Serie en Parallel
Stroom loopt alleen in een stroomkring. Als de stroomkring onderbroken is werkt de schakeling niet. Elektrische stroom is een stroom van geladen deeltjes. De geladen deeltjes zijn elektronen en ze hebben een negatieve lading. Metalen geleiden stroom en ze staan dus toe dat er elektronen vrij door het metaal kunnen stromen.
In tegenstelling van wat vaak gedacht wordt loopt stoom eigenlijk van - naar +. Omdat de elektronen negatief geladen zijn lopen ze van de - pool naar de + pool. Dit maakt voor de werking van een stroomkring niets uit.
Serie schakelingen
In een serieschakeling staan de onderdelen achter elkaar in een soort ketting. Als de stroomkring bij een van de onderdelen onderbroken wordt stop de elektrische stroom en gaan alle onderdelen in de schakeling uit. Voor een serieschakeling gelden de volgende regels:
- De spanning wordt over alle onderdelen verdeeld.
- De spanning van alle onderdelen samen is de totale spanning.
- De stroomsterkte is door de hele schakeling gelijk.
De serieschakeling wordt bijvoorbeeld gebruikt bij kerstboomverlichting. De spanning van 230 V uit het stopcontact wordt over alle lampjes verdeeld. Als er 46 lampjes in de slinger zitten krijgt ieder lampje dus 230 / 46 = 5 V.
Parallel schakelingen
Voor de meeste apparaten wordt een parallel schakeling gebruikt. In een parallel schakeling staan de onderdelen naast elkaar. Als 1 onderdeel uitvalt zullen de andere onderdelen ongestoord blijven werken. Voor een parallelschakeling gelden de volgende regels:
- De spanning is voor alle onderdelen gelijk.
- De stroomsterkte wordt verdeeld over de onderdelen.
- De stroomsterkte van alle onderdelen samen is de totale stroomsterkte
In een huis of ander gebouw staan alle onderdelen parallel. Zo werk alle apparatuur op 230 V ongeacht welk apparaat aan of uit staat.
Doelen
- Je weet wat een stroomkring is en wanneer er wel of geen stroom doorheen loopt.
- Je kent de verschillen tussen serie en parallelschakelingen.
- Je kent de begrippen spanning, weerstand en stroomsterkte.
1
Loopt er door deze schakeling stroom. Leg uit waarom wel of waarom niet.
2
Wat is elektrische stroom?
3
Geef bij deze schakelingen aan of het serie of parallel schakelingen zijn.
4
Bereken bij deze schakelingen de spanning en stroomsterkte bij de onderdelen.
5
Bereken ook bij deze schakelingen de spanning en stroomsterkte bij de onderdelen.
6
Waarom kan een kerstboomverlichting met lampjes die op 12V werken toch op een wandcontactdoos van 230 V worden aangesloten?
7
Hoeveel 12 V lampjes moet je in die kerstboomverlichting hebben zodat er geen overbelasting is?
8
Een serieschakeling bestaat uit 4 lampjes van 5 V en 0,3 A. Teken de schakeling.
9
Bereken hoeveel spanning en welke stroomsterkte de voeding moet hebben om de lampjes goed te laten werken.
10
Beantwoord de vorige vraag ook voor een parallelschakeling. Maak ook een tekening hierbij.
11
Zijn de apparaten in een huis serie of parallel geschakeld? Leg uit waarom er voor serie of parallel gekozen is.
12
Zou je de koplampen van een auto beter in serie of parallel kunnen schakelen? Waarom?
13
Maak een foto van een apparaat dat werkt op 230 V. Maak ook een foto van een apparaat dat werk op 5 V.
14
Maak deze tabel (win)af.
15
Wat kun je zeggen over de weerstand van het koper in een draad en het kunststof er omheen.
16
Waarom zouden ze op een oude boerderij een metalen bliksemgeleider plaatsen?
Spanning
Elektrische spanning wordt uitgedrukt in Volt. De eenheid van spanning is dus volt en het symbool voor de grootheid is U. Als een batterij een spanning levert kun je dat op de volgende manier opschrijven:
Ubatterij = 9 V.
Het is gebruikelijk om onder de grootheid U te zetten waar het over gaat. Bij eenvoudige sommen is dit niet nodig.
Vaak worden het symbool U en de eenheid V door elkaar gehaald. In de formules wordt altijd gewerkt met U en niet met V. Let dus op dat je V (volt) alleen gebruikt als eenheid.
Van een aantal apparaten is het handig om te weten op welke spanning ze werken. Zo werkt speelgoed waar 1 of 2 batterijen in gaan op 1,5 V of 3 V. De onderdelen van een computer en alles wat op een USB aansluiting werkt is 5 V. Apparaten in een auto werken meestal op 12V en huishoudelijke apparatuur werkt op 230V. In een energiecentrale wordt spanning opgewekt van ongeveer 2.000 V en door de hoogspanningsmasten gaat ongeveer 100.000 V. Bliksem heeft zelfs een spanning van 3.000.000 V per meter.
Stroomsterkte
Alleen spanning maakt nog geen stroom. Stroomsterkte is een minder bekende grootheid maar in de wereld van elektriciteit minstens zo belangrijk als spanning. Stroomsterkte is de hoeveelheid lading die per seconde door een draad gaat. De stroomsterkte heeft de eenheid A van ampère en het symbool I (hoofdletter i).
Net als bij spanning bekijken we een aantal apparaten en we stellen vast hoeveel stroom er door deze apparaten gaat. Een fietslamp gebruikt ongeveer 0,5 A. Een iPad gebruikt ongeveer 2 A. Een computer gebruik ongeveer 4 A. Een frituurpan ongeveer 6 A. Bliksem heeft ongeveer 50.000 A en een hoogspanningsmast 200.000 A.
Weerstand
Weerstand is wat makkelijker te begrijpen dan spanning en stroomsterkte. Weerstand geeft aan hoe moeilijk het is voor elektrische stroom om door een bepaald voorwerp heen te komen. Zo zijn er veel stoffen met een weerstand die zo hoog is dat er praktisch geen stroom door kan lopen. Denk maar aan kunststoffen en natuurlijke materialen als hout. Er zijn ook stoffen die bijna geen weerstand hebben zoals de metalen. De stof koolstof, dat zwarte spul in je pootlood, heeft een weerstand waar net stroom door kan lopen. Als elektrische apparaten stroom gebruiken hebben ze ook een weerstand. Hierdoor loopt er wel stroom door de apparaten maar er loopt niet onbeperkt veel stroom door de apparaten. We gebruiken voor weerstand de eenheid Ω (ohm) en het symbool R.
Een aantal voorbeelden van apparaten en hun weerstand: Een fietslamp heeft een weerstand van ongeveer 10 Ω. Een iPad ongeveer 25 Ω. Een frituurpan ongeveer 40 Ω en een koffiezetapparaat heeft een weerstand van rond de 100 Ω.