De elektrische weerstand INLEIDING Een weerstand is een elektrische component die het vloeien van elektrische stroom vermindert. Weerstand is ook de naam van de elektrische eigenschap van het tegenwerken van elektrische stroom. Weerstanden worden gebruikt als onderdeel in een elektrisch netwerk. De waarde van de weerstand is de weerstandswaarde, dit is de ratio van spanning tot stroom en wordt uitgedrukt in de afgeleide SI eenheid ohm. Een component heeft een weerstand van 1 ohm als een voltage van 1 volt over de component leidt tot een stroom van 1 ampère. 7.1 Elektrische weerstand De tegenstand (moeilijkheidsgraad) die de stoffen bieden aan de elektrische stroom heet elektrische weerstand of weerstand. Grootheid symbool weerstand R Eenheid 1 ohm symbool 1Ω Het symbool voor ohm is de Griekse hoofdletter "Omega". De hoofdletter R is de eerste letter van het Frans"Resistance" of van het Engels "Resister". Weerstanden meet men met een ohmmeter schemateken: weerstanden De stroom ondervindt weerstand in alle delen van de gesloten stroomkring (verbruiker, leidingsdraden, bron). De weerstand van ieder onderdeel wordt voorgesteld door een schemateken van een weerstand met het symbool R en eventueel als index een aanduiding over het betreffende onderdeel. De schakelaars bieden in de open stand (OFF) een zeer grote weerstand en in de gesloten stand (ON) een zeer kleine weerstand. Invloed van spanning en weerstand op de stroomsterkte: Stijgt de spanning over eenzelfde weerstand dan stijgt de stroom door die weerstand in dezelfde mate; de stroomsterkte in een weerstand is recht evenredig met de spanning over de weerstand. Vergroot de weerstand bij een constante spanning dan verkleint de stroom in dezelfde mate; De stroomsterkte in een verbruiker is omgekeerd evenredig met de waarde van zijn weerstand. ste 1 betekenis van weerstand: Weerstand in de betekenis van weerstandswaarde, b.v: de voltmeter heeft een grote weerstand. de 2 betekenis van weerstand: In elektrische en elektronische schakelingen worden bouwelementen met een bepaalde weerstandswaarde gebruikt. Hiermee wordt de stroom in de kring beperkt of de spanning over andere onderdelen verminderd. 7.2 De wet van Ohm Iedereen zal wel eens over deze fundamentele wet gehoord hebben. Men zegt ook wel eens dat bij een radioamateur met geheugenverlies, het wel deze wet zal zijn die als laatste uit zijn geheugen zal verdwijnen. Deze wet kan men overal toepassen (bij herstellingen, het analyseren van de werking ...). spanning weerstand = U R= stroomsterkte I De weerstandswaarde is niet afhankelijk van de aangesloten spanningswaarde en ook niet afhankelijk van de stroomsterkte die er door vloeit. De weerstandswaarde wordt enkel bepaald door zijn natuurkundige eigenschappen en zijn constructie. Geheugensteuntje: Berekeningsvoorbeeld 1: Berekenen van de weerstand Op een lampje is vermeld 2,2V - 0,3A. Bereken de weerstand van dit lampje Gegeven: U = 2,2 V; I = 0,3 A Gevraagd: de weerstand R Oplossing: U R= 2,2 V = 7,3 Ω = I 0,3 A Berekeningsvoorbeeld 2: Berekenen van de stroomsterkte Aan een weerstand met waarde 12MΩ wordt een spanning aangesloten van 24V. Bereken de stroomsterkte. Gegeven: U = 24 V; R = 12 MΩ Gevraagd: de stroomsterkte I Oplossing: 6 1. R = 12MΩ = 12 .10 Ω = 12 000 000 Ω 2. U I= 24 V = R 6 = 2 µA 12 .10 Ω Berekeningsvoorbeeld 3: Berekenen van de spanning Door een weerstand van 88Ω wil je een stroom sturen van 2,5A. Welke spanning moet je aan zijn klemmen aansluiten? Gegeven: R = 88Ω; I = 2,5 A Gevraagd: de spanning U Oplossing: U = R x I = 88 Ω x 2,5 A = 220 V 7.3 Opgelet met de spanning Ieder elektrisch apparaat is vervaardigd om te werken op een bepaalde spanning. Die werkspanning die nominale spanning heet, is op ieder toestel vermeld door een naamplaatje. Stroom en spanning meten Een weerstand aangesloten op een spanning U van een batterij. Er gaat een stroom I lopen door de draden door de weerstand, van de + van de batterij naar de - van de batterij. In dit voorbeeld is gekozen voor een weerstand. Het kan ook een lampje, een LED of een ander onderdeel zijn. Stroom meten Om de elektrische stroom te meten heb je een stroommeter (A-meter) nodig. Deze meter “telt” het aantal elektronen dat door de draad loopt. Een stroommeter (A-meter) moet in serie worden aangesloten. Een stroommeter heeft nagenoeg geen weerstand (Rstroommeter = 0 Ω) Stroom door R. Spanning meten Om een elektrische spanning te meten heb je een spanningsmeter (V-meter) nodig. Een spanningsmeter (V-meter) moet parallel worden aangesloten. Een spanningsmeter heeft een oneindig hoge weerstand (Rvoltmeter = ∞ Ω) Spanning over R. Multimeter Bij een multimeter bepaalt de stand van de draaischijf wat voor soort meter het is. Spanning en stroom Een blikseminslag. Bliksem is eigenlijk elektriciteit Spanning en stroom zijn vaak gebruikte woorden als we het over elektriciteit hebben. Daar staat stroom op is niet helemaal juist. Om dat te begrijpen kan je elektriciteit het beste vergelijken met water. Op de kraan thuis staat waterdruk. Dat is merkbaar omdat je het water niet kunt tegenhouden als je dat bij een geopende kraan met je vinger zou proberen. Als je water in een fles doet en die op zijn kop houdt, kan je dat wel. Dat komt omdat dan de waterdruk kleiner is. Laat je het water uit de kraan of uit de fles stromen, dan moet het ergens naar toe. En als het uit de kraan komt zal dat meestal harder gaan dan wanneer het uit de fles komt. Dat komt omdat die waterdrukken verschillend zijn. Bij elektriciteit geldt net zoiets. Op het stopcontact staat spanning, hetzelfde als de druk van het water. Zolang er niets op het stopcontact is aangesloten gebeurt er verder niets. Net zoals bij een dichtgedraaide waterkraan. Als je bijvoorbeeld een lamp op het stopcontact aansluit, gaat er "elektriciteit" stromen. Bij het water gaat dat van de kraan naar de gootsteen, bij elektriciteit van het ene gaatje naar het andere gaatje van het stopcontact. En pas dan spreken we bij elektriciteit van stroom. De hoeveelheid stroom die gaat lopen hangt af van de hoeveelheid spanning. Net als bij het voorbeeld van water, zal er door die lamp meer stroom gaan als de spanning hoger is. Omdat al die apparaten die op het stopcontact aangesloten kunnen worden, altijd op dezelfde manier moeten werken, is ervoor gezorgd dat de spanning op het stopcontact overal hetzelfde is. Die spanning wordt uitgedrukt in volt (V) en in Europa is dat 230 volt. Er zijn ook gebieden in de wereld waar dat maar 110 volt is. Daar heb je dus andere lampen nodig, maar tegenwoordig zijn er ook apparaten die zelf voelen hoeveel spanning er op het stopcontact staat en er dan toch voor zorgen dat ze goed blijven werken. De kleurcode In elektronische schakelingen worden veel weerstanden gebruikt. Die zijn zo klein dat men er moeilijk een leesbaar getal kan op aanbrengen. De grootte van die weerstanden wordt daarom aangegeven met gekleurde ringen. Op een standaard weerstand staan meestal 4 gekleurde banden. De eerste 2 banden geven de eerste 2 cijfers van de waarde van de weerstand in ohm. De volgende band geeft het aantal "nullen" aan dat achter de eerste cijfers komt. De daarop volgende band geeft de nauwkeurigheid aan. Als een weerstand bijvoorbeeld 5% tolerantie heeft, heeft het een maximale afwijking van 5%. De gebruikte kleuren zijn: zwart bruin rood oranje geel groen blauw violet grijs 0 1 2 3 4 5 6 7 8 wit 9 Een ezelsbruggetje om deze kleuren te onthouden is "Zij BRengt Rozen Op GErrits GRaf Bij Vies GRIJS Weer". De woorden van deze zin beginnen met dezelfde letters als de kleuren van de code. Er is ook gedacht aan de tweede letter van Bruin en Groen, en het hele woord Grijs, zodat daar ook geen verwarring over bestaat. De kleuren rood t/m violet hebben trouwens dezelfde volgorde als de kleuren van de regenboog, dus als men die kent, heb je misschien geen ezelsbruggetje nodig. Voor de tolerantie van weerstanden wordt de volgende code gebruikt: bruin rood goud zilver 1% 2% 5% 10% Zijn er slechts drie ringen, dan is de tolerantie 20%. Dergelijke weerstanden treft men tegenwoordig niet meer aan.