Elektriciteit: Spanning en stroom
Bijles natuurkunde VWO
Hoe komt elektriciteit tot stand?
Er bestaat een + en een – lading. Gelijke ladingen stoten elkaar af, + en – trekken elkaar juist aan.
Elektriciteit is de verplaatsing van ladingen door een elektronisch circuit. Deze lading wordt aangegeven met Q, waarvan de eenheid C (Coulomb) is.
De elementaire lading, ofwel het elementair ladingskwantum is de kleinste lading die er bestaat. Het symbool hiervoor is e; een proton heeft een +e, elektron heeft een lading –e. Een neutron heeft een neutrale lading. 1e = 1,6 * 10^-19 C (BINAS tabel 7).
Een spanningsbron is een bron die blijvende elektrische spanning kan onderhouden tussen zijn aansluitpunten → er kan een blijvende elektrische stroom ontstaan.
Je hebt twee soorten spanningsbronnen.
- gelijkspanningsbronnen: accu, batterij etc.
Belangrijk is dat de stroom altijd van + naar – loopt!
- wisselspanningsbronnen: dynamo, stopcontact
Een pool is hierbij meestal 0 V, de andere wisselt tussen + en -.
Spanning (grootheid U, eenheid V van Volt) is het aantal joule dat door 1 Coulomb lading wordt afgegeven.
→ 1 Volt = 1J/Coulomb = 1J/C
Stroomsterkte (grootheid I, eenheid A van ampère)) is het aantal coulomb dat per seconde de dwarsdoorsnede van een stroomdraad passeert
→ 1 ampere = 1 Coulomb/s = 1C/s
I = Q/t
U = I * R Dit is de wet van Ohm. Deze geldt alleen als de weerstand constant is.
U = ΔE/Q
P = U * I
Met deze formules moet je kunnen rekenen en ook moet je ze kunnen omschrijven
(Staan allemaal in BINAS). Zo moet je inzien dat de formule:
De geleider en isolator
In een elektrische stroom stromen vrije elektronen rond, door een spanningsverschil U.
Een geleider biedt zeer weinig weerstand aan de elektrische stroom; de geleidbaarheid is groot.
Een isolator bevat geen vrije ladingsdragers; geleidbaar is zeer laag tot nul.
Om de geleidbaarheid te berekenen, wordt de volgende formule gebruikt: G = 1/R
Waarbij R de weerstand is in Ohm (Ω)
en G de geleidbaarheid is Siemens (S)
Hieronder staat een belangrijke afbeelding die nuttig is voor het begrip van de
soorten schakelingen.
Stroom (I) en spanning (U) gedragen zich namelijk anders in beide schakelingen.
De verschillende ‘regels’ die gelden in de verschillende elektrische circuits voor spanning, stroom en weerstand staan ook in BINAS 35D1, maar toch even ter verduidelijking hieronder opgeschreven.
In een serieschakeling:
Voorbeeldopgave:
Voorbeeldopgave elektrisch circuit:
Piet sluit op de punten A en B een batterij aan met spanning 1,2 V en een stroommeter. De schakeling die hierdoor ontstaat, is te zien in de afbeelding rechts.
Bereken de spanning die de spanningsmeter aanwijst.
Antwoord:
De weerstanden tussen CD, DA en CB zijn samen aangesloten op een spanning van 1,2 V. Gezien het feit dat de weerstanden even groot zijn en in serie met elkaar zijn geschakeld, geldt dat de spanning zich gelijk verdeelt over de weerstanden. (Zie serieschakeling tabel geel hierboven).
De spanningsmeter meet dan dus de spanning over 2 van de 3 weerstanden en meet daarmee een spanningswaarde van:
2 * 1,2 / 3 = 0,8 V
