Stroom en energie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Elektriciteit

Elektriciteit, een bijna magisch verschijnsel

Het domineert ons dagelijks leven. Hoe zouden we zonder kunnen?

Leerdoelen

Na deze les:

• Begrijp je op atoomniveau hoe ladingen energie kunnen transporteren.
• Weet je wat een elektrische stroom is en hoe deze tot stand komt.
• Kun je het verschil tussen stroomsterkte en spanning uitleggen.
• Weet je hoe je een stroommeter en een spanningsmeter aan moet sluiten.

Elektrische schakelingen, hoe werkt het?

Ik zet de schakelaar om, en de lamp gaat aan.

Elektrische schakelingen, hoe werkt het?

Ik zet de schakelaar om, en de lamp gaat aan.

Energie wordt getransporteerd van de spanningsbron naar de lamp.

Hoe wordt deze energie getransporteerd?

Elektrische schakelingen, hoe werkt het?

Energie wordt getransporteerd van de spanningsbron naar de lamp.

In de lamp vind een energie-omzetting plaats. Welke?

Welke energie-omzetting
vindt plaats in de lamp?

Atoomtheorie - geschiedenis

Stoffen zijn gemaakt van atomen. Grieks: atomos, wat ondeelbaar betekent. Dit zijn de kleinste deeltjes die bestaan.

Oude grieken

Atoomtheorie - geschiedenis

Stoffen zijn gemaakt van atomen. Grieks: atomos, wat ondeelbaar betekent. Dit zijn de kleinste deeltjes die bestaan.

Oude grieken

1808: Dalton

Elementen zijn gemaakt van deze atomen, gekarakteriseerd door hun massa. Bij ontstaan nieuwe stoffen blijven de atomen.

Atoomtheorie - geschiedenis

Elementen zijn gemaakt van deze atomen, gekarakteriseerd door hun massa. Bij ontstaan nieuwe stoffen blijven de atomen.

1808:

Dalton

1897: Thompson

Met kathodestraalbuizen bleek dat er geladen deeltjes uit de atomen komen. Atomen zijn dus niet ondeelbaar! Nobelprijs.

Hoe heten de geladen deeltjes die uit de atomen kwamen?

1. Protonen
2. Elektronen
3. Neutronen
4. Megatronen

Atoomtheorie - geschiedenis

Elementen zijn gemaakt van deze atomen, gekarakteriseerd door hun massa. Bij ontstaan nieuwe stoffen blijven de atomen.

1808:

Dalton

1897: Thompson

Met kathodestraalbuizen bleek dat er geladen deeltjes uit de atomen komen. Atomen zijn dus niet ondeelbaar! Nobelprijs.

Bolletjes met positieve en negatieve ladingen erin.

Atoomtheorie - geschiedenis

Met kathodestraalbuizen bleek dat er geladen deeltjes uit de atomen komen. Atomen zijn dus niet ondeelbaar!

1897: Thompson

Met alfastraling op goudfolie bleek dat de lading niet uniform verdeeld is. Er is een compacte, positief geladen kern met daar omheen een uniforme wolk elektronen.

1911: Rutherford

Atoomtheorie - geschiedenis

Atoomtheorie - geschiedenis

Met alfastraling op goudfolie bleek dat de lading niet uniform verdeeld is. Er is een compacte, positief geladen kern met daar omheen een uniforme wolk elektronen.

1911: Rutherford

Het verhaal gaat verder... maar dat is een verhaal voor een andere keer.

1914:

Bohr

Atoombouw

Atoommodel van Rutherford:

• Positief geladen compacte kern
• Wolk met negatieve ladingen
• Deze ladingen kunnen verwijderd worden
  

Aaneengeschakelde atomen

Als je ze energie geeft, kunnen ladingen overspringen (vooral bij metalen).

Aaneengeschakelde atomen

Als je ze energie geeft, kunnen ladingen overspringen.

Op deze manier kan energie tussen atomen getransporteerd worden.

Aaneengeschakelde atomen

Met dit model kunnen we het aanschakelen van de lamp op 2 manieren verklaren (misschien weten jullie nog een derde?):

1. De spanningsbron geeft energie aan een elektron, waarna deze zich door de schakeling beweegt.
2. De spanningsbron geeft energie aan een elektron, waarna deze dit doorgeeft aan een elektron in het atoom ernaast, die het weer doorgeeft, enz.
   

Welke theorie klopt?

Aaneengeschakelde atomen

Met dit model kunnen we het aanschakelen van de lamp op 2 manieren verklaren. Het goede antwoord was:

1. 
   
2. De spanningsbron geeft energie aan een elektron, waarna deze dit doorgeeft aan een elektron in het atoom ernaast, die het weer doorgeeft, enz.
   

Verklaar mbv dit model hoe het komt dat de lamp uitgaat als de schakelaar weer uitgezet wordt.

Stroom en spanning

Ladingen bewegen zich dus door de stroomkring, waardoor energie getransporteerd wordt.

Stroom en spanning

Ladingen bewegen zich dus door de stroomkring, waardoor energie getransporteerd wordt.

De eenheid van lading is C(oulomb). De lading van 1 elektron is 1,602x10^-19 C. Dit is de kleinste hoeveelheid lading die vrij kan voorkomen. Dit heet ook wel het elementair ladingskwantum.

Stroom en spanning

Ladingen bewegen zich dus door de stroomkring, waardoor energie getransporteerd wordt.

De hoeveelheid lading Q die per s getransporteerd wordt, heet de stroomsterkte I:

De eenheid is A(mpere).

I=​t​​Q​​

Hoe kun je de Ampere ook schrijven?

Stroom en spanning

Ladingen bewegen zich dus door de stroomkring, waardoor energie getransporteerd wordt.

De hoeveelheid energie E die per lading Q wordt meegegeven heet de spanning:

De eenheid is V(olt).

U=​Q​​E​​

Hoe kun je de Volt ook schrijven?

Stroom en spanning

Ladingen bewegen zich dus door de stroomkring, waardoor energie getransporteerd wordt.

Om de stroomsterkte te meten, moet alle lading die door het onderdeel van schakeling stroomt dat je wilt meten ook door de stroommeter stromen. Hoe moet je de stroommeter aansluiten?

Om de stroomsterkte te meten, moet alle lading ook door de stroommeter stromen. Hoe moet je de stroommeter aansluiten?

1. In serie
2. Parallel

Stroom en spanning

Ladingen bewegen zich dus door de stroomkring, waardoor energie getransporteerd wordt.

Om de spanning te meten, moet dezelfde hoeveelheid energie die door het onderdeel van schakeling gaat dat je wilt meten ook door de spanningsmeter gaan.

Dezelfde hoeveelheid energie die door het onderdeel van schakeling gaat dat je wilt meten moet ook door de spanningsmeter gaan. Hoe moet je de spanningsmeter aansluiten?

1. In serie
2. Parallel

Elektrische schakelingen, hoe werkt het?

Ik zet de schakelaar om, en de lamp gaat aan.

Energie wordt getransporteerd van de spanningsbron naar de lamp.

Hoe wordt deze energie getransporteerd?

Leerdoelen

Check:

• Begrijp je op atoomniveau hoe ladingen energie kunnen transporteren?
• Weet je wat een elektrische stroom is en hoe deze tot stand komt?
• Kun je het verschil tussen stroomsterkte en spanning uitleggen?
• Weet je hoe je een stroommeter en een spanningsmeter aan moet sluiten?

Zelf aan de slag

Opgaven: 1, 3, 4, 5, 6, 7