Interieurtechnieken
Elektriciteit
1. Inleidende begrippen (p. 4)
Basisbegrippen (p. 6)
Een elektrische stroom kan worden vergeleken met een vloeistof die door een
leiding stroomt onder invloed van een niveauverschil (drukverschil).
Een vloeistof stroomt van A naar B volgens de wet van de communicerende
vaten. De snelheid van de stroom hangt af van:
▪ Het hoogteverschil H van de vloeistofniveaus
▪ De weerstand van de leiding
Hetzelfde geldt voor elektriciteit. Onder invloed van een potentiaalverschil
stromen elektronen door een geleider. De stroomsterkte (snelheid) hangt af
van het potentiaalverschil en de weerstand van de geleider. Deze drie
grootheden vormen de basiselementen in de elektriciteit.
Stroomsterkte (p. 6)
De stroomsterkte wordt aangegeven met het symbool I en wordt gemeten in
Ampère (A) of milliAmpère (mA), waarbij 1 A gelijk is aan 1000 mA.
Stroomsterkte is voor elektriciteit wat debiet is voor water. Bij dezelfde druk laat
een dun buisje weinig water door, terwijl een buis met een grotere diameter veel
meer water doorlaat. Op dezelfde manier laat een elektrische leiding onder een
bepaalde spanning meer stroom door naarmate de diameter van de leiding
groter is.
Spanning/potentiaalverschil (p.7)
De spanning wordt aangegeven met het symbool U en wordt gemeten in Volt
(V) of kiloVolt (kV), waarbij 1 kV gelijk is aan 1000 V. De spanning die op een
elektriciteitsmeter wordt vermeld is bijvoorbeeld 230 V of 230/400 V. Spanning is
voor elektriciteit wat druk is voor water. In een buis met een bepaalde diameter
stroomt meer water naarmate de druk hoger is. Op dezelfde manier kan bij
elektriciteit een groter vermogen door dezelfde leiding geleverd worden
naarmate de spanning hoger is. Eén Volt is het spanningsverschil dat in een
geleider met een weerstand van 1 Ohm een elektrische stroom van 1 Ampère
opwekt.
Elektriciteit heeft de eigenschap om potentiaalverschillen te vereffenen, oftewel
terug te brengen naar 0 V. Hierbij bewegen elektronen van het ene punt naar het
andere om het potentiaalverschil te neutraliseren. Elektronen hebben een
geleider nodig om deze beweging te maken. Een geleider is een materiaal dat
elektronen gemakkelijk doorlaat; een goed voorbeeld hiervan is koperdraad, dat
daarom in huizen wordt gebruikt. Slechte geleiders zijn bijvoorbeeld hout, aarde
of lucht.
Opdeling van het elektriciteitsnet volgens wisselspanning:
Een potentiaalverschil kan op verschillende manieren worden opgewekt. Een
mogelijkheid is de galvanische methode. Het principe van een galvanisch element
is dat twee verschillende materialen, meestal metalen, ondergedompeld in een
,zuur, elk een verschillend potentiaal bezitten. Wanneer deze twee metalen
worden verbonden met een goed geleidend materiaal, stromen elektronen van
het hoogste naar het laagste potentiaal. Het negatief geladen metaal,
bijvoorbeeld zink, wordt de kathode genoemd, en het positief geladen metaal,
bijvoorbeeld koper, de anode. De spanning heeft een vaste polariteit, waarbij
zink altijd negatief en koper altijd positief blijft. Dit noemt men gelijkspanning.
Bij een wisselspanningsbron keren de polen voortdurend om. Het principe van
een galvanisch element wordt toegepast in een batterij.
Wisselspanning (V)
▪ Zeer lage spanning: U ≤ 50 V
▪ Laagspanning 1ste categorie: 50 < U ≤ 500 V
▪ Laagspanning 2de categorie: 500 < U ≤ 1000 V
▪ Hoogspanning 1ste categorie: 1000 < U ≤ 50.000 V
▪ Hoogspanning 2de categorie: U > 50.000 V
Woningen werken op 230 V, wat valt onder laagspanning.
Weerstand (p. 8)
De weerstand wordt aangegeven met het symbool R en wordt gemeten in Ohm
(Ω). De weerstand van een elektrische geleider heeft de eigenschap om zich te
verzetten tegen het doorstromen van elektriciteit. Voor het transport van
elektriciteit naar elektrische toestellen zijn leidingen nodig met een lage
weerstand. Dit betekent dat de leidingen moeten bestaan uit een materiaal dat
elektriciteit goed geleidt, zoals koper. Eén Ohm is de weerstand van een kolom
kwik van 106,3 cm lengte, 1 mm² doorsnede en bij een temperatuur van 0 °C.
De wet van Ohm (p. 8)
De weerstand die een elektrische stroom ondervindt in een geleider is recht
evenredig met de spanning en omgekeerd evenredig met de stroomsterkte. Dit
wordt weergegeven in de formule, waarbij U de spanning is in Volt (V) of kiloVolt
(kV), I de stroomsterkte in Ampère (A) of milliAmpère (mA) en R de weerstand
U 𝑈
in Ohm (Ω): R = U = I⋅R 𝐼=
I 𝑅
De wet van Pouillet
De weerstand die een stromende vloeistof ondervindt in een leiding is afhankelijk
van de lengte van de leiding, de sectie of diameter van de leiding en de aard van
het materiaal, zoals gladheid en bochten. Op dezelfde manier geldt voor een
elektrische stroom dat de weerstand van een geleider recht evenredig is met de
lengte en de soortelijke weerstand van het materiaal, en omgekeerd evenredig
met de oppervlakte van de doorsnede van de geleider.
De formule hiervoor is, waarbij R de weerstand is in Ohm (Ω), L de lengte van de
geleider in meter (m), ρ de soortelijke weerstand van het materiaal in Ω·mm²/m
en S de oppervlakte van de loodrechte doorsnede van de geleider in mm²:
L
R=ρ⋅
S
,Het vermogen (p. 10)
Het vermogen van een elektrisch toestel is het product van de spanning en de
stroomsterkte. Het wordt aangegeven met het symbool P en gemeten in Watt
(W), kiloWatt (kW) of VoltAmpère (VA), waarbij 1 kW gelijk is aan 1000 W, 1 VA
gelijk is aan 1 W en 1 pk gelijk is aan 735 W. Daarnaast komt 1 W overeen met
0,239 calorie per seconde.
Het vermogen kan worden berekend met de formule, waarbij P het vermogen is
in Watt, U de spanning in Volt en I de stroomsterkte in Ampère:
P P
P= U⋅I I = U=
U I
Watt is het vermogen van een toestel dat een stroom van 1 Ampère doorlaat
onder een spanning van 1 Volt. Het vermogen van een elektrisch toestel wordt
vermeld op het herkenningsplaatje. Voorbeelden van typische vermogens zijn:
een kleuren-tv van ongeveer 150 W, een strijkijzer van ongeveer 1.000 W en een
wasmachine van ongeveer 2 tot 3,5 kW. Zie oefening p. 10.
Arbeid of energie (p. 11)
Arbeid of energie is het product van het vermogen en de tijd en betreft de
geleverde elektrische energie. Het wordt aangegeven met het symbool W en
gemeten in Joule (J), Wattseconde (Ws), Wattuur (Wh) of kiloWattuur
(kWh). Hierbij geldt dat 1 kWh gelijk is aan 1.000 Wh, 1 Ws gelijk is aan 1 J, 1
Wh gelijk is aan 3.600 Ws of 3.600 J en 1 kWh gelijk is aan 3.600.000 J.
De formule voor arbeid of energie is, waarbij W de arbeid is in Wattseconde
(Ws), P het vermogen in Watt (W) en t de tijd in seconden (s):
W =P⋅t
De elektriciteitsmeter geeft het elektriciteitsverbruik aan in kWh, en deze
eenheid wordt ook vermeld op de energiefactuur. Het verbruik van een toestel
komt overeen met een bepaalde hoeveelheid verrichte arbeid. De hoeveelheid
kWh is het product van het vermogen in kiloWatt en het aantal verbruiksuren:
kWh = kW × verbruiksuren
Gelijkstroom (DC) – wisselstroom (AC) (p. 12)
Bij gelijkstroom (DC) stromen de elektronen onder een constante spanning
met een constante snelheid en in dezelfde richting door een geleider.
Veel elektronische apparaten werken op lage gelijkspanning. Om de AC-spanning
van het elektriciteitsnet om te zetten naar een lagere DC-spanning, gebruikt men
een uitwendige spanningsadapter, zoals bij een laptop of gsm, of een
ingebouwde voeding. Zo’n spanningsadapter bevat naast een gelijkrichter ook
een transformator. In tegenstelling tot de AC-netspanning voor woningen, die
gestandaardiseerd is op 230 V of 400 V, bestaat er een grote variatie aan DC-
spanningen, elk met een specifieke spanningsadapter of ingebouwde voeding.
, Bij wisselstroom (AC) varieert de spanning voortdurend en verandert de
elektronenstroom afwisselend van richting. De spanning wisselt van nul naar een
maximaal positief punt, terug naar nul, naar een maximaal negatief punt en weer
naar nul. Dit principe wordt weergegeven door een sinusoïdale curve.
Bij een frequentie van 50 Hz zijn er 50 perioden per seconde, waarbij elke
periode 1/50 seconde duurt. De frequentie f is het omgekeerde van de periode T,
uitgedrukt als f = 1/T, en wordt gemeten in Hertz (Hz). Eén Hertz komt overeen
met één trilling per seconde. De amplitude van de wisselspanning geeft de
maximale spanning of stroomsterkte aan. In Europa is de netfrequentie uniform
op 50 Hz ingesteld, wat betekent dat de spanning 50 keer per seconde wisselt.
Eén volledige wisseling noemt men een periode.
Men gebruikt wisselspanning omdat het een beter rendement geeft, bijvoorbeeld
bij gloeilampen, de meeste elektrische motoren met wisselende spanning werken
en elektriciteitscentrales gemakkelijker elektriciteit kunnen opwekken met
alternatoren. Elektriciteit wordt opgeslagen in batterijen altijd in gelijkstroom,
zoals bij auto’s of zaklampen. Via een gelijkrichter, een toestel dat stroom slechts
in één richting doorlaat en in de andere richting blokkeert, kan men wisselstroom
omzetten naar gelijkstroom. Indien een wisselstroom wordt onderbroken tijdens
de halve periode dat de stroom in de tegenovergestelde richting zou vloeien,
verkrijgt men eveneens gelijkstroom.
Enkelfasig – driefasig (p. 13)
Elektriciteit wordt opgewekt met generatoren
(alternatoren), vaak driefasige
wisselstroomgenerators, bestaande uit
spoelen rond een draaiende magnetische
kern met noord- en zuidpool. Voor
enkelfasige wisselstroom gebruikt men
twee spoelen ten opzichte van de draaiende
kern.
Door inductie in een wisselend magnetisch veld ontstaat in de spoelen een
spanning. Wanneer de as van de magneten in lijn staat met de spoelen, is de
spanning maximaal. Bij een loodrechte stand is de spanning nul.
Zo ontstaat een sinusoïdale wisselspanning, waarbij in elke omwenteling de
spanning twee keer maximaal en twee keer nul is.
Elektriciteit
1. Inleidende begrippen (p. 4)
Basisbegrippen (p. 6)
Een elektrische stroom kan worden vergeleken met een vloeistof die door een
leiding stroomt onder invloed van een niveauverschil (drukverschil).
Een vloeistof stroomt van A naar B volgens de wet van de communicerende
vaten. De snelheid van de stroom hangt af van:
▪ Het hoogteverschil H van de vloeistofniveaus
▪ De weerstand van de leiding
Hetzelfde geldt voor elektriciteit. Onder invloed van een potentiaalverschil
stromen elektronen door een geleider. De stroomsterkte (snelheid) hangt af
van het potentiaalverschil en de weerstand van de geleider. Deze drie
grootheden vormen de basiselementen in de elektriciteit.
Stroomsterkte (p. 6)
De stroomsterkte wordt aangegeven met het symbool I en wordt gemeten in
Ampère (A) of milliAmpère (mA), waarbij 1 A gelijk is aan 1000 mA.
Stroomsterkte is voor elektriciteit wat debiet is voor water. Bij dezelfde druk laat
een dun buisje weinig water door, terwijl een buis met een grotere diameter veel
meer water doorlaat. Op dezelfde manier laat een elektrische leiding onder een
bepaalde spanning meer stroom door naarmate de diameter van de leiding
groter is.
Spanning/potentiaalverschil (p.7)
De spanning wordt aangegeven met het symbool U en wordt gemeten in Volt
(V) of kiloVolt (kV), waarbij 1 kV gelijk is aan 1000 V. De spanning die op een
elektriciteitsmeter wordt vermeld is bijvoorbeeld 230 V of 230/400 V. Spanning is
voor elektriciteit wat druk is voor water. In een buis met een bepaalde diameter
stroomt meer water naarmate de druk hoger is. Op dezelfde manier kan bij
elektriciteit een groter vermogen door dezelfde leiding geleverd worden
naarmate de spanning hoger is. Eén Volt is het spanningsverschil dat in een
geleider met een weerstand van 1 Ohm een elektrische stroom van 1 Ampère
opwekt.
Elektriciteit heeft de eigenschap om potentiaalverschillen te vereffenen, oftewel
terug te brengen naar 0 V. Hierbij bewegen elektronen van het ene punt naar het
andere om het potentiaalverschil te neutraliseren. Elektronen hebben een
geleider nodig om deze beweging te maken. Een geleider is een materiaal dat
elektronen gemakkelijk doorlaat; een goed voorbeeld hiervan is koperdraad, dat
daarom in huizen wordt gebruikt. Slechte geleiders zijn bijvoorbeeld hout, aarde
of lucht.
Opdeling van het elektriciteitsnet volgens wisselspanning:
Een potentiaalverschil kan op verschillende manieren worden opgewekt. Een
mogelijkheid is de galvanische methode. Het principe van een galvanisch element
is dat twee verschillende materialen, meestal metalen, ondergedompeld in een
,zuur, elk een verschillend potentiaal bezitten. Wanneer deze twee metalen
worden verbonden met een goed geleidend materiaal, stromen elektronen van
het hoogste naar het laagste potentiaal. Het negatief geladen metaal,
bijvoorbeeld zink, wordt de kathode genoemd, en het positief geladen metaal,
bijvoorbeeld koper, de anode. De spanning heeft een vaste polariteit, waarbij
zink altijd negatief en koper altijd positief blijft. Dit noemt men gelijkspanning.
Bij een wisselspanningsbron keren de polen voortdurend om. Het principe van
een galvanisch element wordt toegepast in een batterij.
Wisselspanning (V)
▪ Zeer lage spanning: U ≤ 50 V
▪ Laagspanning 1ste categorie: 50 < U ≤ 500 V
▪ Laagspanning 2de categorie: 500 < U ≤ 1000 V
▪ Hoogspanning 1ste categorie: 1000 < U ≤ 50.000 V
▪ Hoogspanning 2de categorie: U > 50.000 V
Woningen werken op 230 V, wat valt onder laagspanning.
Weerstand (p. 8)
De weerstand wordt aangegeven met het symbool R en wordt gemeten in Ohm
(Ω). De weerstand van een elektrische geleider heeft de eigenschap om zich te
verzetten tegen het doorstromen van elektriciteit. Voor het transport van
elektriciteit naar elektrische toestellen zijn leidingen nodig met een lage
weerstand. Dit betekent dat de leidingen moeten bestaan uit een materiaal dat
elektriciteit goed geleidt, zoals koper. Eén Ohm is de weerstand van een kolom
kwik van 106,3 cm lengte, 1 mm² doorsnede en bij een temperatuur van 0 °C.
De wet van Ohm (p. 8)
De weerstand die een elektrische stroom ondervindt in een geleider is recht
evenredig met de spanning en omgekeerd evenredig met de stroomsterkte. Dit
wordt weergegeven in de formule, waarbij U de spanning is in Volt (V) of kiloVolt
(kV), I de stroomsterkte in Ampère (A) of milliAmpère (mA) en R de weerstand
U 𝑈
in Ohm (Ω): R = U = I⋅R 𝐼=
I 𝑅
De wet van Pouillet
De weerstand die een stromende vloeistof ondervindt in een leiding is afhankelijk
van de lengte van de leiding, de sectie of diameter van de leiding en de aard van
het materiaal, zoals gladheid en bochten. Op dezelfde manier geldt voor een
elektrische stroom dat de weerstand van een geleider recht evenredig is met de
lengte en de soortelijke weerstand van het materiaal, en omgekeerd evenredig
met de oppervlakte van de doorsnede van de geleider.
De formule hiervoor is, waarbij R de weerstand is in Ohm (Ω), L de lengte van de
geleider in meter (m), ρ de soortelijke weerstand van het materiaal in Ω·mm²/m
en S de oppervlakte van de loodrechte doorsnede van de geleider in mm²:
L
R=ρ⋅
S
,Het vermogen (p. 10)
Het vermogen van een elektrisch toestel is het product van de spanning en de
stroomsterkte. Het wordt aangegeven met het symbool P en gemeten in Watt
(W), kiloWatt (kW) of VoltAmpère (VA), waarbij 1 kW gelijk is aan 1000 W, 1 VA
gelijk is aan 1 W en 1 pk gelijk is aan 735 W. Daarnaast komt 1 W overeen met
0,239 calorie per seconde.
Het vermogen kan worden berekend met de formule, waarbij P het vermogen is
in Watt, U de spanning in Volt en I de stroomsterkte in Ampère:
P P
P= U⋅I I = U=
U I
Watt is het vermogen van een toestel dat een stroom van 1 Ampère doorlaat
onder een spanning van 1 Volt. Het vermogen van een elektrisch toestel wordt
vermeld op het herkenningsplaatje. Voorbeelden van typische vermogens zijn:
een kleuren-tv van ongeveer 150 W, een strijkijzer van ongeveer 1.000 W en een
wasmachine van ongeveer 2 tot 3,5 kW. Zie oefening p. 10.
Arbeid of energie (p. 11)
Arbeid of energie is het product van het vermogen en de tijd en betreft de
geleverde elektrische energie. Het wordt aangegeven met het symbool W en
gemeten in Joule (J), Wattseconde (Ws), Wattuur (Wh) of kiloWattuur
(kWh). Hierbij geldt dat 1 kWh gelijk is aan 1.000 Wh, 1 Ws gelijk is aan 1 J, 1
Wh gelijk is aan 3.600 Ws of 3.600 J en 1 kWh gelijk is aan 3.600.000 J.
De formule voor arbeid of energie is, waarbij W de arbeid is in Wattseconde
(Ws), P het vermogen in Watt (W) en t de tijd in seconden (s):
W =P⋅t
De elektriciteitsmeter geeft het elektriciteitsverbruik aan in kWh, en deze
eenheid wordt ook vermeld op de energiefactuur. Het verbruik van een toestel
komt overeen met een bepaalde hoeveelheid verrichte arbeid. De hoeveelheid
kWh is het product van het vermogen in kiloWatt en het aantal verbruiksuren:
kWh = kW × verbruiksuren
Gelijkstroom (DC) – wisselstroom (AC) (p. 12)
Bij gelijkstroom (DC) stromen de elektronen onder een constante spanning
met een constante snelheid en in dezelfde richting door een geleider.
Veel elektronische apparaten werken op lage gelijkspanning. Om de AC-spanning
van het elektriciteitsnet om te zetten naar een lagere DC-spanning, gebruikt men
een uitwendige spanningsadapter, zoals bij een laptop of gsm, of een
ingebouwde voeding. Zo’n spanningsadapter bevat naast een gelijkrichter ook
een transformator. In tegenstelling tot de AC-netspanning voor woningen, die
gestandaardiseerd is op 230 V of 400 V, bestaat er een grote variatie aan DC-
spanningen, elk met een specifieke spanningsadapter of ingebouwde voeding.
, Bij wisselstroom (AC) varieert de spanning voortdurend en verandert de
elektronenstroom afwisselend van richting. De spanning wisselt van nul naar een
maximaal positief punt, terug naar nul, naar een maximaal negatief punt en weer
naar nul. Dit principe wordt weergegeven door een sinusoïdale curve.
Bij een frequentie van 50 Hz zijn er 50 perioden per seconde, waarbij elke
periode 1/50 seconde duurt. De frequentie f is het omgekeerde van de periode T,
uitgedrukt als f = 1/T, en wordt gemeten in Hertz (Hz). Eén Hertz komt overeen
met één trilling per seconde. De amplitude van de wisselspanning geeft de
maximale spanning of stroomsterkte aan. In Europa is de netfrequentie uniform
op 50 Hz ingesteld, wat betekent dat de spanning 50 keer per seconde wisselt.
Eén volledige wisseling noemt men een periode.
Men gebruikt wisselspanning omdat het een beter rendement geeft, bijvoorbeeld
bij gloeilampen, de meeste elektrische motoren met wisselende spanning werken
en elektriciteitscentrales gemakkelijker elektriciteit kunnen opwekken met
alternatoren. Elektriciteit wordt opgeslagen in batterijen altijd in gelijkstroom,
zoals bij auto’s of zaklampen. Via een gelijkrichter, een toestel dat stroom slechts
in één richting doorlaat en in de andere richting blokkeert, kan men wisselstroom
omzetten naar gelijkstroom. Indien een wisselstroom wordt onderbroken tijdens
de halve periode dat de stroom in de tegenovergestelde richting zou vloeien,
verkrijgt men eveneens gelijkstroom.
Enkelfasig – driefasig (p. 13)
Elektriciteit wordt opgewekt met generatoren
(alternatoren), vaak driefasige
wisselstroomgenerators, bestaande uit
spoelen rond een draaiende magnetische
kern met noord- en zuidpool. Voor
enkelfasige wisselstroom gebruikt men
twee spoelen ten opzichte van de draaiende
kern.
Door inductie in een wisselend magnetisch veld ontstaat in de spoelen een
spanning. Wanneer de as van de magneten in lijn staat met de spoelen, is de
spanning maximaal. Bij een loodrechte stand is de spanning nul.
Zo ontstaat een sinusoïdale wisselspanning, waarbij in elke omwenteling de
spanning twee keer maximaal en twee keer nul is.
