Hoofdstuk1

HERHALING BASIS ELEKTRICITEIT
I ELEKTRISCHE STROOM, SPANNING EN WEERSTAND
1.1 Atomen
Elektriciteit stroom uitleggen is niet zo gemakkelijk.
Misschien weet je dat alle stoffen zijn opgebouwd uit atomen. Afhankelijk van de sterkte
waarmee deze atomen aan elkaar gebonden zijn. vormen zij vaste, vloeibare of gasvormige
stoffen.
Een atoom (fig I.) bestaat uit een kern van elektrisch positiefgeladen protonen en ongeladen
neutronen. De kern van een atoom is dus positiefgeladen en rond de kern draaien elektronen die
negatief geladen zijn.
Het aantal elektronen in een atoom is gelijk aan het aantal protonen. Atomen zijn dus in normale
toestand elektrisch neutraal.
1.2 Vrije elektronen
De elektronen cirkelen op verschillende banen (schillen) rond de kern. Wanneer elektronen
voldoende energie uit hun omgeving krijgen (door verwarming, bestraling. wrijving enz.) kunnen
zij de baan rond het atoom verlaten en vrij bewegen van het ene atoom naar het andere. We
noemen ze dan vrije elektronen.
Meettechniek Hoofdstuk 1
1
Vanbilsen Y.
HERHALING BASIS ELEKTRICITEIT
1.3 Elektrische stroom
Bij sommige stoffen, bijvoorbeeld koper, is de binding tussen de elektronen en de kern tamelijk
los en zijn er veel vrije elektronen die zich willekeurig door elkaar bewegen (fig. 2).
Wanneer we er nu in slagen om die beweging van
elektronen te kanaliseren d.w.z. in dezelfde zin te doen vloeien, dan spreekt men van elektrische
stroom (eenheid A). Denk hierbij aan watermoleculen die mee de stroom van het water bepalen
in een waterleidingsysteem.
1.4 Spanning
Plaats je aan het begin van een koperdraad een negatieve en op het uiteinde een positieve
elektrische pooi van een elektrische bron, dan worden de vrije elektronen aangetrokken door de
positieve en afgestoten door de negatieve pool.
Door die aantrekkingskracht gaan de vrije elektronen van het ene atoom naar het andere
bewegen in de richting van de positieve pool.
In de koperdraad ontstaat een stroom van elektronen (elektrische stroom).
Meettechniek Hoofdstuk 1
2
Vanbilsen Y.
HERHALING BASIS ELEKTRICITEIT
De spanning ( eenheid V ) van een elektrische bron (met een plus- en een min-pool) ontstaat in
de bron als gevolg van een scheikundig of elektromagnetisch proces. (zie hoofdstuk 3
Spanningsbronnen) Je kan alvast de elektrische spanning vergelijken met de druk op het water
die door een pomp of een hoogteverschil veroorzaakt wordt.
1.5 Geleiders, isolatoren en halfgeleiders
We leerden dat de elektronen van koperatomen een tamelijk losse binding hebben met de
atoomkernen. Daardoor kunnen ze zich gemakkelijk onder invloed van een elektrische
spanning door bet koper verplaatsen. Anders gezegd: koper is een goede geleider en heeft een
kleine weerstand voor de elektrische stroom. Dit materiaal wordt dan ook op grote schaal
gebruikt in de elektrotechniek. Er zijn materialen die nog beter geleiden dan koper.
bijvoorbeeld zilver. Maar dat is een beetje te duur om er bijvoorbeeld bovenleidingen voor
treinen van te maken. Aluminium geleidt iets minder goed dan koper en zou het veel duurdere
koper kunnen vervangen. Maar het heeft enkele nadelen, zoals de geringe mechanische
sterkte.
De mate waarin een materiaal de elektrische stroom geleidt noemt men de geleiding. De term
‘het geleidingsvermogen’ is minder juist en de term ‘geleidbaarheid’ is helemaal fout.
Er zijn ook stoffen waarvan de elektronen zo sterk zijn gebonden aan de kernen, dat ze vrijwel
geen elektrische stroom kunnen geleiden. Voorbeelden daarvan zijn glas, de meeste
kunststoffen en vele keramische materialen, zoals porselein. Dergelijke stoffen noemt men
isolatoren.
Later zullen we zien dat niet alleen metalen de elektrische stroom kunnen geleiden. maar
onder bepaalde omstandigheden ook sommige vloeistoffen en zelfs gassen.
Tussen geleiders enerzijds en isolatoren anderzijds bevinden zich een groot aantal materialen
die niet goed geleiden. Deze stoffen noemt men halfgeleiders en zijn belangrijk voor bet
aanmaken van elektronische componenten.
1.6
Weerstand
Het begrip elektrische weerstand geeft aan hoe groot de “weerstand” is die een materiaal biedt
aan de elektrische stroomdoorgang.
Materialen die de stroom goed geleiden hebben een lage weerstand (koper, ijzer. aluminium), materialen die de stroom
niet geleiden (plastiek) een zeer hoge weerstand.
Meettechniek Hoofdstuk 1
3
Vanbilsen Y.