H1 Elektriciteit

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

H1 Elektriciteit

§1.1 Elektrische energie opwekken

§ 1.2 Elektrische energie vervoeren

§ 1.3 Elektriciteit in huis

§ 1.4 Elektriciteit en veiligheid

§ 1.1 Elektrische energie opwekken

• Elektriciteitscentrale
•  Inductiespanning
• Elektrisch vermogen
• Energieverbruik berekenen
• Energie meten in Joule

                                                                              De elektriciteitscentrale

Het water dat ze gebruiken

komt meestal uit een rivier

of meer. Later wordt het      

weer terug gedumpt waar 

het vandaan kwam.               

d3clkn2tk03bff.cloudfront.net

Inductiespanning door een dynamo.

Dynamo en

wisselspanning

Door de constante beweging van de magneet ontstaat 

er een steeds wisselende spanning (wisselspanning).    

Een andere naam voor dit verschijnsel noem je ook wel 

inductie of inductiespanning.                                                      

Elektrisch vermogen                   

Sommige energie centrales kunnen meer elektrische energie leveren dan anderen. Om ze te vergelijken kijk je naar het elektrisch vermogen. De elektrische energie verbruiken en omzetten in een andere vorm van energie dat is wat veel producten doen zoals lampen. Hoeveel ze verbruiken druk je uit in Watt per sec dit is het vermogen.

Het energieverbruik berekenen

Om te berekenen hoeveel energie een apparaat verbruikt gebruik je de formule:

E = P ∙ t

Hierin is:

• E de energie in joule (J);

• P het vermogen in watt (W);

• t de tijd in seconde (s).

Joule/Watt?

Joule en watt is hetzelfde je kunt dus zeggen:

''Dit apparaat heeft een vermogen van 10 Watt.''

of

''Dit apparaat gebruikt 10 Joule elektrische energie per seconde gebruikt.''

Het maakt niet zoveel uit welke je gebruikt.

§1.2 Elektrische energie vervoeren

Het elektriciteitsnet

De effectieve spanning

De werking van een transformator

Omhoog en omlaag transformeren

De ideale transformator

Het elektriciteitsnet

Stroom dat door kabels loopt kan omgezet worden in warmte dit zorgt voor energieverlies. Om dit te beperken wordt de spanning omhoog gewekt van de centrale naar de hoogspanningslijnen. Via deze lijnen gaat het naar transformatorstations en transformatorhuisjes om de spanning weer omlaag te brengen naar de netspanning (230V uit je stopcontact).

De effectieve spanning

De spanning van het lichtnet gaat op en neer, dat zich vijftig keer per seconde herhaalt: van 325 V via 0 V naar −325 V. Het lichtnet is dus een wisselspanning met een frequentie van 50 Hz. De polariteit van de spanning is ook omgedraaid: plus is min geworden en min plus.

De effectieve spanning van het lichtnet is 230v. Alleen sommige apparaten werken niet op zo'n hoge spanning dus hebben ze een transformator nodig die de spanning omlaag brengt.

Werking van de

transformator.

Electra komt binnen via Up

en gaat via Np naar Ns die  

minder windingen heeft en

 zo minder stroom komt in   

Us. Zo wordt de spanning   

door een transformator       

omlaag getransformeerd.   

Omhoog en omlaag transformeren

• Als Ns > Np, dan is de spanning Us van de secundaire spoel groter dan de spanning Up van de primaire spoel: de spanning wordt omhoog getransformeerd.

 

• Als Ns < Np, dan is de spanning Us van de secundaire spoel kleiner dan de spanning Up van de primaire spoel: de spanning wordt omlaag getransformeerd.

Dit bereken je met de formule:  

Hierin is:

• Up, Us de spanning in de primaire en secundaire spoel in volt (V);

• Np, Ns het aantal windingen in de primaire en secundaire spoel. Het aantal windingen heeft geen eenheid, die kun je gewoon tellen.

De ideale transformator

Alle transformatoren maken verlies, maar bij het rekenen met een transformator doe je alsof het een ideale transformator is.

De formule hierbij is:  Pp = Ps of Up · I p = Us · I s

Hierin is:

Pp, Ps het vermogen in de primaire en secundaire spoel in watt (W);

Up, Us de spanning in de primaire en secundaire spoel in volt (V);

Ip, Is de stroomsterkte in de primaire en secundaire spoel in ampère (A).

§1.3 De elektriciteit in huis

De huisinstallatie

Een apparaat aansluiten

Het vermogen van een apparaat

Het totale vermogen

Energie meten in KWH

De huisinstallatie

In je huis heb je allemaal groepen van elektra. Deze groepen bij elkaar noem je de huisinstallatie. Elke groep is verbonden met een deel van het huis en daar ook de stopcontacten van 230V elk. De spanning is overal even groot, maar de stroomsterkte niet. Als je de spanning in een groep wil uitschakelen doe je dat met de groepsschakelaar in de energiekast.

Formules voor Spanning en Stroomsterkte

U = U1 = U2 = U3 = ... = 230 V

Hierin is:

• U de spanning over de totale huisinstallatie in volt (V);

• U1, U2, U3 de spanning over de eerste, tweede en derde vertakking in volt (V).

Hierin is:

•I tot de totale stroomsterkte door een groep in ampère (A);

•I1, I2 ,I3 de stroomsterkte door de eerste, tweede en derde vertakking in ampère (A).

It.o.t=I1+I2+I3+....

Een apparaat aansluiten

• Fasedraad: wisselspanning van 230V, je kan er een schok van krijgen. Bruin
• Nuldraad: maakt de stroomkring af, geen spanning wel voorzichtig meedoen. Blauw
• Schakeldraad: staat alleen spanning op als de schakelaar aanstaat. Zwart

Het vermogen van een apparaat

Het vermogen van een apparaat hangt af van 2 factoren:

1. De spanning over een apparaat.

2. De stroomsterkte door het apparaat.

Je kunt het ook berekenen met de formule:

Hierin is:

• P  het vermogen in watt (W);

• U  de spanning in volt (V);

•      de stroomsterkte in ampère (A).

P=U⋅I

I

Het totale vermogen

Het vermogen van de apparaten die aanstaan kun je berekenen met:                                                                                 

Je kunt het ook berekenen door de netspanning(230V) x de totale stroomsterkte te doen:                                         

De totale stroomsterkte berken je met:

U= in Volt (V)

P= in Watt (W)

I= in Ampère (A)

Ptot=P1+P2+P3+......

Ptot=U⋅Itot

Itot=I1+I2+I3+...

Energie meten in kWh

In je meterkast zitten niet alleen schakelaars er zit ook een kWh-meter / energiemeter. Deze meet hoeveel energie je verbruikt Watt per seconde (joule) of makkelijker kilo Watt per uur (kWh).

Dit moet je soms omrekenen en dat doe je zo 1kWh is 3,6 Joule. Als een apparaat precies 1kW(=1000W)verbruikt en 1uur (=3600 s) aanstaat.

E = P · t               E= P  ·  t

E = 1 kW  ·  1 h   E = 1000 W · 3600 s

E = 1 kWhE        E= 3,6 · 10 6e J= 3,6 MJ

§1.4 Elektriciteit en veiligheid

Gevaren van elektriciteit

Zekeringen

Enkele en dubbele isolatie

De aardlekschakelaar

Randaarde

Gevaren van elektriciteit

Als leidingen te veel stroom moeten verwerken, kunnen ze te heet worden dat er brand uitbreekt. Dit kan komen door overbelasting of kortsluiting.

1. Overbelasting                           stroomsterkte te hoog van alle apparaten bij elkaar. Boven 16 A word de groep overbelast en gaat die uit (stroom uit).

2. Kortsluiting                       de draden zijn niet goed geïsoleerd dus raken elkaar aan. Stroom gaat dan direct weer terug en kan heel warm worden.

Behalve brand is er nog een ander gevaar: volgende slide

Een schok

Er kan ook een schok komen van het apparaat. Bij een kleine kan je het nog loslaten ,maar een grote hoeveelheid verlamt je spieren en dan kan je niet meer loslaten. 

De grootte van de stroomsterkte hangt af van de spanning, je lichaamsweerstand (niet groot als je als je goed geleid) en de contactweerstand (waar het je lichaam in- en uitgaat). Bij een droge huid is de contactweerstand best groot, maar als je nat bent neemt hij enorm af (een natte huid is dus enorm gevaarlijk).

Stroomsterkte	Verschijnsel
0,5 - 5 mA	Prikkelende ervaring, schrikbeweging
5 - 20 mA	Pijnlijke spierkrampen
20 - 50 mA	Spiersamentrekking, ook van de borstspier, ademhalingsproblemen
50 - 200 mA	Hartproblemen, hartfibrillatie
200mA - 1A	Vernietiging van weefsels, spieren en zenuwen
Meer dan 1A	Levensgevaar, brandwonden, stolling van eiwitten

Zekeringen

Als er een te grote stroomsterkte (16A) is dan zorgt de groepszekering voor dat de stroom uitgaat. 

In de moderne huisinstallatie heb je installatieautomaten met een hefboompje die je kan omklappen om de stroom weer aan te zetten.

De meterkast

Enkele en dubbele isolatie.

Pvc-buizen hebben een isolatie nodig, omdat de kern is gemaakt van massief koperdraad die 16A kan doorlaten. Isolatie is altijd gekleurd zodat je weet met wat voor draad je te maken hebt (Blauw, Bruin of Zwart).

Je kunt ook een dubbele isolatie hebben dan zitten de draden nog in een extra grijze isolatie (dubbele bescherming). Ook apparaten kunnen kunnen dubbel geïsoleerd zijn, dan is de buitenkant namelijk ook nog geïsoleerd.

Het teken van dubbele isolatie

De aardlekschakelaar

Naast de zekeringen heb je ook de aardlekschakelaar deze meet hoeveel stroom er weggaat en terug komt. Als er een groter dan 30 mA verschil tussen zit weet hij dat er ergens een lek is geweest dus schakelt hij de stroom uit. Hieronder een situatie waarbij de schakelaar ingrijpt.

Zo ziet hij eruit.

Randaarde

Om te voorkomen dat de lekstroom niet via iemands lichaam gaat kun je een aarddraad(groen/gele draad) in je apparaat hebben.  Deze werkt zo:

Bij een lekstroom probeert de stroom de snelste weg naar de aarde te vinden. Deze draad zit in het snoer en heeft een verbinding met de aarde zodat dit de snelste weg is en dus niet via jouw lichaam de grond ingaat.

cndc

De werking vanbinnen.

Plus stof 

§1.1 Zonnepanelen

§1.2 Elektrische energie opslaan

§1.3 De installatieautomaat

§1.4 De werking van een aardlekschakelaar.

Zonnepanelen

Steeds meer mensen hebben zonnepanelen, omdat je dan zelfvoorzienend bent. Een zonnepaneel zet straling om in energie dit wordt aangegeven in wattpiek (Wp). Dit meet je als het licht loodrecht invalt met een vermogen van 1000W/m² en een tempratuur van 25°C. Bij berekeningen kan je uitgaan van het maximale vermogen.

Elektrische energie opslaan

Elektrische energie kun je opslaan in een batterij. Bij een batterij is de capaciteit belangrijk (Hoe lang hij een bepaalde stroom kan leveren). nDeze kun je ook berekenen met de formule:

Hierin is:

• C  de capaciteit in ampère-uur of milliampère-uur (Ah of mAh) 
•     de stroomsterkte in ampère of milliampère ( A of mA)
• t  de tijd in uur (h)

C=I⋅t

I

De installatieautomaat

Een groep heeft niet alleen een een eigen schakelaar ,maar ook een installatieautomaat. Deze zorgt ervoor dat de stroom uitgeschakeld wordt bij een te hoge spanning (16A).

Hij schakelt uit door een hefboom mechanisme. Zie volgende slide

                               De is de                      

       installatieautomaat

Het hefboommechanisme

   Deze kan op 2 manieren worden            

 geactiveerd.                                                    

1. De spoel trekt het anker aan met machneetisme door het stroompje en zo   drukt het tegen de hefboommechanisme.                                                                     

2. Het verwarmingselementje verhit het bimetaal en die buigt dan tegen het  hefboommechanisme aan.                                                                                                    

^{De werking van de aardlekschakelaar}

Wanneer de spanning tussen S1 en 

S2 niet meer hetzelfde is dan komt 

er een spanning in S3.                            

 De circuitonderbreker zorgt er dan  

voor dat de stroom uitgaat in de       

fase- en nuldraad.                                    

Einde 

Dit was alle stof van H1.