School › Elektriciteit › 15–16 jaar
Stroomsterkte, spanning, weerstand en vermogen
Stroom als stroming van lading, de wet van Ohm, weerstand in serie en parallel, elektrisch vermogen en energie in kWh. Met een onderzoek naar de weerstand van een draad.
Lees
Stroomsterkte is de hoeveelheid lading die per tijdseenheid voorbijstroomt: I = ΔQ / Δt, gemeten in ampère (1 A = 1 C/s). Volgens afspraak loopt de stroom van + naar −, de richting waarin positieve lading zou bewegen; in metaaldraden zijn de ladingdragers elektronen, die de andere kant op driften. Een constante stroom vraagt een voortdurende energietoevoer, zoals een batterij.[1]
De wet van Ohm: de stroom door een geleider is evenredig met de spanning erover, U = I·R, met R de weerstand in ohm (1 Ω = 1 V/A). Materialen zoals koper en aluminium zijn ohms: hun weerstand hangt niet af van de stroom, althans bij constante temperatuur.[2]
Geleiders zoals metalen hebben vrije elektronen waardoor lading makkelijk kan bewegen; isolatoren zoals glas, rubber en plastic niet. Daarom zijn kabels geïsoleerd koperdraad.[5]
Voor weerstanden in serie geldt Rs = R₁ + R₂ + …, en loopt dezelfde stroom door elke weerstand. In parallel geldt 1/Rp = 1/R₁ + 1/R₂ + …: het totaal is kleiner dan de kleinste afzonderlijke weerstand, en elke tak krijgt de volledige bronspanning. Huishoudtoestellen zijn parallel geschakeld zodat elk afzonderlijk werkt.[3]
Vermogen is de hoeveelheid energie die per tijdseenheid wordt omgezet: P = I·U, wat met de wet van Ohm ook P = I²R en P = U²/R geeft. De verbruikte energie is E = P·t. Elektriciteitsfacturen gebruiken de kilowattuur: 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J.[4]
Probeer het: Hoe beïnvloedt de lengte van een draad zijn weerstand?
Je hebt nodig
- Ongeveer 1,2 m dun weerstandsdraad van constantaan of nichroom, langs een meterlat geplakt
- Een gelijkspanningsbron met lage spanning of een batterijpakket (max. 3 V) en een schakelaar
- Een ampèremeter en een voltmeter (of twee multimeters)
- Snoeren met krokodillenklemmen
- Extra: een vaste weerstand om de kring te beschermen
Veiligheid
Alleen lage spanning (max. 3 V). Het weerstandsdraad kan bij korte lengtes heet worden: schakel uit tussen de metingen en raak de draad niet aan terwijl er stroom loopt. Sluit de draad nooit rechtstreeks over de spanningsbron aan zonder de ampèremeter en de schakelaar.
Wat moet je doen
- Schakel de spanningsbron, de schakelaar, de ampèremeter en de draad in serie; sluit de voltmeter aan over het geteste stuk draad (tussen de twee krokodillenklemmen op de draad).
- Zet de klemmen 20 cm uit elkaar. Schakel in, lees snel U en I af en schakel uit.
- Herhaal voor 40, 60, 80 en 100 cm. Neem elke meting twee keer.
- Bereken R = U / I voor elke lengte.
- Zet R (y-as) uit tegen de lengte L (x-as) en teken de best passende rechte.
- Beschrijf het verband en verklaar het.
Wat gebeurt er, en waarom?
R neemt evenredig toe met L: de grafiek is een rechte door (of dicht bij) de oorsprong, omdat de driftende elektronen in een langere draad door meer materiaal moeten. Je leest snel af omdat een warme draad een iets grotere weerstand heeft. Een kleine afwijking bij L = 0 kan komen van de contactweerstand aan de klemmen.[2][1]
Speel: Kringrekenaar
Reken elk antwoord uit en kies dan het juiste vak. Gebruik U = I·R, P = I·U en de regels voor serie en parallel.
Je beste score wordt alleen op dit toestel bewaard. Er wordt niets verstuurd.
Quiz
Andere leeftijden: 6–7 jaar · 10–11 jaar