Fysica
Thema 5 elektrische schakelingen
Een zekering voorkomt dat er brand ontstaat
Een automatische differentieelschakelaar en de aarding voorkomen elektrocutie
De elektrische installatie
Begint bij de verzegelde aansluitautomaat met de hoofdschakelaar en kWh-meter
Hieruit loopt een stevige kabel waardoor de stroom binnenkomt
Elektrische leidingen van de stroomkringen bevatten drie draden: nuldraad N, fasedraad L en aardingsdraad A
Nuldraad: spanning tussen aarde en nuldraad = 0: lichtblauw
Fasedraad: wisselspanning van 230V: rood/bruin
Aardingsdraad: verbonden met aardelektrode van woning: geel/groen
Bescherming tegen brand
Wanneer er in een geleider meer warmte ontstaat dan er kan afgegeven worden ontstaat er brand
2
Q W =R ⋅ I ⋅ Δt , E=U ⋅ I ⋅ Δt
Om dit te voorkomen: alle stroomkringen op zekerring aangesloten die de stroomkring onderbreekt bij te grote
stromen die dan brand zouden kunnen veroorzaken.
==˃ onderbreekt wanneer stroomsterkte groter is dan de aangegeven waarde
Bij oudere types kon de draad maar ene maximale stroomsterkte verdragen en wanneer deze overschreden werd
smelte het draadje door en was de stroomkring ook onderbroken
= smeltveiligheid
,Oorzaken van te grote stromen
Kortsluiting
==˃ De fasedraad L komt rechtstreeks in contact met de Nuldraad N door een defect
Hierdoor kies de stroom de kortste weg en komt de stroom nooit bij de apparaten aan
Overbelasting
==˃ te veel elektrische huishoudtoestellen worden op dezelfde stroomkring aangesloten
Om dit te voorkomen gebruikt men voor toestellen met ene groter vermogen (P ¿ U ⋅ I ) dikkere draden
zodat de weerstand minder wordt en er hierdoor ook minder warmteontwikkeling is
Slecht contact
Wanneer de koperdraad beschadigt is of niet goed bevestigd is aan de stekkerpinnen kan er een ‘dunnere geleider’
op die plaats ontstaan waardoor er weer meer weerstand is en er meer warmte energie wordt geproduceerd
==˃ brand
Bescherming tegen elektrocutie
Elektrocutie = er gaat een elektrische stroom door het menselijke lichaam en deze is een goeie geleider omdat we
voor 70% uit water ontstaan met zouten daarin opgelost
Bescherming: aarding en automatische differentieelschakelaar
Wanneer er in je lichaam twee punten zijn met een spanning kan er een stroom doorlopen
==˃ hoe groter die spanningen zijn, hoe groter de stroom zal zijn
Effect van de stroom door het menselijke lichaam
Hangt af van drie dingen
De grootte van de stroom door het lichaam
Ons lichaam heeft een bepaalde weerstand
R1 = contactweerstand v.d. huid varieert (door eelt, vocht,…) tussen 400 – 100 000 Ω
R2 = inwendige lichaamsweerstand varieert (door welke weg de stroom aflegt tussen 250 – 1000 Ω
R3 = overgangsweerstand met de aarde varieert (door schoenen en vochtigheid) 400 – 100 000 Ω
De duur van de stroom door het lichaam
Hoe langer, hoe erger de gevolgen
De baan van de stroom door het lichaam
Volgt de weg van de minste weerstand
Zenuwen en bloedvaten zijn goeie geleiders dus gaat vaak door de longen en het hart
, Automatische differentieel schakelaar = ADS = differentieel = aardlekschakelaar = verliesstroomschakelaar
Een zekering onderbreekt de stroomkring wanneer de stroomsterkte te groot wordt
Maar deze reageren niet bij elektrocutie dus daarom wordt er een ADS toegevoegd in de zekeringskast
Deze reageert op stroomverlies, het detecteert een eventueel stroomverschil tussen de fasedraad L en de
nuldraad. In normale toestand is de stroomsterkte in beide gelijk, maar indien er een stroomverlies Iv is, dan
wordt dit gedetecteerd door de ADS en worden de stroomkringen die erop aangesloten zijn onderbroken
Aarding
Dit is een geleider voorzien van een aarding
Deze aarding is via de stekker verbonden met de aardpen van een stopcontact
Door een defect kan de behuizing met de fasedraad in contact komen = massaverbinding
De gebruiker kan door aanraking geëlektrocuteerd worden
Door deze aarding staat de behuizing steeds op 0V
Thema 6 magnetische kracht
Magnetische kracht
Permanente mageneten en elektromagneten oefenen een magnetische kracht uit op sommige voorwerpen
‘Magneten zijn voorwerpen die een magnetische kracht uitoefenen op sommige voorwerpen in hun omgeving’
Permanente magneten: hebben deze eigenschap constant
Elektromagneten: werken enkel als er een elektrische stroom loopt
Kracht van een permanente magneet op een ander voorwerp
Permanente mageneten hebben een noord- en zuidpool
Voorwerpen uit ferromagnetisch materiaal (ijzer, nikkel, kobalt, staal) gedragen zich als magneten:
ze worden door magneten aangetrokken en bij contact met een magneet worden ze zelf een magneet =
magnetische influentie
De aarde is een permanente magneet (magnetische ZP in de buurt van geografische NP en omgekeerd)
Een magneet oefent geen elektrische kracht uit
De richting en zin van een kompasnaald in de omgeving van een magneet hangen af van zijn positie
tegenover de magneet (het zal bijvoorbeeld anders zijn als de ZP dichts bij de naald is)
Een magneet oefent geen elektrische kracht uit en is dus niet elektrisch geladen, hij oefent enkel magnetische kracht uit
,Kracht van een stroomvoerende geleider op een magneet
Een elektrische stroom oefent een magnetische kracht uit op een magneet die zich in de buurt van de stroom
bevindt. De zin van deze kracht keert om als de zin van de stoom omkeert
Magnetische levitatie:
Magneten op een staaf en doordat bijvoorbeeld de zuidpolen naar elkaar gericht
zijn zullen ze elkaar afstoten en zal de bovenste magneet zweven
Thema 7 magnetisch veld, veldvector en veldlijnen
Magnetisch veld
Een magneet oefent kracht uit op sommige voorwerpen in zijn buurt, het voorwerp bevindt zich in
het magnetische veld, de invloed van het veld wordt weergegeven met de magnetische veldvector,
de waarde van het magnetische veld in een punt is de magnetische veldsterkte in dat punt
Het veld wordt met magnetische veldlijnen gevisualiseerd
Magnetische veldvector
De invloed van een magneet wordt met een vectoriële grootheid beschreven: de magnetische veldvector ⃗
B
P is het aangrijpingspunt van ⃗
B en de richting van ⃗
B is dezelfde als de richting van de kompasnaald in P en de
Zin van ⃗
Bis de zin waarnaar de noordpool van de kompasnaald wijst (wijst nr Zuiden)
De grootheid van ⃗
B is gelijk aan de grootte van de veldsterkte B gaat van N naar Z
De magnetische veldsterkte B in een punt = een constante maal de stroomsterkte op de afstand van de geleider
I μ I μ
|B|=constante ⋅ |B|= ⋅ : µ staat voor de permeabiliteit van de
r 2π r 2π
middenstof en deze is voor elke stof anders
−7 T ⋅m
µ = materiaalconstante en in vacuüm is µ = µ 0 = 4 π ⋅10
A
μ
De relatieve permeabiliteit: μr = en hieruit kun je µ afzonderen (µr en µ0 weet je)
μ0
Ferromagnetische stoffen is µr zeer groot µr in vacuüm is dus gelijk aan 1 omdat in
Paramagnetische stoffen µr = +- 1 −7 T ⋅m
vacuüm µ en µ0 allebei 4 π ⋅10
A
, Diamagnetisme stoffen µr ˂ 0
Grootte van de magnetische veldvector bij een stroom voerende spoel
Geleider die gebogen is tot een cirkel = een winding, meerdere windingen = een spoel
Wanner er stroom door die winding loopt ontstaat er een magnetisch veld
I⋅N I⋅N
|B|=constante ⋅ |B|=µ ⋅
l l
N
is de verhouding van het aantal windingen per lengte-eenheid = windingsdichtheid
l
= hoeveelheid windingen op de lengte tot waar de windingen rijken
Currietemperatuur is de temperatuur waarboven je magnetisch materiaal niet meer magnetisch te maken
Supergeleider is het verschijnsel dat sommige materialen beneden een bepaalde temperatuur geen elektrische
weerstand hebben
Magnetische veldlijnen N. B Z
Gaan van Noordpool (+) naar Zuidpool (-)
Hoe dichter de veldlijnen, hoe sterker het magnetische veld
Magnetische veldlijnen bij een permanente magneet
Staafmagneet: veld sterk bij de polen(lijnen dicht bij elkaar), is een dipoolveld
Hoefijzermagneet: veldlijnen tussen de polen op evenwijdige lijnen = homogeenveld
==˃ in elk punt tussen de polen is het magnetische veld hetzelfde
In de magneet zelf lopen die veldlijnen van Zuid naar Noord en zijn ze dus gesloten (gesloten circuit)
Magnetische veldlijnen bij een rechte stroom voerende geleider
De veldlijnen zijn cirkels in een vlak loodrecht op de geleider met de geleider als middelpunt
De zin = de zin van de noordpool kant van een naald in een punt in een veldlijn
Alle veldlijnen zijn evenwijdig met elkaar
De zin van de veldlijnen vind je door deze regel:
1ste
Pak de staaf met je rechterhand vast en wijs met je duim in de
handregel
richting van de stroom, je vingers geven de veldlijn zin aan
Magnetische veldlijnen bij een gekromde stroom voerende geleider: een spoel
2de Je vind de zin van de veldlijnen door met je rechterhand de spoel vast te pakken zodat je vingers de stroom
handregel volgen, de kant naar waar je duim wijst is de zin, die kant is dan ook het Noorden
Thema 5 elektrische schakelingen
Een zekering voorkomt dat er brand ontstaat
Een automatische differentieelschakelaar en de aarding voorkomen elektrocutie
De elektrische installatie
Begint bij de verzegelde aansluitautomaat met de hoofdschakelaar en kWh-meter
Hieruit loopt een stevige kabel waardoor de stroom binnenkomt
Elektrische leidingen van de stroomkringen bevatten drie draden: nuldraad N, fasedraad L en aardingsdraad A
Nuldraad: spanning tussen aarde en nuldraad = 0: lichtblauw
Fasedraad: wisselspanning van 230V: rood/bruin
Aardingsdraad: verbonden met aardelektrode van woning: geel/groen
Bescherming tegen brand
Wanneer er in een geleider meer warmte ontstaat dan er kan afgegeven worden ontstaat er brand
2
Q W =R ⋅ I ⋅ Δt , E=U ⋅ I ⋅ Δt
Om dit te voorkomen: alle stroomkringen op zekerring aangesloten die de stroomkring onderbreekt bij te grote
stromen die dan brand zouden kunnen veroorzaken.
==˃ onderbreekt wanneer stroomsterkte groter is dan de aangegeven waarde
Bij oudere types kon de draad maar ene maximale stroomsterkte verdragen en wanneer deze overschreden werd
smelte het draadje door en was de stroomkring ook onderbroken
= smeltveiligheid
,Oorzaken van te grote stromen
Kortsluiting
==˃ De fasedraad L komt rechtstreeks in contact met de Nuldraad N door een defect
Hierdoor kies de stroom de kortste weg en komt de stroom nooit bij de apparaten aan
Overbelasting
==˃ te veel elektrische huishoudtoestellen worden op dezelfde stroomkring aangesloten
Om dit te voorkomen gebruikt men voor toestellen met ene groter vermogen (P ¿ U ⋅ I ) dikkere draden
zodat de weerstand minder wordt en er hierdoor ook minder warmteontwikkeling is
Slecht contact
Wanneer de koperdraad beschadigt is of niet goed bevestigd is aan de stekkerpinnen kan er een ‘dunnere geleider’
op die plaats ontstaan waardoor er weer meer weerstand is en er meer warmte energie wordt geproduceerd
==˃ brand
Bescherming tegen elektrocutie
Elektrocutie = er gaat een elektrische stroom door het menselijke lichaam en deze is een goeie geleider omdat we
voor 70% uit water ontstaan met zouten daarin opgelost
Bescherming: aarding en automatische differentieelschakelaar
Wanneer er in je lichaam twee punten zijn met een spanning kan er een stroom doorlopen
==˃ hoe groter die spanningen zijn, hoe groter de stroom zal zijn
Effect van de stroom door het menselijke lichaam
Hangt af van drie dingen
De grootte van de stroom door het lichaam
Ons lichaam heeft een bepaalde weerstand
R1 = contactweerstand v.d. huid varieert (door eelt, vocht,…) tussen 400 – 100 000 Ω
R2 = inwendige lichaamsweerstand varieert (door welke weg de stroom aflegt tussen 250 – 1000 Ω
R3 = overgangsweerstand met de aarde varieert (door schoenen en vochtigheid) 400 – 100 000 Ω
De duur van de stroom door het lichaam
Hoe langer, hoe erger de gevolgen
De baan van de stroom door het lichaam
Volgt de weg van de minste weerstand
Zenuwen en bloedvaten zijn goeie geleiders dus gaat vaak door de longen en het hart
, Automatische differentieel schakelaar = ADS = differentieel = aardlekschakelaar = verliesstroomschakelaar
Een zekering onderbreekt de stroomkring wanneer de stroomsterkte te groot wordt
Maar deze reageren niet bij elektrocutie dus daarom wordt er een ADS toegevoegd in de zekeringskast
Deze reageert op stroomverlies, het detecteert een eventueel stroomverschil tussen de fasedraad L en de
nuldraad. In normale toestand is de stroomsterkte in beide gelijk, maar indien er een stroomverlies Iv is, dan
wordt dit gedetecteerd door de ADS en worden de stroomkringen die erop aangesloten zijn onderbroken
Aarding
Dit is een geleider voorzien van een aarding
Deze aarding is via de stekker verbonden met de aardpen van een stopcontact
Door een defect kan de behuizing met de fasedraad in contact komen = massaverbinding
De gebruiker kan door aanraking geëlektrocuteerd worden
Door deze aarding staat de behuizing steeds op 0V
Thema 6 magnetische kracht
Magnetische kracht
Permanente mageneten en elektromagneten oefenen een magnetische kracht uit op sommige voorwerpen
‘Magneten zijn voorwerpen die een magnetische kracht uitoefenen op sommige voorwerpen in hun omgeving’
Permanente magneten: hebben deze eigenschap constant
Elektromagneten: werken enkel als er een elektrische stroom loopt
Kracht van een permanente magneet op een ander voorwerp
Permanente mageneten hebben een noord- en zuidpool
Voorwerpen uit ferromagnetisch materiaal (ijzer, nikkel, kobalt, staal) gedragen zich als magneten:
ze worden door magneten aangetrokken en bij contact met een magneet worden ze zelf een magneet =
magnetische influentie
De aarde is een permanente magneet (magnetische ZP in de buurt van geografische NP en omgekeerd)
Een magneet oefent geen elektrische kracht uit
De richting en zin van een kompasnaald in de omgeving van een magneet hangen af van zijn positie
tegenover de magneet (het zal bijvoorbeeld anders zijn als de ZP dichts bij de naald is)
Een magneet oefent geen elektrische kracht uit en is dus niet elektrisch geladen, hij oefent enkel magnetische kracht uit
,Kracht van een stroomvoerende geleider op een magneet
Een elektrische stroom oefent een magnetische kracht uit op een magneet die zich in de buurt van de stroom
bevindt. De zin van deze kracht keert om als de zin van de stoom omkeert
Magnetische levitatie:
Magneten op een staaf en doordat bijvoorbeeld de zuidpolen naar elkaar gericht
zijn zullen ze elkaar afstoten en zal de bovenste magneet zweven
Thema 7 magnetisch veld, veldvector en veldlijnen
Magnetisch veld
Een magneet oefent kracht uit op sommige voorwerpen in zijn buurt, het voorwerp bevindt zich in
het magnetische veld, de invloed van het veld wordt weergegeven met de magnetische veldvector,
de waarde van het magnetische veld in een punt is de magnetische veldsterkte in dat punt
Het veld wordt met magnetische veldlijnen gevisualiseerd
Magnetische veldvector
De invloed van een magneet wordt met een vectoriële grootheid beschreven: de magnetische veldvector ⃗
B
P is het aangrijpingspunt van ⃗
B en de richting van ⃗
B is dezelfde als de richting van de kompasnaald in P en de
Zin van ⃗
Bis de zin waarnaar de noordpool van de kompasnaald wijst (wijst nr Zuiden)
De grootheid van ⃗
B is gelijk aan de grootte van de veldsterkte B gaat van N naar Z
De magnetische veldsterkte B in een punt = een constante maal de stroomsterkte op de afstand van de geleider
I μ I μ
|B|=constante ⋅ |B|= ⋅ : µ staat voor de permeabiliteit van de
r 2π r 2π
middenstof en deze is voor elke stof anders
−7 T ⋅m
µ = materiaalconstante en in vacuüm is µ = µ 0 = 4 π ⋅10
A
μ
De relatieve permeabiliteit: μr = en hieruit kun je µ afzonderen (µr en µ0 weet je)
μ0
Ferromagnetische stoffen is µr zeer groot µr in vacuüm is dus gelijk aan 1 omdat in
Paramagnetische stoffen µr = +- 1 −7 T ⋅m
vacuüm µ en µ0 allebei 4 π ⋅10
A
, Diamagnetisme stoffen µr ˂ 0
Grootte van de magnetische veldvector bij een stroom voerende spoel
Geleider die gebogen is tot een cirkel = een winding, meerdere windingen = een spoel
Wanner er stroom door die winding loopt ontstaat er een magnetisch veld
I⋅N I⋅N
|B|=constante ⋅ |B|=µ ⋅
l l
N
is de verhouding van het aantal windingen per lengte-eenheid = windingsdichtheid
l
= hoeveelheid windingen op de lengte tot waar de windingen rijken
Currietemperatuur is de temperatuur waarboven je magnetisch materiaal niet meer magnetisch te maken
Supergeleider is het verschijnsel dat sommige materialen beneden een bepaalde temperatuur geen elektrische
weerstand hebben
Magnetische veldlijnen N. B Z
Gaan van Noordpool (+) naar Zuidpool (-)
Hoe dichter de veldlijnen, hoe sterker het magnetische veld
Magnetische veldlijnen bij een permanente magneet
Staafmagneet: veld sterk bij de polen(lijnen dicht bij elkaar), is een dipoolveld
Hoefijzermagneet: veldlijnen tussen de polen op evenwijdige lijnen = homogeenveld
==˃ in elk punt tussen de polen is het magnetische veld hetzelfde
In de magneet zelf lopen die veldlijnen van Zuid naar Noord en zijn ze dus gesloten (gesloten circuit)
Magnetische veldlijnen bij een rechte stroom voerende geleider
De veldlijnen zijn cirkels in een vlak loodrecht op de geleider met de geleider als middelpunt
De zin = de zin van de noordpool kant van een naald in een punt in een veldlijn
Alle veldlijnen zijn evenwijdig met elkaar
De zin van de veldlijnen vind je door deze regel:
1ste
Pak de staaf met je rechterhand vast en wijs met je duim in de
handregel
richting van de stroom, je vingers geven de veldlijn zin aan
Magnetische veldlijnen bij een gekromde stroom voerende geleider: een spoel
2de Je vind de zin van de veldlijnen door met je rechterhand de spoel vast te pakken zodat je vingers de stroom
handregel volgen, de kant naar waar je duim wijst is de zin, die kant is dan ook het Noorden
