Samenvatting natuurkunde H5 (systematische natuurkunde VWO 4)

H5: Elektrische systemen
Hiervan hoef je alleen de dingen die in H10 terugkomen te kennen (geen extra stof
uit H5 dus).

5.1 Elektrische stroom en spanning Elektr
Voor licht, warmte en beweging is energie nodig. Om voor onenw
energie te zorgen neem je het apparaat op in een gesloten olk
stroomkring. Iedere stroomkring bevat in ieder geval:
 Een spanningsbron
 Een/ meerdere geleiders
 Het energie gebruikende apparaat
Atoo
Volgens het atoommodel van Rutherford bestaat een mker
atoom uit een atoomkern met daaromheen een n
elektronenwolk. Ieder elektron in de elektronenwolk heeft een negatieve lading. De
atoomkern heeft een positieve lading. Die positieve lading van de atoomkern is net zo groot
als de negatieve lading van de elektronenwolk. De netto lading is dan 0; een atoom is
neutraal. Het symbool voor lading is Q . De eenheid is coulomb (C). De hoeveelheid lading
noem je de elementaire lading (e ). e Heeft een grootte van 1,602× 10−19 C (Binas 7A). Het
elektron heeft dus een lading van −e .

Een atoom kan elektronen erbij krijgen of kwijtraken. Een atoom met meer of minder
elektronen noem je een ion. Raakt een atoom één/ meerdere elektronen kwijt, dan ontstaat
een positief ion. Komen er elektronen bij, dan ontstaat een negatief ion. Het ion O 2- heeft dus
2 elektronen meer dan het zuurstofatoom. De lading van het ion is −2 e . Dus
−2 ×1,602 ×10 =−3,204 ×10 C .
−19 −19


Bij sommige materialen zitten atomen gerangschikt in een rooster, waardoor één of meerder
elektronen van elk atoom niet meer zijn geboden aan de atoomkern. Er bevinden zich dan
vrije elektronen. Deze bewegen willekeurig door het materiaal. Netto is er geen
verplaatsing omdat er evenveel elektronen naar links gaan als
dat er naar rechts gaan. Onder invloed van een Q
I= Binas
spanningsbron bewegen meer elektronen naar een kant dan ΔT
naar de andere. Er wordt dan netto lading verplaatst. Dit heet 35D1
elektrische stroom. De sterkte van de stroom geeft aan
I is de stroomsterkte in A.
hoeveel lading per tijdseenheid een dwarsdoorsnede van de
Q is de lading in C.
draad passeert.
De richting van de stroom is gedefinieerd als de richting waarin positieve lading beweegt.
De stroom gaat altijd van de positieve pool naar de negatieve pool. Stroom loopt dus van +
naar -. In metaaldraden wordt de stroom veroorzaakt door vrije elektronen. Bij vloeistoffen die
stroom geleiden zorgen ionen hiervoor.
Een spanningsbron ‘dwingt’ de elektronen om door de stroomkring te gaan en geeft daarbij
elektrische energie aan de elektronen. Bij het verplaatsen van elektronen wordt dus ook
energie verplaatst.
De spanning over de aansluitpunten van een ΔE
spanningsbron is gedefinieerd als de U= Binas 35D1
Q
hoeveelheid elektrische energie die wordt
meegegeven aan een landing van 1 C. U is de spanning in V.
Δ E is de meegegeven elektrische energie in
J.
Q is de lading in C.
Pagina 1 van 7

, Voorbeelden van spanningsbronnen zijn: batterijen, accu’s, dynamo, zonnecel enz. In
batterijen en accu’s vindt een chemische reactie plaats die voor elektrische energie zorgt.
Spanning meet je met een spanningsmeter (heet ook wel:
voltmeter). Stroomsterkte meet je met een stroommeter (heet Elektronen: -
ook wel: ampèremeter). Met een multimeter kun je beiden naar +
meten. Stroom: + naar -




5.2 Weerstand en geleiding
Materialen waardoor lading zich goed kan verplaatsen heter geleiders. Wanneer er stroom
loopt door een geleider, komen bewegende elektronen positief geladen ionen tegen. Die
veranderen de snelheid en de richting van de elektronen. Het materiaal is dus van invloed op
de sterkte van de stroom. Dit verschijnsel
noem je weerstand ( R ). RA
ρ= Binas 35D1
l
De soortelijke weerstand is
gedefinieerd als de weerstand van een ρ is de soortelijke weerstand in Ωm.
geleider met een lengte van 1 meter en R is de weerstand in Ω.
een dwarsdoorsnede van 1 m2. A is de dwarsdoorsnede in m2.
l is de lengte in m.
Hoe goed een voorwerp geleidt, geef je
aan met de geleidbaarheid (G ). 1
G= Binas 35D1
R
De weerstand van een geleider is laag en de
geleidbaarheid is hoog. Goede geleiders zijn G is de geleidbaarheid in S.
bijvoorbeeld: grondwater, metalen elektriciteitsdraden. R is de weerstand in Ω.
Materialen waardoor lading zich nauwelijks kan
verplaatsen, noem je isolatoren. De weerstand van 1 2
Acilinder = π d
een isolator is hoog, de geleidbaarheid is klein. 4
Voorbeelden van isolatoren zijn bijvoorbeeld: rubber,
plastic, hout en glas. Acilinder is de oppervlakte in m2.
d is de diameter in m.
De wet van ohm: . Als de geleidbaarheid en
U =R × I
U
de weerstand een vaste waarde hebben, noem je die I= of I =GU Binas 35D1
voorwerpen: ohmse weerstanden. Als dit niet het R
geval is: door interactie van de vrije elektronen met de I is de stroomsterkte in A.
ionen van het materiaal, wordt een gedeelte omgezet U is de spanning in V.
in warmte. De ionen gaan dan meer trillen en hinderen R is de weerstand in Ω.
daardoor de elektronen meer. De soortelijke
G is de geleidbaarheid in S.
weerstand wordt dan groter.

5.3 Serieschakelingen en parallelschakelingen
In een schakeling staat
elektrotechnische symbolen. Die kun - Ubat,2 +
je vinden in Binas 17B. In figuur 1
bestaat de schakeling uit 3 A B
componenten: 2 batterijen en een +
lampje. Bij het analyseren van de +
- + I
schakeling bereken je de spanning
en stroomsterkte bij ieder L

component. Volgens de afspraak +
loopt stroom van + naar -. De stroom Ubat, U
1
- L
Pagina 2 van 7


- -