Natuurkunde – Hoofdstuk 4 Elektrische systemen Samenvatting
// Paragraaf 4.1: Elektrisch vermogen
Elektrische stroomsterkte (in ampère) is de lading (in coulomb) die per tijdseenheid (seconde) langs
een punt in een stroomkring stroomt: I = Q : t. Elektronen in een stroomkring hebben een negatieve
lading, het elementair ladingsquantum e: qe = -e = -1,6 · 10-19 C. Elektrische spanning (in volt) is het
energieverschil (in joule) tussen twee punten in een stroomkring gerekend per lading (in coulomb): U
= ΔE : t. Het elektrisch vermogen (in watt) is de elektrische energie die per seconde wordt omgezet in
een andere energievorm: P = U · I. De elektrische energie (in joule) bereken je met E = P · t. Als je dit
wilt uitdrukken in kilowattuur, druk je P uit in kilowatt en t in uur. Het rendement bereken je met η =
Enuttig : Ein · 100% = Pnuttig : Pin · 100%.
Paragraaf 4.2: Weerstand en geleidbaarheid
Elektrische weerstand in ohm (Ω) geeft aan hoeveel stroom er gaat lopen bij een bepaalde spanning:
R = U : I. Als een stroomkring geen weerstand heeft, ontstaat er kortsluiting. De geleidbaarheid in
siemens (S) is het omgekeerde hiervan: G = I : U, dus G = 1 : R. Ohmse weerstanden zijn constant en
voldoen aan de wet van Ohm. Bij veel weerstanden wordt echter de weerstand groter als de stroom
groter wordt, omdat dan de temperatuur stijgt. P = U · I en U = I · R combineren geeft P = I2 · R.
Paragraaf 4.3: Weerstand van een draad
De weerstand (in Ω) van een draad is R = (p · l) : A. Hierin is l de lengte van de draad (in m) en A de
doorsneden van de draad (in m2). p is de soortelijke weerstand van de draad in (Ω m), een
materiaaleigenschap die vaak afhangt van de temperatuur. Supergeleidende materialen hebben
onder bepaalde temperatuur geen weerstand meer. De valentie-elektronen in de draad bewegen
zich door het metaalrooster, waardoor ze weerstand ondervinden. De lijnen in een schakelschema
stellen ideale stroomdraden voor: ze hebben geen weerstand.
Paragraaf 4.4: Stroom en spanning verdelen
Voor twee weerstanden die parallel zijn geschakeld geldt: U1 = U2 en Itotaal = I1 + I2. Voor twee
weerstanden die in serie zijn geschakeld geldt: I1 = I2 en Utotaal = U1 + U2. De wetten van Kirchhoff:
Voor elk punt in een schakeling geldt Σi Ii = 0. Voor elke stroomkring geldt Σi Ui = 0.
Paragraaf 4.5: Totale weerstand
De vervangingsweerstand van in serie geschakelde componenten is Rtot = R1 + R2 + … De
geleidbaarheid van parallel geschakelde componenten is Gtot = G1 + G2 + …, dus de weerstand is (1 :
Rtot) = (1 : R1) + (1 : R2) + …
Paragraaf 4.6: Systemen met speciale componenten
Gewone metalen zijn PTC-weerstanden: de weerstand wordt groter als de temperatuur stijgt.
Halfgeleidende materialen zijn NTC-weerstanden: de weerstand daalt als de temperatuur stijgt.
Halfgeleidende materialen kunnen dienen als LDR (Light Dependent Resistor). De weerstand daalt als
er licht op valt. Met twee verschillende stukje halfgeleider kun je een diode maken: een component
met een doorlaatrichting en een sperrichting. Dioden die licht geven als er stroom doorheen gaat
heten leds. Een zekering schakelt de stroom uit als de stroomsterkte boven 16A komt, zodat er door
overbelasting of kortsluiting geen brand ontstaat. Een aardlekschakelaar schakelt stroom uit als er
stroom weglekt naar de aarde (30mA).
// Paragraaf 4.1: Elektrisch vermogen
Elektrische stroomsterkte (in ampère) is de lading (in coulomb) die per tijdseenheid (seconde) langs
een punt in een stroomkring stroomt: I = Q : t. Elektronen in een stroomkring hebben een negatieve
lading, het elementair ladingsquantum e: qe = -e = -1,6 · 10-19 C. Elektrische spanning (in volt) is het
energieverschil (in joule) tussen twee punten in een stroomkring gerekend per lading (in coulomb): U
= ΔE : t. Het elektrisch vermogen (in watt) is de elektrische energie die per seconde wordt omgezet in
een andere energievorm: P = U · I. De elektrische energie (in joule) bereken je met E = P · t. Als je dit
wilt uitdrukken in kilowattuur, druk je P uit in kilowatt en t in uur. Het rendement bereken je met η =
Enuttig : Ein · 100% = Pnuttig : Pin · 100%.
Paragraaf 4.2: Weerstand en geleidbaarheid
Elektrische weerstand in ohm (Ω) geeft aan hoeveel stroom er gaat lopen bij een bepaalde spanning:
R = U : I. Als een stroomkring geen weerstand heeft, ontstaat er kortsluiting. De geleidbaarheid in
siemens (S) is het omgekeerde hiervan: G = I : U, dus G = 1 : R. Ohmse weerstanden zijn constant en
voldoen aan de wet van Ohm. Bij veel weerstanden wordt echter de weerstand groter als de stroom
groter wordt, omdat dan de temperatuur stijgt. P = U · I en U = I · R combineren geeft P = I2 · R.
Paragraaf 4.3: Weerstand van een draad
De weerstand (in Ω) van een draad is R = (p · l) : A. Hierin is l de lengte van de draad (in m) en A de
doorsneden van de draad (in m2). p is de soortelijke weerstand van de draad in (Ω m), een
materiaaleigenschap die vaak afhangt van de temperatuur. Supergeleidende materialen hebben
onder bepaalde temperatuur geen weerstand meer. De valentie-elektronen in de draad bewegen
zich door het metaalrooster, waardoor ze weerstand ondervinden. De lijnen in een schakelschema
stellen ideale stroomdraden voor: ze hebben geen weerstand.
Paragraaf 4.4: Stroom en spanning verdelen
Voor twee weerstanden die parallel zijn geschakeld geldt: U1 = U2 en Itotaal = I1 + I2. Voor twee
weerstanden die in serie zijn geschakeld geldt: I1 = I2 en Utotaal = U1 + U2. De wetten van Kirchhoff:
Voor elk punt in een schakeling geldt Σi Ii = 0. Voor elke stroomkring geldt Σi Ui = 0.
Paragraaf 4.5: Totale weerstand
De vervangingsweerstand van in serie geschakelde componenten is Rtot = R1 + R2 + … De
geleidbaarheid van parallel geschakelde componenten is Gtot = G1 + G2 + …, dus de weerstand is (1 :
Rtot) = (1 : R1) + (1 : R2) + …
Paragraaf 4.6: Systemen met speciale componenten
Gewone metalen zijn PTC-weerstanden: de weerstand wordt groter als de temperatuur stijgt.
Halfgeleidende materialen zijn NTC-weerstanden: de weerstand daalt als de temperatuur stijgt.
Halfgeleidende materialen kunnen dienen als LDR (Light Dependent Resistor). De weerstand daalt als
er licht op valt. Met twee verschillende stukje halfgeleider kun je een diode maken: een component
met een doorlaatrichting en een sperrichting. Dioden die licht geven als er stroom doorheen gaat
heten leds. Een zekering schakelt de stroom uit als de stroomsterkte boven 16A komt, zodat er door
overbelasting of kortsluiting geen brand ontstaat. Een aardlekschakelaar schakelt stroom uit als er
stroom weglekt naar de aarde (30mA).
