Basis gelijkstroom

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Gelijkstroom, Basis 1

Spanning:

In een generator wordt een elektrische spanning opgewekt. Deze spanning maakt het mogelijk de elektrische energie via een netwerk van bovengrondse leidingen en ondergrondse kabels te transporteren van de centrale (de generator) naar de gebruikers.

Zeer kleine deeltjes, de elektronen zorgen voor dit transport. Hierbij is de spanning de stuwende kracht.

De spanning is de voorwaarde voor een eventuele elektronenbeweging.

De eenheid van spanning is de volt.

We zeggen: een spanning van…… volt

We schrijven: U= …… V bijvoorbeeld: U= 220 V

Lading:

Elke elektron bevat eenzelfde hoeveelheid elektriciteit. 

Het is de kleinste hoeveelheid elektriciteit die bestaat. 

We zeggen: Het elektron heeft een elektrische lading.

De eenheid van lading is Coulomb

We schrijven: Q= ….. C. Bijvoorbeeld Q= 124 C.

Stroom:

Een verplaatsing van veel negatief geladen elektronen noemen we een elektrische stroom.

Elke elektrische stroom is een verplaatsing van lading.

De richting van de elektrische stroom is per definitie van + naar – en dus tegengesteld aan de bewegingsrichting van de elektronen.

De eenheid van elektrische stroom is de ampère.

We zeggen: een stroom van ….. ampère.

We schrijven: I= ….A. Bijvoorbeeld: I= 10 A

Een stroom is 1 A als er door de doorsnede van een geleider per seconde een lading van 1 C passeert.

In formulevorm: óf I= Q/t óf Q= I.t

Energie: 

De hoeveelheid elektrische energie die kan worden gebruikt of worden getransporteerd is recht evenredig met:

-de hoeveelheid lading (Q); 

 -de grootte van de spanning (U)

 W = Q . U 

Naarmate de lading groter is, wordt de energie groter. 

Maken we de spanning hoger, dan wordt de energie ook groter.

De eenheid van de elektrische energie is de Joule.

We zeggen: De energie is …….. Joule

We schrijven: W = ….. Joule. Bijvoorbeeld : W= 3600 J

Ook weten we dat geldt: Q = I . t

Dan is het ook: W = U . I . t

Reminder: 

K (kilo = k = 1000 = 10 3 )

M (Mega = M = 1000.000 = 10 6  ) 

kJ (kilojoule) 

MJ (Megajoule)

kWh (kilowattuur)

MWh (Megawattuur)

Energie kun je ook uitdrukken in Newtonmeter (Nm) of in Wattseconden (Ws).

Voeger werden er calorieën gebruikt.

1000 calorieën = 4200 Joules

1 kcal = 4,2 . 103 J

1 cal = 4,2 J

Vermogen:

De energie die per seconde beschikbaar is noemen we het vermogen. De eenheid van het vermogen is watt (Joules/seconde).

W = U . I . t

P = U . I

We zeggen: een vermogen van …… watt.

We schrijven: P = ……W. Bijvoorbeeld: P = 5000 W

Weerstand:

Weerstand:

Bij energie overdracht en bij energie transport gaat er energie verloren. Echt verloren gaan kan natuurlijk niet.

Volgens de wet van behoud van energie is de verloren energie, de energie die niet beschikbaar is voor het doel waar het eigenlijk voor bedoeld is.
Bij het transport van elektrische energie gaat er door de leidingen een stroom. Alle materialen bieden weerstand aan deze stroomdoorgang, het ene meer dan het andere.  Koper heeft bijvoorbeeld een lage weerstand, rubber/PVC (isolatiemateriaal) hebben een zeer hoge weerstand Elke geleider heeft weerstand, ook ieder toestel en/of apparaat en iedere machine. 

De eenheid van weerstand is de ohm.

We zeggen: een weerstand van ….. ohm

We schrijven: R = …… Ω Bijvoorbeeld: R= 12 Ω

Een deel van de energie gaat tijdens het energietransport ‘verloren’
in de geleiders. We noemen dat de energieverliezen van het  transport. 

Wet van Ohm:

In een gesloten stroomkring neemt de stroom evenredig toe met de grootte van de aangelegde spanning. 

De verhouding tussen die spanning en die stroom is de weerstand van de stroomkring.

In formule vorm:

 R = U/I 

U = I . R 

I = U/R

Rendement:

De verhouding tussen de energie na het transport en voor het transport noemen we het rendement van het energietransport.

De eenheid van het rendement is onbepaald.

We zeggen het rendement is: ……..

We schrijven: ɳ = …….. Bijvoorbeeld: ɳ = 0.85

Het rendement is een onbenoemd getal dat altijd kleiner is dan één. 

We kunnen het rendement ook in procenten uitdrukken door het getal te vermenigvuldigen met 100%.

Bijvoorbeeld: ɳ = 0.85 x 100% = 85%

Koppel:

Een elektromotor zet de toegevoerde elektrische energie om in een draaiende beweging van de as van de motor, dus in mechanische energie.

Hoeveel energie de as kan afgegeven wordt bepaald door het askoppel T_as de grootte van dit koppel is afhankelijk van:

 -Het afgegeven vermogen  Pa 

 -De hoeksnelheid   ω

Pa = (F . r) .  ω

Om te onthouden! (stampwerk!)