Elektrische stroom

Elektrische stroom is uit onze samenleving niet weg te denken. Het is daarom erg belangrijk dat we snappen hoe het werkt en hoe het toegepast kan worden. De stof over elektrische stroom is samen te vatten in een aantal onderwerpen: de basis, de wet van Ohm, weerstanden en schakelingen.

Basis

Om elektrische stroom te begrijpen is het belangrijk dat de basis goed begrepen wordt. Er bestaat positieve en negatieve lading. Elektronen zijn dragers van negatieve lading en protonen zijn dragers van positieve lading. Gelijke ladingen stoten elkaar af maar negatief en positief trekken elkaar aan. Elektrische geleiding vindt in metalen plaats door vrije elektronen. In vloeistoffen door ionen. De eenheid van lading is coulomb (C). Lading van één elektron is -1.6x10^-19 C. Hieruit volgt dat -1 coulomb de lading is van 6,25x10^18 elektronen.

Voorbeelden van spanningsbronnen zijn: accu, batterij en een voedingsapparaat. De plus pool is altijd 'hoger' dan de min pool. Eén van de twee polen is geaard. Bij bijvoorbeeld een 9V batterij met de plus pool geaard is de min pool 9V lager. De min pool is dus -9V. Er bestaan ook wisselspanningsbronnen zoals de dynamo en de stopcontactspanning. Eén pool is in dat geval meestal 0V, de andere wisselt tussen positief en negatief.

Voor het verrichten van elektrische metingen zijn er verschillende mogelijkheden. Met de voltmeter is de spanning te meten. Sluit de voltmeter aan tussen de punten waartussen je spanning wilt meten. Met de ampèremeter is de stroomsterkte te meten. Sluit de ampèremeter aan in de draad waar je de stroomsterkte wilt meten.

De wet van Ohm

U=IxR waarbij U de spanning in Volt is, I de stroomsterkte in Ampère is en R de weerstand in Ohm, is de formule van Ohm. Deze formule geld altijd, ook als R niet constant is. Als er wordt gekeken naar een schakeling is de formule te gebruiken voor de hele schakeling, maar ook voor een deel van de schakeling waar je op 'inzoomt'. I is het gevolg van de combinatie van U en R. I past zich altijd aan aan de omstandigheden U en R. De weerstand R noemt men een Ohmse weerstand. Enkele voorbeelden van Ohmse weerstanden zijn:

Koolweerstanden

Vaak gebruikt in radio's, tv's en andere elektronische apparatuur. De uiterlijke afmeting van de weerstand zegt in praktijk niets over het aantal Ohm maar wel over het vermogen dat die weerstand kan opnemen zonder te verbranden.

Metalen draadweerstand

Bij een constante temperatuur geldt dan: R=Px(l/A).

• P is de soortelijke weerstand met eenheid Ohm.
• l is de lengte van de draad in meter
• A is de grootte van het doorstroomoppervlak in vierkante meter

De weerstand van een koperen elektriciteitssnoer is heel klein, bij temperatuurstijging neemt P toe en waardoor de weerstand ook toeneemt.

Niet-Ohmse weerstanden

Niet-Ohmse weerstanden zijn weerstanden met een variabele waarde. Hieronder enkele voorbeelden

• Koolmicrofoon, bestaat uit heel veel kleine korreltjes koolstof in een opgesloten ruimte, afgesloten door een membraan.
• PTC, een weerstand met Positieve Temperatuur Coëfficiënt. Dat betekent dat de weerstand bij temperatuur stijging toe neemt.
• NTC, een weerstand met Negatieve Temperatuur Coëfficiënt. Dat betekent dat de weerstand bij temperatuur stijging af neemt.
• LDR, Light Dependent Resistor. Een licht gevoelige weerstand: hoe meer licht er op valt hoe minder weerstand.

Er bestaat ook een schuifweerstand. Deze schuifweerstand is het mogelijk om door het omzetten van een knopje de weerstand te variëren. De schuifweerstand kan worden gebruikt als spanningsdeler.

Schakelingen met weerstanden

Er zijn met weerstanden twee soorten schakelingen mogelijk. De serieschakeling en de parallelschakeling. Bij een serieschakeling worden alle weerstanden achter elkaar geplaatst waardoor de stroom een voor een alle weerstanden 'tegenkomt'. Er geldt dan de formule: R totaal=R1+R2+R3 +.....

Bij een parallelschakeling worden de weerstanden zo geplaatst dat de stroom moet 'kiezen' welke weerstand het langs gaat. Er geldt dan de formule: 1/(R totaal)=1/R1+1/R2+1/R3+.....

Voor het meten van de weerstand is het mogelijk de weerstand op een Ohmmeter aan te sluiten. Ook kan de weerstand met een volt- of ampèremeter en de formule U=IxR bepaald worden.