BASIS
TEMPERATUUR
EXPERIMENTEREN
LICHT
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden
BEWEGING
MENGEN EN SCHEIDEN
ELEKTRICITEIT
GELUID
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden
KRACHT
...
...
...
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden

Hoofdstuk 7
Elektriciteit

§1 Lading
§2 Schakelingen
§3 De stroomsterkte
§4 De spanning
§5 De wet van Ohm



§1     Lading

In dit hoofdstuk gaan we elektriciteit bestuderen. We beginnen met het bespreken van lading.

Alle materie in het universum bestaat uit bolvormige deeltjes die we atomen noemen. Atomen bestaan op hun beurt uit nog kleinere deeltjes. In de atoomkern bevinden zich deeltjes met een positieve lading genaamd protonen. Deze protonen zijn relatief zwaar en zitten stevig vast in de atoomkern. Om de atoomkern heen bewegen een aantal deeltjes met een negatieve lading genaamd elektronen. Deze deeltjes zijn relatief licht en bewegen met enorme snelheid om de atoomkern. Het zijn deze negatieve ladingen die zorgen voor elektriciteit.

De positieve en de negatieve ladingen hebben de bijzondere eigenschap dat ze elkaar aantrekken. Negatieve ladingen stoten andere negatieve ladingen af en positieve ladingen stoten andere positieve ladingen af. De kracht die hiervoor verantwoordelijk is noemen we de elektrische kracht. We ervaren deze kracht bijvoorbeeld als we een ballon tegen een trui wrijven. Door de wrijvingskracht komen elektronen van atomen uit de trui op de ballon te zitten. Als we deze ballon daarna tegen het plafond houden, dan blijft deze "plakken" (zie de linker onderstaande afbeelding). Dit komt doordat de negatieve ladingen in de ballon, de negatieve ladingen in het plafond wegduwen (zie de rechter afbeelding). Als gevolg blijft er netto een positieve lading achter in het plafond. De ballon wordt op zijn plek gehouden door de aantrekkingskracht tussen deze positieve ladingen en de negatieve ladingen in de ballon. We spreken bij dit soort fenomenen van statische elektriciteit.


(Afbeelding: Danny Nicholson; CC BY-ND 2.0)

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje zien we de afstotende en aantrekkende werking van lading gedemonsteerd:

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
Statische elektriciteit

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje zien we een zogenaamde van der Graaf generator. Een draaiende band in de generator zorgt dankzij wrijving dat er positieve ladingen op een metalen bol terecht komen. Op deze bol zijn metalen bordjes gelegd. Omdat deze bordjes allemaal positief worden gaan ze elkaar zichtbaar afstoten.

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO:
Van der Graaf generator

Als een voorwerp een groot overschot aan positieve ladingen heeft en een ander voorwerp een groot overschot aan negatieve ladingen, dan kan de aantrekkingskracht tussen deze ladingen zo groot worden dat de negatieve ladingen overspringen naar de positieve ladingen. We zien dan een "vonk" overspringen (zie de onderstaande afbeelding). Het zijn hier de negatieve elektronen die de sprong maken en niet de veel zwaardere positieve protonen.


(Afbeelding: Moses Nachman Newman; CC BY 4.0)

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje zien we dit effect gedemonsteerd met een zogenaamde Wimshurst machine. Met behulp van wrijving worden hier genoeg positieve en negatieve lading op twee metalen bollen geplaatst dat er een vonk overspringt:

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
De Wimshurst machine

In de natuur komen we deze effecten op grotere schaal tegen. Door bepaalde processen in wolken kan de onderkant van een wolk negatief worden en de bovenkant positief. De negatieve ladingen aan de onderkant van de wolk duwen de negatieve ladingen in de aarde weg, zodat de aarde aan het oppervlak netto positief geladen wordt. Als het ladingsverschil groot genoeg wordt, dan ontstaat bliksem (zie de onderstaande afbeelding).


(Afbeelding: Gerlos; CC BY-SA 2.0)

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je kan redeneren met de afstoting en aantrekking van ladingen

         Opdrachten
  1. Leg uit of de volgende stellingen waar zijn of niet:
    1. (1p) Twee positieve ladingen trekken elkaar aan.
    2. (1p) Twee negatieve ladingen stoten elkaar af.
    3. (1p) In een neutraal voorwerp zitten geen ladingen.
    4. (1p) In een positief geladen voorwerp zitten geen negatieve ladingen.
  2. (1p) Een elektroscoop bestaat uit een glazen fles met daarin een metalen staaf (zie de onderstaande afbeelding). Aan het einde van de staaf bevinden zich twee strookjes aluminiumfolie. Als je de bovenkant van de elektroscoop met een negatief geladen staaf aanraakt, dan gaan de strookjes aluminium uit elkaar. Verklaar dit.

  3. (2p) Als je een negatief geladen ballon naast een straaltje water plaatst, dan gaat het water afbuigen. Leg met behulp van een schematische tekening van ladingen uit waarom het water afbuigt. Gebruik voor de positieve ladingen een "+" en voor de negatieve ladingen een "-"
  4. Een persoon raakt de grote positief geladen metalen bol van een Van der Graaff generator aan en als gevolg gaan haar haren overeind staan.


    (Afbeelding: Lwilcoxson; CC BY-SA 4.0)

    1. (2p) Leg uit of de elektronen het haar in of uit stromen.
    2. (1p) Leg uit waarom de haren overeind gaan staan.



§2     Schakelingen

Met kennis over ladingen kunnen we nu elektrische schakelingen begrijpen.

Als we elektriciteit willen opwekken, dan hebben we in ieder geval een spanningsbron nodig. Een spanningsbron is een voorwerp waarvan één onderdeel een overschot aan negatieve ladingen bevat (de minpool) en een ander onderdeel een overschot aan positieve ladingen bevat (de pluspool). Voorbeelden van spanningsbronnen zijn de batterij, het stopcontact en de dynamo. Als we de twee polen met elkaar verbinden, dan spreken we van een gesloten stroomkring. Als gevolg gaan de negatieve ladingen naar de pluspool stromen. Het bewegen van deze ladingen noemen we elektriciteit.

Het zijn alleen de negatieve elektronen die door de elektriciteitsdraden stromen van de min naar de plus. De positieve ladingen zitten immers goed vast in de atoomkernen. Toch zeggen we (helaas) dat de stroom van plus naar min stroomt, terwijl dus in werkelijkheid de elektronen precies de andere kant op bewegen! Deze onhandigheid stamt nog uit de tijd voordat elektronen ontdekt waren.

In de onderstaande afbeelding is aan de stroomkring ook een gloeilamp en een schakelaar toegevoegd. Een schakelaar is niet meer dan een klepje, waarmee de stroomkring geopend en gesloten kan worden. Alleen als de schakelaar gesloten is gaan de ladingen van de min- naar de pluspool stromen. Aan de rechterkant zien we ook een schematische weergave van deze schakeling. Zoals je ziet gebruiken we voor de lamp een cirkel met een kruis erin en voor de spanningsbron een korte en een lange streep (de lange streep is de pluspool). Deze en vele andere symbolen voor elektrische onderdelen kan je in BINAS vinden.

Als de ladingen door de schakeling stromen, dan botsen ze voortdurend tegen de atomen waaruit de schakeling bestaat. In de gloeidraad van een gloeilamp leveren deze botsingen genoeg energie om de draad zo warm te maken dat deze gaat gloeien.

Er bestaan twee soorten spanningsbronnen: gelijkspanning en wisselspanning. Een batterij werkt bijvoorbeeld op gelijkspanning. Over de voedingskasten bij de natuurkundeles staat ook gelijkspanning. Bij deze spanningsbronnen loopt de stroom in één richting van de plus naar de min. Over het stopcontact staat echter wisselspanning. Hier draait de stroomrichting 50 keer per seconde om. Het symbool hiervoor is hieronder afgebeeld. In een later hoofdstuk ga je hier meer over leren.

Als we meerdere lampjes op een spanningsbron aansluiten, dan kunnen we dat op verschillende manieren doen. Linksonder zien we de zogenaamde serieschakeling. In een serieschakeling zijn alle lampjes in dezelfde stroomkring opgenomen. Als we in deze schakeling één lampje losdraaien, dan wordt deze stroomkring verbroken en gaan alle lampjes uit. Rechts zien we de zogenaamde parallelschakeling. In een parallelschakeling heeft elk lampje zijn eigen stroomkring. Als we in deze schakeling één lampje losdraaien, dan wordt slechts één van de stroomkringen verbroken. De andere lampjes blijven in dat geval gewoon branden. Als er een schakeling wordt gebouwd uit meerdere lampjes en het is niet serie en niet parallel, dan noemen we dit een gemengde schakeling.

De moeilijkheid waarmee een materiaal ladingen doorlaat noemen we de weerstand. Materialen met een kleine weerstand noemen we geleiders. De bekendste groep geleiders zijn de metalen. We gebruiken geleiders bijvoorbeeld voor de bedrading in schakelingen, zodat ladingen hier gemakkelijk doorheen stromen. Meestal wordt hier koper gebruikt. Materialen met een grote weerstand noemen we isolatoren. Een veelvoorkomende isolator is plastic. Elektriciteitsdraden zijn meestal omhult met een laagje plastic. Dit zorgt er o.a. voor dat er geen kortsluiting kan ontstaan tussen verschillende draden (of dat er een stroom door je lichaam gaat lopen als je de draden vastpakt).

Naast het begrip "weerstand" is er ook een elektrisch component met de naam weerstand. Het rechthoekige symbool in de eerste onderstaande afbeelding wordt een (vaste) weerstand genoemd. Een weerstand wordt o.a. gebruikt om de stroom door een draad te beperken. Als je een zwak lampje bijvoorbeeld direct op een stopcontact aansluit, dan brandt het meteen door. Dit is te verhelpen door een weerstand in serie te zetten met de lamp. Dit is hieronder links afgebeeld. Naast een vaste weerstand bestaat ook de zogenaamde variabele weerstand. We zien rechtsonder twee symbolen die hier vaak voor gebruikt worden. De waarde van deze weerstand is handmatig in te stellen met een schuif- of een draaiknop. Dit onderdeel wordt bijvoorbeeld gebruikt om een lamp handmatig te dimmen.

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

INSTRUCTIE:
Elektriciteit

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je weet dat elektriciteit gelijk is aan het stromen van lading en dat dit alleen gebeurt bij een gesloten stroomkring
  • Zorg dat je de symbolen voor een gelijkspanningsbron, een wisselspanningsbron, een lamp, een weerstand en een variabele weerstand kent (en in BINAS kan opzoeken)
  • Zorg dat je weet dat een weerstand wordt gebruikt om de stroom in een schakeling te beperken.
  • Zorg dat je serie- en een parallelschakelingen kan herkennen en dat je de bijbehorende schakelschema's kan tekenen
  • Zorg dat je weet wat geleiders en isolatoren zijn en dat je een aantal veelvoorkomende materialen kan noemen die elektriciteit erg goed en erg slecht geleiden

         Opdrachten
  1. Een elektrische kachel heeft een metalen behuizing en kunststof pootjes.
    1. Is staal een geleider of een isolator.
    2. Is kunststof een geleider of een isolator.
  2. (1p) Teken een parallelschakeling met twee lampen. Voeg ook twee schakelaren toe waarmee je de lampen afzonderlijk aan en uit kan zetten.
  3. (1p) Teken weer een parallelschakeling met twee lampen. Voeg nu één schakelaar toe waarmee je beide lampen tegelijk aan en uit kan zetten.
  4. (3p) In de volgende schakeling zijn drie schakelaren opgenomen. Ga voor elke schakelaar na welke lampen uitgaan als deze geopend wordt (en de anderen dicht blijven).

  5. In de onderste schakeling zijn vier identieke lampjes opgenomen.

    1. (3p) Ga na welke lampjes nog branden als je telkens één van de lampjes losdraait.
    2. (1p) Lampje D brandt het felst. Verklaar waarom dit het geval is.
  6. (1p) Geef bij elk van de volgende tekeningen aan of de lampjes wel of niet branden. Leg je keuze uit.

  7. (1p) In een appartement in een flat bevindt zich een deurbel. De bel kan geactiveerd worden met behulp van twee schakelaren. Eén schakelaar bevindt zich bij de voordeur van het appartement en de ander bij de voordeur van de flat zelf. Teken de schakeling die hier beschreven is.
  8. (1p) Een leerling maakt een schakeling waarmee hij kan testen of vloeistoffen wel of niet stroom geleiden. Teken deze schakeling.
  9. (1p) Een persoon installeert een lamp in zijn woonkamer die hij handmatig kan dimmen. Teken deze schakeling.
  10. Hieronder zien we twee schakelingen met een aantal dezelfde lampjes:

    1. (1p) Beschrijf wat er gebeurt als een lampje in de bovenste schakeling doorbrandt.
    2. (1p) Beschrijf wat er gebeurt als een lampje in de onderste schakeling doorbrandt.
  11. De meeste auto's hebben een achterruitverwarming. Hieronder zien we twee schakelingen waarin een achterruitverwarming is opgenomen. Leg in beide gevallen uit of het een serie- of een parallelschakeling is.

  12. (4p) Een leerling maakt de onderstaande schakelingen. Leg uit welke schakelingen serieschakelingen zijn en welke schakelingen parallelschakelingen zijn.

  13. De schakeling van een waterkoker bestaat uit een warmte-element en een klein lampje waaraan je kan zien of de waterkoker aan staat. Beide onderdelen zijn parallel geschakeld en aangesloten op de netspanning. In serie met het lampje wordt ook een weerstand geplaatst.
    1. Teken de schakeling.
    2. Leg uit waarom het noodzakelijk is om een weerstand in serie met het lampje te zetten.

 

§3     De stroomsterkte

In deze paragraaf gaan we de beweging van lading nader bestuderen. Dit doen we aan de hand van het begrip stroomsterkte.

De hoeveelheid lading die per seconde door een punt in de schakeling stroomt noemen we de stroomsterkte. De SI-eenheid van de stroomsterkte is de ampère (A).

Laten we eens kijken hoe het zit met de stroomsterkte in een aantal verschillende schakelingen. In de onderstaande animatie stromen ladingen door een serieschakeling. Een serieschakeling bestaat slechts uit één stroomkring. Als gevolg gaan alle ladingen die uit de spanningsbron stromen door alle lampjes heen. De hoeveelheid ladingen die uit de spanningsbron stromen, is dus gelijk aan de hoeveelheid ladingen die het rechter lampje in stromen en even later het linker lampje in stromen. De stroomsterkte is in een serieschakeling dus in alle onderdelen gelijk.

AFBEEDLING BOEK!!!

Hieronder zien we een parallelschakeling. In dit geval zijn er meerdere stroomkringen waarover de lading zich verdeelt. Hoe de stroomsterkte zich verdeelt, hangt af van de weerstand van de lampjes. Alleen als de lampjes dezelfde weerstand hebben, zal de stroomsterkte zich gelijk verdelen over de lampjes.

AFBEEDLING BOEK!!!

De stroomsterkte kunnen we meten met een zogenaamde ampèremeter (ook wel stroommeter genoemd). De ampèremeter sluit je in serie aan naast het onderdeel waarvan je de stroomsterkte wilt meten. Hieronder zie je in stappen hoe je de stroomsterkte meet van bijvoorbeeld een lamp. Haal één van de draden los uit de lamp en sluit de ampèremeter dan hiertussen aan. Zorg dat de pluskant van stroommeter aangesloten wordt aan de pluskant van de stroomkring. Als je dit verkeerd om doet, dan werken de meeste stroommeters niet.

We kunnen dit ook doen in een serieschakeling. Hier wordt de stroomsterkte gemeten van het linker lampje:

Hieronder meten we de stroomsterkte door de onderste lamp in een parallelschakeling. In dit geval zitten er aan weerszijden van de onderste lamp twee draden. Haal aan één kant beide draden los en sluit de ampèremeter dan hiertussen aan.

Hieronder zien we een stroommeter van dichtbij. Zoals je ziet zijn er in dit geval twee schaalverdelingen weergegeven. Welke je moet aflezen hangt af van hoe je de draden aansluit. Eén van de draden die je op de stroommeter aansluit gaat in de zwarte ingang en de ander gaat in één van de rode ingangen. In dit geval is de ingang genaamd "0,6 A" gebruikt. Dit betekent dat we de schaal moeten aflezen die eindigt op 0,6 A. De wijzer zit in dit geval tussen de 0,3 A en de 0,4 A in. Tussen de 0,3 A en 0,4 A zitten nog vijf stapjes. Elk stapje komt dus overeen met 0,1 / 5 = 0,02 A. De wijzer geeft in dit geval dus 0,32 A aan (ga dit zelf na!).

Een ander meetinstrument dat je moet kunnen gebruiken is de multimeter. Hiermee kan zowel de stroomsterkte als de spanning worden gemeten en soms ook nog andere grootheden. Welke grootheid je wilt meten bepaal je met behulp van een draaiknop (zie de onderstaande afbeelding. Zoals je kunt zien moet je ook kiezen tussen wisselspanning (˜) en gelijkspanning (=). Onderaan zien we bijvoorbeeld zes verschillende standen waarmee de stroomsterkte in ampère bij wisselspanning gemeten kan worden. De verschillende waarden komen overeen met de maximale waarde die de meter in die stand kan aflezen. We zien hier 10 A, 2 A, 200 mA, 20 mA, 2 mA en 200 μA.


(Afbeelding: Examen VMBO-T, 2018-2)


         Leerdoelen:
  • Zorg dat je kan uitleggen wat stroomsterkte is
  • Zorg dat je weet en begrijpt dat de stroomsterkte in een serieschakeling overal gelijk is en in een parallelschakeling opsplitst
  • Zorg dat je weet hoe je een ampèremeter moet aansluiten in zowel serie- als parallelschakelingen
  • Zorg dat je weet hoe je het juiste bereik van een ampèremeter kiest en hoe je de ampèremeter kan aflezen
  • Zorg dat je weet wat een multimeter is en hoe je met dit apparaat het juiste bereik kiest

         Opdrachten
  1. Ga naar deze opdracht op de website of maak het stencil aan het eind van de paragraaf.
    Klik op de lampjes en de spanningsbron en vul de juiste stroomsterkte en spanning in. Je kan een waarde verwijderen door alleen de eenheid te typen zonder de waarde.
  2. (6p) Lees in de onderste drie gevallen de ampèremeter af:

  3. Een leerling wil een stroomsterkte door een lampje meten met een ampèremeter. Hij verwacht een stroomsterkte van tussen de 0,4 en 1,2 A.
    1. (1p) Teken in de afbeelding welke aansluitingen de leerling in dit geval het beste kan gebruiken.
    2. (1p) Na de meting blijkt de stroomsterkte 0,45 A te zijn. Waarom is het verstandig dat de leerling nu alsnog de andere rode aansluiting gebruikt.

  4. (2p) Twee dezelfde lampjes zijn in serie aangesloten op een batterij. De batterij levert een stroomsterkte van 250 mA. Leg uit hoe groot de stroomsterkte door elk van de lampjes is.
  5. (3p) Twee dezelfde lampjes zijn parallel aangesloten op een batterij. De batterij levert een stroomsterkte van 0,090 A. Leg uit hoe groot de stroomsterkte door elk van de lampjes is.
  6. (3p) Een persoon wil de stroomsterkte meten door alle onderdelen in een parallelschakeling bestaande uit twee lampjes. Teken hieronder in alle drie de gevallen de schakeling.

                             

  7. (1p) In de volgende schakeling zijn vijf dezelfde lampjes opgenomen. Door welke lampjes is de stroomsterkte het grootst? Leg je antwoord uit.

  8. (1p) De leerling heeft een meetinstrument dat onder andere spanning en stroomsterkte kan meten. Noteer de naam van dit meetinstrument.
  9. (1p) Hieronder is een deel van een multimeter te zien met een keuzeschakelaar voor het meetbereik. Bij welke stand van de keuzeschakelaar meet je het nauwkeurigst een stroomsterkte van 4,5 mA? Kies uit stand 1, 2, 3 of 4.


    (Bron: Examen VMBO-T, 2018-2)
  10. Een leerling maakt een schakeling met daarin opgenomen een variabele spanningsbron, een weerstand en een lampje.

    1. (1p) De leerling meet de stroomsterkte door de weerstand. Teken de bijbehorende schakeling.
    2. (1p) Een andere leerling zegt dat het niet uitmaakt waar de stroommeter wordt geplaatst in de schakeling, zolang de stroommeter maar in serie staat met één van de onderdelen. Leg uit waarom deze leerling gelijk heeft.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2011-1)
  11. Een leerling wil onderzoek doen naar een dimmer bestaande uit een lampje en een variabele weerstand. Eerst voegt de leerling alleen het lampje toe aan de schakeling (zie de onderstaande foto).

    De leerling voegt nu ook de variabele weerstand toe (zie de onderstaande foto). Bepaal wederom de stroomsterkte door het lampje.

    1. (1p) Bepaal met behulp van de foto de stroomsterkte door het lampje voor en na het toevoegen van de variabele weerstand.
    2. (1p) Teken de schakeling.
    3. (1p) Leg uit wat er met de stroomsterkte gebeurt als we de variabele weerstand op een lagere stand zetten. De stroomsterkte neemt hierdoor toe / af.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2009-1)

 

§4     De spanning

In deze paragraaf voegen we het begrip spanning toe. De spanning vertelt ons hoeveel energie ladingen uitgeven als ze door een stroomkring stromen.

De negatieve ladingen in de spanningsbron worden naar de pluspool getrokken. Deze aantrekkingskracht geeft ladingen de energie om door de schakeling te stromen. De spanning die over een spanningsbron staat vertelt ons hoeveel energie elke lading meekrijgt door deze aantrekkingskracht. We meten de spanning in volt (V).

De meeste spanningsbronnen hebben een vaste spanning. Over een stopcontact staat bijvoorbeeld in Nederland altijd 230 V. We noemen dit ook wel de netspanning. Een normale AA-batterij heeft een spanning van 1,5 V. We kunnen ook spanningsbronnen aan elkaar koppelen. Hieronder zien we bijvoorbeeld twee AA-batterijen die in serie gekoppeld zijn. De totale spanning van beide batterijen samen is dan gelijk aan een optelling van de twee spanningen. In dit geval wordt dit 1,5 + 1,5 = 3,0 V.

Laten we nu eens kijken hoe het zit met de spanning in een aantal verschillende schakelingen. Hieronder zien we een serieschakeling. Elke lading gaat in deze schakeling door beide lampjes heen. Elke lading zal zijn energie dus verdelen over twee lampjes. In dit geval zien we dat over de batterij 20 volt staat. Deze 20 volt wordt uitgegeven in de twee lampjes. Hoe de spanning precies verdeelt, hangt af van de weerstand van de lampjes. In dit geval is de weerstand van beide lampjes gelijk en vinden we over elk lampje een spanning van 10 volt.

AFBEEDLING BOEK!!!

In de onderstaande animatie zien we een parallelschakeling. Hier gaat elke lading maar door één lampje heen. Elke lading besteedt dus al zijn energie in slechts één lampje. De spanning over elk onderdeel in een parallelschakeling is dus gelijk.

AFBEEDLING BOEK!!!

De spanning meten we met een zogenaamde voltmeter (ook wel spanningsmeter genoemd). De voltmeter sluit je parallel aan over het onderdeel waarvan je de spanning wilt meten. Dit doe je door de voltmeter aan beide kanten van een onderdeel aan te sluiten. In de onderstaande afbeelding doen we dit voor een lampje.

Hier doen we hetzelfde voor een lampje in een serieschakeling en een parallelschakeling:

In de onderstaande afbeelding is zowel een spanningsmeter als een stroommeter aangesloten. Links zien we een realistische weergave van de schakeling en rechts een schematische versie.

         Demonstratievideo
In het rechter filmpje wordt gedemonsteerd hoe je een ampère- en een voltmeter aansluit:

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

DEMO-VIDEO:
Volt- en ampèremeters aansluiten

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

INSTRUCTIE:
Spanning en Stroomsterkte

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je kan uitleggen wat spanning is
  • Zorg dat je weet en begrijpt dat de spanning in een parallelschakeling overal gelijk is en in een serieschakeling opsplitst
  • Zorg dat je weet dat de netspanning in Nederland altijd gelijk is aan 230 V
  • Zorg dat je weet dat je de spanning van batterijen in serie bij elkaar kan optellen.
  • Zorg dat je weet hoe je een voltmeter moet aansluiten in serie- en parallelschakelingen

         Opdrachten
  1. Ga naar deze opdracht op de website of maak het stencil aan het eind van de paragraaf.
    Klik op de lampjes en de spanningsbron en vul de juiste stroomsterkte en spanning in. Je kan een waarde verwijderen door alleen de eenheid te typen zonder de waarde.
  2. (2p) Twee dezelfde lampjes zijn in serie aangesloten op een batterij. Over de batterij staat een spanning van 1,5 V. Leg uit hoe groot de spanning over elk van de lampjes is.
  3. (3p) Twee dezelfde lampjes zijn parallel aangesloten op een batterij. Over de batterij staat een spanning van 9,0 V.  Leg uit hoe groot de spanning over elk van de lampjes is.
  4. (3p) Een persoon wil de spanning meten over alle onderdelen in een parallelschakeling bestaande uit twee lampjes. Teken hieronder in alle drie de gevallen de schakeling.

                             

  5. Een leerling sluit een weerstand aan op een variabele spanningsbron. Ze willen de spanning over en de stroom door een weerstand meten.
    1. (2p) De leerling stelt de spanningsbron in op 2,0 V. Teken in de afbeelding welk meetbereik ze gebruikt en teken de wijzer op de schaalverdeling vanuit punt P in de juiste stand.

    2. (2p) Dan stelt zij de spanningbron in op 4,5 V. Teken in de afbeelding welk meetbereik ze gebruikt en teken de wijzer op de schaalverdeling vanuit punt P in de juiste stand.


    (Bron: Examen VMBO-T, 2019-1)
  6. Een leerling maakt een schakeling met daarin opgenomen een variabele spanningsbron, een weerstand en een lampje.

    1. (2p) De leerling wil de stroomsterkte en de spanning meten van de weerstand. Teken de bijbehorende schakeling.
    2. (2p) De leerling wil de stroomsterkte en de spanning meten van de variabele spanningsbron. Teken de bijbehorende schakeling.
  7. (2p) Een computer werkt op een spanning van 7,2 V. Deze wordt geleverd door zes batterijen van 1,2 V. In welk schema zijn de batterijen juist aan de computer geschakeld? Leg je antwoord uit.


    (Bron: Examen VMBO-T, 2013-1)
  8. In de onderstaande schakeling zijn vier ledlampen opgenomen. In de afbeelding is de totale spanning van de batterijen weergegeven.

    1. (1p) Noteer de functie van de weerstand R in deze schakeling.
    2. (1p) Kies de juiste optie: De batterijen zijn in serie / parallel geschakeld.
    3. (3p) De spannning van één batterij is 1,5V / 4,5V. De stroomsterkte door de weerstand is even groot als / groter dan / kleiner dan de stroomsterkte door één led. Als een van de leds kapot is, doen de andere leds het ook niet / wel.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)

 

§5     De wet van Ohm

In deze paragraaf introduceren we de wet van Ohm. Hiermee kunnen we de weerstand van elektrische componenten uitrekenen.

De weerstand van een onderdeel in een schakeling kunnen we berekenen met de wet van Ohm:

$$ \text{weerstand} = \frac{\text{spanning}}{\text{stroomsterkte}} $$

Spanning

volt (V)

Weerstand

ohm (Ω)

Stroomsterkte

ampère (A)

 

We kunnen de formule ook omschrijven in de volgende vormen:

$$ \text{spanning} = \text{stroomsterkte} \times \text{weerstand} $$ $$ \text{stroomsterkte} = \frac{\text{spanning}}{\text{weerstand}} $$

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 uit te tekenen en de waarden bij het juist 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.

         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 (zie de afbeelding linksonder).

In een serieschakeling weten we dat de stroomsterkte overal gelijk is. Voor elk lampje geldt dus een stroomsterkte van 150 mA. Dit is gelijk aan 150 / 1000 = 0,150 A.

In een serieschakeling verdeelt deze spanning zich over de lampjes. Omdat het hier om twee dezelfde lampjes gaat, weten we dat de spanning zich gelijk zal verdelen. Ook weten we dat de lampjes zijn aangesloten op de netspanning. De netspanning is in Nederland altijd gelijk aan 230 V. Over elk lampje staat dus een spanning van 230 / 2 = 115 V.

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:

$$ \text{weerstand} = \frac{\text{spanning}}{\text{stroomsterkte}} $$ $$ \text{weerstand} = \frac{115}{0,150}= 767 \text{ }Ω $$

 

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

↓ VMBO VERSIES van deze VIDEOS komen binnenkort online!

INSTRUCTIE:
De wet van Ohm
INSTRUCTIE:
De LED

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je kan rekenen met de wet van Ohm (weerstand = spanning / stroomsterkte) in de drie vormen. Zorg 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.
  • Zorg dat je weet dat als je de wet van Ohm toepast op de spanningsbron, dat je dan niet de weerstand van de spanningsbron vindt, maar de weerstand van de gehele schakeling
  • Zorg dat je weet dat bij een lagere weerstand de stroomsterkte groter wordt en andersom

         Opdrachten
  1. Ga naar deze opdracht op de website of maak het stencil aan het eind van de paragraaf.
    Klik op de lampjes en de spanningsbron en vul de juiste stroomsterkte en spanning in. Denk er ook aan alle tussenstappen te noteren die nodig zijn bij het correct oplossen van de vraag. Voor de weerstand kan je de letter "o" gebruiken. Je kan een waarde verwijderen door alleen de eenheid te typen zonder de waarde.
  2. Een lamp met een weerstand van 200 Ω wordt op de netspanning aangesloten.
    1. (3p) Bereken de stroomsterkte door de lamp.
    2. (2p) Er ontstaat kortsluiting in de koperen bedrading van deze lamp. De weerstand van de bedrading is 0,01 Ω. Als de stroomsterkte in huis boven de 20 A komt, dan wordt de stroom voor de veiligheid meteen afgesloten. Bereken of de stroom in dit geval afgesloten wordt.
  3. Een weerstand wordt op een batterij met een spanning van 1,5 V aangesloten. De stroomsterkte door de weerstand is 400 mA.
    1. (3p) Bereken de waarde van de weerstand.
    2. (3p) Dezelfde weerstand wordt nu op de netspanning aangesloten. Bereken hoeveel stroom er nu door de weerstand loopt.
  4. De onderstaande schakeling bestaat uit een variabele weerstand en een lampje. Op het lampje staat: "3,0 V; 0,50 A".
    1. (1p) Bereken de spanning over de variabele weerstand als het lampje op de aangegeven waardes brandt.
    2. (1p) Bereken de stroomsterkte door de variabele weerstand als het lampje op de aangegeven waardes brandt.
    3. (2p) Bereken de waarde die de rechterkant van de variabele weerstand moet hebben om het lampje met de aangegeven waarden te laten branden.