Systematische Natuurkunde 4 VWO ||| Samenvatting Hoofdstuk 5: Elektrische systemen
H5 | Elektrische systemen
5.1 Elektrische stroom en spanning
Apparaten en energie
Voor licht, warmte en beweging is energie nodig. Om te zorgen dat een apparaat elektrische
energie toegevoerd krijgt, neem je het apparaat op in een gesloten stroomkring. Het bevat in
ieder geval een spanningsbron, geleider(s) en het energie gebruikende apparaat.
Lading en materie
Hiernaast zie je het atoommodel van Rutherford. Een atoom bestaat uit een
atoomkern en daaromheen een elektronenwolk. De atoomkern heeft een
positieve lading , elektronen hebben een negatieve lading. Als de negatieve
lading en positieve lading samen 0 zijn, dan is het atoom neutraal. Het
symbool voor lading is 𝑄 en de eenheid is coulomb 𝐶. De hoeveelheid lading
noem je de elementaire lading.
Een atoom met meer of minder elektronen noem je een ion.
Lading en stroom
Hiernaast zie het model van een metaal. Tussen de positieve ionen
bevinden zich veel vrije elektronen, deze bewegen willekeurig.
Er wordt een lading verplaatst, als onder invloed van een spanningsbron
meer elektronen bewegen naar een kant. Dit heet een elektrische
stroom. De sterkte van de stroom geeft aan hoeveel lading per
tijdseenheid een dwarsdoorsnede van de draad passeert. De eenheid van
stroomsterkte (𝐼) is ampère met symbool 𝐴.
In formulevorm:
𝑄
𝐼= 𝑡
■ 𝐼 is de elektrische stroomsterkte in A.
■ 𝑄 is de hoeveelheid lading die de dwarsdoorsnede van de draad passeert in C.
■ ∆𝑡 is de tijd waarin dat gebeurt in s.
De richting van de elektrische stroom is gedefinieerd als de richting waarin positieve lading
beweegt. De stroom loopt van een positieve pool naar een negatieve pool (van + naar -).
Lading en energie
Er is een spanningsbron nodig om een stroom te laten lopen.
De spanning over de aansluitpunten van een spanningsbron is gedefinieerd als de hoeveelheid
elektrische energie die wordt meegegeven aan een lading van 1 coulomb.
In formulevorm schrijf je:
∆𝐸
𝑈= 𝑄
■ 𝑈 is de spanning in V.
■ ∆𝐸 is de meegegeven elektrische energie in J.
■ 𝑄 is de lading in C.
Spanningsbronnen
Batterijen, accu’s, een dynamo en een zonnecel zijn voorbeelden van spanningsbronnen. Ze
hebben allemaal unieke manieren die voor elektrische energie kunnen zorgen.
Meten van spanning en stroomsterkte
Spanning meet je met een spanningsmeter, ook wel een voltmeter. Stroomsterkte meet je met een
stroommeter, ook wel ampèremeter genoemd. Met een multimeter kun je spanning en
stroomsterkte meten.
1
, Systematische Natuurkunde 4 VWO ||| Samenvatting Hoofdstuk 5: Elektrische systemen
5.2 Weerstand, geleidbaarheid en de wet van Ohm
Weerstand en geleidbaarheid
Als er een elektrische stroom is, moeten elektronen door positieve ionen. Maar dat gaat niet
zomaar: elektronen ondervinden een elektrische weerstand 𝑅 met als eenheid ohm (Ω).
Hoe goed een voorwerp geleid, geef je aan met de geleidbaarheid met symbool 𝐺. De eenheid is
siemens met symbool 𝑆. Voor de geleidbaarheid geldt:
1
𝐺= 𝑅
■ 𝐺 is de geleidbaarheid in S.
■ 𝑅 is de weerstand in Ω.
Materialen waardoor lading zich goed kan verplaatsen, heten geleiders.
Weerstand van het materiaal
De weerstand van het voorwerp hangt af van materiaal, lengte en dwarsdoorsnede. De invloed van
het materiaal wordt in deze vergelijking weergegeven door de soortelijke weerstand ρ. De
soortelijke weerstand van een materiaal is gedefinieerd als de weerstand van een geleider van dat
materiaal met een lengte van 1m en een dwarsdoorsnede van 1 m2:
𝑅·𝐴
ρ= 𝑙
■ ρ is de soortelijke weerstand in Ωm.
■ 𝑅 is de weerstand in Ω.
■ 𝑙 is de lengte in m.
■ 𝐴 is de dwarsdoorsnede in m2.
Wet van Ohm
De stroomsterkte door een voorwerp wordt bepaald door de geleidbaarheid van het voorwerp en
door de spanning die over het voorwerp staat. In plaats van de geleidbaarheid kan ook de
weerstand gebruikt worden. Deze verbanden staan bekend als de wet van Ohm:
𝑈 = 𝑅 · 𝐼 of 𝐼 = 𝐺 · 𝑈
■ 𝐼 is de stroomsterkte in A.
■ 𝐺 is de geleidbaarheid in S.
■ 𝑈 is de spanning in V.
■ 𝑅 is de weerstand in Ω.
Voorwerpen die een vaste waarde hebben voor de geleidbaarheid en daarmee ook de weerstand,
noem je ohmse weerstanden. In een grafiek is de lijn dan een recht evenredig verband.
5.3 Serie- en parallelschakelingen
Schakelingen analyseren
Bij het analyseren van een schakeling bereken je de spanning en stroomsterkte bij iedere
component. Om de spanning en stroomsterkte bij iedere component te berekenen, maak je gebruik
van de spanningswet en de stroomwet van Kirchhoff.
Stroomwet van Kirchhoff
De plaats waar twee componenten contact maken, noem je een knooppunt. De stroomwet van
Kirchhoff houdt in dat er per tijdseenheid evenveel lading naar het knooppunt toegaat als er vanaf
gaat.
In formulevorm:
∑ 𝐼𝑖 = 0
𝑖
Spanningswet van Kirchhoff
De spanningswet van Kirchhoff houdt in dat als je de kring rond gaat, je geen energie meer
overhoudt. Omdat spanning gelijk is aan energie per lading.
2
H5 | Elektrische systemen
5.1 Elektrische stroom en spanning
Apparaten en energie
Voor licht, warmte en beweging is energie nodig. Om te zorgen dat een apparaat elektrische
energie toegevoerd krijgt, neem je het apparaat op in een gesloten stroomkring. Het bevat in
ieder geval een spanningsbron, geleider(s) en het energie gebruikende apparaat.
Lading en materie
Hiernaast zie je het atoommodel van Rutherford. Een atoom bestaat uit een
atoomkern en daaromheen een elektronenwolk. De atoomkern heeft een
positieve lading , elektronen hebben een negatieve lading. Als de negatieve
lading en positieve lading samen 0 zijn, dan is het atoom neutraal. Het
symbool voor lading is 𝑄 en de eenheid is coulomb 𝐶. De hoeveelheid lading
noem je de elementaire lading.
Een atoom met meer of minder elektronen noem je een ion.
Lading en stroom
Hiernaast zie het model van een metaal. Tussen de positieve ionen
bevinden zich veel vrije elektronen, deze bewegen willekeurig.
Er wordt een lading verplaatst, als onder invloed van een spanningsbron
meer elektronen bewegen naar een kant. Dit heet een elektrische
stroom. De sterkte van de stroom geeft aan hoeveel lading per
tijdseenheid een dwarsdoorsnede van de draad passeert. De eenheid van
stroomsterkte (𝐼) is ampère met symbool 𝐴.
In formulevorm:
𝑄
𝐼= 𝑡
■ 𝐼 is de elektrische stroomsterkte in A.
■ 𝑄 is de hoeveelheid lading die de dwarsdoorsnede van de draad passeert in C.
■ ∆𝑡 is de tijd waarin dat gebeurt in s.
De richting van de elektrische stroom is gedefinieerd als de richting waarin positieve lading
beweegt. De stroom loopt van een positieve pool naar een negatieve pool (van + naar -).
Lading en energie
Er is een spanningsbron nodig om een stroom te laten lopen.
De spanning over de aansluitpunten van een spanningsbron is gedefinieerd als de hoeveelheid
elektrische energie die wordt meegegeven aan een lading van 1 coulomb.
In formulevorm schrijf je:
∆𝐸
𝑈= 𝑄
■ 𝑈 is de spanning in V.
■ ∆𝐸 is de meegegeven elektrische energie in J.
■ 𝑄 is de lading in C.
Spanningsbronnen
Batterijen, accu’s, een dynamo en een zonnecel zijn voorbeelden van spanningsbronnen. Ze
hebben allemaal unieke manieren die voor elektrische energie kunnen zorgen.
Meten van spanning en stroomsterkte
Spanning meet je met een spanningsmeter, ook wel een voltmeter. Stroomsterkte meet je met een
stroommeter, ook wel ampèremeter genoemd. Met een multimeter kun je spanning en
stroomsterkte meten.
1
, Systematische Natuurkunde 4 VWO ||| Samenvatting Hoofdstuk 5: Elektrische systemen
5.2 Weerstand, geleidbaarheid en de wet van Ohm
Weerstand en geleidbaarheid
Als er een elektrische stroom is, moeten elektronen door positieve ionen. Maar dat gaat niet
zomaar: elektronen ondervinden een elektrische weerstand 𝑅 met als eenheid ohm (Ω).
Hoe goed een voorwerp geleid, geef je aan met de geleidbaarheid met symbool 𝐺. De eenheid is
siemens met symbool 𝑆. Voor de geleidbaarheid geldt:
1
𝐺= 𝑅
■ 𝐺 is de geleidbaarheid in S.
■ 𝑅 is de weerstand in Ω.
Materialen waardoor lading zich goed kan verplaatsen, heten geleiders.
Weerstand van het materiaal
De weerstand van het voorwerp hangt af van materiaal, lengte en dwarsdoorsnede. De invloed van
het materiaal wordt in deze vergelijking weergegeven door de soortelijke weerstand ρ. De
soortelijke weerstand van een materiaal is gedefinieerd als de weerstand van een geleider van dat
materiaal met een lengte van 1m en een dwarsdoorsnede van 1 m2:
𝑅·𝐴
ρ= 𝑙
■ ρ is de soortelijke weerstand in Ωm.
■ 𝑅 is de weerstand in Ω.
■ 𝑙 is de lengte in m.
■ 𝐴 is de dwarsdoorsnede in m2.
Wet van Ohm
De stroomsterkte door een voorwerp wordt bepaald door de geleidbaarheid van het voorwerp en
door de spanning die over het voorwerp staat. In plaats van de geleidbaarheid kan ook de
weerstand gebruikt worden. Deze verbanden staan bekend als de wet van Ohm:
𝑈 = 𝑅 · 𝐼 of 𝐼 = 𝐺 · 𝑈
■ 𝐼 is de stroomsterkte in A.
■ 𝐺 is de geleidbaarheid in S.
■ 𝑈 is de spanning in V.
■ 𝑅 is de weerstand in Ω.
Voorwerpen die een vaste waarde hebben voor de geleidbaarheid en daarmee ook de weerstand,
noem je ohmse weerstanden. In een grafiek is de lijn dan een recht evenredig verband.
5.3 Serie- en parallelschakelingen
Schakelingen analyseren
Bij het analyseren van een schakeling bereken je de spanning en stroomsterkte bij iedere
component. Om de spanning en stroomsterkte bij iedere component te berekenen, maak je gebruik
van de spanningswet en de stroomwet van Kirchhoff.
Stroomwet van Kirchhoff
De plaats waar twee componenten contact maken, noem je een knooppunt. De stroomwet van
Kirchhoff houdt in dat er per tijdseenheid evenveel lading naar het knooppunt toegaat als er vanaf
gaat.
In formulevorm:
∑ 𝐼𝑖 = 0
𝑖
Spanningswet van Kirchhoff
De spanningswet van Kirchhoff houdt in dat als je de kring rond gaat, je geen energie meer
overhoudt. Omdat spanning gelijk is aan energie per lading.
2
