Hoofdstuk 2 Elektriciteit t i e t i

Hoofdstuk 2 Elektriciteit

t i e t i c i r t c e El

Moleculen en atomen

Atomen Ieder atoom bestaat uit een positieve atoomkern, met daaromheen negatieve ‘’elektronenwolk’’. De atoomkern bestaat uit: - Protonen (positieve lading) - Neutronen (neutrale deeltjes) De elektronenwolk bestaat uit: - Elektronen (negatieve lading) Een atoom is elektrisch neutraal evenveel positieve als negatieve lading.

Opbouw voorwerpen Een molecuul is opgebouwd uit elektrisch neutrale Voorwerpen zijn opgebouwd atomen, het molecuul wordt dus ook elektrisch uit elektrisch neutrale neutraal. moleculen. De voorwerpen zijn normaal gesproken dus ook elektrisch neutraal.

Geladen/ongeladen voorwerpen Ongeladen voorwerp: in het voorwerp is evenveel positieve als negatieve lading aanwezig. Het voorwerp is elektrisch neutraal. Geladen voorwerp: het voorwerp heeft een overschot aan positieve of negatieve lading.

Lading overbrengen De ballon heeft nu meer negatieve lading De trui heeft nu meer positieve lading dan Tegengestelde ladingen trekken elkaar De ballon en de trui zijn neutraal in dan positieve lading op zich en is daarom negatieve lading op zich en is daarom aan, daarom kan een ballon aan je trui het begin negatief geladen positief geladen “plakken” Door wrijving worden elektronen van de trui naar de ballon gezet

Lading Voorwerpen kunnen een positieve (+) of een negatieve lading (-) krijgen (bijvoorbeeld door wrijving). Een geladen voorwerp oefent elektrische kracht uit op een ander voorwerp.

Elektrische stroom: bewegende lading (elektronen) Elektrische stroom ontstaat als: - Er een verschil in lading tussen 2 punten bestaat - De lading zich kan verplaatsen over een geleidend materiaal. + - + + + -+ + + - - Elektronen verplaatsen totdat Geleidende staaf elektrisch evenwicht ontstaat.

Bliksem

Coulomb en Ampère Charles-Augustin de Coulomb Eén Coulomb (1 C) ≈ 6, 24 · 1018 elektronen. André-Marie Ampère Eén Ampère (1 A) = 1 C/s, ofwel 6, 24 · 1018 elektronen per seconde

Stroomsterkte Eenheid: ampère (A) (1 A = 1 C/s) Symbool: I Stroomsterkte De hoeveelheid lading (elektronen) die per seconde een punt passeert.

Oefenvraag stroomsterkte Gedurende een periode van 6 seconden stroomt een lading van 670 m. C door een gloeilamp. a. Bereken de stroomsterkte. b. Hoeveel Coulomb stroomt er in 0, 83 seconde langs een punt in de gloeidraad?

Geleiders & isolatoren Isolator: Stof waarin elektrische lading (elektronen) zich niet of nauwelijks kan verplaatsen. Geleider: Stof waarin elektrische lading (elektronen) zich eenvoudig kan verplaatsen. Koperen stroomdraad (geleider) Kunststof bescherming (isolator)

Geleiders: metalen Metalen draad Voor metalen geldt: Elektronen kunnen vrij van atoom naar atoom

Geleiders: metalen Situatie 1: ladingsverschil (rechts is positief geladen) Situatie 2: Het ladingsverschil is opgeheven de stroom stopt Er zal een stroom gaan lopen via de geleider +-- - + + + - + +- + Vrije elektronen bewegen in bewegen één richting willekeurig

Stroomsterkte (A) Stroomsterkte / lengte draad Als de lengte van een draad x keer zo groot wordt, dan wordt de stroomsterkte x keer zo klein omgekeerd evenredig verband. Lengte draad (m)

Zuil van Volta / batterij Werking zuil van Volta / batterij: Een chemische (redox)reactie in het in zuur gedrenkte doekje zorgt ervoor dat elektronen naar boven verplaatst worden. Resultaat: er ontstaat een + en een – pool Grote voordeel: Als je de plus en de minpool verbindt met een geleidend materiaal heb je een constante stroom van elektronen.

Spanningsbronnen Een spanningsbron heeft twee functies: - De spanningsbron zorgt dat een stroom gaat lopen. - De spanningsbron geeft energie mee aan de elektronen in een elektrische stroom. 3 soorten spanningsbronnen: 1. Batterij/accu (chemisch) 2. Dynamo/generator (beweging) 3. Zonnecel

Elektrische stroom Een spanningsbron zorgt voor een verschil in lading: - Aan de +kant is een tekort aan elektronen - Aan de –kant is een overschot aan elektronen + - elektronen De elektronen worden afgestoten aan de –kant, en aangetrokken door de +kant. Hierdoor ontstaat een elektronenstroom.

Elektrische stroom Een spanningsbron zorgt voor een verschil in lading tussen plus- en minpool. Hoe groter dit verschil is, hoe hoger de spanning is. Hoe hoger de spanning, hoe harder elektronen worden afgestoten (van de minpool) en aangetrokken (door de pluspool) grotere stroomsterkte. Spanning en stroomsterkte

Spanning Eenheid: Volt (V) (1 V = 1 J/C) Symbool: U Spanning De hoeveelheid energie die één Coulomb krijgt (van een spanningsbron) of afgeeft (aan een elektrisch apparaat).

Spanningsbronnen Stopcontact: - U = 220 V - Aan iedere Coulomb die langs stroomt wordt 220 Joule aan energie meegegeven - Creëert groot verschil in lading tussen plus- en minpool Batterij: - U = 3 V - Aan iedere Coulomb die langs stroomt wordt 3 Joule aan energie meegegeven - Creëert klein verschil in lading tussen plus- en minpool.

Spanning en stroomsterkte Stroomsterkte I Het aantal Coulomb (6, 24 · 1018 elektronen) dat per seconde een punt passeert. 1 A = 1 C/s Spanning U De hoeveelheid energie (Joule) die een Coulomb krijgt (van een spanningsbron) of afgeeft (aan een elektrisch apparaat). 1 V = 1 J/C

Uitwerking opdracht 48

Oefenopgave spanning Twee batterijen van onderstaand type staan in serie (= achter elkaar) geschakeld. a. Welke spanning leveren de spanningsbronnen samen (noteer in symbolen) b. Hoeveel Joule aan energie krijgt iedere Coulomb die door de batterij stroomt? c. Hoeveel energie wordt er per seconde opgenomen bij een stroom van 0, 4 A. d. De batterij wordt 1 minuut aangesloten. Hoeveel energie heeft de batterij in deze tijd geleverd?

Onderdelen stroomkring Werking deurbel

Schakelingen Eén route Meerdere routes

Serieschakeling: stroomsterkte I 2 I 1 Bij een serieschakeling kan de stroom maar één route volgen. Voor de stroomsterkte geldt: Ihoofd = I 1 = I 2 = I 3 = ….

Parallelschakeling: stroomsterkte I 2 I 1 Bij een parallelschakeling wordt de stroom verdeeld over verschillende ‘’routes’’. Voor de stroomsterkte geldt: Ihoofd = I 1 + I 2 + I 3 + …. Hoofdstroom: Ihoofd

Serieschakeling: spanning U 2 U 1 V V Bij een serieschakeling wordt de energie die één Coulomb met zich meedraagt (de spanning) verdeeld over de lampjes. Voor de spanning geldt: Uhoofd = U 1 + U 2 + U 3 + ….

Parallelschakeling: stroomsterkte U 2 U 1 V V Bij een parallelschakeling is de spanning in de verschillende ‘’routes’’ gelijk. Voor de spanning geldt: Uhoofd = U 1 = U 2 = U 3 = …. Hoofdspanning : Uhoofd

Oefenopgave 1: stroomsterkte Ihoofd = 0, 40 A 0, 15 A 12 V I = 0, 10 A 0, 05 A I = 0, 25 A 0, 40 A

Oefenopgave 2: spanning 12 V 6 V

Overbelasting Bij parallelschakelingen geldt: Ihoofd = I 1 + I 2 + I 3 + …. hoe meer apparaten je aansluit, hoe groter de hoofdstroom. De apparaten ‘’eisen’’ een bepaalde stroomsterkte. Als de hoofdstroom te groot wordt ‘’slaan de stoppen door’’ en wordt de stroom verbroken.

Weerstand: De mate waarin een stroom wordt tegengehouden. Een apparaat in een stroomkring wordt ook een weerstand genoemd, omdat deze de stroom tegenhoudt. Elektrische weerstand in een föhn

Weerstand Eenheid: Ohm (Ω) Symbool: R Weerstand De mate waarin een stroom wordt tegengehouden.

Voorbeeldopgave Een lamp staat aangesloten op het lichtnet. De lamp heeft een weerstand van 130 ��. Bereken de stroomsterkte die door deze lamp loopt.

Oefenopgave: weerstand 4, 5 V L 1 L 3 L 2 Opdracht: Sluit op de juiste manier de spanning- en stroommeters aan en bepaal de weerstand van lampje 1, 2 en 3.

Vermogen Eenheid: Watt (W) (1 W = 1 J/s) Symbool: P Vermogen De hoeveelheid energie die per seconde wordt omgezet.

Oefenopgave Een wasmachine staat aangesloten op het elektriciteitsnet. Er loopt een stroom van 5 A door de wasmachine. Hoeveel Joule energie zet deze wasmachine om in 6 seconden? Tip: verborgen gegevens!

Oefenopgave Een fabrikant beweert dat zijn stofzuigers een vermogen van 2000 W leveren. Bij een consumentenprogramma blijkt dat dit slechts 1350 W is. Jij hebt de stofzuiger al 130 uur gebruikt (op maximaal vermogen). Vraag: Hoeveel energie in Joule heb je bespaard door de leugen van de fabrikant? En in k. Wh?

Energie Eenheid: Joule (J) OF kilowattuur (k. Wh) (1 k. Wh = 3, 6 · 106 J) Symbool: E Energie De mogelijkheid om ‘’iets’’ te veranderen

Oefenopgave Opdracht: Bereken de stroomsterkte in lampje 1 (L 1).

Kortsluiting Normale situatie: De stroom loopt door de twee lampjes en komt dan weer terug bij de spanningsbron (batterij). De lampjes bieden weerstand en zorgen dat de stroom niet te snel stroomt. Kortsluiting: Er is een route met minder weerstand ontstaan. De stroom kiest voor de makkelijke route. de energie stroomt te snel door de draad heen.

Aardlekschakelaar De aardlekschakelaar vergelijkt de hoeveelheid stroom die het huis in komt met de hoeveelheid stroom die het huis weer verlaat. Als deze hoeveelheden ongelijk zijn ‘’lekt’’ er stroom en wordt de stroomtoevoer uitgeschakeld.