Serie en Parallel (5.1)

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Elektriciteit

Elektriciteit

Als er een elektrische stroom loopt, wordt een draad warm.

Een gloeilamp is hier een goed voorbeeld van

De wet van Ohm

R=​I​​U​​

weerstand=​stroomsterkte​​spanning​​

R weerstand in Ohm (    )

U spanning in Volt (V)

I stroomsterkte in Ampère (A)

Ω

Als de temperatuur geen rol speelt:

Een recht evenredig verband tussen spanning en stroom

voorbeelden van een spanningsbron

• batterij
• elektromotor
• accu
• dynamo
• (dus geen stopcontact !)

Lading

De meeste objecten zijn normaal gesproken neutraal geladen

• Neutraal = niet positief en niet negatief

Een object kan elektronen kwijt raken of erbij krijgen

• Elektronen zijn negatief geladen
• Als een object elektronen kwijt raakt, zal het object positief geladen zijn
• Als een object elektronen erbij krijgt, zal het object negatief geladen zijn

Spanning 

Elektronen zijn allemaal negatief geladen. Daarom stoten ze elkaar af

 

Als je heel veel elektronen bij elkaar hebt, ontstaat er een spanning omdat ze elkaar sterk afstoten.

• Te veel elektronen = negatieve spanning (- pool)

Als je te weinig elektronen hebt, is er juist een te kort aan elektronen en worden ze juist aangetrokken

• Te weinig elektronen = positieve spanning (+ pool)
  

Ontstaan van stroom

Als je de minpool via een geleider (zoals stroomdraad) in contact brengt met de pluspool zullen de elektronen zich naar de pluspool verplaatsen

 

Deze verplaatsing van elektronen gaan van – naar +

De mate waarin elektronen zijn samengeperst noemen we de spanning

Hoe groter de spanning, hoe meer energie er vrij komt wanneer de elektronen door de stroomkring gaan stromen

Elektrische stroom

De bewegende elektronen met hun negatieve lading gaan van – naar +

Vroeger dacht men dat het andersom was, en daarom gaat de stroom juist van + naar –

• Vroeger wist men nog niet wat elektronen waren
  
• Toen elektronen ontdekt waren, werd besloten om aan te blijven nemen dat de stroom van + naar – gaat, hoewel elektronen toch echt van – naar + gaan
  

Elektrische stroom: De bewegende lading die in een stroomkring van + naar – stroomt

Spanning en stroom meten 

Een ampèremeter wil de stroom in een schakeling meten, daarom sluit je een ampèremeter in serie aan

Een voltmeter wil het verschil van de spanning in een schakeling meten, daarom sluit je een ampèremeter parallel aan

Elektronische zekering

Smeltveiligheid

Schakelingen en veiligheid

•Overbelasting:te veel apparaten aangesloten

•Kortsluiting:directe verbinding tussen de + en –

•Meterkast: Smeltzekering 16A per groep

Aardlekschakelaar (30 mA)

Hoofdschakelaar

•Jouw lichaam werkt op elektrische stroompjes

•Wisselspanning is gevaarlijker dan gelijkspanning

Een batterij wordt aangesloten op een geleider.

Er staat nu "spanning over de geleider".

Daardoor loopt er "stroom door de draad".

Bij een lage spanning loopt er weinig stroom.

Bij een hoge spanning 

loopt er een hoge stroom.

Dit geldt alleen als we twee keer dezelfde geleider hebben!

Wat zijn de taken van apparaten?

• Informatie verwerken
• verlichten
• bewegen
• verwarmen

Wat is er nodig om elektrische apparaten te laten werken?

1. een gesloten stroomkring
2. een stroombron
3. elektriciteitsdraden
4. een schakelaar

belangrijke tekens 

zie ook tabel 17 van je binas

Schakelingen

phet.colorado.edu

Welke deeltjes stromen er door een elektriciteitsdraad? 

• Elektrische stroom in een draad bestaat uit bewegende elektronen.
  
• Welke kant stromen de elektronen op?
• Van de plus naar de minpool

Serieschakeling

spanning:

  U_bron = + U₁ + U₂ + U₃

Parallelschakeling

spanning:

  U_bron = U₁ = U₂ =U₃

Serie en Parallelschakelingen

• Elk elektron bevat lading die je uitdrukt in Volt.
• Ampère is aantal elektronen dat per seconde langsstroomt.
• Het vermogen kun je berekenen met  
• elektrisch vermogen = spanning ∙ stroomsterkte 
• P = U ∙ I

Elektrische energie

P = vermogen in watt (W) of in joule per seconde

t = tijd in seconden (s)

E = energieverbruik in joule

E=P⋅t

Elektrische energie

Elektrische energie = vermogen x tijd

E = P x t

E = energieverbruik in kWh of in J

P = vermogen in kW

t = tijd in uur (h)

Serieschakeling

parallelschakeling

Serie schakeling: 1 lange stroomkring.
Parallel schakeling: verschillende stroomkringen

6V

V?       V?       V?

6V             

V?        V?       V?

0,6A

A?                                    A?

0,6A

A?                A?        A?        A?

Een gloeilamp heeft een vermogen van 60 W. Door de lamp loopt een stroomsterkte van 5 A. Op welke spanning is de lamp aangesloten?

1. 300 V
2. 12 V
3. 0,08 V

Bereken  het energieverbruik na 20 minuten.

geg:

gevr:

uitw:

3,0V  0,6A

Bereken het energieverbruik na 20 minuten.

geg:

gevr:

uitw:

4,0V  

0,3A

Een strijkijzer werkt op een netspanning van 230 volt. Het typeplaatje van het strijkijzer staat hiernaast. Hoe groot is de stroomsterkte door het strijkijzer?

1. 60 Hz
2. 800 W
3. 3,5 A
4. 0,3 A

Ampère en voltmeter aansluiten - schema

1

Neem het schema over in je schrift en teken op de juiste plaats de voltmeter en de ampèremeter.

Uitwerking 

Thuis draait er een wasmachine van 1500 W, de tv staat aan 800 W en je zingt hard mee met het karaokesysteem 220 W. Bereken de stroomsterkte.

De grootheid en eenheid van spanning is

1. I in Ampere
2. I in Volt
3. U in Ampere
4. U in Volt

Een mobile telefoon heeft een vermogen van 4,0W. Jantje wordt gebeld en heeft een gesprek gedurende 3 min en 24 sec. Wat is de energie die de telefoon heeft verbruikt in W/s

De grootheid en eenheid van stroomsterkte is:

1. I in Ampere
2. I in Volt
3. U in Ampere
4. U in Volt

Bij een spanning van 230 V gebruikt een flinke flatscreen-tv 155 joule. Bereken de stroomsterkte naar de flatscreen.

Voor een serie schakeling geldt:

1. I​tot​​=I​1​​=I​2​​=....
2. I​tot​​=I​1​​+I​2​​+...
3. U​tot​​=U​1​​+U​2​​+....
4. U​tot​​=U​1​​=U​2​​=...

Bereken het maximale vermogen dat het oplaadstation van de foto kan leveren.

Wat weet je van stroom in een parallel schakeling?

1. Het is overal hetzelfde
2. Stroom in vertakking is minder dan in hoofdtak
3. Er zit geen regel aan

Een stadion wordt verlicht met lampen in vier lichtmasten. In elke mast zitten 59 lampen van elk 2000 W. Bij een gemiddelde wedstrijd branden de lampen 3,5 uur lang. 1 kWh kost € 0,19. Hoe duur is dat?

Een zekering beveiligt tegen

1. overbelasting
2. kortsluiting
3. Brand
4. overbelasting en kortsluiting

Op de kWh meter staat aangegeven dat de oven 3,5 kWh heeft verbruikt tijdens het bakken van een cake. De cake heeft 1 uur en 33 min in de oven gestaan. Bereken het vermogen van de oven.

Als je deze stekker in het stopcontact
steekt valt de stroom uit.
Wat is er gebeurd?

1. elektriciteitsdraden zijn gesmolten
2. de aardlekschakelaar is uitgeschakeld door kortsluiting
3. er is een zekering doorgebrand/uitgegaan door overbelasting
4. er is een zekering doorgebrand/uitgegaan door kortsluiting

Waarom krijgen was-droog combinaties vaak een 'eigen groep'?

1. Hogere spanning
2. Hoge stroom
3. Werkt met water
4. Grotere kans op kortsluiting

Wat doet een aardlekschakelaar

1. Schakelaar die iets uit of aan zet.
2. Schakelt de stroom uit van een groep zodra er ergens stoom lekt.
3. Daarmee kan je meten hoeveel stroom er in de aarde zit.
4. Alle antwoorden zijn goed.

Je speelt 1,50 uur met je spelcomputer. Die heeft een vermogen van 60,0 W.

Bereken het energiegebruik in kWh en in kJ.

Huiswerk

Bestudeer § 1 en 2 goed!