Ladingen

• Lading VMBO
• Schakelingen VMBO
• Weerstand VMBO
• Stroommeter VMBO
• Stroomsterkte VMBO
• De spanningsmeter VMBO
• De spanning VMBO
• De diode VMBO
• Vervangingsweerstand VMBO
• Capaciteit VMBO
• Elektriciteit in huis (klas 3) VMBO
• REEDIT!!! EN uploaden voor VWO!!! VOOR OPNAME EVEN CHECKEN OF JE NOG IETS MOET HEROPNEMEN IN VMBO FILMPJES!!

Elektriciteit in huis

Elektrische onderdelen

De vaste weerstand

• Het rechthoekige symbool in de rechter afbeelding wordt een (vaste) weerstand genoemd.
• Een vaste weerstand wordt gebruikt om de stroom door een draad te beperken.
• Dit zien we bijvoorbeeld toegepast in een waterkoker. Het verwarmingselement heeft een grote stroom nodig, maar het LED-lampje niet. De weerstand zorgt ervoor dat de LED niet teveel stroom ontvangt.

De variabele weerstand (klas 3,4)

• Hiernaast zien we een zogenaamde variabele weerstand.
• De waarde van deze weerstand is handmatig in te stellen.
• Dit onderdeel wordt bijvoorbeeld gebruikt om een lamp handmatig te kunnen dimmen. 

NTC en LDR (klas 3,4)

• Een ander veelvoorkomend onderdeel is de NTC. De NTC is een weerstand waarvan de waarde afhangt van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe lager de weerstand.
• Een gerelateerd onderdeel is de PTC. Hier geldt: hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de weerstand.
• Deze componenten worden gebruikt voor het maken van temperatuursensoren.
• Een ander onderdeel is de LDR. Dit is een weerstand waarvan de waarde afhangt van de lichtintensiteit die erop valt. Hoe hoger de lichtintensiteit, hoe lager de weerstand.
• Deze component kan bijvoorbeeld gebruikt worden als lichtsensor.

​

Diode en LED (klas 4)

• Hieronder zien we het symbool voor een diode. Een diode laat stroom slechts in één richting door (in deze afbeelding van links naar rechts).
• Een diode kan o.a. gebruikt worden om een wisselspanning om te zetten naar een gelijkspanning.
• Een lichtgevende diode wordt ook wel een LED genoemd.

Ladingen

Ladingen

• De eenheid van lading is de coulomb.
• De lading van één elektron is:

​

• Met een verhoudingstabel kunnen we gemakkelijk uitrekenen hoeveel elektronen samen één coulomb aan lading vormen:

De stroomsterkte

• Elektriciteit is het bewegen van lading.
• De hoeveelheid lading die in een bepaalde tijd door een onderdeel van de schakeling stroomt noemen we de stroomsterkte (I).
• De SI-eenheid van de stroomsterkte is de ampère (A) en dit is gelijk aan de hoeveelheid coulomb per seconde (C/s).�

Spanning

• Als elektronen stromen, botsen ze continue tegen de atomen in het materiaal. Bij deze botsingen raken de elektronen energie kwijt.
• De energie die per ladingseenheid verloren gaat bij deze botsingen noemen we de spanning (U).
• We meten de spanning in volt (V) en dat is gelijk aan de hoeveelheid joule per coulomb (J/C).�

Spanningsbronnen

• De meeste spanningsbronnen hebben een vaste spanning.
• Over een stopcontact staat bijvoorbeeld in Nederland altijd 230 V. We noemen dit ook wel de netspanning.
• We kunnen ook spanningsbronnen aan elkaar koppelen. Hieronder zien we bijvoorbeeld twee AA batterijen die in serie gekoppeld zijn.
• De totale spanning wordt in dat geval 1,5 + 1,5 = 3,0 V.

Stroomsterkte en spanning

De stroomsterkte

• De hoeveelheid lading meten we in coulomb.
• De stroomsterkte vertelt ons hoeveel couloumb aan lading er per seconde door een punt in de schakeling stroomt.
• We meten de stroomsterkte in ampère (A).

De stroomsterkte

• Hiernaast zien we een gemengde schakeling.
• De hoeveelheid lading die uit de spanningsbron stroomt moet gelijk zijn aan de stroomsterkte die het rechter lampje in stroomt.
• Dan splitst de lading op in twee richtingen. Als 1 A bovenlangs gaat, dan gaat de andere 3 A bovenlangs.
• Als de lampjes dezelfde weerstand hadden gehad, dan zou de lading zich eerlijk hebben verdeeld over de lampjes.

De stroomsterkte

• In deze schakeling stroomt er 10 A uit de spanningsbron.
• Bij de splitsing gaat 2 A naar links. De andere 8 A zal dus omhoog gaan.
• Deze 8 A stroomt dan door allebei de bovenste lampjes heen.

De spanning

• We gaan leren rekenen met de spanning in verschillende schakelingen.
• De spanning vertelt ons hoeveel energie elke coulomb aan lading kwijtraakt als het van het ene naar het andere punt stroomt.
• We meten de spanning in volt (V).

De spanning

• Hiernaast zien we nog en gemengde schakeling.
• Bij de spanningsbron staat 12 V. Dit betekent dat elke coulomb aan lading 12 J aan energie zal uitgeven als het de stroomkring doorloopt.
• De schakeling bestaat uit twee stroomkringen.
• Welke stroomkring de lading ook kiest, er wordt in totaal 12 J aan energie uitgegeven.

Voorbeeld

• Bereken de spanning van de spanningsbron en van lamp 1.
• Als een lading de stroomkring kiest door lamp 2 en lamp 3, dan verliest deze lading in totaal 8 + 1,4 = 9,4 V.
• Over de spanningsbron staat dus 9,4 V.
• Als een lading de stroomkring kiest door lamp 1 en lamp 2, dan verbruikt de lading ook in totaal 9,4 V.
• Bij lamp 2 verbruikt de lading dus 8 V. Bij lamp 1 verbruikt de lading dan� 9,4 – 8 = 1,4 V.

​

​

A- en V-meter

Aansluiten ampèremeter

• Een ampèremeter sluit je in serie aan op het onderdeel waarvan je de stroomsterkte van wilt meten. 
• Merk op dat de pluspool van de batterij verbonden is met de plusingang van de ampèremeter en de minpool met de minkant.
• Ampèremeters zijn zo gemaakt dat ze de rest van de schakeling niet beïnvloeden.
• Ampèremeters hebben daarom een weerstand van zo goed als 0 Ω. Op deze manier kan de stroom er ongestoord doorheen kan stromen.

​

​

​

Aansluiten ampèremeter

Aansluiten voltmeter

• De voltmeter sluit je parallel aan over het onderdeel waarover je de spanning wilt meten.
• Ook de voltmeters zijn zo gemaakt dat ze de rest van de schakeling niet beïnvloeden.
• Voor de voltmeter betekent dit dat ze een erg grote weerstand hebben.
• Op deze manier stroomt er nauwkeurig stroom door de voltmeter.

Aansluiten voltmeter

• In de rechter afbeelding is de spanning op een heel aantal punten in de schakeling genoteerd.
• Als we een voltmeter op twee plekken aansluiten, dan meten we het verschil tussen de spanning op deze twee punten.
• De linker voltmeter zit bijvoorbeeld tussen een spanning van 4 V en een spanning van 12 V in. De voltmeter geeft daarom 12 - 4 = 8 V aan.
• Bij de rechter voltmeter is de spanning aan beide uiteinden 12 V. De voltmeter geeft hier 12 -12 = 0 V aan. 
• De stroom loopt (zoals altijd) van een hoge naar een lagere spanning.

Weerstand

De wet van Ohm

• De weerstand (R) van een onderdeel in een �schakeling kunnen we berekenen met de �wet van Ohm:

​

​

• Let er op dat je deze formule alleen toepast op een enkel onderdeel.
• Je kan bijvoorbeeld niet de spanning van de spanningsbron delen door de stroomsterkte van een lampje.
• Om goed bij te houden bij welk onderdeel de verschillende meetwaarden horen, is het handig de schakeling uit de vraag te tekenen en de waarden bij het juiste onderdeel te schrijven.
• Let er ook op dat als je deze formule toepast op de spanningsbron, dat je dan niet de weerstand van de spanningsbron vindt, maar de totale weerstand van de gehele schakeling. De (ideale) spanningsbron heeft namelijk helemaal geen weerstand.

De wet van Ohm

• De wet van Ohm kunnen we ook als volgt�omschrijven:

​

​

​

• We zien hier dat bij gelijke spanning een kleinere weerstand voor een grotere stroomsterkte.
• Dit is goed te begrijpen. Hoe kleiner de weerstand, hoe gemakkelijker een materiaal lading doorlaat en hoe groter de stroomsterkte dus is.

Voorbeeld

• Vraag:
• Twee dezelfde lampjes in serie worden aangesloten op de netspanning. De stroomsterkte die de spanningsbron levert is gelijk aan 150 mA. Bereken de stroomsterkte door elk van de lampjes in ampère en de spanning over elk lampje in volt.
• Antwoord:
• Het is verstandig altijd eerst de schakeling even te tekenen en de waarden uit de vraag op de juist plek te zetten.
• I_bron = 150 mA / 1000 = 0,150 A
• De lampjes zijn aangesloten op de netspanning.
• U_bron= 230 V

• In een serieschakeling weten we dat de stroomsterkte overal gelijk is. Voor elk lampje geldt dus een stroomsterkte van 0,150 A.
• In een serieschakeling verdeelt de spanning zich over de lampjes.
• Omdat het hier om twee dezelfde lampjes gaat, weten we dat de spanning zich gelijk zal verdelen.
• U_lampje = 230 / 2 = 115 V

​

Voorbeeld

• Vraag:
• Bereken de weerstand van elk lampje.
• Antwoord:
• Met de gegevens uit de vorige vraag kunnen we met de wet van Ohm de weerstand berekenen. Voor elk lampje geldt:

Voorbeeld

• Bereken de stroomsterkte door de weerstand.

Voorbeeld

• Bereken de weerstand van de middelste lamp.

Weerstand II

Ohmse weerstanden

• In schakelingen blijven de volgende onderdelen constant:
• De spanning van de spanningsbron
• De waarde van de ohmse weerstanden
• Ohmse weerstand zijn weerstanden met een vaste waarde. Het bekendste voorbeeld hiervan is de vaste weerstand.
• Een ohmse weerstand is te herkennen aan een recht evenredig verband in een (I,U)-diagram.
• Bij dit verband vindt je namelijk altijd dezelfde waarde voor R met behulp van de formule R = U/I.

Voorbeeld

• Twee dezelfde lampjes zijn in serie aangesloten op een spanningsbron van 12 V. De spanningsbron levert een stroomsterkte van 300 mA. Bereken de stroomsterkte die de spanningsbron levert als we dezelfde lampjes parallel aansluiten.

Ohmse weerstand

• Vraag:
• Neemt de weerstand toe of af bij hogere spanning?
• Antwoord:
• Bij 4,0 V vinden we een stroomsterkte van 32 mA.
• U = 4,0 V�I = 32 / 1000 = 0,032 A

​

​

• Bij 10,0 V vinden we een stroomsterkte van 51 mA.
• U = 10,0 V�I = 51 / 1000 = 0,051 A

​

Soortelijke weerstand

De soortelijke weerstand

• De weerstand van een draad berekenen we met de volgende formule:

​

​

​

​

​

​

• ρ is de soortelijke weerstand en dus NIET de dichtheid

​

Voorbeeld

• Een gloeidraad van een gloeilamp is gemaakt van wolfraam. De weerstand bij kamertemperatuur is 70 Ω. De lengte van de draad is 45 cm. Bereken de diameter van de draad.

​

Vervangingsweerstand II

Voorbeeld

• Een persoon bouwt een serieschakeling bestaande uit twee weerstanden. Parallel aan de rechter weerstand wordt een extra lampje toegevoegd. Leg uit of hierdoor de spanning over de rechter weerstand groter of kleiner wordt of gelijk blijft.
• De vervangingsweerstand wordt kleiner. Hierdoor neemt de stroomsterkte van de bron toe en dus ook de stroomsterkte door R₁.
• Hierdoor neemt de spanning over R₁ toe, want:

​

• De spanning van de bron blijft gelijk. Ook geldt dat:

​

• Als de spanning over R₁ groter wordt, moet de spanning over R₂ dus kleiner worden.

​

​

​

​

Gemengde schakelingen

• Bij gemengde schakelingen bereken we de vervangingsweerstand in meerdere stappen.
• Hieronder vervangen we eerst de twee weerstanden in serie. We houden daarna een parallelschakeling over, die we kunnen vervangen door één vervangingsweerstand.

Voorbeeld

• In een elektrisch verwarmbare deken zitten 10 verwarmingsdraden. Eén verwarmingsdraad heeft een weerstand van 3,6 Ω.
• Bereken de totale weerstand van de deken.

Vermogen

Energie en vermogen

• De SI-eenheid van energie is de joule:

​

​

• De SI-eenheid van vermogen is de watt en dit gelijk aan de hoeveelheid joule per seconde:

Vermogen

• Met het vermogen kunnen we dus het energieverbruik van apparaten vergelijken.
• Hoe groter het vermogen van een waterkoker, hoe meer warmte er per seconde vrijkomt. Hoe groter het vermogen van een lamp, hoe groter de lichtintensiteit van deze lamp.

Energie en vermogen

• Energie meten we ook vaak in kilowattuur (kWh).

​

​

​

​

​

​

​

• Merk op dat kilowattuur niet hetzelfde is als 'kilowatt per uur'. Kilowattuur is net als joule gewoon een maat voor de energie.

​

Joule en kWh omrekenen

• Stel dat een lamp een vermogen heeft van 1000W en dat de lamp 1,0 uur aan staat. Hoeveel energie heeft deze lamp dan verbruikt in joule en hoeveel in kilowattuur? 

​

Raaklijnen en oppervlaktes (VWO)

• De formule P = ΔE/Δt doet wellicht denken aan v = Δx/Δt. Net als bij deze formule kunnen we ook met raaklijnen en oppervlaktes werken.
• In een (E,t)-diagram vinden we met een raaklijn het vermogen op een tijdstip. De helling is immers gelijk aan ΔE/Δt.
• In een (P,t)-diagram vinden we met het oppervlak onder de grafiek de energie. Het oppervlak is immers gelijk P×Δt.

Raaklijnen en oppervlaktes (VWO)

• In het onderstaande (E,t)-diagram is de afzetenergie van een atleet in de tijd weergegeven tijdens het maken van een sprong. Bepaal het maximale vermogen tijdens de sprong.

Raaklijnen en oppervlaktes (VWO)

• Hieronder zien we hoe vermogen van een schok van schrikdraad verandert in de tijd. �Bepaal de totale energie die de schok levert.

Rendement

Rendement

• Het rendement is de fractie van de energie of het vermogen dat nuttig gebruikt wordt.�Het rendement is als volgt te berekenen:

​

​

​

​

​

​

• Het rendement in deze formule is een getal tussen de 0 en de 1.
• Het rendement wordt ook vaak uitgedrukt als percentage. In dat geval moet het rendement uit deze formule vermenigvuldigd worden met 100.

Voorbeeld

• Stel dat we een lamp hebben met een rendement van 21%. Op een avond heeft deze lamp 3500 kJ aan energie verbruikt. Hoeveel van deze energie is omgezet in licht en hoeveel in warmte?

​

​

​

​

​

• 7,4 x 10⁴ J wordt omgezet in licht.
• De rest van de energie wordt omgezet in warmte (Q):

Examen: De LED

De LED

• Een LED, een variabele weerstand en een NTC worden aangesloten zoals hieronder te zien is.
• In de rechter grafieken zien we de temperatuursafhankelijkheid van de NTC en de relatie tussen de spanning en de stroomsterkte van de LED.
• De LED geeft licht als er een stroom van ten minste 1,0 mA door gaat.

De LED

• Op welke waarde moet de variabele weerstand worden ingesteld als je wilt dat de LED licht gaat geven bij een temperatuur van 20 °C en hoger.

​

590Ω

5V

1,5V

3,5V

0,00593A

0,001A

0,00493A

1,5V

300Ω

Examen: De druksensor

De drukweerstand

• In de rechter schakeling is een drukweerstand opgenomen. Dit is een weerstand waarvan de waarde afhangt van de hoeveelheid kracht die op deze weerstand wordt uitgeoefend.
• In de onderstaande grafieken zien we de relatie tussen de kracht en de weerstand en de relatie tussen de sensorspanning en de weerstand.
• Leg uit tussen welke punten de sensorspanning is gemeten.

​

De drukweerstand

• Als de druk toeneemt, dan neemt de waarde van de drukweerstand af.
• Hierdoor neemt de vervangingsweerstand af en daardoor neemt de stroomsterkte die de bron levert toe.
• De stroomsterkte door de vaste weerstand neemt dus ook toe. Volgens de onderstaande formule zien we dan dat de spanning over de vaste weerstand dan toeneemt.

​

• De spanning over de bron blijft gelijk, dus neemt de spanning over de drukweerstand af.
• De spanningsmeter is dus aangesloten op �punt B en C.

​

Examen: De batterij

Vol of leeg? CAPACITEIT

• Op een batterij staat: 1,5 V; 2300 mAh.
• De batterij wordt gebruikt in een klok met een weerstand van 12 kΩ. Hoeveel jaar kan de klok op de batterij lopen?

​

​

Vol of leeg?

• In werkelijkheid blijft de spanning van de batterij niet voortdurend 1,5 V. De spanning zakt langzaam naarmate de batterij verder leeg raakt. Om te zien hoe ‘vol’ de batterij nog is, hebben sommige batterijen een tester.
• Als je met twee vingers op de tester drukt, gaat er een stroom lopen door de tester. De tester wordt hierdoor warm en hierdoor verkleurt temperatuurgevoelige verf.
• De tester bestaat uit vijf strookjes metaal van verschillende diktes. Het dunste deel is 1,0 mm breed en heeft een weerstand van 1,3 Ω. De volgende strookjes zijn achtereenvolgens 2,0 mm, 3,0 mm, 4,0 mm en 5,0 mm breed.
• Bereken de weerstand van de tester.

​

​

Vol of leeg?

• Als de batterij niet helemaal vol is, kleurt de strip aan de ene kant lichter dan aan de andere kant. Aan de ene kant van de strip is de temperatuur kennelijk hoger dan aan de andere.
• Leg uit aan welke kant van de strip de temperatuur het hoogst is.
• De stroomsterkte is in elk deel van de strip gelijk. De weerstand is het grootst in het dunste stuk.
• Aan de volgende formule kunnen we zien dat het dunste deel de meeste energie per seconde verbruikt:

​

​

• Het dunste deel zal dus verkleuren.

De spanningsdeler

De spanningsdeler

• Hiernaast zien we twee weerstanden in serie aangesloten op een spanningsbron van 18 V.
• Omdat de spanning zich verdeelt over twee weerstanden, spreken we hier ook wel van een spanningsdeler.
• Er geldt in zo’n geval dat de verhouding tussen de individuele weerstanden (in dit geval 20 Ω en 70 Ω) gelijk is aan de verhoudingen tussen de spanning over de individuele weerstanden.

​

​

​

• Merk ook op dat in een serieschakeling geldt dat over het onderdeel met de grootste weerstand ook de grootste spanning staat.