Doelen
- Je weet wat een elektrische schakeling is.
- Je kent de elektrische componenten.
- Je kent de natuurkundige grootheden spanning, stroomsterkte en weerstand.
- Je weet wat een serie en parallel schakeling is.
- Je kun de regels van serie en parallel schakelingen toepassen.
- Je kunt werken met complexe schakelingen
- Je kent de werking van een relais en transistor.
- Je kunt schakelingen ontwerpen volgens een bepaalde opdracht.
Elektrische Schakelingen
Een elektrische schakeling is een combinatie van elektrische componenten en verbindingsdraden. Wanneer in een schakeling een spanningsbron is opgenomen en er sprake is van een gesloten stroomkring zal er elektrische stroom lopen. 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.
Door het gebruik van schakelaars kan de stroomkring onderbroken worden en kunnen de elektrische componenten geschakeld worden. Naast schakelaars zijn er ook andere elektrische componenten die in sommige gevallen stroom door laten en in andere gevallen niet. Er kunnen met deze componenten ook schakelingen gemaakt worden die zichzelf schakelen als factoren in de omgeving veranderen.
In tegenstelling van wat vaak gedacht wordt loopt stroom 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.
Lijst van componenten
Voeding
Een voeding geeft stroom. Er staat meestal bij hoeveel spanning de voeding levert.
Lampje
Een lampje laat stroom door maar het heeft ook een weerstand.
Speaker
Net als een lampje maar in plaats van licht komt er uit een speaker geluid.
Weerstand
Een weerstand wordt warm als er stroom door gaat.
Schakelaar
Een schakelaar staat open of dicht en blijft in die stand tot de gebruiker de stand veranderd. Denk aan een lichtschakelaar.
Drukschakelaar
Een drukschakelaar staat altijd open tenzij je erop drukt. Denk aan een deurbel.
Diode
Een diode laat stroom in een richting door en houdt stroom in de andere richting tegen.
Led
Een led werkt net als een diode maar geeft ook nog licht. Led staat voor Light Emitting Diode.
LDR
Een LDR is een weerstand die veranderd als er licht op komt.
NTC
Net als een LDR maar dan met temperatuur. Als de temperatuur veranderd verandert ook de weerstand.
Smeltveiligheid (zekering)
Wanneer er teveel stroom door de smeltveiligheid loopt smelt deze door en verbreekt de stroomkring.
Transistor
Een transistor heeft 3 aansluitingen. 2 Ingangen (links en boven) en 1 uitgang (onder). Als de spanning op de linker aansluiting boven een bepaalde waarde komt gaat er tussen de bovenste en onderste aansluiting stroom lopen.
Potentiometer
Een potentiometer is een verstelbare weerstand.
Teken het symbool van een weerstand
Teken het symbool van een zekering
Maakt het uit waar je de + en - pool van een diode aansluit?
Welk component heb je in een elektrische thermometer in ieder geval nodig?
Teken een 'gewone'- en een drukschakelaar
Drukschakelaar:
Wat is het verschil tussen de 2 schakelaars?
Vaak kun je het volume op een apparaat regelen met een draaiknop. De knop maakt de weerstand op de schakeling waar het geluid uit komt groter en kleiner zodat er meer of minder geluid uit de speakers komt. Welk component kun je hier voor gebruiken?
Als de variabele weerstand groter wordt,
wordt het geluid harderzachter
Spanning
Een batterij of een accu levert een bepaalde spanning. Vaak staat die spanning vermeld op het etiket. Bij een voedingskast kun je de spanning zelf bepalen met behulp van een draaiknop. Zo kun je voor ieder proefje de juiste spanning kiezen. Een accu, batterij en een voedingskast hebben een + en een - pool. Spanning is een natuurkundige grootheid en het wordt veroorzaakt door een overschot aan elektrische lading aan de ene pool en een tekort aan elektrische lading aan de andere pool. Als de 2 polen met elkaar verbonden worden in een gesloten schakeling loopt de elektrische lading van de + naar de - pool.
| Grootheid | Symbool | Eenheid | |
|---|---|---|---|
| Spanning | U | volt | V |
| Stroomsterkte | I | ampère | A |
| Weerstand | R | ohm | Ω |
Stroomsterkte
Een apparaat kan veel of weinig elektrische energie gebruiken. Dit betekent dat er veel of weinig elektrische lading door het apparaat loopt. De stroomsterkte is de hoeveelheid lading die iedere seconde door een onderdeel van een schakeling gaat. Stroomsterkte is net als spanning een natuurkundige grootheid.
Weerstand
Een component in een elektrische schakeling heeft een bepaalde weerstand. De draden in een schakeling hebben ook een weerstand maar die is zo klein dat we net doen of die er niet is. Weerstand zorgt er voor dat de elektrische stroom niet zomaar door een component stroomt. Hoe hoger de weerstand, hoe minder elektrische stroom er door een schakeling loopt.
Als de spanning toeneemtde spanning afneemt wordt de stroomsterkte groter.
Welke grootheid heeft als eenheid ohm?
Maak onderstaande zinnen af, kies uit:
Ampère
, Volt
, A
, de hoeveelheid lading per seconde
, een verschil in elektrische lading
, weerstand
, spanning
, stroomsterkte
, ohm
1. Spanning is ...
2. Stroomsterkte is ...
3. Als de ... groter wordt neemt de ... af
4. Volt is de eenheid van ...
5. De eenheid ... heeft als symbool ...
6. De eenheid van weerstand is ...
2. Stroomsterkte is de hoeveelheid lading per seconde
3. Als de weerstand groter wordt neemt de stroomsterkte af
4. Volt is de eenheid van spanning
5. De eenheid ampere heeft als symbool A
6. De eenheid van weerstand is ohm
Lading stroomt van de + pool- pool naar de + pool- pool.
Elektronen stromen van de + pool- pool naar de + pool- pool.
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. Als er meerdere apparaten aan staan tel je de stroomsterkte van die apparaten bij elkaar op om de totale stroom sterkte te weten.
Loopt er door deze schakeling stroom. Leg uit waarom wel of waarom niet.
Wat is elektrische stroom?
Geef bij deze schakelingen aan of het serie of parallel schakelingen zijn.
B: Parallel
C: Serie
Hoeveel 6 V lampjes moet je in een serieschakeling met 230 V hebben zodat er geen overbelasting is?
230/6 = 38,3 dus 39 lampjes.
Een serieschakeling bestaat uit 5 lampjes van 4 V en 0,15 A. Teken de schakeling.
Bereken hoeveel spanning en welke stroomsterkte de voeding moet hebben om de lampjes goed te laten werken.
U = 5 x 4 = 20 V
I = 0,15 A
Beantwoord de vorige vraag ook voor een parallelschakeling. Maak ook een tekening hierbij.
U = 4 V
I = 4 x 0,15 = 0,6 A
Wat geeft de voltmeter in deze schakeling aan?
De ampère-meter geeft 0,7 A aan. Wat is de stroomsterkte door een van de lampjes?
Wat kun je zeggen over de weerstand van een draad?
Maakt het uit wat voor kleur draden in een schakeling hebben?
In een serie schakeling [[is de stroomsterkte op][wordt de stroomsterkte over]] alle onderdelen [[gelijk][verdeeld]].
In een serie schakeling [[is de spanning op][wordt de spanning over]] alle onderdelen [[gelijk][verdeeld]].
In een [[serie][parallel]] schakeling stopt de elektrische stroom als de schakeling bij een van de onderdelen onderbroken wordt.
Teken een schakeling met een voedingsbron van 15 V, 3 lampjes en een schakelaar. Zorg dat je de 3 lampjes tegelijk aan en uit kunt zetten met behulp van de schakelaar.
Serie ontwerp
linewidth 0.1 rect 2 2.5 16 6 symbatt 7 +0 2 symswitch 11 +0 2 symlamp 4 +4 symlamp +4 symlamp +4 t 7 1 15V 0.8 cParallel ontwerp
linewidth 0.1 rect 2 2.5 10 14.2 rect 2 +4 10 -4 symbatt 4 2.5 2 symswitch 8 +0 2 symlamp 6 +4 symlamp * +4 symlamp * +4 t 4 1 15V 0.8 cIs de schakeling die je ontworpen hebt serie of parallel?
Wat is de spanning op 1 lampje?
U = 15 / 3 = 5 V.
Voor parallel:
U = 15 V
Als in het eerste lampje de stroomsterkte 0,2 A is, wat is dan de stroomsterkte in de andere 2 lampjes?
Teken een parallel schakeling met 5 lampjes en een voedingsbron van 9 V. Plaats een schakelaar in de schakeling die 2 van de 5 lampjes aan en uit kan zetten.
Wat is de spanning op een van de lampjes als alle lampjes branden?
Wat is de spanning op een van de 3 lampjes die aan staan als de andere 2 uit staan?
Als de schakelaar open is en er 2 lampjes uit zijn loopt er een stroom van 0,6 A. Bereken de stroomsterkte door een van de lampjes.
Nu wordt de schakelaar gesloten, wat is de stroomsterkte door een van de 2 geschakelde lampjes?
Hoe groot is de totale stroomsterkte in de schakeling met de schakelaar open?
Hoe groot is de totale stroomsterkte in de schakeling met de schakelaar dicht?
Complexe schakelingen
Een schakeling hoeft niet alleen maar serie of parallel te zijn. Er kunnen stukken van een schakeling in serie staan en stukken parallel. Zo kunnen complexe schakelingen gemaakt worden. Als je bijvoorbeeld een spanningsbron van 5 V hebt maar je wilt een motor van 3 V parallel schakelen, dan kun je een weerstand in serie met de motor zetten zodat de weerstand 2 V krijgt en de motor 3 V.
Complexe schakelingen zie je vaak in apparaten zoals bijvoorbeeld een koelkast. Er zit een koel element in de koelkast dat werkt op 24 V. Er zit verlichting in de koelkast maar die werkt op 12 V en een zoemer van 5 V die af gaat als de koelkast te ver afkoelt. Er wordt gekozen voor een spanningsbron van 24 V zo dat het koelelement goed werkt. De 12 V lampjes worden in serie gezet zodat zij de 24 V delen. Naast de zoemer wordt een weerstand gezet zodat deze 19 V krijgen de zoemer 5 V.
Waarom zou er bij de verlichting in de schakeling van de koelkast een drukschakelaar opgenomen zijn?
Teken een parallelschakeling met:
-een spanningsbron van 50 V
-een motor
-een lampje,
-een led
-een zoemer.
Zet naast ieder component een schakelaar zodat alle componenten individueel geschakeld kunnen worden. Naast de zoemer zet je een drukknop. Zet naast het lampje, led en zoemer een weerstand.
Welk onderdeel krijgt de meeste spanning?
Maakt het voor de werking van de zoemer uit of het lampje aan staat?
Het lampje moet een spanning krijgen van 20 V. Is de weerstand van het lampje groter of kleiner dan die van de weerstand er naast?
Hoeveel vertakkingen heeft de parallelschakeling?
Dit is een serieparallel schakeling.
De lampjes staan serieparallel met elkaar.
De weerstanden staan serieparallel met elkaar.
De lampjes staan serie met elkaar.
De weerstanden staan serie met elkaar.
Door weerstand A loopt een stroom van 0,3 A. Wat is de stroomsterkte door de andere weerstanden?
Door lampje D loopt 0,1 A wat is de stroomsterkte door het andere lampje?
Bereken de totale stroomsterkte in de hele schakeling.
I_{tot} = I_{weerstanden} + I_{lampjes}
I_{tot} = 0,3 + 0,1
I_{tot} = 0,4 A
Wat is de spanning op een van de weerstanden?
Wat is de spanning op een van de lampjes?
Hotelschakeling
Een hotelschakeling is een schakeling met 2 dubbele schakelaars. Het doel van deze schakeling is om op 2 plaatsen dezelfde lamp te kunnen schakelen. Zo kun je bijvoorbeeld op de 1e en op de 2 verdieping het licht in de gang aan en uit zetten.
Hoeveel schakelaars heeft een hotelschakeling?
Wanneer is een hotelschakeling een handige keuze?
Ontwerp een schakeling waarbij je op 2 plaatsen met een drukknop zoemer kan laten afgaan.
Is de schakeling die je ontworpen hebt een hotelschakeling?
Ontwerp een schakeling voor een huis met 3 verdiepingen. Op de begane grond maak je een schakelaar met een lamp. Op de 1e en 2e verdieping maak je een hotelschakeling met 2 lampen. Je gebruikt 1 spanningsbron van 230 V.
Reed-contact
Een reed-contact is een schakelaar die zich sluit onder invloed van een magneet. Er zijn ook reed-contacten de juist open gaan als er een magneet in de buurt is. Deze schakelaar wordt gebruikt om te signaleren wanneer een voorwerp in de buurt is. Als je bijvoorbeeld wilt weten of een raam open of dicht is kun je in het raam een magneet stoppen en in de muur een reed-contact. Als het raam dan dicht is zal het reed-contact zich sluiten en sluit de stroomkring zich. Zo kun je bijvoorbeeld de verwarming alleen laten werken als de ramen dicht zijn.
Relais
Een relais reageert op magnetisme. Dat kan dus ook een elektromagneet zijn. Dit wordt vaak gebruikt als een stroomkring met weinig spanning een apparaat moet schaleken dat op veel spanning werk. Zo kan een temperatuursensor die op 5 V werkt geschakeld worden met een elektromagneet die ook op 5 V werkt. Als deze schakeling geplaatst wordt in de buurt van een 230 V schakeling met een relais en een elektrische kachel kun je de temperatuur regelen. Zo stuurt de 5 V sensor een 230 V kachel aan.
Een bekend voorbeeld van een relais is het knipperlicht in een auto. Je hoort het relais tikken als de knipperlichten aan staan. De schakelaar naast het stuur werkt op een lage spanning van 5 V. De knipperlichten werken op 12 V. In de 5 V stroomkring met de schakelaar zit een elektromagneet die het relais van de knipperlichten aan stuurt.
In de hoes van een tablet of telefoon zitten kleine magneetjes. Zo kan het apparaat meten of de hoes dicht is en het scherm uitzetten om zo energie uit te sparen. Welk component kun je gebruiken om te meten of er een magneet in de buurt is?
Teken een schakeling waarin een led aan gaat als een la open gaat. In de la zit een magneet.
Om te voorkomen dat schilderijen gestolen worden moet een alarm ontworpen worden. In de lijst van het schilderij wordt een kleine magneet geplaatst. Ontwerp een schakeling waarin een alarm af gaat als een schilderij van de muur gehaald wordt.
Je wilt in de tuin een schakelaar maken om de terrasverwarming aan te zetten. Hiervoor gebruik je een relais. De schakelaar werkt op 3 V maar de terras-verwarming werk op 230 V. Ontwerp deze schakeling.
Maak een schakelschema bij deze practicum opstelling. Zorg dat de bel gaat rinkelen. Je hebt een voeding en een drukschakelaar nodig. Je kunt op de spoel en op de 2 rechtopstaande staven draden aan sluiten.
Transistor
De transistor is een component met 3 aansluitingen. De basis, collector en emitter. Op de collector zet je de hoofdspanning. De basis wordt aangesloten op een lage spanning. De transistor laat alleen stroom door van de collector naar de emitter als op de basis een kleine spanning staat. Zo wordt de transistor gebruikt om een signaal dat bij de basis binnen komt te versterken. Op de basis kan bijvoorbeeld een microfoon aangesloten worden. Deze geeft maar heel weinig spanning af. Op de collector zet je een grote spanning en het signaal van de microfoon wordt versterkt uitgestuurd door de emitter.
Transistor als versterker
In deze schakeling wordt het geluid dat links door de microfoon wordt opgevangen versterkt uitgezonden door de speaker rechts. De spanningsbron staat in serie met de transistor en de speaker. Als de transistor stroom doorlaat gaat de speaker aan. De transistor laat alleen stroom door als deze een kleine spanning van de microfoon krijgt. De spanning op de microfoon wordt verlaagd met een weerstand.
Wanneer er licht op de LDR komt neemt de weerstand toeaf. Er loopt dan welgeen stroom door de transistor.
In deze schakeling gaat de zoemer aan als er welgeen licht op de LDR komt.
Als de spanning op de basis hooglaag is, laat de transistor stroom lopen van de collectoremitter naar de collectoremitter.
Ontwerp een schakeling waarmee een lampje aan gaat als het regent. De regensensor werkt voor de veiligheid op een zeer lage spanning van 0,1 V. Om het lampje goed te zien is 9V nodig. Maak in je ontwerp gebruik van een transistor.
Wat is er in deze schakeling fout?
Ontwerp een schakeling die geluid maakt als de temperatuur afneemt