H3§2 Weerstand

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 3

H3: Elektriciteit in huis

§2: Weerstand

Maak deze les met je leerboek en werkboek erbij.

Werk in de volgorde van deze les

Lees nu eerst:

Maak in het werkboek de 

vragen 1 t/m 6 

Leren:

• geleiders laten elektrische stroom makkelijk door (metalen en koolstof) [welke metalen ken je?]
• isolatoren laten elektrische stroom moeilijk (niet) door (glas, rubber, hout, lucht, zuiver water, ......

Lees nu eerst:

De weerstand geeft dus aan hoe makkelijk of hoe moeilijk de elektrische stroom zich kan verplaatsen ....

Geleiders hebben zeer kleine weerstand.

Isolatoren hebben zeer grote weerstand

Ook   ELEKTRISCHE WEERSTAND is een een grootheid.

Net als spanning, stroomsterkte, capaciteit en tijd (H3§1). 

(Binas, tabel 6)

Maak in het werkboek de 

vragen 17 t/m 19 

Lees nu eerst:

In de praktijk wordt door elektriciëns vaak een multimeter gebruikt als zij apparaten "door meten" :

• spanning
• stroomsterkte
• weerstand

Zie ook de tekst op bladzijde 66 

van het leerboek.

Bij natuurkunde gebruiken we

liever een spanningsmeter en 

een stroommeter ....

Maak in het werkboek de 

vragen 10 t/m 13 

Lees nu eerst:

De weerstand van een stroom voerende draad is best lastig.

Het heeft te maken met meerdere aspecten van een draad waardoor elektrische stroom loopt (klik op het pijltje "rechts" onder aan de sheet voor de lijst):

1. van welk materiaal is de draad gemaakt?
2. wat is de lengte van de draad?
3. wat is de doorsnede ("dikte") van de draad?
4. wat is de temperatuur?

MATERIAAL:

Elk materiaal heeft zijn specifieke eigenschappen.

Eén van die eigenschappen is hoe goed of hoe slecht het materiaal de elektrische stroom doorlaat.

Deze eigenschap geven we aan met de term

De soortelijke weerstand gaat altijd uit van een draad met een lengte van 1 meter en een doorsnede ("dikte") van 1 mm² 

(bij een bepaalde temperatuur).

SOORTELIJKE WEERSTAND

LENGTE:

Als een draad langer wordt, wordt de weerstand GROTER.

Als een draad langer is moeten de elektronen een langere weg afleggen. Ze ondervinden dus langer "tegenwerking" tijdens het verplaatsen door de draad.

Als de draad 2 x zo lang wordt, wordt de weerstand 2 x zo groot.

Als de draad 5 x zo lang wordt, wordt de weerstand 5 x zo groot.

(En zo verder ....)

DOORSNEDE:

Als een draad "dikker" wordt, wordt de weerstand KLEINER.

Als een draad dikker is hebben de elektronen meer "ruimte" om zich te verplaatsen. Ze ondervinden dus minder "tegenwerking" tijdens het verplaatsen door de draad.

Als de draad 2 x zo "dik" wordt, wordt de weerstand 2 x zo klein.

Als de draad 5 x zo "dik" wordt, wordt de weerstand 5 x zo klein.

(En zo verder ....)

TEMPERATUUR:

Als de temperatuur verandert, verandert de weerstand ook!

Bij een stijging van de temperatuur wordt de weerstand groter (maar er zijn uitzonderingen ....).

In het leerboek en in het Binasboekje wordt in meeste gevallen uitgegaan van "kamertemperatuur".

Dat is 20 graden Celsius.

Omdat de Celsius-schaalverdeling ook temperaturen lager dan 0 graden kent, gebruiken we liever de schaalverdeling van KELVIN 

KELVIN:

Bij de schaalverdeling van Kelvin gaan we uit van de laagst mogelijke temperatuur:

het ABSOLUTE NULPUNT.

Dit absolute nulpunt heeft bij de schaalverdeling volgens Kelvin de waarde "0" gekregen en komt 

overeen met (afgerond) 

-273 graden Celsius.

[293 K = 293 - 273 = 20 ^oC]

REKENEN:

Om de weerstand van een draad te berekenen bestaat er een formule: R = ρ x (l : A) [zie BINAS, tabel 12].

Hierin is 

• ρ het symbool voor soortelijke weerstand
• l het symbool voor de lengte
• A het symbool voor de doorsnede

Dit is een best lastige formule, vooral als je niet de weerstand (R) moet bereken, maar bijvoorbeeld de doorsnede (A).

REDENEREN:

voorbeeld 1: een messing draad heeft een lengte van 6 meter en een doorsnede van 0,8 mm². Bereken de weerstand bij 20^o C.

oplossing: soortelijke weerstand messing = 0,6 Ω per m per mm² 

dus als de draad 1 m lang is en een doorsnede heeft van 1 mm² is de weerstand 0,6 Ω.

Lengte 6 x 1 m, dus weerstand 6 x zo groot: 6 x 0,6 = 3,6 Ω 

Doorsnede 0,8 x 1 mm² , dus weerstand 0,8 x kleiner: 3,6 : 0,8 = 4,5 Ω

CONCLUSIE: de weerstand is 4,5 Ω.

voorbeeld2 (redeneren):

Een draad van "constantaan" heeft een weerstand van 22,5 Ω.

De doorsnede is 0,4 mm² . Bereken de lengte van de draad.

In bron 4 van het leerboek staat dat de soortelijke weerstand van constantaan 0,45 Ω per m per mm² is.

Dus als l = 1 m en A = 1 mm² dan is R = 0,45 Ω.

De doorsnede is nu 1 : 0,4 = 2,5 x zo klein ..... en wordt weerstand 2,5 x groter, dus bij 1 m lengte moet de weerstand 0,45 x 2,5 = 1,125 Ω zijn.

De weerstand is echter 22,5 : 1,125 = 20 x groter .....

Conclusie: de lengte van de draad is 20 meter.

 

Voorbeeld 2 met formule:

eerst de formule 

R = ρ x (l : A) 

wat vriendelijker maken door links en rechts van het "=" teken met A te vermenigvuldigen ....

R x A = ρ x l

En dan is er ook nog een video .....

Je merkt dat het rekenen met soortelijke weerstand best lastig is.

Gelukkig zijn de vragen in het werkboek niet zo moeilijk .....

Maak in het werkboek de 

vragen 14 t/m 16 

Lees nu eerst:

In de tekst van het leerboek staat:

"De weerstand en de spanning bepalen de stroomsterkte door het apparaat"

Er zijn dus 3 grootheden betrokken:

De stroom is nodig om een apparaat zijn werk te laten doen (warmte, licht, beweging, regeling & communicatie).

De spanning hangt af van de energiebron (bijvoorbeeld stopcontact of batterij) en is meestal een vast waarde (230 V voor stopcontact).

De weerstand hangt af van de eigenschappen van het apparaat.

De WET VAN OHM geeft het verband tussen deze 3 grootheden:

FORMULES:

woordformule:       weerstand = 

symboolformule:

   

(werken met de "afdek-driehoek"

mag ook, wel altijd de formule 

noteren als je een opgave maakt)

R=​I​​U​​

     spanning

stroomsterkte

VOORBEELD:

(zie ook bron 8 in leerboek op bladzijde 70)

Een magnetron is aangesloten op het stopcontact.

De spanning van het "lichtnet" is 230 volt (vaste waarde!)

Tijdens het verwarmen van een maaltijd is de totale weerstand 82  Ω.

Bereken de stroomsterkte 

die tijdens het verwarmen 

door de magnetron loopt.

OPLOSSING:

gegeven:    U = 230 V en R = 82 Ω

gevraagd:   stroomsterkte I

formule:                      dus 

berekening: 

antwoord:   de stroomsterkte is 2,8 ampère (I = 2,8 A)

R=​I​​U​​

I=​R​​U​​

I=​82​​230​​=2,805

Kijk even naar 

deze video:

Maak in het werkboek de 

vragen 17 t/m 19 

Lees nu eerst:

Het aflezen van de kleurcodes lijkt erg lastig als je de tekst van het boek leest, kijk daarom even naar de video ....

[De kaart met kleurcodes staat in je Binasboekje, tabel 13.]

Maak in het werkboek de 

vragen 20 t/m 23 

Lees nu eerst:

Voor een SERIE-SCHAKELING geldt dat de totale weerstand in de schakeling de som is van alle weerstanden.

Formule: R_totaal = R₁ + R₂ + R₃ (+ ........)

De Wet van Ohm geldt 

voor elk onderdeel van de 

schakeling, dus voor de apparaten 

EN voor de spanningsbron

Maak in het werkboek de 

vragen 24 t/m 28 

EINDE

H3§2