H12 Elektriciteit

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo k, g, t
• Leerjaar 4

Elektriciteit

Hoofdstuk 12

Stroom en spanning

§1

Leerdoelen 4K

Leerdoelen 4GT

Gesloten stroomkring

• In een stroomkring zitten altijd een bron, geleiders en een verbruiker.
• Wanneer een toestel in werking is, is de stroomkring gesloten.*
• Een schakelaar kan een stroomkring makkelijk in- een uitschakelen.

Een schakelaar

Gewone schakelaar

Drukschakelaar

De stroomrichting

• Een accu van een auto heeft 6 cellen die elk 2V leveren.  Totaal 12V.
• Een accu heeft een vaste + en een - → gelijkspanning.
• Stroom loopt van + → -
• + pool → hier komt de stroom vandaan.
• - pool → daar loopt de stroom naartoe. *
• Opletten hoe je bepaalde onderdelen aansluit.

Diode en LED

• Een diode is een schakelonderdeel.
• Deze laat de stroom maar in 1 richting door.
• Doorlaatrichting → weerstand klein.
• Sperrichting → weerstand groot. *
• LED is een diode die licht geeft.

Capaciteit

• = de tijd die een accu een bepaalde hoeveelheid energie kan leveren.
• Uitgedrukt in Ampère uur (Ah) of milliampère uur (mAh).
• 60Ah → gedurende 1h kan deze accu 60A aan stroom leveren. *
• capaciteit = stroomsterkte x tijd

C=I⋅t

De formule moet je ook kunnen omvormen!

Een leeslampje kan 20 uur werken op één batterij van 1600 mAh.

Bereken de stroomsterkte door het lampje.

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

•  

Oplossing

Conclusie:

Elektrisch vermogen

• = de hoeveelheid elektrische energie die een toestel per seconde opneemt.
• 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:

Leerdoelen check 4K

Leerdoelen check 4GT

Lezen en maken met potlood

• 4K → blz 10 - 20
• 4GT → 206 - 216

Spanning transformeren

§2

Leerdoelen 4K

Leerdoelen 4GT

Het elektriciteitsnet → probleemstelling

Het elektriciteitsnet

• De generatoren van de elektriciteitscentrale leveren wisselspanning.
• Deze spanning kan je makkelijk verhogen of verlagen → transformeren.
• Bij een centrale wordt de spanning tot 400kV omhoog getransformeerd.
• In het dorp en in de wijk wordt deze omlaag getransformeerd tot 230V. *
• Dit is de netspanning.

f=50Hz

Effectieve netspanning van 230V

Een adapter zet wisselspanning om naar gelijkspanning.  Symbolen kennen!

Een adapter

• Zet hoge spanning om naar lage (en veilige) spanning. *
• Bevat een gelijkrichter en zet wisselspanning om naar gelijkspanning.

Wisselspanning

Gelijkspanning

De transformator

• Bestaat uit 2 spoelen en een week-ijzeren kern.
• Tekening transformator.

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 spanning

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

​n​s​​​​n​p​​​​=​U​s​​​​U​p​​​​

n​p​​

n​s​​

U​p​​

U​s​​

De transformator heeft een primaire spoel met 600 windingen en een secundaire spoel met 12.000 windingen. De primaire spoel is aangesloten op het lichtnet (230 V).

Bereken de secundaire spanning.

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

•  

Oplossing

Conclusie:

​n​s​​​​n​p​​​​=​U​s​​​​U​p​​​​

Het rendement van een transformator

• Rendement             %.
• Verlies aan warmte en aan trillingen.
• Voor de berekeningen gaan we uit van 100%. *
• Daarom is het primaire vermogen = secundaire vermogen.

≈99

P​p​​=P​s​​

U​p​​⋅I​p​​=U​s​​⋅I​s​​

Een pizzabezorger drukt op de deurbel van een bezorgadres. Door de bel loopt dan een stroom van 1,5 A bij een spanning van 9,2 V. De spanning van 9,2 V wordt geleverd door een transformator die aan de primaire kant is aangesloten op het lichtnet (230 V).

Bereken de stroomsterkte door de primaire spoel. Ga ervan uit dat de transformator ideaal is.

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

•  

Oplossing

Conclusie:

Leerdoelen check 4K

Leerdoelen check 4GT

Lezen en maken met potlood

• 4K → blz 21 - 35
• 4GT → blz 217 - 231

Serie- en parallelschakeling

§3

Leerdoelen 4K

Leerdoelen 4GT

Serie en parallel?

• Serieschakeling → 1 stroomkring.
• Parallelschakeling → meerdere stroomkringen.
• Voordelen parallelschakeling: alle onderdelen krijgen dezelfde spanning, onderdelen apart in- en uitschakelen. *
• Schakelaars staan steeds in serie → stroomkring onderbreken.

Serieschakeling

Parallelschakeling

Serieschakeling

• Spanning wordt verdeelt over de componenten → 
• Stroomsterkte overal even groot →      *
• De weerstanden van de componenten moeten opgeteld worden.  Deze kan je vervangen door 1 weerstand → vervanginsweerstand.

R​v​​=R​1​​+R​2​​+R​3​​

I

U​1​​

U​2​​

Twee weerstanden, de een van 5 Ω, de ander van 10 Ω, zijn in serie geschakeld. De bronspanning is 12 V.  Bereken hoe groot de spanning is over beide weerstanden.

Gegevens

•  
•  
•  

Gevraagd

•  

Oplossing

Conclusie:

Parallelschakeling

• Spanning is overal even groot → 
• Stroomsterkte kan anders zijn in iedere kring →
  
  
• Vervangingsweerstand → 

U

I​1​​

I​2​​

​R​v​​​​1​​=​R​1​​​​1​​+​R​2​​​​1​​+​R​3​​​​1​​

Bereken 

R​v​​