Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3 Deel 1 Hoofdstuk 1

In de elektriciteitsleer kennen we de lading van elektriciteit en ook de elektrische stroom. 2 factoren die heel belangrijk zijn en voor mensen nog wel eens verwarrend kunnen zijn. In dit artikel leest u hoe het werkt en geef ik een aantal formule´s met uitleg en voorbeelden, zodat u weet hoe het precies werkt.


Opbouw van de stoffen

Waarschijnlijk weet je al dat ieder materiaal opgebouwd is uit moleculen. Een molecuul is het kleinste deeltje van een stof dat nog de eigenschappen van die stof heeft. Ieder molecuul is weer opgebouwd uit atomen. Zo´n atoom is opgebouwd uit een kern met elektronen die in banen om deze kern heen cirkelen.

De kern ten slotte is weer opgebouwd uit protonen en neutronen. Je hebt enkelvoudige stoffen (elementen) die bestaan uit allemaal dezelfde soort atomen. Voorbeelden hiervan zijn aluminium, koper, zink, waterstof en zuurstof.

Daarnaast zijn er heel veel verbindingen die bestaan uit verschillende soorten atomen. Voorbeelden daarvan zijn benzine, zwavelzuur, keukenzout en pvc.

Atoom model met aangegeven de elektronen en de kern die positief geladen is
Atoom model

Elektrische lading

De kern en elektronen bezitten elk een lading. De kern is positief geladen en de elektronen negatief. Die ladingen trekken elkaar aan. De kern is positief, omdat de protonen positief geladen zijn en de neutronen geen lading hebben. In een atoom zijn net zoveel negatief geladen elektronen als positief geladen protonen aanwezig.

Daarom is het atoom als geheel elektrisch neutraal. Onder bepaalde omstandigheden kan een atoom positief of negatief geladen zijn. Een positief of negatief geladen atoom noemen we een ion. Atomen met een teveel aan elektronen (meer elektronen dan protonen) noemen we negatieve ionen.

Atomen met te weinig elektronen (dus minder elektronen dan protonen) noemen we positieve ionen. In metalen bevinden zich altijd een aantal elektronen in de buitenste banen van het atoom. Die hebben een zwakker binding met de kern. We noemen ze vrije elektronen.

Voorstelling van lading van een atoom en als je die splitst dan krijg je elektronen en protonen en neutronen
Lading van een atoom

Ladingen geven we aan met de letter Q en drukken we uit in de eenheid coulomb (C)

Ladingen oefenen ook krachten op elkaar uit. Zo blijken gelijknamige ladingen elkaar af te stoten en ongelijknamige ladingen elkaar aan te trekken. Dus 2 positieve ladingen stoten elkaar af. 2 negatieve ladingen stoten elkaar ook af. Een negatieve trekt een positieve lading aan (en andersom).

Weetjes:
-Een elektron heeft maar een hele kleine lading;
-Voor een lading van 1 coulomb (C) zijn er 6,25x10tot de 18de macht elektronen nodig;
-Een elektron heeft een lading van 1/6x 10 tot de -18de macht C heeft;
-Bij koper in 1 CM3 ongeveer 10 tot de 22ste macht elektronen zitten;
-Elektronen met een snelheid van ongeveer 2000 km/s om de kern vliegen;
– Elektronen in de buitenste schil vrij- of valentie-elektronen worden genoemd;
-Dat er voor bliksem eerst ergens een enorme hoeveelheid lading moet zijn.

Potentiaal en potentiaalverschil van ladingen

Als in een punt (of aansluitklem) een lading aanwezig is dan heeft het energie gekost om die lading in dat punt te brengen. De energie die nodig was om die lading in dat punt te brengen noemen we de ”potentiële energie” van dat punt. Het ene punt kan een hoger of lagere potentiaal hebben dan het ander punt. Zie afbeelding hieronder met een voorbeeld som.

Het verschil in potentialen tussen twee punten noemen we het potentiaalverschil of spanning. Het potentiaalverschil geven we aan met de letter U. Potentiaal en spanning drukken we uit in volt (V)

Bij de potentiaal moeten we goed letten op de polariteit. Dat wil zeggen:heeft het een positieve of negatieve polariteit? Het apparaat dat continu een spanning kan leveren noemen we een spanningsbron. Zo zijn batterijen, netvoedingen, accu’s en generatoren spanningsbronnen.

Potentiaal verschil

Gegeven: In de afbeelding hierboven is het potentiaal op punt a = +12V. Het potentiaal op punt b = +4V.
Gevraagd: De potentiaalverschillen Uab en Uba.
Oplossing: Beide punten hebben dezelfde polariteit (beide +). Het potentiaalverschil Uab is dus gemakkelijk te berekenen –> Uab=Va-Vb= +12 -(+4)= +12-4= +8V

Elektrische stroom

Als we een spanningsbron aansluiten op een apparaat, dan krijgen we een gesloten elektrische stroomkring. Er kan nu een elektrische stroom gaan vloeien. Ook kunnen we de stroom onderbreken met een schakelaar. We kunnen ons een voorstelling maken van het vloeien van de stroom.

Dan vergroten we een gedeelte van de stroomkring zodanig dat we de atomen kunnen zien. Dit kan natuurlijk niet in het echt maar in de afbeelding hieronder wordt het schematisch weergegeven.

De elektronenstroom is te zien en die loopt van min naar plus toe  bij elektrische stroom
Elektronenstroom

Aan het uiteinde van de afbeelding hierboven zien we de pluspool (+) en de minpool (-) van de spanningsbron. De vrije elektronen kunnen in de geleider loskomen van het atoom.

Een elektron wordt door de + van de bron aangetrokken, waardoor het achterblijvende atoom een positief ion wordt. Dit ion trekt op zijn beurt weer een elektron van het volgende atoom aan.

Er ontstaat dan weer een nieuw ion, dat een volgend elektron aantrekt, enzovoort. Het + laatste positieve ion trekt een elektron uit de – (min) van de spanningsbron en zo is de kring rond. De elektronenstroom die zo ontstaat, gaat dus van – naar +.

Toen de geleerde twee eeuwen geleden elektriciteit ontdekten was de atoomtheorie nog niet bekend, toen de stroomrichting van de elektrische stroom bepaald werd.

In die tijd werd aangenomen dat de elektrische stroom van hoog naar laag, dus van + naar – liep, met als bij water. Dus ze hebben het volgende afgesproken nu:

De elektronen lopen van min (-) naar plus (+), maar de elektrische stroom loopt van + naar –

Als we over stroom spreken bedoelen we daarmee de elektrische stroom en niet de elektronenstroom! Stroom geven we aan met de letter I en drukken we uit in de eenheid ampère (A).

Een stroom van 1 ampère komt overeen met een ladingverplaatsing van 1 coulomb per seconde. De totale lading die zich verplaatst, hangt af van de grootte van de stroom en de tijde dat de stroom vloeit. In formule is dat:

Q=I x t
Met:
Q= lading in coulomb (C);
I= stroom in ampère (A);
t= tijd in seconde (s).

Voorbeeld formule:
Hoeveel lading verplaatst een stroom van 2 A in 10 minuten?
Oplossing is Q=I x t =2 x 600= 1200As= 1200 C
600 komt van 10 minuten x 60 seconde.

Mocht je de tijde uitdrukken in uur, wordt de eenheid Ah. Waarbij 1 Ah= 1A x 3600 s= 3600 As= 3600 C. Het begrip Ah komen we vooral tegen bij accu’s en batterijen.

De tijd dat een accu een bepaalde stroom kan leveren, is afhankelijk van de capaciteit (lading) van de accu en de grootte van de ontlaadstroom. Een accu met een lading van 100 Ah kan bijvoorbeeld gedurende 50 uur een ontlaadstroom van 2A leveren.

Als we echter een stroom van 25 A gebruiken, zal de accu dat veel korter volhouden dan de 4 uur die we verwachten. Bij het opladen van een accu vloeit er een laadstroom door de accu.

Daarbij moeten we de pluspool (+) van de lader verbinden met de pluspool van de accu en de minpool van de lader met de minpool van de accu.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3 Deel 1 Hoofdstuk 1

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.