9 Schakelingen

• newEditor
• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo
• Leerjaar 3,4

Hoofdstuk 9

Schakelingen

KB

[e-mail]

Testen voorkennis

Vragen blz 8 en 9

Maken vraag 1 t/m 5

Wat weten jullie nog van vorig jaar

Vermenigvuldigingsfactoren

m = Milli = 10-3 (duizendste)

van A --> Am = x 1000

van Am --> A = : 1000

Gebruik vooral veel blz. 3 in de binas

De stroomsterkte in een cv-buis.

Zo meet je de stroom door een lampje.

Symbolen bij schakelschema's

Symbolen bij schakelschema

Leer het niet allemaal uit je hoofd.

Maar leer dat je het kunt vinden in je Binas

Blz. 14 Elektrotechnische symbolen

Parallelschakeling

Serieschakeling

9.1 Weerstanden

Blz 10 en verder

Verschillen in weerstand

• Stroom kan makkelijk door de snoeren (kleine weerstand).

• Stroom gaat moeilijker door de lamp (grotere weerstand).

• Stroomsterkte wordt bepaald door de spanning en de weerstand.

• Lampje van 6V moet 6V krijgen.  Anders brandt het niet zoals het hoort.

Enkele weerstanden

Symbool weerstand

Elektrische weerstand

Weerstand : Verhindert elektronen om door het apparaat te     

                          stromen. 

De grootheid van weerstand: R

De eenheid van weerstand: 

Hangt af van:  lengte, dikte, temperatuur en soort materiaal!

$$ohm$$

Wet van Ohm

phet

edumedia

Weerstand

Wat is weerstand?

R = weerstand
Eenheid= Ohm (Ω)

Hoe groot is de weerstand R van een apparaat waardoor een stroomsterkte van 2 ampère gaat als je het aansluit op een spanning van 5 volt?

• Gegeven

• U = 5 V en I = 2A
  

• Gevraagd

• R
  
  

• Uitwerking

• Formule uit BINAS     U = I × R

• Formule omgebouwd      R = U : I
  

• Formule in vullen R = 5V : 2A

• R = = 2,5 Ω

Weerstanden

Electronicaweerstanden

• Kleine koolstofweerstanden.

• Hebben een kleurcode.

• Deze bestaat uit 4 of 5 ringen.

• De laatste ring is de tolerantie.

• Deze bepalen we met het BINAS.

Electronicaweerstand

Bepalen van de weerstand aan hand van de kleurcode uit het BINAS.

Gemaakt in les 1

Vraag 1 t/m 4

paragraaf 1 hoofdstuk 9

Blz. 15

Les 2 (donderdag)

Aan de slag met de berekeningen

vraag 5 t/m 14 afmaken

Eerst samen om te oefenen daarna alleen

Klaar en goed

Aan de slag met een opstelling maken in de stroom

Practica 1 blz. 55 en verder

2. LDR en NTC

Blz. 22

NASK 4A

Woensdag 22 november af: vraag 1 t/m 12

Paragraaf 9.2

Automatische schakeling

Zelf aan en uit:

- Sensor

- Schakelaar

- Actuator

De LDR

Veel gebruikte lichtsensor

LDR : Light Dependent Resistor

Lichtgevoelige weerstand

Donker hoge U (weerstand) licht lage U (weerstand)

De NTC

Tempratuursensor

NCT wordt kleiner als de temp. stijgt, Groter als de temp. daalt

(vroeger knipperlicht in auto's)

NCT: Negatieve Tempratuur Coëfficient

Totale weerstand berekenen

Totale weerstand= Weerstand 1 + weerstand 2 + weerstand 3 + ...

Dit kun je eindeloos bij elkaar optellen.

In symbolen:

Rv = R1 + R2 + R3 + ..... enz

Kijk in het boek naar blz 26

Schuifweerstand

Er zit een spiraal van weerstandsdraad in.

Beweegbaar contact 

(vaak op lampen die je kunt dimmen)

Huiswerk 

+ nu maken in de les:

9.2 vraag 1 t/m 12 (vanaf blz 27)

Heb je dat klaar......  

9.3 Schakelen met een relais

Blz. 34 en verder

Mensen die geen uitleg nodig hebben

maak in stilte vraag 1 t/m 10

9.3 Schakelen met Relais

Blz. 34, 35, 36, 37 en 38 goed lezen

Leerdoelen

Elektromagneet

Een elektromagneet werkt is een spoel gewikkeld om een ijzeren kern. Deze spoel 

Voordelen elektromagneet

• Een elektromagneet kan je aan en uit schakelen

• De sterkte van de magneet is instelbaar

• Een elektromagneet kan sterker zijn dan permanente magneet

• Je kan de polen van de magneet verwisselen

Relais

Werking relais

Pagina 35 in je boek

Afbeelding 3.

Relais

Relais   

Startmotor

• Door een startmotor loopt een grote stroom.  Als deze grote stroom ook door de kabels in je dashboard loopt, smelten de kabels.  

• Hoe lossen we dit op?

• We gebruiken een schakelaar die op afstand de startmotor kan bedienen en die grote stromen kan schakelen → relais.

Relais

• kan je met een kleine stroom een apparaat in- en uitschakelen dat werkt op een veel hogere stroomsterkte of op een gevaarlijk hoge spanning 

• Gebruik in bewegingsmelders, alarminstallaties, hoogspanningsleiding, startmotor auto 

• Kamerthermostaat schakelt hiermee CV uit

uitleg Relais - inbraakalarm

Magnetische schakelaar

• Gebruikt bij inbraakalarm

• Aan raam een magneet

• In raamkozijn reedcontact

• Raam dicht = schakelaar gesloten

• Raam open = verbroken en alarm 

Huiswerk voor morgen

Maken vraag 1 t/m 10

Nakijken 2.3

Relais

9.4 Elektronische schakelingen

Vanaf blz. 44 goed lezen en leren

Voor de mensen die verder willen maken en oefen vraag:

vraag 1 t/m 13 --> moet donderdag af!

Belangrijke woorden 

- De Transistor

Werking van een Transistor

- Collector (C)

- Basis (B)

- Emitter (E)

Transistor

Een transistor wordt vaak als automatische schakelaar gebruikt.

Zelfde werking als een relais.

Alleen hij is kleiner, geen klik bij gebruik en makkelijker in gebruik

Transistor

Een transistor heeft ook nadelen

1 Je kunt niet zo grote stromen mee schakelen

Transistor

Transistor

Bestaat uit :

1 De Collector

2 De Basis

3 Emitter

De transistor

Transistor

Werking transistor

Kader: de transistor

Hiernaast een voorbeeld van een schakeling met transistor (inbraakalarm)

• in het bovenste plaatje is het inbraakalarm (het slingerende lijntje) heel. Omdat er tussen A en B een weerstand zit, gaat hier geen stroom heen. Het is makkelijker om door het alarm te stromen.

• In het onderste plaatje is het inbraakalarm verbroken (bijvoorbeeld een raam kapot gemaakt). Hierdoor gaat de stroom van A naar B en dan naar E. Nu kan er ook stroom van C naar E en zal er een zoemer afgaan.

Nu doen + Huiswerk

Goed lezen en begrijpen:

blz. 44, 45, 46, 47 en 48

Maken: Alle vragen (vraag 1 t/m 12)

Blz. 48 t/m 54

Donderdag wat te doen

9.4 nakijken met de antwoordbladen

(Moeilijke vragen samen)

Proeftoets maken en/of oefenen met de praktijk

Serie- en parallelschakeling

edumedia

Een stroomkring bestaat uit een ledlampje, in serie geschakeld met een weerstand van 350 ohm. De spanningsbron geeft een spanning van 9 volt. Het ledlampje mag een spanning van 2 volt hebben. 

Hoe groot is dan de spanning over de serieweerstand R?

 

• Gegeven

• R = 350 Ω

• U_{spanningsbron} = 9 V

• U_lampje = 2 V
  
  

• Gevraagd

• R_serie
  
  

• Uitwerking

• U_totaal = U_weerstand + U_ledlamp

• U_weerstand = U_totaal - U_ledlamp

• U_weerstand = 9 V – 2 V = 7 V

Hoe bereken je de stroomsterkte I in deze schakeling?

• Gegeven

• U = 9 V → U_{spanningsbron} = 7 V U_led = 2 V

• R = 350 Ω
  
  

• Gevraagd

• I in de schakeling
  
  

• Uitwerking

• Je kunt nu kiezen. De stroomsterkte in de kring is overal gelijk, dus we kunnen rekenen met de led of R. Kies voor de R, want van de led weet je de weerstand niet.

• U = I × R    dus

• I = U : R

• I = 7V : 350 Ω

• I = = 0,02 A

Extra

• De stroomsterkte door de weerstand R is ook 0,02 A (serieschakeling) dus kun je nu de weerstand van de led berekenen.

• R = U : I

• R = 2V : 0,02A

• R = = 100 Ω

Hoe groot moet de weerstand zijn in de plaats van de weerstand R en de led, om dezelfde stroomsterkte in de kring te krijgen?

• Gegeven

• I = 0,02 A en U = 9 V
  

• Gevraagd

• R
  

• Uitwerking

• U = I × R    dus   R = U : I

• R = 9V : 0,02A

• R = = 450 Ω
  
  

Dus

• Je ziet dat dat de optelling is van de twee weerstanden van de led en de weerstand (350 Ω en 100 Ω).
  
  

• R_vervanging = R_serie + R_led           (R_v = R₁ + R₂)

De adapter om een iPad op te laden is aangesloten op 230 volt. 

De adapter is 3 watt. Op hetzelfde stopcontact is een stofzuiger van 

1 500 watt aangesloten. 

Hoe groot is de stroomsterkte in de beide stroomkringen?

• Gegeven

• U = 230 V  en  P = 3 W
  

• Gevraagd

• I_adapter en I_stofzuiger
  
  

• Uitwerking adapter
  
  

• P = U × I  dus  I = P : U

• I = 3W : 230V

• I_adapter =0,013 A

• Uitwerking stofzuiger
  
  

• P = U × I  dus I = P : U

• I = 1500W : 230V

• I_stofzuiger = 6,5 A

De weerstanden van R₁, R₂ en R₃ zijn 100, 200 en 300 ohm.

De spanning van de spanningsbron is 9 volt.

Hoe groot is de totale stroomsterkte in de drie stroomkringen?

• Gegeven

• R₁ = 100 Ω, R₂ = 200 Ω, R₃ = 300 Ω

• U = 9 V
  
  

• Gevraagd

• I₁, I₂ en I₃
  
  

• Uitwerking

• Door R1:

• U = I × R   dus  I = U : R

• I₁ = 9v : 100 Ω

• I = 0,090 A

• Door R2:

• I = U : R

• I₂ = 9V : 200 Ω

• I = 0,045 A

• 
  

• Door R3:

• I₃= U : R

• I = 9V : 300 Ω

• I = 0,030 A

• De totale stroomsterkte is dan:
  

• I₁ + I₂ + I₃ =

• 0,090 A + 0,045 A + 0,030 A = 0,165 A.

Hoe groot moet de weerstand R zijn om een stroomsterkte van 0,165 ampère te laten lopen als je hem aansluit op een spanning van 9 volt?

 

• Gegeven

• U = 9 V

• I = 0,165 A
  
  

• Gevraagd

• R_vervanging
  
  

• Uitwerking

• U = I × R_v  dus R_v = U : I

• R_v = 9 V : 0,165 A

• R_v = 54,55 Ω

Drie weerstanden van 100, 200 en 300 ohm zijn parallel geschakeld. 

Bereken de vervangingsweerstand.

• Gegeven

• R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 300 Ω
  

• Gevraagd

• R_vervanging
  
  

• Uitwerking

• Gebruik voor deze berekeningen de x-1 of 1/x toets op je rekenmachine.
  De berekening ziet er dan zó uit (in één keer op je rekenmachine):
  100 x^-1 + 200 x^-1 + 300 x^-1 = 0,0183333

• Dit is niet de uitkomst, want je hebt 1/Rv berekend.

• Je moet dus nog een keer op x^-1 drukken om het antwoord te krijgen: 0,018333 x^-1 = 54,55 Ω. Dat is hetzelfde antwoord als je in het vorige rekenvoorbeeld had.

$$\frac{1}{Rv}={\frac{1}{R}}_1+{\frac{1}{R}}_2+{\frac{1}{R}}_3$$

Een stofzuiger met een vermogen van 920 watt is aangesloten op 230 volt. Hoe groot is de stroomsterkte door het apparaat?

 

• Gegeven

• P = 920 W

• U = 230 V
  
  

• Gevraagd

• I
  
  

• Uitwerking

• P = U × I  dus  I = P : U

• I = 920W : 230V

• I = 4 A
  
  

• De stroomsterkte door de stofzuiger is dus 4 ampère.

Een groep in huis is gezekerd met een installatieautomaat van 16 ampère. Er staan een wasmachine en een stofzuiger aan.
De wasmachine heeft een vermogen van 2 500 watt.
Het vermogen van de stofzuiger is 920 watt.
Zal de zekering de stroom uitschakelen?

• Gegeven

• I_max = 16 A, P_wasmachine = 2 500 W, P_stofzuiger = 920 W

• Gevraagd

• Is de gezamenlijke stroomsterkte hoger dan 16 A?
  
  

• Uitwerking

• Je rekent eerst uit hoeveel het maximale vermogen is dat de groep kan leveren:

• P = U × I

• P = 230 V × 16 A = 3 680 W

• De stofzuiger en de wasmachine samen hebben een vermogen van 2 500 W + 920 W = 3 420 W.

• Dat is minder dan 3 680 W. De installatieautomaat (zekering) zal dus niet uitschakelen.

Vermogen

Edumedia

Edumedia2

Een ledlampje en een weerstand zijn in serie aangesloten op een spanning van 6 volt. Er loopt een stroom van 0,02 ampère en de weerstand van R is 200 ohm. Hoe groot is het vermogen van het ledlampje?

  

• Gegeven
  

• U_bron = 6 V, I = 0,02A, R = 200 Ω
  

• Gevraagd
  

• P_led
  
  

• Uitwerking

• Je wilt weten hoeveel spanning er op het ledlampje staat. Dan kunnen we het vermogen uitrekenen. Die spanning is niet 6 volt, want die moet verdeeld worden over het lampje én de weerstand. Je moet dus eerst de spanning over R uitrekenen.

• U_R = I × R

• U_R = 0,020 A × 200 Ω = 4 V

• De spanning over het ledlampje is dan
  U_led  = U_bron - U_R = 6 V – 4 V = 2 V  

• Nu kun je het vermogen van het ledlampje uitrekenen.

• P_led = U_led × I

• P_led = 2 V × 0,02 A = 0,04 W

Transformator

Phett - elektromagnetisme

Een adapter zet 230 volt om naar 5 volt. De primaire spoel heeft 

1 000 windingen. Hoeveel windingen moet de secundaire spoel dan hebben?

• Gegeven

• Np = 1 000, Up = 230 V, Us = 5 V

• Gevraagd

• Ns

• Uitwerking

• Je kunt de transformatorformule het gemakkelijkst in een verhoudingstabel gebruiken.
  
  
  

• Je mag ook de transformatorformule invullen en dan kruiselings vermenigvuldigen als je dat gemakkelijker vindt.

• Invullen in de formule geeft:

• Kruiselings vermenigvuldigen geeft Ns × 230 = 1 000 × 5.

• Dus Ns = = 21,7 = 22 windingen.

Een centrale produceert een vermogen van 200 megawatt (200 000 000 watt). Bereken de stroomsterkte bij een spanning van 230 volt en bij een spanning van 380 kilovolt.

• Gegeven

• P = 200 000 000 W = 2 x 10⁸ W

• U = 230 V of 3,8 x 10⁵ V (380 000 V)

• Gevraagd

• I
  
  

• Uitwerking

• P = U × I  dus I = P : U

• I = 2 x 10⁸ W : 230 V 

• I = 869 565 A

• of

• I = 2 x 10⁸ W : 3,8 x 10⁵ V

• I = 526 A
  

• De stroomsterkte is bij de hoogspanning dus veel lager.

Vanuit een stopcontact (230 volt) gaat een vermogen van 16 watt in de ideale trafo.

De secundaire kant geeft een spanning van 4 volt.
Hoe groot is de stroomsterkte aan de secundaire kant?

• Gegeven

• P_p = 16 W, U_p = 230 V, U_s = 4 V
  

• Gevraagd

• I_s
  

• Uitwerking

• P_p = P_s

• 16 W = U_s× I_s

• 16 W = 4 V × I_s

• Is = 16 W : 4 V= 4 A

In de afbeelding zie je het typeplaatje van een usb-oplader.
De netspanning van 230 volt wordt omgezet naar 5 volt.
De primaire stroomsterkte is 0,1 ampère, de secundaire stroomsterkte is 500 miliampère.

Hoe groot is het rendement van deze oplader?

• Gegeven

• Up = 230 V, Ip = 0,1 A, Us = 5 V, Is = 500 mA = 0,5 A

• Gevraagd

• Rendement oplader.

• Uitwerking

• P = U × I

• Bij de ingang is het primaire vermogen:

• P = U × I = 230 V × 0,1 A = 23 W

• Het secundaire vermogen is:

• P = U × I = 5 V × 0,500 A = 2,5 W

• Het rendement reken je uit met een verhoudingstabel.
  
  

• Het rendement is 11%

Elektriciteit en veiligheid

geleiding en isolatie

smeltveiligheid

installatieautomaat

groepenkast

hoofdzekering

De hoofdzekering kan alleen door een erkend bedrijf worden vervangen. de consument kan daar zelf niet bij

aardlekschakelaar

Deze vergelijkt de stroom in de fase draad met de stroom in de nuldraad. Deze moeten even groot zijn. Zo niet dan lekt er stroom weg.

meerdere groepen