natuurkunde_hoorcollege_II

Natuurkunde
Marc Bremer
[email protected]
Structuur atoom
elektronen
kern
Ladingen
Deeltje
Proton
Neutron
Lading
+1
0
Elektron
-1
Denk aan: +1 = mannetje, -1 = vrouwtje. Dan:
1. Mannetje en mannetje stoten elkaar af
2. Vrouwtje en vrouwtje stoten elkaar af
3. Mannetje en vrouwtje trekken elkaar aan
Indeling atomen
1. Metalen.
Metalen zijn stoffen die graag een paar
elektronen willen afstaan
2. Niet-metalen
Niet-metalen zijn stoffen die er graag
een paar elektronen bij willen
Elektrische lading
Elektrische lading =
1. Of een overschot aan elektronen
(een negatieve lading)
2. Of een tekort aan elektronen
(een positieve lading)
Elektriciteit
Elektriciteit =
Alle verschijnselen die te maken hebben met:
1. Stilstaande (‘statische’) elektrische lading
2. Bewegende (‘dynamische’) elektrische lading:
2A. Gelijkstroom
2B. Wisselstroom
(heel belangrijk bij ontharen)
(óók heel belangrijk bij ontharen)
Stroom
We willen graag dat elektrische lading
beweegt. Dan hebben we een stroom.
Stroomsterkte =
Hoeveelheid electrische lading die per
seconde door een oppervlak stroomt.
Stroom
2 voorwaarden:
1. Geleidend materiaal
2. Een gesloten kring
Geleiders en isolatoren
1. Geleider. Materiaal waarin lading zich
kan verplaatsen (stromen)
2. Isolator. Materiaal waarin lading zich
niet kan verplaatsen (stromen)
Voorbeelden
Metalen, koolstof, sterk verhitte gassen
(eerste orde geleiders)
Water met opgelost zout, edelgassen
(tweede orde geleiders)
Lucht
(slechte geleiders)
Glas, plastic, rubber, porselein
(niet-geleiders, isolatoren)
Metalen
Metalen
Geen stroomkring
Geen stroomkring
Geen stroomkring
Stroomkring
1. Batterij
2. Accu
3. Dynamo
Stroomkring
Electrische
stroom
Electronenstroom
Stroomsterkte
Bepaald door:
1. Weerstand. Veroorzaakt door
apparaten (nauwelijks door snoeren !).
Hindert de stroom. Het kost stroom
moeite zich door een apparaat te
wurmen.
2. Spanning. Veroorzaakt door batterij of
accu of dynamo of stopcontact. Duwt de
stroom vooruit.
Stroom, weerstand, spanning
Symbool Eenheid
Stroom
I
A
Weerstand
R
Ω
Spanning
U
V
Weerstand en spanning
Weerstand en spanning
Spanning ‘verdeeld’ tijdens rondwandeling
door stroomkring. Hogere weerstand
verbruikt meer spanning.
Weerstand en spanning
33 V
30 V
3V
Spanning ‘verdeeld’ tijdens rondwandeling
door stroomkring. Hogere weerstand
verbruikt meer spanning.
Serie
33 V
30 V
3V
Apparaten ‘in serie’ staan achter elkaar.
1. Stroom overal even groot.
2. Spanning verdeeld over apparaten.
Parallel (echte situatie !)
220 V
220 V
220 V
Apparaten ‘parallel’ staan naast elkaar.
1. Stroom verdeeld over apparaten.
2. Spanning overal even groot.
Wet van Ohm
U=IxR
spanning = stroomsterkte x weerstand
Stel:
1. Stroomsterkte
2. Weerstand
Dan:
3. Spanning
I = 0.25 A
R = 12 Ω
U = 0.25 x 12
=3V
Wet van Ohm
U
= IxR
:I
:I
U/I=R
Stel:
1. Spanning
2. Stroomsterkte
Dan:
3. Weerstand
U = 220 V
I = 22 A
R=U/I
= 220 / 22
= 10 Ω
Wet van Ohm
U
= IxR
:R
:R
U/R=I
Stel:
1. Spanning
2. Weerstand
Dan:
3. Stroomsterkte
U = 220 V
R = 10 Ω
I = U/R
= 220 / 10
= 22 A
Energie
Wat is het nut van stroom ?
Stroom bevat elektrische energie !
Die kan worden omgezet in bijvoorbeeld :
1. Bewegingsenergie
2. Stralingsenergie
3. Chemische energie
4. Warmte
(wasmachine)
(epileernaald)
(epileernaald)
(strijkijzer)
kilowattuur (kWh)
Eenheid energie normaal: J (Joule)
In dagelijks gebruik vaak: kWh
Reden gebruik: handig voor communicatie
energiemaatschappijen naar consument
1J
1kWh
= 0.000005 eurocent
= 18 eurocent
Rekenvoorbeeld
Een koelkast verbruikt 70 W (= 70 J/s) Hij
staat het hele jaar dag en nacht aan.
Een kWh kost 18 eurocent. Wat kost het
energieverbruik van de koelkast per dag ?
70 W :10 :10 :10 = 0.070 kW
0.070 x 24 = 1.68 kWh
1.68 x 18 = 30 eurocent
Vermogen
Hoeveel elektrische energie levert
stroom per seconde ( = vermogen) ?
P=UxI
vermogen = spanning x stroomsterkte