H1 Elektriciteit HAVO3

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Elektriciteit

Hoofdstuk 1

Vermogen en energie

§2

Leerdoelen

1.2.1 Je kunt berekeningen maken met het verband tussen vermogen, spanning en stroomsterkte.

1.2.2 Je kunt berekeningen maken met het verband tussen energie, vermogen en tijd.

1.2.3 Je kunt de eenheden joule en kilowattuur naar elkaar omrekenen.

Vermogen

• Recht evenredig met spanning en stroomsterkte.
• Eenheid = Watt.
• vermogen (W) = spanning (V) x stroomsterkte (A) *

P=U⋅I

De formule moet je ook kunnen omvormen!

Paspoort: Vermogen

• Grootheid: Vermogen.
• Symbool: P
• Eenheid: Watt
• Afkorting van de eenheid: W
• Vermogen van 250 Watt
• P=250 W *

Energie en vermogen

• Formule van elektrisch vermogen wordt vaak samen gebruikt met de formule van elektrische energie.
• elektrische energie (J) = vermogen (W) x tijd (s) 
• In de volgende oefening zullen we beiden combineren. *

P=U⋅I

E=P⋅t

Liam heeft een proef uitgevoerd met een ventilator uit een computer. Als de ventilator op de juiste spanning (4,3 V) werkt, geeft de stroommeter een stroomsterkte aan van 48 mA.

Bereken hoeveel elektrische energie de ventilator in één minuut verbruikt.

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

•  

Oplossing

Conclusie:

Joule en Kilowattuur

• De Kilowattuur (kWh) is eigenlijk overbodig.
• Toch nog veel gebruik bij bijvoorbeeld bedrijven en thuis.
• 1kWh staat gelijk aan 3,6 MJ
• 1 MJ staat gelijk aan 1 miljoen J *

                                                           x 3,6

                                                            : 3,6

kWh

MJ

Leerdoelen

1.2.1 Je kunt berekeningen maken met het verband tussen vermogen, spanning en stroomsterkte.

1.2.2 Je kunt berekeningen maken met het verband tussen energie, vermogen en tijd.

1.2.3 Je kunt de eenheden joule en kilowattuur naar elkaar omrekenen.

Huiswerk: lezen en maken

• Bladzijde 19 t/m 27

• H3J → Woensdag 6 december
• H3I → Donderdag 7 december

Elektrische energie vervoeren

§1

Leerdoelen

1.1.1 Je kunt de onderdelen van een elektriciteitscentrale beschrijven.

1.1.2  Je kunt de kenmerken van gelijkspanning en wisselspanning met elkaar vergelijken.

1.1.3 Je kunt uitleggen waarom in het elektriciteitsnet verschillende spanningen worden gebruikt.

1.1.4 Je kunt het principe van een transformator uitleggen.

1.1.5 Je kunt aan de hand van de verhouding van het aantal windingen de spanningsverhoging of spanningsverlaging in een transformator berekenen.

De transformator

• Bestaat uit 2 spoelen en een week-ijzeren kern.
• Er loopt een wisselspanning door de eerste (primaire) spoel.
• De weekijzeren kern wordt gemagnetiseerd. Hierdoor verandert 100 x per minuut de richting van het magneetveld.
• Dit magneetveld veranderd ook bij de tweede (secundaire) spoel.
• Dit zorgt ervoor dat de spanning veranderd. *

Omhoog transformeren

spoel met laag aantal windingen

60 windingen

spoel met hoog aantal windingen

600 windingen

10x meer windingen

120V → 1200V

Omlaag transformeren

spoel met hoog aantal windingen

600 windingen

spoel met laag aantal windingen

6 windingen

100x minder windingen

120V → 1,2V

Verband tussen aantal windingen en de spanningEnergie en vermogen

• aantal windingen primair →
  
• aantal windingen secundair →
  
• primaire spanning (V) →
  
• secundaire spanning (V) →         *

n​p​​

n​s​​

U​p​​

U​s​​

​U​s​​​​U​p​​​​=​n​s​​​​n​p​​​​

De transformator van een deurbel heeft een primaire spoel met 800 windingen en een secundaire spoel met 32 windingen. De primaire spoel is aangesloten op het lichtnet (230 V).

Bereken de secundaire spanning.

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

•  

Oplossing

Conclusie:

De Elektriciteitscentrale

Dit zijn de branders. Hier wordt een brandstof verbrand en water verwarmd. Dit water wordt stoom met een hoge temperatuur en druk.

1

Dit is de condensor. Hier komt de stoom terecht om weer afgekoeld te worden tot water. Dit water kan dan weer opnieuw gebruikt worden.

4

Dit is de turbine. Hier komt de stoom met een hoge druk tegen de schoepen. De as van de turbine gaat hierdoor draaien.

2

De as van de turbine staat aangesloten op de generator. Dit is eigenlijk een grote dynamo waar elektrische energie wordt opgewekt.

3

Het elektriciteitsnet

• De kabels worden warm. Dit komt doordat elektrische energie in de kabel wordt omgezet door warmte. Hierdoor krijg je Energieverlies. 
• Des te hoger de spanning des te minder energieverlies.
• Daarom wordt bij de elektriciteitscentrale de energie omhoog getransformeerd naar een hoogspanning van 380kV (kilovolt).
• Vervolgens wordt in verdeelstation de spanning lager naar 10kV.
• In de woonwijken wordt in een transformatorhuisje de spanning naar 230V gebracht. Dit wordt de netspanning genoemd. *

Gelijkspanning en Wisselspanning

• Een gelijkspanning heeft overal dezelfde spanning.
• Een wisselspanning heeft een wisselende spanning
• Hoe vaak per seconde je een golf hebt wordt hertz (Hz) genoemd
  
• Een wisselspanning van 50 golven per seconde = 50 Hz

Leerdoelen

1.1.1 Je kunt de onderdelen van een elektriciteitscentrale beschrijven.

1.1.2  Je kunt de kenmerken van gelijkspanning en wisselspanning met elkaar vergelijken.

1.1.3 Je kunt uitleggen waarom in het elektriciteitsnet verschillende spanningen worden gebruikt.

1.1.4 Je kunt het principe van een transformator uitleggen.

1.1.5 Je kunt aan de hand van de verhouding van het aantal windingen de spanningsverhoging of spanningsverlaging in een transformator berekenen.

Huiswerk: lezen en maken

• Bladzijde 10 t/m 18
• Opdracht 1 t/m 4 en 7 t/m 9

• H3J → Woensdag 13 december
• H3I → Donderdag 14 december

Huiswerk Controle!

Leg jullie boeken open op blz. 23!

Elektriciteit in huis

§3

Leerdoelen

1.3.1 Je kunt de totale stroomsterkte in een groep berekenen.

1.3.2 Je kunt het totale vermogen berekenen dat op een groep is aangesloten.

1.3.3 Je kunt berekenen of in een groep overbelasting optreedt.

1.3.4 Je kunt uitleggen wat wordt bedoeld met overbelasting en kortsluiting.

1.3.5 Je kunt de functie benoemen van de verschillende kleuren elektriciteitsdraden.

De huisinstallatie

• De hoofdleiding komt via de deur binnen.
• De energiemeter meet hoeveel energie er verbruikt wordt.
• Hierna wordt de energieleiding
   gesplitst in 4-6 groepen.
  
• Deze groepen kunnen aan de
   hand van de groepsschakelaar uit
   of aangezet worden. *

Spanning in de huisinstallatie

• Een groep bestaat uit verschillende parralel geschakelde stroomdraden.
• Doordat de stroomdraden parralel geschakeld zijn is de spanning overal hetzelfde. *

Utot=U​1​​=U​2​​=U​3​​=...=230V

Stroomsterkte in de huisinstallatie

• Als een apparaat aan staat loopt er door de energieleiding stroom.
• Als een apparaat een hoog vermogen (  ) heeft dan heeft hij ook een hoge stroomsterkte (  ). 
• De totale stroomsterkte van een groep kun je berekenen door alle stroomsterktes bij elkaar op te tellen. *

Itot=I​1​​+I​2​​+I​3​​+....

P

I

Vermogen in de huisinstallatie

• Het totale vermogen van apparaten die aan staan in een groep berekenen door de vermogens op te tellen.

• Je kunt het totale vermogen ook berekenen door eerst de totale stroomsterkte te berekenen en dit keer de netspanning te doen. *

Ptot=P​1​​+P​2​​+P​3​​+...

Ptot=U⋅Itot

Overbelasting

• Als de stroomsterkte in een leiding te groot wordt kan deze te warm worden en brandgevaar als gevolg hebben. 
• In woningen is de maximale stroomsterkte op een groep meestal 16A.
  
  
  
• Als het vermogen op een groep dus meer dan 3,7 kW is dan heb je overbelasting.*

Ptot=U⋅Itot=230⋅16=3680W=3,7kW

In de woonkamer staat een tv met een stroomsterkte van 6A, een radio met een stroomsterkte van 4A en een koelkast met een stroomsterkte van 10A. Hoeveel is het totale vermogen van de groep in de woonkamer? Raakt de groep in de woonkamer overbelast als je ze allemaal aan hebt staan?

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

• 
  
•  

Oplossing

Conclusie:

Kortsluiting

• Draden en apparaten hebben een weerstand. Deze bepaald hoe makkelijk   stroom er doorheen kan stromen.
• Stroom pakt liever de weg met
   de minste weerstand.
• Hierdoor kan kortsluiting
  ontstaan.

Fasedraad, nuldraad en schakeldraad

• Op de fasedraad (bruin) staat spanning (230V)
• Op de nuldraad (blauw) staat geen spanning.
• De fasedraad kan ook op een schakelaar zijn aangesloten.
   Uit de schakelaar komt dan een zwarte draad die de schakeldraad heet.
• De schakeldraad is meestal zwart en heeft alleen spanning
   als de schakelaar aan staat. *

Leerdoelen

1.3.1 Je kunt de totale stroomsterkte in een groep berekenen.

1.3.2 Je kunt het totale vermogen berekenen dat op een groep is aangesloten.

1.3.3 Je kunt berekenen of in een groep overbelasting optreedt.

1.3.4 Je kunt uitleggen wat wordt bedoeld met overbelasting en kortsluiting.

1.3.5 Je kunt de functie benoemen van de verschillende kleuren elektriciteitsdraden.

Huiswerk: lezen en maken

• Bladzijde 28 t/m 37
• Opdracht 1, 2, 4 en 6 t/m 9

• H3J → Woensdag 17 januari
• H3I → Donderdag 18 januari

Elektriciteit en veiligheid

§4

Leerdoelen

1.4.1 Je kunt uitleggen wat de gevaren van elektriciteit zijn.

1.4.2 Je kunt uitleggen wanneer een apparaat dubbel geïsoleerd moet zijn.

1.4.3 Je kunt uitleggen wat de functie van installatieautomaten (groepszekeringen) is.

1.4.4 Je kunt de functie van een aardlekschakelaar uitleggen.

1.4.5 Je kunt de funcite van randaarde beschrijven.

Stroom op het lichaam

• De grote van de stroomsterkte hangt af van de weerstand van je lichaam. 
• Dit noemen we de lichaamsweerstand en die is niet groot.

• De contactweerstand is de plaats waar de stroom het lichaam in en uit gaat.
• Hier is de weerstand het grootst.

• Des te hoger de stroomsterkte des te gevaarlijker de schok kan zijn.*

Zekeringen

• Voor elke groep is er een groepszekering.
• Deze schakelt de stroom op een groep uit
   als de stroom te groot wordt (16A). 
• In moderne huisinstallaties wordt gebruik
   gemaakt van installatieautomaten.
• Deze werken met een klepje in plaats van
   zekeringen.

Isolatie

• Apparaten en draden kunnen enkel of dubbel geïsoleerd zijn.
• Isolatie voorkomt kortsluiting en zorgt ervoor dat je een draad kunt vastpakken zonder een schok te krijgen.
• Apparaten kunnen ook dubbel geïsoleerd zijn doordat de stroomdraden aan de binnenkant geïsoleerd is en de buitenkant van een apparaat van een niet-geleidende stof is gemaakt.

De aardlekschakelaar

• In de meterkast zit ook een aardlekschakelaar.
• Deze vergelijkt de stroomsterkte in de fasedraad en de nuldraad van een   apparaat.
• Als de stroom even groot is dan laat de aardlekschakelaar de stroom door.
• Als het verschil groter wordt dan 30mA schakelt deze de stroom uit.

Lekstroom

• Als de stroomsterkte over de fasedraad en nuldraad verschilt dan ontsnapt er ergens stroom. Dit wordt de lekstroom genoemd.
•  
• Als het verschil tussen
   de fasedraad en nuldraad

     boven de 30 mA komt
     wordt de stroom
     uitgeschakelt door de
     aardlekschakelaar.

Ilek=Ifasedraad−Inuldraad

Over de fasedraad van een tv staat 0,26 A. Over de nuldraad staat een stroomsterkte van 0,22 A. Je raakt de tv aan. Hoe groot is de lekstroom? Zal de aardlekschakelaar de stroom uitzetten?

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

• 
  
•  

Oplossing

Conclusie:

Randaarde

• De randaarde is een extra groengele draad die bij sommige apparaten voor extra veiligheid zorgt.
• Deze kabel maakt contact met de buitenkant van het apparaat.
• Mocht er een lekstroom zijn dan stuurt de randaarde deze naar de meterkast waar de aardlekschakelaar aan gaat.
• Deze stroom wordt dan via een 
   metalen pin de bodem in geleid.
• Deze metalen pin noemen we de
   aardelektrode. 

Leerdoelen

1.4.1 Je kunt uitleggen wat de gevaren van elektriciteit zijn.

1.4.2 Je kunt uitleggen wanneer een apparaat dubbel geïsoleerd moet zijn.

1.4.3 Je kunt uitleggen wat de functie van installatieautomaten (groepszekeringen) is.

1.4.4 Je kunt de functie van een aardlekschakelaar uitleggen.

1.4.5 Je kunt de funcite van randaarde beschrijven.

Huiswerk: lezen en maken

• Paragraaf 3
• Bladzijde 28 t/m 37
• Opdracht 1, 2, 4 en 6 t/m 9

• Paragraaf 4
• Bladzijde 39 t/m 45
  
• Opdracht 1 t/m 3, 5, 8 t/m 10

• H3J → Woensdag 17 januari, H3I → Donderdag 18 januari