft dan komen extra negatieve ladingen op de ballon terecht. De ballon is negatief geladen.
Als je de ballon tegen de muur brengt, dan duwen de negatieve ladingen op de ballon de elektronen in de muur een klein beetje naar binnen. De buitenkant van de muur is dan lichtjes positief geladen.
De negatief geladen ballon en het positief geladen oppervlak van de muur trekken elkaar aan. De ballon "plakt" dus tegen de muur.
GROOTHEID - ELEKTRISCHE LADING
De ELEKTRISCHE LADING (q), vaak kortweg lading genoemd, is een natuurkundige grootheid die aangeeft op welke manier een deeltje wordt beïnvloed door elektrische en magnetische velden.
S.I.-EENHEID - COULOMB
Elektrische lading drukken we uit in coulomb (C).
De coulomb wordt gedefiniëerd op basis van de elementaire lading (e), die een fundamentele natuurconstante is.
OEFENING
Zoek op hoe groot de elektrische lading van een elektron is.
Zoek op hoe groot de elektrische lading van een proton is.
Zoek op hoe groot de elektrische lading van een neutron is.
ANTWOORD
De lading van een elektron: q = - 1,602 176 634 ∙ 10-19 C
De lading van een proton: q = + 1,602 176 634 ∙ 10-19 C
De lading van een neutron: q = 0 C
Spanning
Spanning
Elektrische spanning - omschrijving 1 > met goesting
De elektrische spanning die heerst tussen plaats A en plaats B is een manier om aan te geven “hoe graag” ladingen van A naar B willen.
Elektrische spanning - omschrijving 2 > met druk
Elektrische spanning kan je vergelijken met de druk die je op water zet zodat het water door een buis gaat stromen en uit je kraan komt.
Elektrische spanning - omschrijving 3 > met energie
De elektrische spanning is een manier om uit te drukken hoeveel energie elke lading meedraagt en dus kan afgeven.
GROOTHEID - ELEKTRISCHE SPANNING
De elektrische spanning (U) is een manier om uit te drukken hoeveel energie elke lading meedraagt en dus kan afgeven. De elektrische spanning is het verschil in potentiële elektrische energie tussen twee punten, per eenheid van lading.
EENHEID - VOLT
De elektrische spanning meten we in volt (V).
OEFENING
Hoe groot is de elektrische spanning tussen de positieve en de negatieve pool van een AA batterij?
ANTWOORD
U = 1,5 V
OEFENING
De chemische reacties in een batterij kunnen een lading van 36000 C vrijmaken. Tussen de polen van de batterij meten we een spanning van 5 V. Over hoeveel elektrische energie beschik ik dan?
ANTWOORD
U = 5 V = 5 J/C (= 5 joule energie voor elke coulomb lading)
We beschikken over 36000 C lading.
De beschikbare energie is dus:
E = 5 J/C ∙ 36000 C = 180000 J
TERMINOLOGIE
Een batterij is een toestel dat chemische energie omzet naar elektrische energie.
TERMINOLOGIE
Een batterij heeft een vaste plus-pool en een vaste min-pool. Elektrische stroom zal dus in 1 richting lopen. We noemen dit gelijkspanning.
TERMINOLOGIE - NETSPANNING
De (licht)netspanning is de elektrische spanning van de elektrische huisinstallatie. De netspanning bedraagt in Europa 230 V. (Het is een wisselspanning met een frequentie van 50 Hz.)
Stroomsterkte
Stroomsterkte
Elektrische spanning kan je vergelijken met de druk die je op water zet zodat het water door een buis gaat stromen en uit je kraan komt.
Op dezelfde manier kan je elektrische stroomsterkte vergelijken met het debiet van het water dat uit de kraan stroomt.
GROOTHEID - ELEKTRISCHE STROOMSTERKTE
De ELEKTRISCHE STROOMSTERKTE (I) zegt hoeveel lading (q) er per tijdseenheid (Δt) door een geleider stroomt.
EENHEID - AMPĖRE
De elekltrische stroomsterkte drukken we uit in ampère (A). De ampère is 1 van de 7 basiseenheden van ons eenhedensysteem.
OEFENING
Op een powerbank staat genoteerd hoeveel elektrische lading die kan vrijmaken. Die elektrische lading staat genoteerd in milliampere-uur (mAh).
Hoeveel coulomb elektrische lading kan een powerbank van 15000 mAh vrijmaken?
Over hoeveel energie beschikken we als de elektrische spanning van de powerbank 5 V is?
ANTWOORD
q = 15000 mA∙h = 15 A∙h = 15 A ∙ 3600 s = 54000 A∙s = 54000 C
E = 5 J/C ∙ 54000 C = 270000 J
Elektrische weerstand
Elektrische weerstand
De wet van Ohm
De elektrische stroomsterkte door een geleider is recht evenredig met de elektrische spanning die over de uiteinden van die geleider staat.
Elektrische spanning kan je vergelijken met de druk die je op water zet zodat het water door een buis gaat stromen en uit je kraan komt.
Op dezelfde manier kan je elektrische stroomsterkte vergelijken met het debiet van het water dat uit de kraan stroomt.
De elektrische weerstand kan je dan vergelijken met je kraan, of beter, met hoeveel je de kraan hebt opengedraaid.
GROOTHEID - ELEKTRISCHE WEERSTAND
De ELEKTRISCHE WEERSTAND (R) van een component, is een maat voor hoe moeilijk het is om een stroom door die component te sturen. Elektrische weerstand wordt gedefineerd als
S.I.-EENHEID - Ohm
Een elektrische weerstand drukken we uit in ohm (Ω) :
OEFENING
Ik sluit een toestel aan op een AA batterij (U = 1,5 V). Ik meet een stroomsterkte van 235 mA.
Bereken de weerstand van het toestel.
ANTWOORD
R = U / I = 1,5 V / 0,235 A = 6,4 Ω
OEFENING
Ik sluit een weerstand aan op een AA batterij (U = 1,5 V). Ik meet een stroomsterkte van 235 mA. Ik sluit nu diezelfde weerstand aan op een USB-lader (U = 5 V). Hoeveel stroomsterkte meet ik nu?
ANTWOORD
We berekenen eerst de weerstand (R).
R = U / I = 1,5 V / 0,235 A = 6,4 Ω
Nu berekenen we de nieuwe stroomsterkte.
I = U / R = 5 V / 6,4 Ω = 0,783 A
TERMINOLOGIE
In een stroomkring zit (meestal) meer dan 1 toestel. Elk toestel heeft een weerstand. De elektrische stroom "voelt" de weerstand van alle toestellen samen.
We spreken van DE TOTALE WEERSTAND die in de stroomkring is opgenomen.
TERMINOLOGIE
Weerstanden zijn IN SERIE GESCHAKELD als de elektrische stroom eerst door de ene weerstand gaat, dan pas door de volgende.
LEES VERDER ...
TERMINOLOGIE
Weerstanden zijn PARALLEL GESCHAKELD als de elektrische stroom opsplitst voor hij door de weerstanden loopt.
LEES VERDER ...
SERIESCHAKELING:
De totale weerstand verhoogt als je weerstanden toevoegt aan je serieschakeling.
De totale weerstand is de som van alle weerstanden die in serie zijn geschakeld.
De stroomsterkte door elke weerstand is gelijk.
De spanning die over de stroomkring staat, wordt verdeeld over de weerstanden.
PARALLELSCHAKELING:
De totale weerstand verlaagt als je weerstanden toevoegt aan je parallelschakeling.
De totale weerstand is kleiner dan de kleinste weerstand in de parallelschakeling..
De stroomsterkte die door de stroomkring loopt wordt verdeeld over deo weerstanden.
De spanning over elke stroomkring is gelijk.
OEFENING
Zijn de toestellen in jouw huis in serie of parallel geschakeld op het stroomnet? En hoe weet je dat?
ANTWOORD
Ze zijn parallel geschakeld want ik weet dat ze allemaal dezelfde spanning (netspanning, U = 230 V) krijgen.
OEFENING
Als ik een extra toestel laat werken op het stroomnet bij mij thuis, wat gebeurt er dan met de stroomsterkte in dat stroomnet?
ANTWOORD
Ik sluit een extra toestel parallel aan in de stroomkring.
De totale weerstand in de stroomkring daalt dus.
De stroomsterkte in de stroomkring wordt dus groter.
OEFENING
Ik koppel een lampje aan een batterij en merk dat het goed werkt.
Ik ga nu een tweede, identieke lamp aansluiten.
Wat merk ik als ik de tweede lamp parallel aansluit met de eerste?
Wat merk ik als ik de tweede lamp in serie aansluit met de eerste?
ANTWOORD
De eerste lamp blijft gewoon branden. De 2e lamp geeft even veel licht.
De spanning van de batterij wordt nu verdeeld over de 2 lampen die in serie staan.
Die lampen branden dus niet op volle sterkte.
Parallel geschakeld:
In serie geschakeld:
OEFENING
We bouwen een lichtsensor door een LDR (light dependant resistor) in serie te zetten met een vaste weerstand (R) en aan te sluiten op een spanningsbron van 5 V. Als we over de vaste weerstand een spanning van 1,8 V meten, hoe groot is dan op dat moment de spanning over de LDR?
ANTWOORD
Over de LDR staat dan een spanning van 3,2 volt want in een serieschakeling van weerstanden wordt de spanning verdeeld over die weerstanden.
Energie & vermogen
Energie & vermogen
TERMINOLOGIE
Als een elektrische stroom doorheen een weerstand (een toestel dus) gaat, wordt er warmte gecreëerd. Dat verschijnsel heet HET JOULE-EFFECT.
ELEKTRISCHE ENERGIE GEBRUIKEN = ENERGIE OMZETTEN
GROOTHEID - ENERGIE
De energie (E) die een voorwerp bezit, is een maat die uitdrukt hoeveel "verandering van toestand" dat voorwerp KAN (!) veroorzaken.
S.I.-EENHEID - JOULE
Een hoeveelheid energie drukken we uit in joule (J) :
GROOTHEID - VERMOGEN
Het VERMOGEN (P) is het tempo waaraan een ding energie gebruikt.
S.I.-EENHEID - WATT
Een vermogen drukken we uit in watt (W).
OEFENING
Hoeveel energie heb ik gebruikt als ik een waterkoker van 2200 W gedurende 3 minuten aanzet?
ANTWOORD
P = 2000 W = 2000 J/s
E = P ∙ t = 2000 J/s ∙ 3 ∙ 60 s = 360000 J
OEFENING
Hoeveel coulomb elektrische lading kan een powerbank van 15000 mAh vrijmaken?
Over hoeveel energie beschikken we als de elektrische spanning van de powerbank 5 V is?
Hoe lang kunnen we daar een elektrisch toestel met vermogen 22 W mee laten werken?
ANTWOORD
q = 15000 mA∙h = 15 A∙h = 15 A ∙ 3600 s = 54000 A∙s = 54000 C
E = 5 J/C ∙ 54000 C = 270000 J
t = E / P = 270000 J / 22 W = 12273 s ( = bijna 3,5 uur )
Elke vorm van energie heeft zijn eigen setje formules. Voor elektrische energie kan je het vermogen berekenen met deze handige formule:
OEFENING
Ik heb thuis een stroomkring met een zekering van 16 A. Reken uit of ik op die stroomkring een inductiekookplaat met een totaal vermogen van 11 kW kan laten werken.
ANTWOORD
Ik bereken de stroomsterkte doorheen de kookplaat.
I = P / U = 11000 W / 230 V = 47,8 A
Als de stroomsterkte groter is dan 16 A schakelt de zekering de stroomkring uit.
Dat gaat dus niet lukken.
Page updated
Report abuse