inleiding

4. WEERSTAND VAN MATERIALEN
GELEIDERS EN ISOLATOREN
We leerden dat de ene stof, beter de elektrische stroom geleidt dan de andere.
Met behulp van de volgende meetopstelling onderzoekje welke de invloed van
verschillende materialen op de geleiding van de stroom in een elektrische kring.
Benodigdheden:

Multimeter

Batterij van 9V of regelbare bron

Enkele meetsnoeren en de labotafel.

Verschillende materialen (zie tabel)
Meetopstelling
Meetbereik multimeter:
100 mA DC, of een lager meetbereik afhankelijk van het materiaal dat men in kring gebruikt.
Meet de stroom in de kring voor verschillende materialen. Observeer de lichtsterkte die het
lampje uitstraalt. Besluit hieruit of het gebruikte materiaal de stroom goed, niet of slecht
geleidt. Noteer de resultaten in een tabel.
Meettechniek Hoofdstuk 4
1
Vanbilsen Y.
Te testen materiaal
Gemeten stroom
(mA)
Besluit:
Het materiaal
geleidt de stoom
koperdraad
ijzerdraad
aluminiumfolie
Papier
plastiek
Hout
grafiet
4.1 Geleiders
4.1.1 DRADEN
Dit is een draad met aderisolatie uit PVC en een kern uit koper, die tot 750 V mag gebruikt
worden. Hij is getest op 2500V.
De draaddoorsnede of sectie wordt altijd uitgedrukt in mm². Dit is de oppervlakte van het
koper.
Het is een draad voor huishoudelijk en industriële installaties. Hij moet in een PVC-buis
getrokken worden (verplicht door het AREI). Tegenwoordig gebruikt men veel voor
gekabeleerde buizen welke soepel plooibaar zijn (meestal worden ze gebruikt bij inbouw
installaties).
Samenstelling:
1. Kern bestaande uit één of meerdere
draden van zacht koper.
2. Isolatie van PVC
4.1.2 SNOEREN
De kern is meeraderig en soepel uitgevoerd. Hij wordt het meest toegepast op plaatsen
waar trillingen en schokken voorkomen; in de bordenbouw en industriële installaties,
werktuigmachines voor metaal- en houtbewerking
Op de figuur zien we een typisch snoer verplaatsbare toestellen; boormachine, wafelijzer,
frituurketel, verlengsnoeren en dergelijke. Het toegelaten tot 300V. De kern is meeraderig
blank koper en de aderisolatie uit PVC of rubber en de buitenmantel uit verschillende kleuren
PVC of natuurlijk rubber.
Samenstelling:
1. Twee, drie,vier of vijf soepele
kernen.
2. Aderisolatie uit PVC.
3. De aders zijn samengeslagen en door een PVC-beschermingsmantel.
Meettechniek Hoofdstuk 4
2
Vanbilsen Y.
4.1.3 KABELS
Ze worden gebruikt voor vaste leidingen in vochtige lokalen en buitenshuis. Meestal maakt
men ze vast aan de muur met beugel of in buizen (zie de draden). Kabels hebben een ronde
vorm, dit om een waterdichte afsluiting te kunnen maken in een wartel. Er bestaan ook
uitvoeringen die plat zijn en werden vroeger op de muur bevestigd met kabelklemmen.
Er zijn verschillende types naar aanleiding voor wat het moet gebruikt worden. De eerste
kabel met waterdichte buitenmantel en zachte binnenmantel maken deze kabel tot een goed
bruikbare en betrouwbare leiding. Deze worden zeer veel toegepast in huizen, valse
plafonds en op alle plaatsen waar geen beschadiging te verzen valt.
Het tweede soort kabel is gemakkelijk te herkennen aan zijn stalen omvlechting. Hij wordt
veel gebruikt in industriële installaties en op plaatsen waar men ruw werk doet, meestal op
plaatsen waar men beschadiging vreest.
Meettechniek Hoofdstuk 4
3
Vanbilsen Y.
4.2. Benamingen van leidingen
4.2.1. Het Belgische-coderingssysteem:
leder Belgisch genormaliseerd leidingtype wordt aangeduid door een lettergroep bestaande
uit initialen.

De eerste letter wijst op de aard van de isolatie van de kern of van de kernen: C voor
rubber (C van canalisation - cardon) en V voor vinyl.

De eindletter B duidt dat het een in België genormaliseerd type betreft (B van België).

Een tweede V beduidt: beschermingsmantel in vinyl (eindigend
op VB of VMB).
o voor gewoon
vb. VOB
(0 van Ordinaire);
R voor versterkt
vb. CRVB
(R van Renforcé);
As voor lift
vb. CAsFB
(As van Ascenceur);
T voor verplaatsbaar
vb. VTLB
(T van Transportable);
L voor licht
vb. VTLB
(L van Leger);
M voor middelmatig
vb; CTMB
(M van Moyen);
F voor sterk
vb. CTFB
(F van Fort);
I voor isolatie
vb. VIFB
(I van isolant);
G voor mantel
vb. VGVB
(G vanGame);
H voor vochtigheid
vb. VHVB
(H van Humididité);
D voor huls
vb. VDB
(D van Douille);
S voor soepel
vb. VSB
(S van Souple);
Su voor ophanging
vb. CSuB
(Su van Suspension);
a voor gewapend
vb; VHaVB
(a van Arm~);
m voor halfvlak
vb. VTLmB
(m van Méplate);
of
p voor halfvlak
vb. VTLBp
(p van Plate).
4.2.2 Het CENELEC-CODERINGSSYSTEEM:
In het kader van de harmonisatie van CENELEC heeft de kabelcommissie een universeel
coderingssysteem voor leidingen uitgewerkt dat wordt toegepast voor alle CENELEC
geharmoniseerde typen.
In het volgende overzicht wordt een beknopte samenvatting gegeven van het CENELECcoderingssysteem.
Bij dit systeem is de codering gesplitst in drie delen:
1.Basiselement van de codering
Type van de leiding
Nominale spanning
2. Constructie van de leiding in radiale volgorde, te beginnen bij de isolatie en vervolgens
met die onderdelen welke van binnen naar buiten in de leiding aanwezig zijn. Na een
streep volgen de vorm en het materiaal van de geleider.
Meettechniek Hoofdstuk 4
4
Vanbilsen Y.
3. Het aantal aders en de doorsnede van de geleiders, aangevuld met eventuele
aanduidingen van de aders. Hoewel niet volledig, kan dit coderingssysteem als volgt
worden beschreven
1
2
3
4
5
6
-
7
8
9
1. AANDUIDING VAN HET TYPE
H = geharmoniseerd leidingtype
A = door CELENEC erkend nationaal leidingtype
NL-N = leiding volgens nationale norm
2. NOMINALE SPANNING
00 =U0/U = < 100/100V
01 =U0/U= > 1OOV/100V- <300/300 V
03 = U0/U = 300/300 V
05 = U0/U = 300/500 V
07 = U0/U = 450/750 V
3. ISOLATIEMATERIAAL
V = PVC (Polyvinylchloride)
V2 = PVC 90 0C (Polyvinylchloride)
V5 = speciaal oliebestendig PVC
R = Rubber
B = EPR (Etheen Propeen Rubber) 90 0C
S = Silicoon-rubber
G = EVA (Etheenvinylacetaat)
E = Polyetheen
4. MANTEL-BEKLEDING
V = PVC (Polyvinylchloride)
V2 = PVC 90 0C (Polyvinylchloride)
R = Rubber
B = EPR 90 0C (Etheen Propeen Rubber)
N = Polychloropreen
J = Omvlechting van glasgaren
T = Omvlechting van textiel
Q = Polyurethaan (PUR)
5. BIJZONDERHEDEN VAN DE CONSTRUCTIE
D3 = Uitvoering met een element dat trekkrachten kan opnemen, ondergebracht in de as van
een ronde leiding of verdeeld in een platte leiding
D5 = Met opvulhart; dus niet bedoeld als element om de trekkracht op te vangen
H = Platte leiding; aders zijn verbonden aan elkaar maar gemakkelijk te scheiden
(bijvoorbeeld tweelingsnoer)
H2 = Platte leiding; aders niet verbonden maar te samen omgeven door een mantel
C4 = Koperen gevlochten afscherming om de samengeslagen aders of binnenmantel
Meettechniek Hoofdstuk 4
5
Vanbilsen Y.
6. SOORT GELEIDER
U = ronde massieve geleider
R = ronde geleider opgebouwd uit meer draden (niet buigzaam)
F = geleider van een buigzame leiding (IEC publicatie 60228, klasse 5)
K = buigzame geleider van een leiding bestemd voor vaste aanleg (IEC publicatie 60228,
klasse 5)
H = geleider van een bijzonder buigzame leiding (IEC publicatie 60228, klasse 6)
Opmerking voor koper als geleidermateriaal wordt geen apart symbool gegeven
7. Aantal aders
8. Aanduiding aanwezigheid van beschermingsleiding
X = zonder groen/gele ader (beschermingsleiding)
G = met groen/gele ader (beschermingsleiding)
9. Doorsnede van de geleiders
4.3 Weerstand (R)
Je zal bij dit experiment gemerkt hebben dat bij sommige materialen het lampje fel, bij
sommige niet en bij andere een beetje brandt. Dit komt omdat sommige materialen de
stroom beter geleiden dan anderen.
Materialen met een goede geleiding hebben een lage weerstand (koper), anderen hebben
een zeer hoge weerstand (plastiek) en worden gebruikt als isolator omdat ze de stroom
niet geleiden.
Voor de grootte van de elektrische weerstand (R) gebruiken we de eenheid ohm (Ω).
4.4 Soortelijke weerstand of resistiviteit
We leerden dat er geen ideale geleiders zijn d.w.z. geleiders zonder enige weerstand.
Toch heeft het ene materiaal veel meer weerstand dan het andere. 0m die weerstanden te
vergelijken en om te berekenen hoe groot de weerstand van bijvoorbeeld een draad met
een bepaalde lengte (l) en met een bepaalde doorsnede (A) is, heeft men van de
verschillende soorten materialen de resistiviteit gemeten.
Dat is de weerstandswaarde van een blok van 1 x 1 x 1 (m³ )van dat materiaal (zie figuur
11). Je kan het zien als een “geleider” met een doorsnede van 1 m2 en met een lengte van
1
m.
Meettechniek Hoofdstuk 4
6
Vanbilsen Y.
De weerstand van dergelijke geleider is erg laag (voor koper bijvoorbeeld 0.017 μΩ) ofwel
0,000 000 017Ω).
De onderstaande tabel geeft een overzicht van de resistiviteit van enkele materialen bij een
lengte (l) van 1 m en met een doorsnede (A) van 1 m2 en bij een temperatuur van 20 0C.
Materiaal
Soortelijke
Weerstand (ρ)
Aluminium
0,03
.10 -6
Ωm
Constantaan
0,48
.10 -6
Ωm
–6
Ωm
Koolstof (booglampen) 60
.10 -6
Koolstof (voor andere
100... 1000 . .10 -6
doeleinden, bv. grafiet)
Ωm
Ωm
Staal (zacht), ijzerdraad0,13
.10
Koper
0,017
.10 -6
Ωm
Lood
0,20
.10 -6
Ωm
Messing
0,071
.10 -6
Ωm
Nikkel
0,12
.10 -6
Ωm
Tin
0,13
.10 -6
Ωm
Zilver
0,0167
.10 -6
Ωm
Zink
0,0588
.10 -6
Ωm
Je hoeft deze getallen echt niet uitje hoofd te leren. Als je ze ooit nodig hebt kan je ze
opzoeken in de tabel.
Hoe lager het getal voor de soortelijke weerstand is, des te lager is de weerstand en
des te beter geleidt het materiaal de elektrische stroom. Je ziet dat de beste geleider
zilver is, op de voet gevolgd door koper. Ook aluminium is een goede geleider.
De hoogste resistiviteit heeft koolstof. Je gebruikt het dan ook niet als je een goede
geleider nodig hebt. In tegendeel, koolstof wordt gebruikt voor het fabriceren van
weerstanden.
4.5 Weerstand van leidingen
Een (vierkante) koperdraad van 1 m met een doorsnede (A) van 1 m2 heeft een
weerstand van 0,017.10-6 Ω, zoals je in de tabel ziet. Dezelfde draad met een lengte
van 2 m heeft een
weerstand van 2 x 0,017.10-6 Ω. Hieruit blijkt dus:
Hoe langer de draad, des te hoger de weerstandswaarde.
Meettechniek Hoofdstuk 4
7
Vanbilsen Y.
Als we de doorsnede van de draad verdubbelen zal de weerstand worden gehalveerd
nl. 0,017.106 :2 = 0,0085. Ω Hieruit volgt dat:
Hoe groter de doorsnede van de draad, des te lager de weerstandswaarde
Uit deze twee regels kan een algemene regel worden afgeleid:
weerstand van een draad = lengte in meter x resistiviteit
doorsnede in m2
Om deze algemene regel wat korter te kunnen schrijven, gebruiken we symbolen. De
regel luidt dan:
x ρ (Ωm²/m)
R=
1 (m)
A (m²)
ρ is hierin de Griekse letter rho.
 (Ω)
In het voorgaande hebben we steeds met vierkante geleiders gerekend. In de praktijk
zijn geleiders (draden) echter meestal rond, maar dat maakt voor de berekeningen
niets uit. We rekenen immers met doorsnede (die doorgaans opgegeven wordt in mm 2)
en dan maakt het niet uit of zo’n draad vierkant of rond is.
Voorbeeld:
Een koperdraad heeft een doorsnede van 1,5 mm2 en een lengte van 2 m. hoe
groot is de weerstand?
De doorsnede A van 1,5 mm2 moetje eerst omrekenen naar m2 (de basisgrootheid lengte
heeft als eenheid in). Om van mm2 over te gaan naar m2 moetje delen door 1000000 of
vermenigvuldigen met 10-6:
A=1,5 mm2 = 1,5.10-6 m2
De resistiviteit ρ van koper 0,017 x 10-6 Ben je niet thuis in het rekenen met 10-6 dan kan
Je 0,017 x 10-6 schrijven als
0,017
1000000
De lengte l van de draad is 2 m.
R=
1 (m)
A (m²)
xρ=
1,5.10-6
.
2 . x 0,017 x 10-6 = 2 . x 0,017 = 0.023 Ω
1,5
Uit de berekeningen blijkt wel dat de weerstand van normale koperdraden, met een
doorsnede van één of enkele mm2 en een lengte van enkele meters niet erg hoog is. Bij zeer
lange draden met een geringe diameter is die weerstand echter niet te verwaarlozen.
Meettechniek Hoofdstuk 4
8
Vanbilsen Y.
4.6 Meten van weerstand
Met een multimeter in stand ohm (Ω) kan je weerstand meten. Hoe je de multimeter moet
instellen en aflezen vind je in de documentatie bij jouw meettoestel.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Ohmmeter
Oefening 4: Meten van weerstand met een multimeter
Benodigdheden:
 Multimeter
Grafiet staafje van een vulpotlood.
Meetopstelling
Meet de weerstandwaarde voor 3 verschillende lengtes van het grafiet.
Lengte Weerstand
(Ω)
1
2
3
Besluit
Hoe langer het staafje grafiek, des te ___________ is de weerstand.
Meettechniek Hoofdstuk 4
9
Vanbilsen Y.
4.7 Weerstanden
In dit hoofdstuk las je dat weerstand een onaangenaam bijverschijnsel van geleiders is. Het
ideaal, een geleider zonder weerstand, blijkt niet te bestaan. We kunnen die weerstand
echter ook nuttig gebruiken.
4.7.1 WEERSTAND ALS ONDERDEEL (FIG. 13)
Het komt je misschien onwaarschijnlijk voor dat er onderdelen bestaan die men bewust zo
maakt, dat ze een bepaalde weerstandswaarde hebben. Die onderdelen, die men kortweg
weerstanden noemt, worden veel gebruikt in de elektrotechniek en in de elektronica. We
denken aan elektronische apparaten, zoals versterkers en radio- en televisietoestellen. in de
energietechniek gebruiken we ze bijvoorbeeld als verwarmingselement.
Het materiaal waaruit de meeste weerstanden bestaat is hetzelfde als het grafietstaafje uit
oefening 4. Grafiet bestaat hoofdzakelijk uit koolstof. met noemt componenten dan soms ook
koolstofweerstanden.
De toepassingsmogelijkheden van weerstanden komen in de volgende lespakketten aan bod
(Zie Wet van Ohm).
4.7.2
SCHEMASYMBOOL
In elektrische schema’s worden weerstanden als volgt symbolisch voorgesteld.
Fig. 14
Meettechniek Hoofdstuk 4
10
Vanbilsen Y.
4.7.3
WEERSTANDSWAARDEN
Weerstanden bestaan met zeer uiteenlopende weerstandswaarden, van 0,01 Ω tot meer dan
60 000 000 Ω .
Op de weerstanden worden kleurringen opgedrukt om de weerstandswaarde en de
tolerantie aan te geven. De tolerantie geeft de maximale afwijking die de weerstand kan
hebben t.o.v. zijn aangeven waarde.
De kleurringen hebben de volgende betekenis (kleurcode):
De eerste 3 kleurringen geven de weerstandswaarde aan, de vierde geeft de tolerantie weer.
Voorbeelden:
rood
-
2
groen
5
-
rood
-
zwart
-
2
x
1
=22 Ω ±10%
blauw
-
geel
6
x
10.000
Meettechniek Hoofdstuk 4
zilver
- geen
= 560.000 Ω ±20%
11
Vanbilsen Y.