H12.1 Stroom en Spanning + H12.2 Spanning transformeren

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k, g
• Leerjaar 4

H12 Elekticiteit

Deze week:

Herhaling 3de jaar

H12.1 Stroom en spanning

H12.2 Spanning transformeren

Herhaling leerjaar 3

• Serie- en parallelschakelingen
• Stroomsterkte in serie- en parallelschakelingen
• Spanning in serie- en parallelschakelingen
• Gelijkspanning en wisselspanning

Serie- en parallelschakeling:

Serieschakeling:

• 1 stroomkring
• 1 lampje uit > alles uit
• Stroomsterkte is overal gelijk
• Spanning wordt verdeeld

Parallelschakeling:

• meerdere stroomkringen
• 1 lampje uit > rest blijft aan
• De totale stroomsterkte is de de stroom van alle sub-kringen bij elkaar opgeteld
• De spanning is gelijk bij elke sub-kring

Stroomsterkte

Is het aantal elektronen die door de stoomkring lopen 

"I" is het symbool voor stroomsterkte

De eenheid is ampère (A)

Stroommeter (ampèremeter) meet je de hoeveelheid stroom 

(ALTIJD IN SERIE)

Kleine 

stroom

Grote

stroom

Stroomsterkte in een schakeling

In Serie-schakeling:

• De stroomsterkte is overal gelijk

In een parallel-schakeling

• Tel de stroomsterkte van alle subkringen op.
• Dit is de stroom die door de hoofdkring loopt.

I​t​​=I​1​​+I​2​​+I​3​​+...

I​t​​=I​1​​=I​2​​=I​3​​=...

Spanning

De spanning van de spanningsbron bepaalt hoeveel energie de spanningsbron kan leveren. 

Het symbool voor spanning is U. 

De eenheid is volt (V).

Stopcontact heeft een spanning van 230 V

Spanning meet je met een voltmeter 

(ALTIJD in PARALLEL)

Hoge 

spanning

Lage

spanning

Spanning in een schakeling

In Serie-schakeling:

• De spanning word verdeeld over weerstanden/lampjes

In een parallel-schakeling

• Is de spanning overal gelijk in een sub-kring

U​t​​=U​1​​+U​2​​+(U)​3​​+...

U​t​​=U​1​​=U​2​​=U​3​​=...

Gelijkspanning/wisselspanning

Gelijkspanning (DC): 

• de spanningsbron heeft een + en - pool. 
• De stroom loopt van + naar -. 
• Elektronen van - naar +

Wisselspanning (AC): 

• de spanningsbron heeft geen specifieke polen. 
• De polen wisselen 50 maal per seconde, dus 50 Hz. 

Leerdoelen 12.1: Stroom en spanning

Ik kan uitleggen of een diode de stroom doorlaat of tegen houdt en hoe je een led in een schakeling aansluit

Ik kan rekenen met capaciteit, stroomsterkte en de tijd

Ik kan rekenen met het vermogen, de spanning en de stroomsterkte

Diode en LED

Diode: 

• Schakelonderdeel dat één kant stroom doorlaat!

Led: 

• is een diode die licht uitzendt
• Light-Emitting Diode

De bruggelijkrichter

Een bruggelijkrichter bestaat uit vier diodes die een wisselspanning omzetten naar een pulserende gelijkspanning. 

De schakeling is door de Poolse natuurkundige Karol Pollak bedacht in 1896.

Capaciteit:

• De hoeveelheid elektrische lading die is opgeslagen in een batterij.
  
• Wordt opgegeven in Ah (Ampére-uur) 
  
• Batterijen hebben kleine capaciteit, mAh (milli-Ampére-uur)
• 2 000 mAh gaat twee keer zo lang mee als een batterij van 
  

       1 000 mAh bij eenzelfde apparaat.

C=I⋅t

C = capaciteit [Ah]

I = Stroomsterkte [A]

t = tijd [h]

Opdracht

Een oplaadbare batterij levert een stroom van 0,3 Ampere aan een apparaat. 

De capaciteit van de batterij is 1500 mAh

Bereken na hoeveel tijd de batterij leeg is

Gebruik het stappenplan!

Vermogen

Apparaten verbruiken energie; De hoeveel energie per seconde dat een apparaat verbruikt noemen we het vermogen.

Vermogen (P) wordt uitgedrukt in [J/s], oftwel Watt [W].

Grotere apparaten hebben ook grotere vermogens, 

hiervoor gebruik je de eenheid kiloWatt (kW), dit is 1000 W, of 1000 J/s.

Vermogen en Energieverbruik

Grootheid	SI-Eenheid	andere eenheid
Vermogen	Joule/seconde	Watt
Energieverbruik	Joule	kWh

Formule Vermogen (P)

Vermogen = Spanning x Stroomsterkte

                   P = U x I

        

P

U

I

Watt of joule/seconde

Volt

Ampère

W of J/s

V

A

Vermogen

Spanning

Stroomsterkte 

Energieverbruik

E=P⋅t

E=P*t

Formule voor capaciteit:

1. Capaciteit = spanning : stroomsterkte
2. Capaciteit = weerstand x tijd
3. Capaciteit = stroomsterkte x tijd
4. Capaciteit is geen formule voor.

Het symbool van capaciteit is?

1. C
2. R
3. P
4. W

Een accu kan 10 ampère voor 5 uur leveren. Bereken de capaciteit van de accu.

1. Capaciteit = 10 / 5 = 2 Ah
2. Capaciteit = 10 x 5 = 50 Ah
3. Capaciteit = 10 /5 = 2 A/h
4. Capaciteit = 10 + 5 = 15 Ah

Hier zie je een typeplaatje van een elektrisch apparaat. Hoeveel is het vermogen?

1. 230 V
2. 11 A
3. 50-60 Hz
4. 2400 W

Wat is het vermogen?

1. 12 Watt
2. 0,3 Watt
3. 0,083 Watt
4. 3 Watt

Bereken het vermogen in kiloWatt als het vermogen 250 W is.

1. 250 000 kW
2. 0,250 kW
3. 2,5 kW
4. 25 kW

Vermogen

1. E
2. I
3. P
4. G

Stroomsterkte

• Is het aantal elektronen die door de stoomkring lopen 

Spanning 

• Hoeveelheid energie dat de elektronen mee krijgen van de spanningsbron 

Vermogen

• De hoeveel energie per seconde dat een apparaat verbruikt 

Weerstand

• Is de tegenwerkende kracht  van stroom

Capaciteit

• De hoeveelheid elektrische lading die is opgeslagen in een batterij

C=I⋅t

U=I⋅R

P=U⋅I

Leerdoelen 12.1: Stroom en spanning

Ik kan uitleggen of een diode de stroom doorlaat of tegen houdt en hoe je een led in een schakeling aansluit

Ik kan rekenen met capaciteit, stroomsterkte en de tijd

Ik kan rekenen met het vermogen, de spanning en de stroomsterkte

En nu aan de slag:

Maak opdrachten van H12.1

Vandaag

korte instructie + filmpje

Instructie H12.2 "spanning transformeren"

H12.2

Wat is spanning?
Wat is transformeren?
Wat is spanning transformeren?

Toepassing transformator

In veel alledaagse onderdelen zit een transformator, zoals de adapter van je telefoon/tablet/laptop. De transformator zet de wisselspanning van 230 V om in een lagere gelijkspanning van bijv. 5 V.

Practicum Transformator

2. Welke 2 stroomkringen heeft een transformator?

3. Lees de tekst transformator op blz 219 (GT) en blz 23 (K) 

4. Noteer de formule voor het verband tussen de spanning en het aantal windingen.

5. Welke soort spanning heb je nodig bij een transformator? 

6. Noteer de namen van de symbolen bij de tekening van de schakeling. 

7. Tel en noteer het aantal snoeren bij de benodigdheden. 

Onderzoeksvraag:

1. Leg uit hoe je met een transformator de spanning hoger kunt maken?
2. Welk verband is er tussen de spanning en het aantal windingen in een transformator.
   
3. De energie is aan de primaire en secundaire kant gelijk, leg uit hoe dit komt. 
   

H12.2 Spanning transformeren

Korte herhaling H12.1

Wat is spanning en wat is transformeren

Elektriciteitsnet - Transformator -  Rendement

Stroomsterkte

• Is het aantal elektronen die door de stoomkring lopen 

Spanning 

• Hoeveelheid energie dat de elektronen mee krijgen 

van de spanningsbron 

Vermogen

• De hoeveel energie per seconde dat een apparaat verbruikt 

Weerstand

• Is de tegenwerkende kracht  van stroom

Capaciteit

• De hoeveelheid elektrische lading die is opgeslagen in een batterij

C=I⋅t

U=I⋅R

P=U⋅I

Diode en LED

Diode: 

• Schakelonderdeel dat één kant stroom doorlaat!

Led: 

• is een diode die licht uitzendt
• light emitting diode
  
• Wordt vaak gebruikt als controlelampjes
  

Leerdoelen H12.2

Ik kan straks aan mijn buurman uitleggen wat het verschil is tussen hoogspanning, netspanning en veilige spanning

Ik kan straks vertellen hoe een transformator energie opneemt, omzet en weer afstaat.

Ik kan berekenen hoe een een transformator de spanning transformeert en wat het rendement is van een transformator

Spanningsbronnen

Elektriciteit van stopcontact komt van:

• Elektriciteitscentrale
• Windturbines
• Zonnecellen

Elektriciteitsnet

Elektriciteitscentrale

=> hoogspanningsstation

=> transformatorstation

=>  transformatorhuisje                 (grijze kastje)

Hoge spanning => weinig energieverlies tijdens vervoer

Spanning

Spaarlamp: 230 V
Zaklamp: 4,5 V

Zaklamp gemaakt voor 4,5 V 

• Wat gebeurd er als ik de lamp aansluit op 3 V of hoger dan 4,5 V?

Hogere spanning is gevaarlijker dan lagere spanning, hoger dan 100 V wisselspanning kan dodelijk zijn.

Toepassing transformator

In veel alledaagse onderdelen zit een transformator, zoals de adapter van je telefoon/tablet/laptop. De transformator zet de wisselspanning van 230 V om in een lagere gelijkspanning van bijv. 5 V.

Formule:

Formule voor een transformator

Een transformator:

Dit kun je ermee:

De spanning of het aantal windingen uitrekenen.

Formule:

Een transformator:

• Zet een hoge spanning op naar een lage spanning of omgekeerd

Dit kun je ermee:

De spanning of het aantal windingen uitrekenen.

Ideale transformator

Bij een ideale transformator is er geen vermogensverlies 

==> 100% rendement ==> 

Vermogen primaire kant = Vermogen secundaire kant. 

Samenvatting H12.2

• elektriciteitscentrale > hoogspanningskabels > transformatorstation > transformatorhuisje > woning
• Met een transformator kan je de spanning omhoog of omlaag transformeren om zo energie te besparen 
• Transformator bestaat uit een primaire en een secundaire spoel. 
  
• Een ideale transformator heeft een rendement van 100%.
  

En nu de theorie toepassen

Maak opgaven H12.2

Begin bij: 

GT: 6, 3, 4, 5, 9 en 10 (p. 222) 

Kader: 11, 4, 7, 8,13 en 14 (p.26)

Volgende les: Instructie H12.3 Serie- en Parallelschakeling

Opgave 6 (GT: p. 226) 

en 11 (K: p. 30)

Transformator A transformeert de netspanning naar 12 V. De primaire spoel heeft 920 windingen:

a) Bereken het aantal windingen van de secundaire spoel

Gegevens/gevraagd:

• Np = 920    ; Ns = ?
• Up = 230 V ; Us = 12 V

Formule:

• Np : Ns = Up : Us

Uitwerking:

• 920 : Ns = 230 : 12
• 920 : Ns = 19,1666
• 920 = 19,16666 x Ns
• Ns = 920 : 19,6666 = 48

Antwoord:

Het aantal windingen is 48 

Ideale transformator

Transformator