Elektrische schakelingen

Electrische stroom
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Stroomrichting
De wet van Ohm.
Weerstand van een draad
Serieschakeling.
Parallelschakeling.
Gemengde schakeling.
Energie en vermogen.
Huisinstallatie
PK 2005
Het koperatoom
Kern (? neutronen en 29
protonen)
27 Binnenste electronen
2 buitenste electronen
ofwel 2 geleidingselectronen
ofwel 2 valentieelectronen
ofwel 2 vrije electronen
Een koperdraad bevat heel veel vrije electronen:
• De vrije electronen zitten al overal
in
een metalen draad
• Een spanningsbron pompt deze vrije
electronen rond.
1. De stroomrichting
• De stroom I loopt van de .
+ pool . . .
. .naar de – pool van de spanningsbron.
• De vrije electronen worden
van de – pool naar de + pool gepompt.
• I is voor de weerstand . . even groot . .
als achter de weerstand.
+
-
I e
2. De wet van Ohm
U = I.R
U = spanning in Volt (V)
I is de stroomsterkte in Ampère (A)
R is de weerstand in Ohm ()
2. De weerstand R van een draad
A
L
R hangt af van:
• De lengte L (in m)
• De doorsnede A (in m2)
• De soortelijke weerstand r (in m)
r.L
R
A
Binas tabel 35
2. De weerstand R van een draad.
•Bereken de weerstand van een
koperdraad van 50,0 cm lang en een
doorsnede van 1,0 mm2.
• Geg: L = 50,0 cm = 50,0.10-2 m
A = 1,0 mm2 = 1,0.10-6 m2
r = 17.10-9 m (BINAS tabel 8)
•R = r.L/A = 17.10-9 . 50,0.10-2/1,0.10-6
= 8,5.10-3 
Bijzondere weerstanden:
PTC: R neemt TOE als T stijgt (metalen)
NTC: R neemt AF als T stijgt (halfgeleiders: C,
Si)
R is onafhankelijk van T (Nichroom o.a.)
600
PTC
Supergeleiding:
R=0
R in 
500
TC = 0
400
NTC
300
200
100
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
T in K
Watervallen 1 en 2 in serie
3m
1
I1 =5 L/h 1 m
2
I2 =5 L/h
P
I =5 L/h
2m
2 en 3
parallel,
1 in serie met (2 en 3)!
1
3m
I1 =5 L/h
1m
P
II22 =4
=5 L/h
L/h
I3 =1 L/h
I = 5 L/h
2
3
2m

Bij serieschakeling geldt:
+
-
1. De stroom . . . is overal hetzelfde.
Hoofdstroom Ibron = I1 = I2.
2. De bronspanning . . . wordt verdeeld.
Ubron = U1 + U2
3. De vervangingsweerstand Rv . . .
Rv = R1 + R2
• Voorbeeld 1: serieschakeling.
1a. Bereken de hoofdstroom
1b. Bereken U1 en U2.
Ub = 12 V
+
R1 = 40 
-
R2 = 80 
Vervang eerst beide weerstanden .
..
Rv = R1 + R2 = 40 + 80 = 120 

Ub =+ 12- V
R1 = 40
Rv 
= 120R
2 = 80 


De hoofdstroom berekenen . . .
Ub = I . Rv  12 = I . 120  I = 0,10 A
Weer terug naar de beginschakeling . . .
Ub = 12 V
+
-
I = 0,10 A
Rv = 120 

Op elke weerstand passen we nu . .
. de wet van ohm toe.
 U1 = I . R1 = 0,10 . 40 = 4,0 V
 U2 = I . R2 = 0,10 . 80 =
8,0 V
Ub =+ 12- V
I = 0,10 A
R1 = 40 
R2 = 80 
De resultaten staan in de
schakeling . . .
De hoofdstroom Ib = I1 = I2 = 0,10 A



Ub = U1 + U2 . . . 12 V = 4,0 V + 8,0 V
Ub =+ 12- V
0,10 A
4,0 V
R1 = 40 
8,0 V
R2 = 80 
• Voorbeeld 2: serieschakeling.
Je wilt een 6,0 V; 0,50 A fietslampje . . .
aansluiten op een spanning van 15 V.
Ub = 15 V
+
-
• Bereken de vereiste
serieweerstand.
Van R1 kennen we twee gegevens:
I1 = 0,50 A en . . U1 = 15 – 6,0 = 9,0 V
Ub = 15 V
+
-
0,50 A 9,0 V
6,0 V; 0,50 A
R1
• We kunnen nu R1 berekenen.
R1 = U1/I1 = 9,0/0,50 = 18 
Nog even UL en I meten . . .
Ub = 15 V
+
-
V
A
0,50 A 9,0 V
6,0 V; 0,50 A
R1 = 18 
Bij parallelschakeling geldt:
1. De spanning over elke weerstand is. .
. . hetzelfde.
U1 = U2.

2. De hoofdstroom wordt . . . . verdeeld.
I = I 1 + I2
3. De vervangingsweerstand Rv . . .
1
1
1


R v R1 R 2
• Voorbeeld: Gemengde schakeling.
1. Bereken de hoofdstroom.
2. Bereken de stroom in elke weerstand
Ub =+12 -V
R1 = 30 
R2 = 60 
R3 = 40 
• Eerst Rv van de parallelschakeling:
1/R1,2 = 1/R1 + 1/R2 =1/30 + 1/60 = 0,050
R1,2 = 1/0,050 = 20 
Ub = 12 V
+
R1 = 30 
R1,2 = 20 
R2 = 60 
-
R3 = 40 
• Nu Rv van de serieschakeling:
Rv = R1,2 + R3 = 20 + 40 = 60 
Ub = I.Rv
12 = I . 60
I = 12/60 = 0,20 A
Ub = 12 V
+
0,20 A
R1 = 30 
-
0,20 A
R1,2 = 20R
3 = 40 
v = 60 R
R2 de
= 60
schakeling . . .
Terug naar
echte
U3 = I3.R3 = 0,20 . 40 = 8,0 V
U1 = 12 – 8,0 = 4,0 V
I1 = U1/R1 = 4,0/30 = 0,13 A
0,20
A
I2 = U2/R2 = 4,0/60 = 0,067 A
Ub = 12 V
+
I = 0,20 A
R1 = 30 
4,0 V
R2 = 60 
-
I = 0,20 A
R3 = 40 
8,0 V
Electrische energie Ee en vermogen P:
P = U.I
BINAS tabel 35
• P is vermogen in W = J/s
• U is spanning in V
• I is stroomsterkte in A
P = Ee/t of Ee = P.t BINAS tabel 35
• P in kW en t in h dan is Ee in kWh
• P in W = J/s en t in s dan is Ee in J
Energierekening:
Een kachel van 500 W staat 10 h aan en
1 kWh kost € 0,11.
• Bereken de energie en de kosten in €
• Geg.:
• Gevr.:
P = 500 W en t = 10 h
E
• Opl.:
Ee = P.t = 0,500 kW . 10 h
= 5,0 kWh
• Kosten:
5,0 . 0,11 = € 0,55
Huisinstallatie
3 x 16 A
Aardleksch.
kWh.mtr
Centrale
Hoofdz.
Fase
M
Nul
Aardl.
Overbelasting
Smelt
door
Kachel
3 x 16 A
Centrale
Fase
P = 4600 W
U = 230 V
I = P/U = 20 A
Nul
Aardl.
Aardl.
M
Kortsluiting
Smelt
door
3 x 16 A
Aardleksch.
Centrale
Hoofdz.
Fase
Contact
tussen
fase en
nul
M
Nul
Aardl.
Aardl.
Aardlekschakelaar:
Smelt
niet
door
3 x 16 A
Aardleksch.
Aardlek
reageert
Centrale
Contact
tussen
fase en
M
aarde
Hoofdz.
Fase
Nul
Aardl.
Aardl.
Aardleiding:
Zekering
smelt
Kan ook
reageren
Aardleksch.
Centrale
Fase
Contact
tussen
fase en
kast
Nul
Aardl.
Aardl.
M
10
t in s
1
Gevaarlijk
0,1
Aardlekschakelaar
0,01
Veilig
0,001
0
100
200
300
400
I in mA
Gevaarlijk:
Bewusteloosheid; gevolgen
voor het hart levensgevaarlijk
Verdraagbaar:
Verdraagbare stroom; boven
50 mA bewusteloos.
Veilig:
Geen invloed op hartslag
en zenuwstelsel.
Einde