1 / 36

Elektriciteit 1

Elektriciteit 1. Les 7 Elektrische stroom. H o o f d s t u k. 25. Elektrische stromen en weerstand. De elektrische batterij Elektrische stroom De wet van Ohm: weerstand en weerstanden Soortelijke weerstand Elektrisch vermogen Vermogen in huishoudelijke schakelingen Wisselstroom

akasma
Download Presentation

Elektriciteit 1

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Elektriciteit 1 Les 7 Elektrische stroom

  2. H o o f d s t u k 25 Elektrische stromen en weerstand • De elektrische batterij • Elektrische stroom • De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • Soortelijke weerstand • Elektrisch vermogen • Vermogen in huishoudelijke schakelingen • Wisselstroom • Microscopische beschouwingen:stroomdichtheid en driftsnelheid 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  3. Tot hiertoe bekeken we elektrostatische situaties. • In dit hoofdstuk: lading in beweging (= elektrische stroom) • Om elektrische stroom te onderhouden is minstens een batterij nodig. • Het principe van de batterij werd ontdekt door Volta. FIGUUR 25.1 FIGUUR 25.2 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  4. 25.1 De elektrische batterij • Twee schijven uit verschillend metaal (Zn/Ag) in contact met een elektrolyt vormen een “elektrische cel” en bouwen een spanning op. • De spanning wordt veel groter als men de schijven afwisselend stapelt tot een “batterij”. • Bij stroomdoorgang zet de batterij chemische energie om in elektrische energie. FIGUUR 25.1 FIGUUR 25.2 Elektrische cellen en batterijen 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  5. 25.1 De elektrische batterij • Een batterij bestaat uit twee metalen elektrodes in contact met een gemeenschappelijk elektrolyt. • Voorbeeld: Zn en C met H2SO4. • Aan de zinkelektrode: • zinkionen lossen op • 2e- blijven achter in de elektrode • zinkelektrode wordt negatief • Aan de koolstofelektrode: • koolstof levert e- aan het elektrolyt • koolstofelektrode wordt positief FIGUUR 25.3 • De batterij is “leeg” als al het zink opgelost is. 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  6. Herken het batterijsymbool. 25.1 De elektrische batterij • In droge batterijen gebruikt men elektrolytpasta. FIGUUR 25.4 • De spanning wordt vergroot door meerdere batterijen inserie te schakelen. 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  7. 25.1 De elektrische batterij • Conceptvoorbeeld 25.17 Rekenen met spanningen • Bij het bepalen van de totale spanning over een serieschakeling rekent men handig met spanningspijlen. A • spanningspijl 1,5 V B 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  8. A 1,5 V V1 V B 1,5 V V2 1,5 V C 25.1 De elektrische batterij • Conceptvoorbeeld 25.17 Rekenen met spanningen • De totale spanning is de algebraïsche som van de deelspanningen. A • serieschakeling 1,5 V B C 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  9. A 1,5 V V1 V B 1,5 V 1,5 V V2 1,5 V C 25.1 De elektrische batterij • Conceptvoorbeeld 25.17 Rekenen met spanningen • De totale spanning is de algebraïsche som van de deelspanningen. A • serieschakeling 1,5 V B C 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  10. 25.2 Elektrische stroom • Het potentiaalverschil onderhouden door een batterij brengt lading in beweging als de batterij wordt opgenomen in een “schakeling” of “stroomkring”. • Elektrische schakelingen worden met een “(elektrisch)schema” voorgesteld. FIGUUR 25.6 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  11. De gemiddelde stroom : Let op (25.1a) Een batterij maakt geen lading; een lamp vernietigt geen lading. • De momentane stroom I: (25.1b) 25.2 Elektrische stroom • een stroming van ladingen door een elektrische schakeling • de netto hoeveelheid lading die per eenheid van tijd op een willekeurige plaats de volledige doorsnede van de draad passeert. FIGUUR 25.6 • Eenheid: A (ampère) = C/s 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  12. (25.1a) • (a) gebruik: • Oplossing 25.2 Elektrische stroom • Voorbeeld 25.1 Stroom is het stromen van lading • Een continue stroom van 2,5 A stroomt gedurende 4,0 minuten door een draad. • (a) Hoeveel lading passeert een bepaalde plaats in de schakeling tijdens die 4,0 minuten ? • (b) Hoeveel elektronen zijn dat? • Aanpak • (b) deel de totale lading door de lading per elektron (e=1,6x10-19C) 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  13. 25.2 Elektrische stroom Opgave A • Hoe groot is de stroom in ampère (A) als per seconde 1 miljoen elektronen een plaats in een draad passeren? • I=1,6 x 10-13 A 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  14. 25.2 Elektrische stroom • Conceptvoorbeeld 25.2 Aansluiten van een batterij • Wat is er verkeerd in elk van de methodes in fig. 25.7 om een zaklamp te laten branden met een batterij en één draad? FIGUUR 25.7 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  15. 25.2 Elektrische stroom • In metalen geleiders is elektrische stroom beweging van negatieve elektronen. • De elektronen vloeien in de geleiders van de -pool naar de +poolvan de batterij. =elektronenstroom • Positieve ladingsdragerszouden omgekeerd bewegen. =conventionele stroom • Die bewegingsrichting is de (conventionele) stroomzin in de kring. Hoe beweegt de lading? FIGUUR 25.8 We vergeten de elektronen en gebruiken verder de (conventionele) stroomzin. 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  16. De “wet” van Ohm (25.2b) FIGUUR 25.10 • Symbool FIGUUR 25.9a 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • De stroom I in een metalen geleider is recht evenredig met het potentiaalverschil V dat op de twee uiteinden ervan is aangebracht. (25.2a) • Men noemt Rde weerstand van de geleider. • R hangt niet af van de aangelegde V. • Eenheid:  (ohm) = V/A 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  17. niet-ohmsgedrag van een geleider FIGUUR 25.9b 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • De “wet” van Ohm is niet fundamenteel. • Sommige materialen of apparaten gedragen zich “niet-ohms”: • Hun weerstand is niet constant maar hangt af van de aangelegde V. • De wet van Ohm (R=constante) geldt slechts voor metalen geleiders bij kleine temperatuurschommelingen. ohmsgedrag van een geleider FIGUUR 25.9a 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  18. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • Conceptvoorbeeld 25.3 Stroom en potentiaal • Een stroom I gaat door een weerstand R op de manier zoals is weergegeven in fig. 25.10. • (a) Is de potentiaal hoger in het punt A of in het punt B? • (b) Is de stroom groter in het punt A of in het punt B? FIGUUR 25.10 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  19. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • Conceptvoorbeeld 25.3 Stroom en potentiaal • Een stroom I gaat door een weerstand R op de manier zoals is weergegeven in fig. 25.10. De “wet” van Ohm [pijlenconventie] • (25.2b) V FIGUUR 25.10 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  20. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • Voorbeeld 25.4 Weerstand van het lampje van een zaklamp • Het lampje van een kleine zaklamp trekt 300 mA uit de 1,5 V batterij. • (a) Hoe groot is de weerstand van de lamp? • (b) Als de batterij uitgeput geraakt, daalt het potentiaalverschil tot 1,2 V. Op welke manier verandert de stroom? • Aanpak • We kunnen de wet van Ohm gebruiken. • Oplossing FIGUUR 25.11 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  21. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden Opgave B • Welke weerstand moet je aansluiten op een 9,0 V batterij om een stroom van 10 mA te veroorzaken? • (a) 9 W, (b) 0,9 W, (c) 900 W, (d) 1,1 W, (e) 0,11 W. 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  22. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden Een vogel rust uit op een gelijkspanningsleiding waar 3100 A doorheen stroomt (fig. 25.34).De kabel heeft een weerstand van 2,5x10-5W per meter en de poten van de vogel staan 4,0 cm uit elkaar. Hoe groot is het potentiaal-verschil tussen de poten van de vogel ? Vraagstuk 25.8 (II) – p.775 FIGUUR 25.34 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  23. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • De gebruikte weerstandswaarden lopen sterk uiteen: • Uitvoeringsvormen: “draadgewikkeld”, “dunne film” (metaal- of koolstof-film) FIGUUR 25.12 FIGUUR 25.13 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  24. 25.3 Tabel weerstandskleurcode FIGUUR 25.13 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  25. Let op Let op Potentiaalverschil wordt aangebracht over een apparaat;een stroom loopt door een apparaat. Stroom wordt niet verbruikt. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden Enkele nuttige verduidelijkingen Elektrisch schema 1,5 V FIGUUR 25.7c 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  26. Let op Let op Potentiaalverschil wordt aangebracht over een apparaat;een stroom loopt door een apparaat. Stroom wordt niet verbruikt. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden alternatiefvoor stroompijl naast de weerstand: stroompijl “door” de weerstand Enkele nuttige verduidelijkingen 1,5 V FIGUUR 25.7c 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  27. De wet van Pouillet (25.4) (25.3) 25.4 Soortelijke weerstand Men vindt experimenteel dat de weerstand van een metalen draad • evenredig is met de lengte • omgekeerd evenredig is met de oppervlakte van de dwarsdoorsnede A. • De evenredigheidsconstante r [W.m] noemt men de “soortelijke weerstand” of de “resistiviteit” van het gebruikte materiaal (zie tabel 21.1). • Het inverse van de soortelijke weerstand noemt men de “geleidbaarheid”s [(W.m)-1] van het materiaal. 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  28. 25.4 Soortelijke weerstand Tabel25.1Soortelijke weerstand en temperatuurscoëfficiënt bij 20°C 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  29. 25.4 Soortelijke weerstand Opgave D • Een koperdraad heeft een weerstand van 10 W.Hoe groot zal de weerstand ervan zijn als de draad in tweeën wordt geknipt? • (a) 20 W • (b) 10 W • (c) 5 W • (d) 1 W • (e)geen van deze antwoorden 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  30. Oplossing 25.4 Soortelijke weerstand • Voorbeeld 25.5 Luidsprekerdraden • Veronderstel dat je luidsprekers op je stereo-installatie wilt aansluiten (fig. 25.14). • Elke draad moet 20 m lang zijn. • (a) Welke diameter moeten de koperdraden minstens hebben om ervoor te zorgen dat de weerstand minder is dan 0,10 W per kabel? • (b) Hoe groot is het potentiaalverschil (of “spanningsverlies") over elke draad als de stroom naar elke luidspreker 4,0 A is? FIGUUR 25.14 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  31. 25.3 De wet van Ohm: weerstand en weerstanden • Conceptvoorbeeld 25.6 De weerstand verandert door uitrekking • Veronderstel dat een draad met weerstand R homogeen kan worden uitgerekt tot tweemaal de oorspronkelijke lengte.Wat zou dit betekenen voor de weerstand? 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  32. 25.4 Soortelijke weerstand Opgave E • Koperdraad in huisinstallaties heeft gewoonlijk een diameter van ongeveer 1,5 mm.Hoe lang moet een dergelijke draad zijn om een weerstand te hebben van 1,0 W? 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  33. (25.5) 25.4 Soortelijke weerstand De soortelijke weerstand van een materiaal is temperatuursafhankelijk: • Over het algemeen stijgt de soortelijke weerstand met de temperatuur. • Als de temperatuursverandering niet te groot is neemt de soortelijke weerstand van metalen meestal lineair toe met de temperatuur: Temperatuursafhandkelijkheid van de soortelijke weerstand • r0[W.m] is de soortelijke weerstand bij referentietemperatuur T0 (20°C) • rT[W.m] is de soortelijke weerstand bij de temperatuur T. • a[°C-1] is de temperatuurscoëfficiënt van desoortelijke weerstand bij de referentietemperatuur T0 (20°C) (zie tabel 25.1) 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  34. 25.4 Soortelijke weerstand Tabel25.1Soortelijke weerstand en temperatuurscoëfficiënt bij 20°C 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  35. (25.5) • Oplossing 25.4 Soortelijke weerstand • Voorbeeld 25.7 Weerstandthermometer • Veronderstel dat de weerstand van een platina-weerstandthermometer bij 20,0°C164,2W is. • Wanneer de thermometer in een bepaalde oplossing wordt geplaatst, is de weerstand 187,4W. • Welke temperatuur heeft deze oplossing? • Aanpak • aPT = 0,003927 °C-1 uit tabel 25.1. • We rekenen vergelijking 25.5 om naar R. • Dan lossen we op naar T. een thermistor FIGUUR 25.15 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

  36. 25.4 Soortelijke weerstand Opgave F • Hoeveel keer groter is de weerstand van de wolfram gloeidraad van een gewone gloeilamp bij de bedrijfstemperatuur van 3000K dan de weerstand ervan bij kamertemperatuur? • (a)minder dan 1% groter; • (b)ongeveer 10% groter; • (c)ongeveer 2 keer groter; • (d)ongeveer 10 keer groter; • (e)meer dan 100 keer groter; 24-10-2014 - Hoofdstuk 25 - Elektrische stromen en weerstand

More Related