Samenvatting Elektriciteit

Samenvatting Elektriciteit
Potentiaal = elektrische energie per ladingseenheid:
Eenheid: V = volt = joule/coulomb = J/C.
Aarding: via randaarde van het stopcontact (of via bijvoorbeeld een kraan) verbinden met
grondwater: per definitie potentiaal = 0 V.
Spanning = potentiaalverschil tussen A en B: UAB = VAB = VA - VB
Van de + van een bron naar de – neemt de potentiaal af, de elektrische energie wordt omgezet in
warmte, licht, etc.. (In de praktijk zijn het meestal elektronen die van – naar + gaan en al botsend
elektrische energie verliezen.)
Meten met een voltmeter.
Spanningsbron: levert in principe een constante spanning, onafhankelijk van wat je eraan hangt:
dynamo(bewegingsenergie wordt elektrische energie) of batterij (chemische energie wordt
elektrische energie). Praktijk: spanningsbron heeft beperkte inwendige weerstand.
Stroomsterkte: hoeveelheid lading die per seconde een dwarsdoorsnede passeert:
Eenheid: A = ampère = C/s = coulomb per seconde.
Meten met een ampèremeter.
Weerstand van een voorwerp: verhouding van spanning over en de stroomsterkte door dat
voorwerp: R = U/I in  = ohm = V/A = volt/ampère.
Wet van Ohm:
.(geleidbaarheid:
in
). Meten met een volmeter en een
ampèremeter of met een ohmmeter (een ampèremeter met een bekende aangelegde spanning).
R groter bij gelijke U → I kleiner, dus weerstand is “de mate waarin een voorwerp zich verzet tegen het
doorlaten van stroom”.
Weerstanden R1 en R1 in serie: stroomsterkte gelijk, spanningen opgeteld:
I1 = I2 = Itot
U1 + U2 = Utot
Door welke weerstand Rv kun je R1 en R2 vervangen?
Afleiding:
U1 + U2 = I1R1 + I2R2 = IR1 + IR2 = I(R1 + R2)
Utot = I∙Rv
Samen: Rv = R1 + R2
Weerstanden R1 en R1 parallel: stroomsterkte opgeteld, spanningen gelijk:
I1 = I2 = Itot
U1 + U2 = Utot
Door welke weerstand Rv kun je R1 en R2 vervangen?
Afleiding:
maar ook:
Samen:
of:
Kortsluiting: + en – van een bron verbinden: Zeer kleine weerstand levert grote stroomsterkte op,
verhitting, smelten, branden. Beveiliging: (smelt)zekering: draadje dat doorbrandt bij bepaalde
minimale stroomsterkte: stroomkring verbroken.
Aarding van apparaten: buitenkant verbinden met randaarde zodat als de fasedraad deze buitenkant
raakt, de stroom via de aardedraad en niet via jou naar de aarde vloeit: veilig!
Aardlekschakelaar: vergelijkt de stroomsterkte een gebouw in met de stroomsterkte dat gebouw uit.
Bij verschil: stroomkring onderbreken, er is kennelijk iets naar de aarde afgevloeid.
Spanningsdeler: een serieschakeling.
Stel R in serie met Rregel.
Je weet:
IR = IR regel = Itot
UR + UR regel = Utot
Rv = R + Rregel
Wat gebeurt er als je Rregel groter maakt?
Rregel↑ → Rv↑ → I ↓→ UR↓→ UR regel↑
De weerstand die groter wordt neemt een groter deel van de spanning!
Toepassing 1: verschillende spanningen van een batterij of voeding kunnen aftappen.
Toepassing 2: spanning met de hand kunnen regelen: pot(entio)meter (knopje, schuif)
Toepassing 3: licht-, geluid-, of vochtigheidsgevoelige weerstand als Rv: sensor!
Ohmse weerstand: voorwerp waarvoor R=U/I constant is. I-U-grafiek is rechte met steilheid 1/R.
Halfgeleiderdiode: laat stroom de ene kant op goed door (doorlaatrichting, Rdoorlaat klein) de
andere kant op slecht (sperrichting Rsper groot). Toepassing: gelijkrichters (wissel- naar
gelijkspanning); Light Emitting Diode: LED.
LDR: light dependent resistor: lichtgevoelige weerstand, meer licht → kleinere weerstand.
NTC: negative temperature coefficient: temperatuurgevoelige weerstand: T hoger → kleinere
weerstand (PTC: T↑ → R ↑)
T-sensor: serieschakeling van NTC en weerstand aangesloten op voeding, spanning over weerstand is
sensorwaarde.
Gloeilamp: niet ohms, weerstand neemt toe naarmate spanning toeneemt, I-U-grafiek afnememd
stijgend.
Verwarmingselement: weestand waarbij warmteproductie het doel is!
Soortelijke weerstand:
,met  de soortelijk weerstand in m (ohm-meter), l de lengte van
een draad (in m) o.i.d. en A de dwarsdoorsnedeoppervlakte (in m2). Verwar niet met dichtheid.
Ontwikkelde warmte (joule) in weerstand R onder spanning U bij stroomsterkte I:
1 kWh= kilowatt-uur = 1000 Wh = 1000x3600 s = 3,6∙106 Ws = 3,6∙106 J
Rendement:
.
Opgave
Een spanningsbron die klemspanning Uklem afgeeft is te beschouwen als een ideale spanningsbron
met spanning Ubron in serie met een weerstand, de inwendige weerstand Ri.
Stel Ri = 4,0 ohm en is Uklem = 25 V als niets is aangesloten op de bron.
1. Hoe groot zijn de klemspanning en de afgegeven stroomsterkte als aan de bron 100 ohm
wordt gehangen? Hoeveel procent spanning ben je kwijt door de inwendige weerstand?
2. Idem voor 1000 ohm.
3. Moet Ri klein of groot zijn?
Antwoorden
Ri moet klein zijn ten opzichte van de aangehangen spanning om Uverlies zo klein mogelijk te houden.
Dan is de eenmaal ingestelde spanning betrouwbaar.
Rv = 100 + 4 =104 ohm
I = Ubron/Rv = 25/104 = 0,2404 A = 0,24 A
Uverlies = I∙Ri = 0,24∙4 = 0,96 V
Uklem = Ubron - Uverlies = 25 – 0,96 = 24,04 V = 24 V
Verlies-%: Uverlies /Ubron ∙ 100% = 0,96/25 ∙ 100% = 3,8%