Samenvatting Systematische Natuurkunde VWO Hoofdstuk 5 Elektrische systemen

Hoofdstuk 5 Elektrische systemen
Paragraaf 5.1 Elektrische stroom en spanning
Energie is nodig voor licht, warmte en beweging. Om te zorgen dat een apparaat elektrische energie
toegevoerd krijgt, neem je het apparaat op in een gesloten stroomkring. Een stroomkring bevat altijd
een spanningsbron, een of meerdere geleiders en het energie verbruikende apparaat.

Atoommodel van Rutherford
Een atoom bestaat uit een atoomkern met daaromheen een
elektronenwolk. Elektronen hebben een negatieve lading. De atoomkern
heeft een positieve lading. Deze twee ladingen heffen elkaar op, doordat
ze even groot zijn. Het grootheid voor lading is de elementaire lading (Q)
en de eenheid is coulomb (C).

Een atoom met meer of minder elektronen dan protonen noem je een ion.
Een O2- ion heeft 2 elektronen meer dan protonen. De lading van het ion is dus -2e. Met het
elementair ladingsquantum (e) kun je de elementaire lading berekenen:
-2 ∙ e = -2 ∙ 1,602∙10-19 = -3,204∙10-19

Metaalrooster
Metalen bevatten in vloeibare en vaste toestand ionen en vrij
bewegende elektronen. Hierdoor is het metaal stroom geleidend.
Metalen hebben hoge kook- en smeltpunten.

Onder invloed van de spanningsbron in de stroomkring worden er
meer elektronen van de ene naar de andere kant verplaatst dan
andersom. Er wordt dan lading verplaatst, en dit noemen we elektrische stroom. De stroomsterkte
(I) wordt gemeten in Ampère (A) geeft aan hoeveel lading per tijdseenheid passeert. De stroom loopt
in een stroomkring altijd van de positieve naar de negatieve pool.

I = Q / Δt
I stroomsterkte in A
Q verplaatste lading in C
Δt tijd waarin de lading verplaatst is in s

Een spanningsbron ‘duwt’ de elektronen door de stroomkring en geeft hierbij elektrische energie aan
de elektronen. Bij de verplaatsing van de elektronen wordt dus ook energie verplaatst. De spanning
(U) over de aansluitpunten van een spanningsbron is de hoeveelheid meegegeven elektrische
energie (E) aan een lading van 1 coulomb.

U = ΔE / Q
U spanning in V
ΔE meegegeven elektrische energie in J
Q lading in coulomb

Spanningsbronnen
Batterijen en accu’s – chemische reacties
Zonnecel – straling van de zon
Dynamo – beweging

, Paragraaf 5.2 Weerstand en geleiding
Geleiders: materialen waardoor lading zich goed kan verplaatsen
De weerstand (R) gemeten in Ohm (Ω) is afhankelijk van het materiaal, de lengte en de
dwarsdoorsnede van de geleider. Elk materiaal heeft een eigen soortelijke weerstand, zie BINAS
tabellen 8 t/m 12.
R=ρ∙l/A
R weerstand in Ω
ρ soortelijke weerstand in Ω m
l lengte in m
A dwarsdoorsnede in m2

Hoe goed een materiaal geleid, geef je aan met de geleidbaarheid (G) gemeten in siemens (S).
G=1/R
G geleidbaarheid in S
R weerstand in Ω

Isolatoren: materialen waardoor lading zich nauwelijks
kan verplaatsen. De weerstand van een isolator is hoog en
de geleidbaarheid is klein.
I=U/R
I stroomsterkte in A
U spanning in V
R weerstand in Ω

I=G∙U
I stroomsterkte in A
U spanning in V
G geleidbaarheid in S

De wet van Ohm zegt dat het verband tussen de stroomsterkte en spanning recht evenredig is.
Voorwerpen die aan deze wet voldoen, heten Ohmse weerstanden.

Paragraaf 5.3 Serie- en parallelschakelingen
Een schakeling kun je weergeven met een schema. Hierin teken je elektrotechnische symbolen. In
BINAS tabel 17B staan er enkele.
Serieschakeling Parallelschakeling
Stroomsterkte Itot = I1 = I2 = … Itot = I1 + I2 + …
Spanning Utot = U1 + U2 + … Utot = U1 = U2 = …
Weerstand Rtot = R1 + R2 + … 1 / Rtot = 1 / R1 + 1 / R2 + …
Geleidbaarheid 1 / Gtot = 1 / G1 + 1 / G2 + … Gtot = G1 + G2 + …