Basis elektriciteit: gelijkstroom
Inleiding in de elektriciteit
Elektrische apparaten
à pas als het voldoet aan volgend
schema:
à bestaat uit 3 delen:
1) Opnemer = ontvang hetgeen we willen verwerken à een toets ve toetsenbord bij
een computer. Indrukken vd toets gaat gepaard met een elektrisch spanning naar het
signaal verwerkend gedeelte vd computer = elektrisch signaal.
2) Signaal verwerkend gedeelte = verwerkt het elektrisch signaal vd opnemer. Verwerkte
signaal wordt doorgegeven naar weergever.
3) Weergever = zet elektrisch signaal om in een signaal dat door onze zintuigen kan
worden waargenomen. Bij een computer is dit het scherm bijvoorbeeld.
Opnemer en weergever werken omgekeerd à opnemer zet natuurkundige grootheid om
naar een elektrisch signaal, terwijl een weergever een elektrisch signaal omzet naar een
natuurkundige grootheid die de mens kan weernemen.
Voorbeeld: meten vd temperatuur:
Opnemer: weerstand die gevoelig is aan warmte = thermistor. Waarde vd weerstand i i i i i i i i
iii iiiiiiiiiiii i verandert als de temperatuur verandert.
Signaal verwerkend gedeelte: reageert op de veranderingen. Het is volgens een iiiiiii iiiiii iiiii
iiii iiii iii iii iii iiii iiiii iiiiiii iiiiii iii brugschakeling verbonden met de weergever.
Weergever: ontvangt elektrisch signaal in en LCD scherm. En dit kan je dan zien als de temp.
Eigenschappen en opwekking van elektrische energie
Voordelen:
- Het verplaatst zich snel à zelfde snelheid als het licht. (300 000 km/s)
- Het kan men makkelijk, met eenvoudige middelen en kleine verliezen, over grote
afstanden transporteren.
- Het is zeer makkelijk en met eenvoudige apparatuur om te vormen tot andere
energievormen à prakPsch onbegrensd werkgebied.
- Het veroorzaakt geen luchtvervuiling bij gebruik
- Het geeQ ons een zeer groot comfort.
- Het verzekert in talrijke gevallen onze veiligheid à op de weg, op het spoor, in de
lucht, op zee
Nadelen:
- Het kan niet in grote hoeveelheden opgestapeld worden à eens geproduceerd moet
het direct gebruikt worden. Accumulatoren = uitzondering à opstapelaars van kleine
hoeveelheden energie.
- Het is bij aanraking gevaarlijk à er moeten bepaalde veiligheidsvoorschriQen gevolgd
worden.
-1-
,Opwekking van elektrische energie
Kleine hoeveelheden worden in galvanische elementen opgewekt = baUerijen. Ze hebben
geen bewegende elementen à staPsche bronnen.
Elektrische energie in werkplaatsen en woningen = opgewekt met elektrische centrales of
lokale opwekkers à generator, dynamo à mechanische bronnen. De onderdelen moeten
bewegen voordat er energie gemaakt wordt è thermische centrales, kerncentrales,
windmolens, hydro-elektrische centrales à hebben allemaal soort van dynamo die
elektriciteit opwekt.
Bron = elektrische centrale of
lokale opwekker à zet primaire
energie om in elektrische
energie
Transfo, omvorming en transport
= gepaste energie overdracht.
Verbruiker = datgene dat de elektrische energie opneemt.
Van centrale tot verbruiker
Energie vd centrale wordt via
hoogspanningskabels en
ondergrondse kabelleidingen naar
de verbruikers getransporteerd.
Voordat de energie bij de verbruiker
toekomt, wordt deze eerst nog
omgevormd naar een lagere spanning
Uitwerking van elektrische energie
Elektrische energie kan zo niet waargenomen worden à omzeUen naar andere
energievormen:
- Thermische verschijnselen
o Arbeid verricht door elektrische stroom wordt omgezet in warmte à Joule-
effect.
o Toepassingen: elektrische verwarming, strijkijzer, broodrooster, smeltstop
- Chemische verschijnselen
o Alleen het geval bij vloeibare geleiders = elektrolyten. Als er potenPaalverschil
wordt toegepast tussen twee metalen elektroden die in een elektrolyt
geplaatst zijn, zullen er stoffen uit het elektrolyt vrijgemaakt worden en aan
de elektroden verschijnen. Ook kan het omgekeerde gebeuren.
o Elektrochemie, elektronmetallurgie, opladen van elektrische accumulatoren.
- Lichtverschijnselen
o Als snel bewegende e- tegen atomen van gasvormige stoffen botsen, kunnen
elektronen hiervan in aangeslagen toestand komen. Bij terugkeer naar
normale energietoestand zenden deze stralingsenergie uit è wordt
waargenomen als licht.
o GasontladingsverlichPngsbuizen, TL-lampen, led, gloeilampen
-2-
, - MagnePsche verschijnselen
o Geïsoleerde koperen draad rond stuk ijzer draaien en deze aansluiten op een
elektrische bron à ijzer trekt ander ijzer aan à wordt magnePsch.
o Elektrische bel, relais en contactoren, spoel, elektromagneet.
- Mechanische verschijnselen
o Als een stroomvoerende geleider zich in een magnePsch veld bevindt zal deze
een kracht ondervinden.
o Kwartskristal kan veranderingen in afmePng ondergaan door uitwendig
potenPaalverschil.
o Elektromotor, piëzo-kristallen als sensoren in meeUechniek, kristalluidsprekers
- Fysiologische verschijnselen
o Elektrische schokken om het hart terug te reseUen. 0,1A kan al
levensgevaarlijk zijn als je een normale gezondheid hebt en een schok krijgt in
de hartstreek. Als je 60V krijgt, is dat een dodelijke elektrocuPe.
o AED-machine.
Opbouw vd stof
Elektrische eigenschappen vh atoom
Elk atoom bevat een kern, die 1 of meerdere elektronen heeQ rond die kern.
Kern = neutronen en protonen. Protonen hebben een elektrische lading van +1,602*10-19C
Elektronen = negaPef geladen met -1,602*10-19C. In normale toestand zijn ze dus neutraal.
Energie vh elektron
Er werken twee krachten op:
1) PotenPële energie = posiPeve atoomkern trekt de negaPeve e- aan.
2) KinePsche energie = de grote snelheid waarmee ze rond kern draaien.
In metaalatomen zijn de buitenste elektronen zeer zwak aan de kern gebonden à gaan
makkelijk over naar andere atomen è het zijn vrije elektronen.
Vrije elektronen
Als e- overspringen vh ene atoom naar het andere, zijn ze even losgemaakt van ieder
atoomverband à vrije elektronen. Ze bewegen zich vrij in de materie vh ene naar het
andere atoom à er worden verschillende soorten materialen bekomen:
- Geleiders
o Hebben veel vrije elektronen per eenheid van volume
o Zilver, goud, koper en aluminium
- Isolatoren
o Of slechte geleiders = geen of weinig vrije elektronen
o Mica, perPnax, rubber, glas, porselein
- Halfgeleiders
o Een isolator doperen met klein aantal vreemde atomen à elektrische
geleidbaarheid verbeterd.
- Supergeleiders
o Elektrische weerstand wordt vrijwel 0 à zeer koude temp.
-3-
, Nega8ef en posi8ef geladen lichamen
NegaPef geladen = te veel elektronen
PosiPef geladen = te weinig elektronen
In de natuur wil men steeds terug naar de gewone toestand. Er is een drang naar de neutrale
toestand.
NegaPef geladen lichamen beziUen een drang om elektronen af te staan.
PosiPef geladen lichamen beziUen een drang elektronen op te nemen.
Lichamen lading geven:
- Wrijving tussen slecht geleidende voorwerpen
- Mechanische druk: piëzo-elektrisch effect
- Warmte
- InfluenPe: geladen deel bij niet geladen deel à niet geladen wordt geladen.
Verplaatsing van elektronen
De elektronen in beweging à elektrodynamica
2 verschillend geladen lichamen (+ en -) met elkaar verbinden à verplaatsing van elektronen
door ladingsverschil. Elektronen gaan van het lichaam met te veel elektronen (-) naar die met
te veel elektronen (+) è elektrische stroom = verplaatsing van elektrische ladingsdragers
door draden en toestellen. Het is zoals een buis met knikkers, er komt een elektron aan de
ene kant bij, dan gaat er aan de andere kant een ander elektron uitvallen.
Om blijvende elektronenverplaatsing te hebben moet er een ladingsonevenwicht zijn à
spanning. Dit gebeurt in bronnen. Elke bron is te beschouwen als een elektronenpomp è
elke pool is voorzien van een aansluitklem. Deze zijn lichamen met een ongelijke lading. Door
de inwendige chemische werking worden de e- die op de + kern toekomen onmiddellijk door
het inwendige naar de - pool gestuurd. Zo blijQ er op de + klem alPjd een te kort en op de -
een teveel aan elektronen bestaan.
Elektrische spanning = ladingsverschil of potenPaalverschil tussen twee lichamen.
Voorstelling van spanningsbronnen
BaUerij, accu Voedingsapparaat Roterende bron, generator Rood = posiPeve
klem
Zwart = negaPeve
klem
Elektrische spanning (U)
Spanning en eenheid van spanning
Spanning = potenPaalverschil = kracht die elektronen laat verplaatsen.
à posiPef als elektronen worden aangetrokken
à negaPef als elektronen worden afgestoten.
Eenheid = volt (V); symbool = U
Spanning wordt aangeduid met pijl van - naar + = laag naar hoog potenPaalverschil.
-4-
