Naam:…………………………. Klas:………….. 1 Cursus Elektriciteit. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 1 2 TV ELEKTRICITEIT Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 2 Hoofdstuk 1: Eigenschappen en opwekken van de elektrische energie. a)Energieomvorming. Energie onder een bepaalde gedaante kan in een andere energievorm worden omgezet. De daartoe geschikte apparaten noemt men ENERGIEOMVORMERS. Enkele voorbeelden van energieomvormingen: 3 -in een bezinemotor wordt de in de benzine opgestapelde chemische energie omgezet in mechanische energie. -bij het verbranden van steenkool wordt chemische energie omgezet in warmte-energie. -in een strijkijzer en andere elektrische verwarmingsapparaten wordt de toegevoerde elektrische energie omgezet in warmte-energie. Bij iedere energieomzetting verdwijnt een zekere hoeveelheid energie van een bepaalde vorm en komt er een gelijkwaardige hoeveelheid onder een of meer andere vormen in de plaats. Voorbeeld:bij een gloeilamp wordt elektrische energie omgezet in warmteen lichtenergie. Vragen: 1) Noem enkele energievormen? 2) Wat is een energieomvormer? 3) Welke energieomzetting gebeurt er bij de volgende toestellen: -een dynamo, -een strijkijzer, -een gloeilamp, -een boormachine, -een broodrooster, Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 3 b)Eigenschappen van de elektrische energie. A) VOORDELEN. 4 De elektrische energie verplaatst zich zeer snel. (300.000km/s) De elektrische energie kan men gemakkelijk over gote afstanden overbrengen. De elektrische energie is zeer gemakkelijk om te vormen tot andere energievormen. Daardoor heeft ze een onbegrensd werkgebied. De elektrische energie veroorzaakt geen luchtvervuiling bij gebruik. De elektrische energie geeft ons een zeer groot komfort. De elektrische energie verzekert in vele gevallen onze veiligheid: op de weg: verkeerslichten, openbare verlichting, …….. op het spoor: seinen, sluiten en openen van overwegen, …… in de lucht: controletoren, radio, ……. op zee: lichtgevende boeien, vuurtoren, …….. B) NADELEN. De elektrische energie kan men niet in grote hoeveelheden opstapelen, ze moet onmiddellijk verbruikt worden. Een accumulator is hierop een uitzondering, het zijn stapelaars van elektrische energie in kleine hoeveelheden. elektrische energie is bij aanraking gevaarlijk ELEKTROKUTIE. Vragen: 1) Noem 3 voordelen van de elektrische energie? 2) Noem 2 gevallen waar de elektrische energie onze veiligheid verzekert? 3) Welk groot nadeel bezit de elektrische energie? 4) Elektrische energie is gevaarlijk! Verklaar? Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 4 c)Opwekking van de elektrische energie. Wat zijn statische bronnen? Stroombronnen die geen bewegende delen hebben noemt men statische bronnen, voorbeeld: zaklampbatterijen. Hoe bekomt men elektrische energie bij een fietsdynamo? 5 Een draaiend fietswiel geeft de beweging over aan de fietsdynamo, die de mechanische energie omzet in elektrische energie. Geef drie uitwerkingen van de elektrische energie? Geef een voorbeeld. Opwekken van warmte: soldeerbouten. Opwekken van licht: gloeidraadlampen. Mechanische werking: een pomp. Wat verstaat men onder elektrokutie? Wanneer elektriciteit door het lichaam van mensen en dieren gaat veroorzaakt zij hierin schokken. Dit noemt men “elektrokutie”. Welke types elektrische centrales ken je? De thermische centrale, de kerncentrale, de hydr-elektrische centrale. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 5 Hoofdstuk 2: Van centrale tot verbruiker. Woordje uitleg. De klokradio wekt je op tijd, je steekt het licht aan, er komt warm water uit de kraan, … . Het koffiezetapparaat verspreidt een fijn aroma … . Een dag dus waarbij je vanzelfsprekend gebruik maakt van elektriciteit. Het is een grote behoefte van de mens geworden. Wat zou er gebeuren als er vandaag eens geen elektriciteit was?? 6 a)De centrale is een fabriek. De plaats waar elektriciteit geproduceerd wordt, is de elektrische centrale. Er is er zeker een bij jou in de buurt. 24 op 24 uur draait de centrale om elektriciteit te leveren. Daar is een hele ploeg mensen aan het werk om deze fabriek draaiende te houden. Elektriciteitscentrales. Er zijn 3 soorten centrales volgens de energiedrager die ze gebruiken? Kerncentrales: ze gebruiken kernenergie en zijn de grootste groep in België. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 6 Kassieke Centrales: gebruiken steenkool, aardgas of stookolie. Deze hebben het grote probleem namelijk de luchtvervuiling. 7 Waterkracht(hydro) centrales gebruiken de waterkracht van een stuwdam. Er is er maar 1 in België. De waterkrachtcentrale van Coo. b) Werking van de centrale? Alle centrales hebben voordelen als nadelen wat betreft het milieu. Fossiele energie naar Thermische energie Bij kerncentrales en klassieke centrales wordt er warmte opgewekt waarmee men stoom maakt. (Fossiele energie naar Thermische energie) Thermische energie naar mechanische energie Met de stoom wordt er een turbine (groot schoepenrad) in beweging gebracht. Mechanische energie naar elektrische energie Door de draaiing van de turbine komt een alternator (soort grote dynamo) in beweging. Deze alternator levert 24000V. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 7 De bedoeling is dus om steeds die turbine draaiende te krijgen. Dit hoeft niet altijd door stoom te gebeuren. Zie schema: 8 c) Van productie naar transport. In een transformator wordt de 24000V naar 380000V verhoogd. Men doet dit om de elektriciteit goedkoop te kunnen verplaatsen doorheen het land. Tot hier gebeurt alles nog in de centrale. Het hoogspanningsnet. Uit de transformator van de centrale vertrekt het hoogspanningsnet naar alle streken van België. Het is ook gekoppeld aan buitenlandse centrales, om zeker te zijn dat men altijd elektriciteit kan leveren aan de klant. Bovengrondse hoogspanningslijnen. Deze bestaan uit bundels draden uit aluminium, koper of legeringen. Ze worden op palen gelegd, 50 tot 60 m hoog. Hierbij wordt zoveel mogelijk rekening gehouden met de inpassing in het landschap. De vereiste hoogte boven woongebieden is groter dan boven landbouwgronden. Ondergrondse hoogspanningsleidingen. De kabels liggen 1,2 m diep in een speciale zandsoort. Het zijn speciale kabels uit kunststof. De ondergrondse leiding is 10 a 20 keer duurder dan de bovengrondse. Ze wordt toegepast voor kleine afstanden vb. in steden. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 8 Transformatoren of omvormers. Overal kan je transformatoren vinden. In de buurt van grote steden staan ze in zogenaamde transformatorparken. Daar staan gewoonlijk heel wat hoogspanningspalen rond. Ook kleine transformatorcabines die een wijk bedienen zie je wel ergens in de buurt. Soms vind je ze ook op palen tegenover een klein bedrijf of een hoeve. Ze dienen allemaal om de elektriciteit zo goedkoop mogelijk te vervoeren. 9 Laagspanningsleidingen. In steden en dichtgebouwde centra lopen deze kabels (uit koper of aluminium) in de grond, onder de stoep. In landelijke gemeenten lopen ze bovengronds op betonpalen in de straten of op steunijzers op de gevels van de huizen. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 9 10 Vragen: 1) Wat zou er volgens jou gebeuren als er geen elektriciteit meer was? 2) Welke 3 soorten van centrales ken je? Geef bij elk soort een korte uitleg? 3) Bespreek de werking van de centrale? 4) Waarom maakt men hoogspanning? 5) Hoe heet het toestel waarmee we de spanning kunnen verhogen of verlagen? 6) Wanneer spreekt men van middenspanning? 7) Wanneer spreekt men van laagspanning en waar wordt die gebruikt? 8) Wat weet je over bovengrondse hoogspanningsleidingen? Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 10 Hoofdstuk 3: De elektrische stroomkring. a)Elektrische stroom vergelijken met waterstroom. 11 Waterstroom 1.Na een tijdje is het waterniveau in de 2 vaten hetzelfde. Het niveauverschik is 0, er is geen waterstroom meer 2.Een blijvende waterstroom verkrijg je met een waterpomp 3.De waterpomp pompt uitwendig watermoleculen door de buisleiding en het rad van B naar A. 4.Door de waterpomp blijft de stuwkracht op de watermoleculen bestaan, want de waterpomp stuwt inwendig de watermoleculen terug van A naar B. Hierdoor blijft in de gesloten waterkring een waterstroom vloeien. 5.De bewegende watermoleculen zijn de energiedragers en de waterbuizen transporteren die energie van de waterpomp naar het rad en terug. 6.Het waterrad verbruikt of vernietigt geen water. 7.De waterpomp maakt geen water. Ze brengt enkel de watermoleculen in beweging in een gesloten waterkring Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 11 12 Elektrische stroom 1.Ook is het elektronenniveau van de 2 lichamen na een tijdje neutraal. Het ladingverschil is 0, er is geen elektronenverplaatsing meer. 2.Een blijvende elektronenverplaatsing verkrijg je met een elektronenpomp (eletrische bron, een generator). 3.De elektronenpomp stuwt uitwendig de elektronen door de draadleiding en de motor van B naar A. De negatieve pool stoot de elektronen af en de positieve pool trekt gelijktijdig de elektronen aan. 4.Door de elektronenpomp blijft de stuwkracht op de elektronen bestaan, want de elektrische bron stuwt de elektronen inwendig van (+) naar (-). Hierdoor blijft in de gesloten stroomkring een elektrische stroom vloeien. 5.De bewegende elektronen zijn de elektrische energiedragers en de draadleiding (koper) transporteert die energie van de bron naar de verbruiker (motor) en terug. 6.De elektrische toestellen (verbruikers) verbruiken of vernietigen geen elektronen. Ze zetten enkel de energie van de bewegende elektronen om in een andere energievorm. 7.De elektrische bron maakt geen elektronen. Ze brengt enkel de elektronen in beweging in een gesloten elektrische kring. Om de elektrische energie van de bron om te zetten in een andere energievorm is een elektrische stroom noodzakelijk. Daarom heet een elektriche bron ook stroombron of voedingsbron. Ze voedt namelijk de verbruikers met bewegende elektronen. Een bron heeft 2 klemmen of polen: de positieve klem (+) met een tekort aan elektronen; de negatieve klem (-) met juist zoveel elektronen te veel als er bij de positieve te kort zijn. Positief en negatief zijn de POLARITEITEN van de polen. b)De Technische stroomzin. Vroeger werd aangenomen dat de elektrische stroom buiten de bron vloeit van de pool met hoger potentiaal (positief) naar de pool met lager potentiaal (negatief). Die overeengekomen stroomzin, die tegengesteld is aan de elektronenverplaatsing, heet conventionele of technische stroomzin. Ondertussen weten we dat de stroom vloeit buiten de bron van de – pool naar de + pool. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 12 Om praktische redenen werkt men meestal met de conventionele stroomzin. In schema's wordt de stroomzin aangegeven door een pijltje op de draadleiding. 13 Een simpele stroomkring heb ik getekend in het plaatje hierboven. Een batterij is door middel van twee draadjes verbonden met een gloeilampje, een situatie die de meesten wel kennen. In een batterij vindt een chemische reactie plaats en als gevolg daarvan levert de batterij een stroom naar de buitenwereld. In een schema maken we gebruik van symbolen. Een batterij wordt voorgesteld door een lange en een korte streep. Een lamp wordt aangegeven door een cirkel met een kruis er door. Een belangrijke eigenschap van stroomkringen is dat ze gesloten moeten zijn, de stroom die de plus van de batterij verlaat moet bij de min weer terugkomen. c)De Elektrische stroomkring. Een hele eenvoudige stroomkring bestaat uit een batterij, geleiders en een verbruiker. Meestal wordt deze verbruiker voorafgegaan door een schakelaar om deze uit te schakelen. Eventueel ook veiligheidsapparaten. d)Een woordje uitleg over geleiders en niet geleiders: Geleiders: Deze worden gebruikt om de stroom ongehinderd door te laten. Ze geleiden de elektrische stroom dus heel goed. Ze bieden een grote geleidbaarheid of een kleine weerstand aan de stroomgang. Alle metalen zijn goede geleiders, de beste is zilver nochtans gaat de voorkeur naar koper en aluminium omdat deze minder duur zijn. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 13 Niet geleiders: Niet-geleiders geleiden de stroom niet. Ze geleiden bijna niet of bieden een oneindig grote weerstand. Niet-geleiders noem je ook isolatoren, isolatiestoffen of diëlektrische stoffen. 14 Isolatiestoffen worden gebruikt om geleiders af te zonderen, te ondersteunen of om af te schermen (b.v. schakelaars, contactdozen). Dit heet isoleren. Een geleider is geïsoleerd als hij omgeven is door een isolatiestof (vb: rubber, PVC). Is hij niet geïsoleerd, dan spreken we van een blanke geleider (b.v. koperdraden als luchtleiding). Door het isoleren worden de geleiders van elkaar en van andere stoffen elektrisch gescheiden. Hierdoor wordt: de mens beschermd tegen ongewenste aanraking (gevaar voor elektrokutie); belet dat de draden onderling concact zouden maken (kortsluiting). e)De schematische voorstelling van een stroomkring. Wanneer je een elektrische installatie aansluit, nakijkt of een fout opspoort, kun je gemakkelijker en vlugger werken, als je beschikt over een schematische voorstelling van de installatie. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 14 Vragen: 1. Vergelijk de waterstroom met de elektrische stroom aan de hand van het schema? 2. Leg uit: hoe zit het met de stroomzin? 3. Wat zijn geleiders en wat niet-geleiders? 4. Teken mij een stroomkring en duidt de volgende dingen aan: -De schakelaar, de stroombron, de geleiders en de verbruiker? 15 Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 15 Hoofdstuk 4: Elektrische spanning, stroomsterkte en weerstand. a) De elektrische spanning. 16 Wat verstaat men door elektrische spanning? In het vorige hoofdstuk leerden we dat de elektromotorische kracht (emk) een ladingsverschil onderhoudt tussen de klemmen van de bron. Dit ladingsverschil oefent een druk (stuwkracht) uit op de elektronen. Door elektrische spanning verstaat men het ladingsverschil of de elektrische druk. Hoe groter het ladingsverschil tussen de twee bronklemmen des te groter is de elektrische spanning. Wat is meten? Meten is vergelijken met de bijhorende eenheid. Hoe noemt men de eenheid van spanning? In het SI systeem wordt de elektrische spanning gemeten in Volt, genoemd naar Alessandro Volta. Eén volt is gedefinieerd als één Joule per Coulomb. De eenheid waarin de spanning wordt uitgedrukt is de VOLT. Symbolische voorstelling : V Voorbeeld: een spanning met sterkte 6V betekent dat deze spanning zesmaal groter is dan de eenheid. (6V = 6 x 1V) -Kleine spanningen worden aangegeven in millivolt (afgekort: mV). Eén millivolt is één duizendste deel van de eenheid. 1mV = 1 millivolt = 0,001V -Hoge spanningen worden uitgedrukt in kilovolt (afgekort: kV). Eén kilovolt is duizendmaal groter dan de eenheid. 1kV = 1 kilovolt = 1000V Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 16 Wat noemt men klemspanning? De spanning op de klemmen van een stroomleverende bron noemt men klemspanning, men stelt ze voor door de hoofdletter U. Vul in …. . . 1mV = …………….. V 1,5V = …………….. mV 0,4V = …………….. mV 1kV = ……………… V 17 20kV = ………………. V 15000V = ……………. KV 0,03V = ……………… mV 0,0045kV = ………….. V Hoe noemt men het meettoestel waarmee men de elektrische spanning meet? De elektrische spanning wordt gemeten met een voltmeter. OPGELET! Gevaar voor elektrokutie! De installatie, de meetsnoeren en het meetinstrument staan onder spanning! schemateken: voltmeter Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 17 b) De elektrische stroomsterkte. 18 Wat verstaat men onder elektrische stroomsterkte? Op een smeltveiligheid is aangegeven 6A. Op het kenplaatje van een motor zien we b.v.: I= 20A. Wat betekent dit? De elektrische stroomsterkte is de hoeveelheid elektriciteit die per seconde door een geleider stroomt. De elektrische stroom is sterker naarmate er per seconde meer elektronen worden verplaatst; m.a.w. naarmate de hoeveelheid elektriciteit die per seconde doorstroomt groter is. De stroomsterkte wordt voorgesteld door de hoofdletter I en uitgedrukt in de eenheid “ampère”(A). Het symbool I is afgeleid van het Franse woord Intensité: "intensiteit". De "ampère" is genoemd naar de Franse natuurkundige André-Marie Ampère. Sommige toestellen werken met een kleine stroom,v.b.: schel, radio. Andere toestellen werken met grote stromen, b.v.: zware motoren, verwarmingstoestellen, enz. . Zwakke stromen worden aangegeven in milliampère (mA) of microampère (A). Eén milliampère is één duizendste deel van de eenheid. Eén microampère is één miljoenste deel van de eenheid. 1mA = 0,001A 1A = 0,000001A = 0,001mA Hoe noemt men het meettoestel dat de stroomsterkte meet ? De stroomsterkte wordt gemeten met een ampèremeter. GEVAAR! Het apparaat of de installatie die men moet controleren is tijdens een stroommeting onder spanning! N.B. Een ampèremeter moet steeds verbinden IN de keten, waar men de stroom wil meten. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 18 19 schemateken: ampèremeter Vul in …. . . 2mA = ……………… A 50mA = …………….. 250mA = …………… 100A = ……………. Cursus TV Elektriciteit A A A 0,005A = …………….. 500mA = …………….. 0,0002A = …………… 0,5mA = ……………… Leerkracht: Gert Verschueren mA A mA A 19 c) De elektrische weerstand. 20 Wat verstaat men onder elektrische weerstand? Uit proeven blijkt dat alle stoffen de elektriciteit niet even goed doorlaten. Koper geleidt de elektrische stroom beter dan constantaan. Isolatiestoffen geleiden de stroom niet. De tegenstand (moeilijkheidsgraad ) die de materialen aan de elektrische stroom bieden noemt men “weerstand”. De weerstandswaarde wordt voorgesteld door de hoofdletter R en wordt aangegeven in de eenheid “Ohm”. 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".v.b.: R = 120 Grote weerstanden geeft men aan in kilo-ohm of in mega-ohm. 1 kilo-ohm = 1k = 1000 1 mega-ohm = 1M = 1000000 = 1000k De weerstand kan gemeten worden met een ohmmeter. schemateken: weerstanden Vul in …. . . 220k = …………… 500k = …………… 0,22M = ………….. 1,2M = …………… 1M = …………… k 50000 = …………. k 0,5M = …………… k 1,1M = 1M + ………. k Opgelet! -Met een ohmmeter mag men alleen meten op delen die zonder spanning zijn. Meten op delen die onder spanning staan, kan het meetinstrument beschadigen. -Een ohmmeter mag men niet wegbergen met gesloten meetstiften. Het Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 20 zou kunnen dat de meetstiften tegen elkaar gedrukt zijn, waardoor de ingebouwde batterij een nutteloze stroom zou leveren en uitgeput geraken. Denk eraan: Elektrische meetinstrumenten zijn duur en kwetsbaar. Ze vragen een zachte behandeling. Wanneer is een stroomkring open? 21 Een elektrische keten is open of onderbroken, als er geen geleidende verbinding bestaat tussen de klemmen van de bron. De bron levert geen stroom als de keten open is. Wanneer is een stroomkring gesloten? Een elektrische keten is gesloten, als er een geleidende verbinding bestaat tussen de klemmen van de bron en de verbruiker. De bron levert maar stroom als de keten gesloten is. Welke twee voorwaarden zijn er noodzakelijk om een stroom te bekomen? De nodige voorwaarden om een stroom te bekomen zijn: 1.Een spanning die in stand gehouden wordt door een bron. 2.Een gesloten stroomketen (kring, circuit). Vragen: 1. Wat verstaan we onder elektrische spanning. Geef ook de grootheid en de eenheid weer? 2. Wat verstaan we onder elektrische stroonsterkte. Geef ook de grootheid en de eenheid weer? 3. Wat verstaan we onder elektrische weerstand. Geef ook de grootheid en de eenheid weer? 4. Teken mij een elektrische weerstand met een waarde van 590Ω. 5. Met welk meettoestel meten we -De spanning -De stroom -De weerstand 6. Wanneer is een stroomkring open? 7. Wanneer is een stroomkring gesloten? 8. Welke 2 voorwaarden zijn er noodzakelijk om een stroom te bekomen? Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 21 Hoofdstuk 5: De Wet van Ohm. a) Theorie. Geef de wet van ohm in woorden en in formule. De weerstand in een keten wordt bepaald door de grootte van de stroomsterkte en door de waarde van de spanning. Deze waarde is afhankelijk van de stroom, van de spanning en de weerstand, wordt vastgelegd in de belangrijke “WET VAN OHM”. 22 In woorden: De weerstand is recht evenredig met de aangelegde spanning (I stijgt als U stijgt) en omgekeerd evenredig met de strromsterkte (I daalt als R stijgt). In formule: Te onthouden: Weerstand = --------------- of R = ---------- -spanning in Volt (V). -Stroomsterkte in ampère (A). -Weerstand in ohm (). Geef 2 afgeleide formules van de wet van ohm. U=IxR I = -------In de formules moeten de grootheden steeds in de eenheid geplaatst worden. Waarden die een veelvoud of een onderdeel zijn aangegeven moeten eerst herleid worden naar de eenheid. Vb.: 220k wordt in de formule 220000, 10mA wordt 0,01A. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 22 b) Oefeningen 23 Getallenvoorbeelden. . 1. De weerstand van een strijkijzer is 55. Bereken de stroom die vloeit bij aansluiting op 220V werkspanning. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Door een weerstand van 220k wil men een stroom sturen van 1mA. Welke spanning moet men aan de klemmen van de weerstand aansluiten? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Op een schaallampje is aangegeven 6,3V – 0,1A. Bereken de weerstand van dit lampje. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Bereken de stroom die vloeit door een weerstand van 220k bij aansluiting op 220V. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Door een gloeilamp die aangesloten is op 220V vloeit een stroom van 500mA. Bereken de weerstand van deze lamp. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 23 6. Door een parkeerlichtje van een auto met weerstand 24, vloeit 0,25A. Welke spanning is aangesloten? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 24 7. Door een kookplaat met weerstand 26 vloeit een stroom van 5A. Op welke spanning is deze aangesloten? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 8. Bereken de weerstand van een gloeilampje dat bij 6,3V spanning een stroom doorlaat van 500mA. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Waarop met men steeds letten bij aankoop van een elektrisch toestel? Bij aankoop van een toestel met men de spanning opgeven van de bron waarop het apparaat zal worden gebruikt. Men moet altijd vooraf controleren of de werkspanning overeenstemt met de spanning van het toestel. Vragen: 1. Geef de wet van Ohm in woorden en formule? 2. Oefeningen. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 24 Hoofdstuk 6: De elektrische leidingsweerstand. 25 a) Theorie. Claude Pouillet (1790-1868) was een Frans natuurkundige die verder inging op de bevindingen van zijn Duitse tijdegenoot Ohm. Hij onderzocht door welke gegevens het begrip weerstand werd bepaald. Welke faktoren beïnvloeden de weerstand van een geleider? -De weerstand van een geleider is afhankelijk van het soort materiaal waarvan hij gemaakt is. -De weerstand van een draad is recht evenredig met zijn lengte. -De weerstand van een geleider is omgekeerd evenredig met zijn doorsnede. Wat verstaat men door soortelijke of specifieke weerstand? Men heeft van ieder soort materiaal (zilver, koper, constantaan, enz.), een draad gemaakt met steeds 1 meter lengte en 1 mm² doorsnede. Van elke draad heeft men zeer nauwkeurig de weerstand bepaalt bij 15°C. De zo bekomen weerstandswaarde voor ieder soort materiaal noemt men de soortelijke of specifieke weerstand van dit materiaal. Vb.: De soortelijke weerstand van koper bij 15°C is 0,0175. Verklaar! Dit betekent dat een koperdraad met een lengte van een 1 meter en een doorsnede van 1mm² bij 15°C een weerstand heeft van 0,0175. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 25 materiaal 0(Ω.mm2/m) 15(Ω.mm2/m) zilver 0,015 0,016 koper 0,0165 0,0175 aluminium 0,026 0,028 wolfram 0,054 0,058 zink 0,058 0,0625 messing 0,068 0,072 ijzer 0,091 0,099 nikkel 0,123 0,135 lood 0,2 0,212 nikkeline 0,3322 0,3336 constantaan 0,481 0,4809 chroomnikkel 0,986 0,996 kwikzilver 0,943 0,953 kool 65,04 65,- 26 (*tabel1: soortelijke weerstand bij 0°C en 15°C) Formuleer de wet van pouillet in woorden. De weerstand van een geleider is recht evenredig met de soortelijke weerstand en met de draadlengte en omgekeerd evenredig met de draaddoorsnede. Soortelijke weerstand x draadlengte Weerstand van een geleider = -----------------------------------------------Draaddoorsnede b) Oefeningen Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 26 27 Een verbruiker bevindt zich op 200 meter afstand van de bron. De geleiders van koper hebben een doorsnede van 4mm². Bereken de weerstand van de leiding bij 15°C. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Opmerking: De weerstand van geleiders is in zekere mate ook afhankelijk van de geleiderstemperatuur. In de meeste gevallen is deze invloed gering. Bereken bij 15°C de weerstand van een spoeltje koperdraad van 0,1mm² doorsnede en 200 meter lengte. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. Vragen: 1. Welke faktoren beïnvloeden de weerstand van een geleider? 2. Wat verstaat men onder speciefieke of soortelijke weerstand? 3. Zoek op in tabel: de soortelijke weerstand van koper en constataan bij 15°C. Wat merk je? 4. Formuleer de wet van Pouillet in woorden? 5. Oefeningen. Hoofdstuk 7: Serieschakelen van weerstanden. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 27 28 a) Theorie Hoe schakelt men weerstanden in serie? Men verbindt het einde van de eerste weerstand R1 met het begin van de tweede weerstand R2, het einde van R2 met het begin van R3, enz… . Zie onderstaande figuur: De twee of meer weerstanden zijn NA ELKAAR verbonden in een BAAN of IN SERIE geschakeld. Wat weet U van de stroomsterkte in een serieschakeling? De stroomsterkte in een serieschakeling is overal gelijk. Opmerking: De ampèremeter mag geschakeld worden op een plaats waar dit Het best schikt. (IN DE KETEN) Heeft de volgorde van de serie geschakelde weerstanden belang? Bij een serieschakeling heeft de volgorde van de weerstanden geen belang. Zie onderstaande figuur: Wat weet U van de afhankelijkheid van de in serie geschakelde Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 28 weerstanden? In een serieschakeling kan geen enkele verbruiker afzonderlijk werken. De in serie geschakelde weerstanden (verbruikers) zijn van elkaar afhankelijk. Uit de praktijk: -De kleine lampjes van een kerstboomverlichting zijn alle in serie geschakeld. Het uitdraaien of het onderbreken van één van deze lampjes onderbreekt de keten, waardoor alle lampjes doven. -Ook de schakelaar staat in serie in de keten, wanneer we immers de schakelaar openen, doven de lampjes. 29 Wat gebeurt er met de stroom als men weerstanden bijschakelt of wegneemt in de serieschakeling. Telkens als men een weerstand in serie bijschakelt, vergroot de weerstand en daalt de stroom bij dezelfde bronspanning. De vervangingsweerstand van een serieschakeling RVS. R= weerstand V= vervanging S= van een serieschakeling. De vervanginsweerstand van een serieschakeling is gelijk aan de som van alle in serie geschakelde weerstanden. RVS = R1 + R2 + R3 + …… b) Oefeningen Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 29 30 1. Drie weerstanden respectievelijk 100, 0,1 en 0,8 k zijn in serie geschakeld. Hoe groot is de vervangingsweerstand in en k? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. 2. Drie weerstanden respectievelijk 20, 14 en 46 zijn in serie geschakeld. Welke weerstand moet hiermee in serie worden geplaatst, opdat de totale weerstand 90 zou zijn? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. 3. Drie weerstanden respectievelijk 100, 40 en 60 zijn in serie geschakeld en aangesloten op 250V. Bereken de vervangingsweerstand en de stroomsterkte? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… c) Nog wat theorie Wat weet U over de spanning in een serieschakeling? Bij een serieschakeling gaat de bron haar spanning verdelen over de in serie geschakelde weerstanden. Zijn er drie of meer weerstanden in serie geschakeld, dan verdeelt de bron haar spanning in drie of meer deelspanningen. De totaal aangelegde bronspanning is gelijk aan de som van de deelspanningen. U = U1 + U2 + U3 + … Opmerking: Over de grootste weerstand staat de grootste deelspanning. De deelspanningen zijn recht evenredig met de waarde van de deelweerstanden. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 30 Bestaat de serieschakeling uit 20 gelijke weerstanden dan verdeelt de bronspanning zich in 20 gelijke delen. Iedere deelspanning is dan een twintigste deel van de bronspanning. Is U=220V, dan is iedere deelspanning 220V/20= 11V d) Nog wat oefeningen. Voorbeeld van berekening. 31 Gegeven: R1= 5,R2=10 in serie: U=6V. Gevraagd: RVS, I, U1 en U2 Oplossing: Bij het oplossen van dergelijke vraagstuken tekent men steeds het schema met de gegevens (in symbolen) uit de opgave erbij. Zo bekomt men een overzichtelijk geheel, waarop men onmiddellijk ziet wat er gevraagd wordt. Dit maakt het oplossen gemakkelijker. ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Vragen: 1. Hoe schakelt men weerstanden in serie? Teken dit? 2. Wat weet u van de stroomsterkte in een serieschakeling? 3. Heeft de volgorde van de serie geschakelde weerstanden belang? 4. Wat weet u van de afhankelijkheid van de in serie geschakelde weerstanden? 5. Wat weet u over de spanning in een serieschakeling? 6. Oefeningen. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 31 Hoofdstuk 8: Parallelschakelen van weerstanden. a) Theorie Hoe schakelt men weerstanden in parallel? Twee of meer weerstanden zijn in parallel geschakeld als alle beginpunten samen verbonden zijn in één aftakpunt en alle eindpunten samen verbonden zijn in een ander aftakpunt. 32 Wat weet U van de spanning in een parallelschakeling? In een parallelschakeling van weerstanden (verbruikers) is de spanning over alle verbruikers dezelfde. Opmerking: De parallelschakeling is in de praktijk de meest gebruikte schakeling. In woonhuizen, fabrieken, kantoren staan de verscheidene verbruikers in parallel. In een huisinstallatie zijn derhalve alle verbruikstoestellen geschikt voor dezelfde spanning nl.: deze van het net, bv. : U = 220V. Zijn in een parallelschakeling de verbruikers afhankelijk van elkaar? Parallelgeschakelde verbruikers werken volledig onafhankelijk van elkaar. Voorbeeld: In een huisinstallatie kan ieder toestel afzonderlijk werken. Het uitvallen of de breuk van één toestel (bv. een lamp) brengt geen stoornis teweeg in de werking van de andere toestellen (lampen, radio, diepvriezer, enz…) Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 32 Wat weet U van de stroomsterkte in een parallelschakeling? De stroom splitst zich in zoveel delen als er parallel geschakelde verbruikers zijn. De totale stroom van een parallelschakeling is gelijk aan de som van de deelstromen. I = I1 + I2 + I3 + …….. 33 Opmerking:Door de grootste parallel geschakelde weerstand vloeit de kleinste deelstroom. De deelstromen zijn omgekeerd evenredig met de parallelgeschakelde weerstanden. Met de wet van ohm I = U/R kan men de deelstromen berekenen. b) Oefening. Drie weerstanden van respectievelijk 6, 12 en 24 zijn in parallel aangesloten op een spanning van 12V. Bereken de totale stroom en de deelstromen. Maak ook een schema. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. c) Terug wat theorie. De vervangingsweerstand van een parallelschakeling Rvp. R = weerstand V = vervanging P = parallel Om de vervangingsweerstand te berekenen bij gekende spanning, bepalen we: 1) De deelstroom in elke weerstand, 2) De totale stroom (som van de deelstromen), 3) De vervangingsweerstand (de spanning delen door de totale stroom). Opmerking:De vervangingsweerstand Rvp is steeds kleiner dan de kleinste parallelgeschakelde weerstand. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 33 d) Terug oefeningen. 34 Drie weerstanden repectievelijk 15, 20 en 60 zijn in parallel geschakeld op 60V. Bereken de vervangingsweerstand, de totale stroom en de deelstromen. Maak ook een schema. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. Drie weerstanden van respectievelijk 6, 12 en 24 zijn parallel geschakeld op een spanning van 12V. Bereken de deelstromen, de totale stroom en de vervangingsweerstand. Maak ook een schema. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. Drie weerstanden van respectievelijk 12, 15 en 60 zijn parallel geschakeld op 120V. Bereken de deelstromen, de totale stroom en de vervangingsweerstand. Maak ook een schema. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………….. Vragen: 1. Hoe schakelt men weerstanden in parallel. Teken dit? 2. Wat weet u van de spanning in een parallelschakeling? 3. Zijn in een parallelschakeling de verbruikers afhankelijk van elkaar. Motiveer uw antwoord? 4. Wat weet u van de stroomsterkte in een parallelschakeling? 5. Oefeningen. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 34 Hoofdstuk 8: Arbeid – Vermogen – Joule-effekt. 35 a) De elektrische arbeid: Theorie. Met welke faktoren is de elektrische arbeid recht evenredig? - De elektrische arbeid is, bij dezelfde stroom, recht evenredig met de spanning. (U) - De elektrische arbeid is bij gelijke spanning recht evenredig met de stroom. (I) - De elektrische arbeid is recht evenredig met de tijd van de stroomdoorgang. Hieruit volgt: Elektrische arbeid = spanning x stroom x tijd W = U x I x t De elektrische arbeid wordt bekomen in joule (J), als de tijd in seconde is aangegeven. b) De elektrische arbeid: Oefeningen. Bereken de opgenomen elektrische arbeid door een verwarmingselement aangesloten op 220V, gedurende één minuut (60s), en een stroom van 3A. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Een snelkoker neemt op 220V een stroom op van 4,5A. Bereken de opgenomen arbeid in 30 seconden. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 35 Opmerking: De praktische eenheid van elektrische energie is de kilowattuur (kWh). De elektriciteitsmeter meet de verbruikte elektrische arbied (energieverbruik) in kilowattuur. Daarom wordt hij ook kilowattuurmeter genoemd. c) Het elektrisch vermogen: Theorie. De eenheid "joule per seconde" heet "watt", naar de Britse uitvinder van de stoommachine James Watt. 36 Het symbool voor vermogen P is afgeleid uit het Frans "Puissance" of het Engels "Power". Wat verstaat men onder “Elektrisch vermogen” Het vermogen (P) is de elektrische arbeid die per seconde wordt opgenomen. Elektrisch vermogen = Elektrische arbeid of P = W = U x I x t = U x I Tijd t t Het elektrisch vermogen van een apparaat is recht evenredig met de aansluitspanning en met de stroomsterkte. Vermogen = spanning x stroom of P=UxI De eenheid van vermogen “joule per seconde” of J/s wordt “watt” (W). Het vermogen wordt gemeten door een wattmeter. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 36 Richtwaarden van het vermogen van enkele apparaten 37 elektrisch apparaat vermogen elektrische wekker ca. 2 W scheerapparaat 6 - 15 W hi-fi keten 30 - 80 W elektrische soldeerbout 10 - 500 W kleurentelevisie 80 - 150 W damp- of zuigkap 80 - 200 W bandopnemer 100 - 150 W koelkast 150 - 300 W diepvriezer 150 - 300 W mixer 250 - 400 W stofzuiger 250 - 1 200 W klopboormachine 400 - 1 000 W koffiezetapparaat 500 - 1 000 W strijkijzer 500 - 1 000 W broodrooster 500 - 1 000 W cirkelzaag 500 - 1 500 W microgolven 600 - 1 500 W radiator 500 - 2 000 W stoomstrijkijzer 1 000 - 2 000 W elektrische oven 1 500 - 3 000 W frituurketel 1 500 - 2 000 W vaatwasmachine 2 000 - 4 000 W droogkast 2 500 - 3 000 W automatische wasmachine 3 000 - 4 500 W elektrisch keukenfornuis ca. 10 000 W Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 37 d) Het elektrisch vermogen: Oefeningen. 38 1) Een verwarmingstoestel neemt uit het net in 5 seconden een elektrische energie van 4000 joule. Bereken het vermogen van dit toestel. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 2) Op een toestel is vermeld 220V-500W. Bereken de stroom bij aansluiting op 220V. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 3) Een toestel neemt een vermogen op van 500W. De stroom is 5A. Bereken de gelijkspanning waarop het is aangesloten. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 38 e) Praktische oefeningen in verband met arbeid en vermogen. 39 De eenheid "joule" is in de praktijk te klein. De praktische eenheid van elektrische arbeid is één kilowattuur (1 kWh). De elektriciteitsmeter of -teller meet de verbruikte elektrische arbeid in kilowattuur. Naarmate het aangesloten vermogen groter is, draait het schijfje vlugger. Bij de energiemeting (W = U.I.t) wordt bijgevolg rekening gehouden met spanning, stroomsterkte en tijd. Het energieverbruik is het vermogen vermenigvuldigd met de tijd (W = P.t). W = arbeid P = vermogen U = spanning in V I = stroom in A T = tijd in s W=UxIxt P=UxI W=Pxt 3600000Ws = 1000W x 3600s 3600kWs = 1kW x 3600s 1 kWh = 1kW x 1h In de praktijk betaal je altijd deze kWh. Zo zal men een getal aflezen van je teller en zal men dit vervolledigen met deze kWh-eenheid. Zo betaal je voor 1 kWh +/- 0,15€. Stel dat je 3 kWh verbruikt hebt dan betaal je : 3 x 0,15€ = 0,45€. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 39 40 1. Een gloeilamp heeft een vermogen van 100W. Hoe groot is het energieverbruik (in kWh) in 30 uren ? Welk bedrag zal men daarvoor moeten betalen als 1kWh 0,15€ kost. ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... f) Het Joule-effekt. Wat noemt men Joule-effect? Het verschijnsel waarbij elektrische energie wordt omgezet in warmteenergie noemt men “joule-effect”. Geef de wet van Joule? De hoeveelheid warmte (Q) die door de stroom in een weerstand wordt ontwikkeld, is evenredig met het elektrisch vermogen (P) en met de tijd van de stroomdoorgang (t). Ze wordt berekent uit de WET VAN JOULE. Q = P x t = U x I x t = I² x R x t Voorbeeld van berekening. Hoeveel warmte wordt er in één uur, in een verwarmingstoestel met vermogen 1000W, ontwikkeld? ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 40 41 Oefening. In een leiding met weerstand 0,2 vloeit een stroom van 5A. Hoeveel warmte wordt er in deze leiding ontwikkeld in 15 minuten? ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... ……………………………………………………………………………………............................... Vragen: 1. Met welke faktoren is de elektrische arbeid recht evenredig? 2. Wat verstaat men onder “elektrisch vermogen” 3. Wat noemt men “Joulle-effekt”? 4. Hoe noemen we de praktische eenheid van de elektrische arbeid? 5. Hoe komt het dat een kookfornuis een groot vermogen heeft en een elektrische wekker niet? 6. Oefeningen. Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 41 42 TECHNOLOGIE ELEKTRICITEIT Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 42 43 Cursus TV Elektriciteit Leerkracht: Gert Verschueren 43