Natuurkunde slides over elektriciteit, bedoeld voor VWO 3

1. Elektriciteit (H3)

2. Het jaar in vijf hoofdstukken
Moleculen & Gassen (h8)
Elektriciteit (h3) Energie (h4)Kracht, Moment & Druk (h1)
Arbeid (h6)

3. Natuurkunde

4. Uitleg
Opdracht maken
Vastlopen Klaar zijn
Informatie zoeken Nakijken
Niet
gevonden
Fout Goed
Nieuwe opdracht
kiezen
Gevonden
Uitleg vragen
Informatie opzoeken en uitleg vragen zijn leerzaam,
maar afsnijden is pure tijdverspilling

5. Check of je geen fouten maakt
in 5 stappen
NIET
Fz
= 800 N
WEL
Fz
= m • g
= 800 N
NIET
Het duurt
59 s
WEL
Ja, binnen
1 minuut
NIET
Hij rent
3 km/s
WEL
Hij rent
3 m/s
NIET
2 • 3 =
6,000
WEL
2 • 3 = 6
NIET
De lengte
is 10
WEL
De lengte
is 10 meter
F A L S EFormule Antwoord Logisch Significantie Eenheid

6. Oplossingsstrategie in 5 stappen
Opdracht
Een aquarium heeft de
volgende afmetingen:
20 cm x 30 cm x 40 cm
(l x b x h). Hoeveel liter
past er in het aquarium?
1. Gevraagd 2. Gegegeven
3. Kennis 5. Antwoord4. Oplossen
● “Hoeveel liter past er in het
aquarium?”
➔ Wat is het volume?
● Lengte l is 20 cm
● Breedte b is 30 cm
● Hoogte h is 40 cm
● V = l • b • h
= 20 cm • 30 cm • 40 cm
= 2 dm • 3 dm • 4 dm
= 24 dm3
= 24 liter
● Het volume van het aquarium
is 24 liter
● Volume V = l • b • h
● 1 liter = 1 dm3
● 1 dm = 10 cm
Formule?
Antwoord?
Logisch?
Significantie?
Eenheid?

7. Voorbeeld
1 000 1•103
nano0,000 000 001 1•10-9
n
micro0,000 001 1•10-6
μ
milli0, 001 1•10-3
m
–1 1•100
–
centi
deci
deca
hecto
0,01
0,1
10
100
1•10-2
1•10-1
1•101
1•102
c
d
da
h
kilo k
mega1 000 000 1•106
M
giga1 000 000 000 1•109
G
tera1 000 000 000 000 1•1012
T
NaamGetal Wet. not. Symb.
centimeter
decimeter
nanometer
micrometer
millimeter
byte / meter
kilobyte
megabyte
gigabyte
terabyte

8. Iets waarmee je grootheden in uitdrukt
(bijv. meter, seconde en kilogram)
Eenheid
Iets wat je kunt meten
(bijv. afstand, tijd en massa)
Grootheid
Alles in de natuurkunde wordt beschreven
met grootheden en eenheden

9. Atoom
Elektronen zijn de kleinste onderdelen van een atoom
Neutronen
Protonen
Elektronen

10. De lading van een voorwerp
wordt bepaald door het aantal protonen en elektronen
Atoom
Proton
positief +1
Elektron
negatief -1
Neutron
neutraal 0

11. Lading is een eigenschap die bepaalt hoe een deeltje wordt
beïnvloed door een elektrisch of magnetisch veld
Aantrekking
bij tegengestelde lading
Afstoting
bij gelijke lading

12. De netto lading van een voorwerp
geeft aan hoeveel meer protonen er zijn dan elektronen
-5-30+2+4
Situatie
Netto
lading

13. Bij een ladingsverschil
hebben voorwerpen een verschillende netto lading
Geen ladingsverschil
geen stroom
Opheffen ladingsverschil
stromende elektronen
-4
-4
Constant ladingsverschil
geïsoleerde bollen
-10
+2
-9
+1
e-

14. Geleider
elektronen bewegen vrij
tussen verschillende atomen
Isolator
elektronen zitten vast
aan één atoom
Geleiders en Isolatoren

15. Stroom is een grootheid die aangeeft hoeveel
elektronen er door een schakeling bewegen
geen
stroom
kleine
stroom
grote
stroom

16. Ampère (A) is de eenheid die hoort bij stroom
T = 0 s
T = 1 s
T = 2 s
1 A
6 elektronen / seconde 6 • 108
el. / s

17. Spanningsbron
De spanning geeft aan “hoe graag”
een elektron door een stroomkring wilt stromen
Spanningsbron
Grote spanning Kleine spanning

18. Grootheden en eenheden bij elektriciteit
Grootheid Eenheid
Omschrijving ApparaatNaam Symb. Naam Symb.
Spanning
U Volt
V
Hoe “graag” een
elektron een rondje
wilt maken
Voltmeter
Stroom
I Ampère
A
De hoeveelheid
elektronen die door
een schakeling
bewegen
Ampère-
meter

19. Een spanningsbron geeft spanning aan elektronen
door ze “omhoog te pompen”

20. Er zijn verschillende spanningsbronnen
Dynamo Stopcontact Batterij

21. Draad
Weerstand
Schakelaar
Spanningsmeter Stroommeter
Diode
Spanningsbron
Lampje
Wisselspanningsbron
Elektrische schakelingen worden getekend met symbolen

22. Om stroom te laten lopen, heb je drie dingen nodig
1
2
3
Een spanningsbron
Een lampje
(of ander apparaat)
Een gesloten
stroomkring

23. De elektrische weerstand van een object
geeft aan hoe moeilijk stroom erdoorheen gaat
Kleine weerstand Grote weerstandNormale weerstand

24. De weerstand R wordt gemeten in Ohm (Ω) en geeft aan
welke spanning U (in V) nodig is voor een stroom I van 1 A
U = 4 V R = 4 Ω U = 12 V R = 12 Ω
U = 24 V R = 12 ΩU = 8 V
I = 1 A I = 1 A
I = 2 AI = 2 A
R = 4 Ω

25. De Wet van Ohm beschrijft hoe weerstand,
spanning en stroom met elkaar te maken hebben
Grote stroom
Kleine stroom
Grote spanning Kleine spanning
Grote
weerstand
Kleine
weerstand
Normale
weerstand
Normale
weerstand

26. Weerstand is recht evenredig met de spanning over
en omgekeerd evenredig met de stroom door een object
R
U
I
Weerstand
in Ohm (Ω)
Stroom
in Ampère (A)
Spanning
in Volt (V)
“De wet van Ohm”

27. De elektrische geleidbaarheid van een object
geeft aan hoe makkelijk stroom erdoorheen gaat
Grote geleidbaarheid Normale geleidbaarheid Kleine geleidbaarheid
Kleine weerstand Normale weerstand Grote weerstand

28. Geleidbaarheid is omgekeerd evenredig met weerstand
G
1
R
Geleidbaarheid
in Siemens (S)
Weerstand
in Ohm (Ω)

29. Parallelschakeling
Serie & Parallel
Je kan apparaten op twee manieren schakelen
Serieschakeling
Itot
I1
I2
Itot
= I1
= I2
Itot
= I1
+ I2
Itot
I1
I2

30. Een vervangingsweerstand, RV
, vereenvoudigt een schakeling
door weerstanden te vervangen door één nieuwe weerstand
kleine R1
kleine R2
Parallelschakeling: RV
wordt kleiner
grotere RV
grote R1
grote R2
kleinere RV
Serieschakeling: RV
wordt groter

31. RV
6,5 Ω
De vervangingsweerstand in een serieschakeling is de som van
de oorspronkelijke weerstanden
RV
= R1
+ R2
+ R3
= 0,5 Ω + 2,0 Ω + 4,0 Ω
= 6,5 Ω
R1
0,5 Ω
R2
2,0 Ω
R3
4,0 Ω

32. De vervangingsweerstand in een parallelschakeling bereken je
via de geleidbaarheden van de oorspronkelijke weerstanden
R1
= 0,5 Ω
R2
= 2,0 Ω
R3
= 4,0 Ω
G1
= 2 S
G2
= 0,5 S
G3
= 0,25 S
RV
= 0,36 Ω
1. Bereken de geleidbaarheden
○ G1
= 1/R1
= 1/0,5 Ω = 2,0 S
○ G2
= 1/R2
= 1/2,0 Ω = 0,5 S
○ G3
= 1/R3
= 1/4,0 Ω = 0,25 S
GV
= 2,75 S
3. Bereken de vervangingsweerstand
○ RV
= 1/GV
= 1/ 2,75 S
= 0,36 Ω
2. Bereken de vervangingsgeleidbaarheid
○ GV
= G1
+ G2
+ G3
= 2 S + 0,5 S + 0,25 S
= 2,75 S

33. RV,123
Om RV
te berekenen, moet je een complexe schakeling vaak
eerst opsplitsen in kleinere parallel- en serieschakelingen
RV,12
RV,12
= parallelschakeling van R1
en R2
1. R’s omrekenen naar G’s
2. G’s optellen om GV,12
te berekenen
3. GV,12
omrekenen naar RV,12
= 1 / GV,12
= 1 / (G1
+ G2
) = 1 / (1/R1
+ 1/R2
)
RV,123
= serieschakeling van RV,12
en R3
● R’s optellen
= RV,12
+ R3
= 1 / (1/R1
+ 1/R2
) + R3
R1
R2
R3

34. WisselspanningGelijkspanning
hetzelfde:
+ +
Bij een wisselspanning wisselt de spanningsbron
(en daarmee de stroom) voortdurend van richting

35. Bij een wisselspanning wisselt de spanningsbron
(en daarmee de stroom) voortdurend van richting
Gelijkspanning Wisselspanning
hetzelfde:
+ +

36. Parallel
Met meerdere spanningsbronnen kun je
de spanning óf de maximale stroom vergroten
Serie
9 V
9 V
V 18 V V 9 V
9 V 9 V
Grotere spanning Grotere maximale stroom

37. Het elektrisch vermogen van een apparaat
geeft aan hoeveel energie per seconde dat apparaat gebruikt
Grote stroom
veel elektronen/s
Kleine stroom
weinig elektronen/s
Grote spanning
veel energie/elektron
Kleine spanning
weinig energie/elektron
Groot
vermogen
veel energie/s
Klein
vermogen
weinig energie/s
Normaal
vermogen
normale energie/s
Normaal
vermogen
normale energie/s

38. IU
Elektrisch vermogen is recht evenredig
met spanning en stroom
Elektrisch vermogen
in Watt (W, of J/s)
Stroom
in Ampère (A)
Pel
Spanning
in Volt (V)

39. +
-
LED-lamp
5 W (J/s)
gloeilamp
50 W (J/s)
koelkast
250 W (J/s)
föhn
1500 W (J/s)
Elektrische apparaten die veel energie moeten omzetten,
hebben een groot elektrisch vermogen

40. Soortelijke weerstand, ρ, is een materiaaleigenschap die
aangeeft hoe slecht een bepaald materiaal stroom geleidt
Hele kleine ρ
hele goede geleiding
Grote ρ
slechte geleiding
Kleine ρ
goede geleiding
goud koper plastic

41. R
Weerstand is recht evenredig met soortelijke weerstand
en de lengte; en omgekeerd evenredig met het oppervlak
A
ρ
l
R = weerstand, in Ohm (Ω)
l = lengte, in meter (m)
A = oppervlak, in vierkante meter (m2
)
ρ = soortelijke weerstand (Ωm)
ρ
l
A
R
A
l
ρ

42. Voorbeeldsom
Hoe groot is de weerstand van 1,0 km koperdraad (d = 2,0 mm)?
R =
l
A
ρ
Lengte l
= 1,0 km (gegeven)
= 1,0 • 103
m
Soortelijke weerstand ρ
= 0,017 •10-6
Ωm (opzoeken)
Oppervlakte doorsnede A
= π r2
= π (0,5 d)2
= π (0,5 • 2 •10-3
m)2
= 3,14 • 10-6
m2
R =
1,0 • 103
m
3,14 • 10-6
m2
0,017 •10-6
Ωm•
1,0 • 0,017• 103
•10-6
m Ωm
= 3,14 • 10-6
m2
0,017 • 10-3
Ωm2
= 3,14 • 10-6
m2
0,017 Ω
= 3,14 • 10-3
= 5,4 Ω

43. Spanning vergroten
(en daardoor
stroom vergroten)
15 V6 V
draad
brandt door
Bij overbelasting leidt een te grote stroom tot schade

44. Kortsluiting
Er ontstaat kortsluiting als de polen van een spanningsbron
met elkaar worden verbonden zonder weerstand
Met weerstand
I I
Overbelasting
Elektrocutie
Schade

45. Grote stroomKleine stroom
Een zekering brandt door bij een te hoge stroom
en beschermt zo de rest van de schakeling
I < 1 A
1 A 1 A
I > 1 A

46. De aardlekschakelaar sluit de stroom af als er stroom weglekt
input gelijk aan output input ongelijk aan output

47. Een geaard snoer bestaat uit drie snoeren:
een fasedraad, een nuldraad en een aarde-draad
Aarde

48. Door delen van een apparaat rechtstreeks met de aarde te
verbinden met een aarde-draad, wordt het gebruik veiliger
Aarde
Foutje waardoor
de buitenkant op
de spanningsbron
wordt aangesloten
Aarde-draad die
buitenkant
rechtstreeks met
de aarde verbindt
Dodelijke stroom
door het lichaam,
van het apparaat
naar de aarde
Veilige afvoer van
de stroom, via de
aarde-draad naar
de aarde

49. Door influentie kan een neutraal object lokaal geladen worden
… trekt elektronen aan in
het neutrale plafond …
… waardoor het plafond
lokaal negatief wordt
Een positief geladen
ballon …