Dia's bij hoofdstuk I.3

1. I 3 Elektriciteit

2. 3.1 Elektriciteit: geen natuurlijk fenomeen?
 Lading in beweging

3. 3.1 Elektriciteit: geen natuurlijk fenomeen?
 Elektriciteit = menselijke uitvinding
zuil van Volta
Φrsted & Ampère:
elektromagnetisme

4. 3.1 Elektriciteit: geen natuurlijk fenomeen?
 Elektriciteit = menselijke uitvinding
George S Ohm

5. 3.1 Elektriciteit: geen natuurlijk fenomeen?
 Voordelen van elektriciteit als energiebron

6. 3.2 Batterijen
• Wat is een batterij?
 Een elektrische energiebron.
 Elektrische STROOM = geladen deeltjes die
zich verplaatsen doorheen een geleidende
draad.
• Welke geladen deeltjes kunnen bewegen?
 Elektronen, die van de –pool naar de +pool
gaan.
 Elektronen zijn enkel mobiel bij chemische
reacties.

7. 3.2 Batterijen
• 2 delen: de –kant levert e- en de +kant slorpt e-op.
Hoe kan je dat chemisch verklaren?
e- bestaan haast nooit apart, maar zijn
betrokken in chemische reacties. Er moeten
dus 2 reacties met e- -uitwisseling gebeuren.
• Kennen jullie al een reactie waarbij elektronen
worden uitgewisseld??
 REDOX.
• Waarvoor staat redox?
 REDuctie – OXidatie.

8. 3.2 Batterijen
REDOX zoals je vorig jaar hebt gezien:
 eurocent in AgNO3
= kopermetaal in AgNO3
 Cu lost op (onzichtbaar): oxidatie, want
Cu(0) Cu2+ + 2e- (OG: 0  +II).
 Ag2+ slaat neer (zichtbaar): reductie want
Ag2+ + 2e-  Ag(0) (OG: +II  0).

9. 3.2 Batterijen
• Wat is het grote verschil met de redox-koppels
uit chemie (4e jaar)?
 Meestal gebeuren beide reacties in hetzelfde
reactiemengsel, waardoor je enkel de reagentia
ziet reageren tot nieuwe reactieproducten.
 Nu worden beide reacties uit elkaar getrokken,
zodat je de e- kan dwingen zich te verplaatsen
doorheen een geleidende draad: elektrische
STROOM.

10. 3.2 Batterijen
Elektrische stroomsterkte
= hoeveelheid lading die zich verplaatst per seconde.
(aantal e- dat zich verplaatst per seconde x Qe-)
= I (intensiteit)
wordt uitgedrukt in ampère (A) – ampèremeter
1 mA: lichte schok;
> 30 mA: verkramping van spieren;
>100 mA: hartritmestoornissen (fibrillatie);
> 1 A: doorbranden van zachte weefsels.

11. 3.2 Batterijen
Elektrische stroomsterkte
2 beveiligingen:
1. de aarding, om eventueel verliesstromen af te
voeren naar de aarde;
2. de differentieelschakelaar, om het hoofd-circuit
te onderbreken bij een verschil tussen
inkomende en uitgaande stroom.

12. 3.2 Batterijen
• Wanneer ondergaat een metaal een reductie?
Of een oxidatie?
• Of beter: wat bepaalt welke kant van de batterij
de +pool is en welke kant de –pool?
• En verder: wat is de drijvende kracht van een
batterij?

13. 3.2 Batterijen
Elektrische spanning
= potentiaalverschil van het REDOX-koppel.
(= hoeveelheid el. energie per lading)
= U
wordt uitgedrukt in volt (V, J/C) – voltmeter

14. 3.2 Batterijen
Elektrische spanning
 zuil van Volta (1800) en
Daniell-cel (1836)
gebruiken het redoxkoppel
Cu – Zn (U = 1,10 V)
elektroden in elektrolyten

15. 3.2 Batterijen
+ elektrode
of kathode
- elektrode
of anode
geleidende
draad
zoutbrug

16. 3.2 Batterijen
Elektrische spanning
Fruitklok: Daniell-cel met fruit als
elektrolyten- en zoutbrugbron

17. 3.2 Batterijen
Elektrische spanning

18. 3.2 Batterijen
Elektrische spanning
Eventueel staan er in 1 batterij verschillende
cellen achter elkaar
(in SERIE - dan tel je de verschillen op).
 Hoogspanning: 100000 V, netspanning: 220-
230 V (beiden wisselspanning).
 Spanning veranderen doen we via
transformatoren of “adapters”.

19. 3.2 Batterijen
Kenmerken van een batterij
Zuur (~ accuzuur) of alkalisch (~ alkaline)
Oplaadbaar of niet oplaadbaar
Ladingscapaciteit = hoeveelheid lading (Ah)
(hoe minder, hoe kleiner: C > AA > AAA)
Vermogensdichtheid (Li- ion  hoge stroom)

20. 3.3 Elektrische toestellen
• Elektronen (e-) vloeien van + naar –pool via een
geleidende, metalen draad.
Waarom zijn metalen geleidend?
 Metaalbinding = vrije e-, die kunnen bewegen.
• De spanning dwingt de e- tot bewegen.
Waarom gaan ze zich niet allemaal onmiddellijk
verplaatsen?
 Metaalbinding = ionenrooster van
(+)metaalkernen met e--mantel: dit veroorzaakt
hinder of weerstand.

21. 4.2 Weerstand
Elektrische weerstand
= hinder die een e--stroom ondervindt door de
bouw van het geleidende metaal
= R (re/ésistance)
wordt uitgedrukt in ohm (Ω)
Bij de meeste huishoudtoestellen is R < 100 Ω.
Rmenselijk lichaam tussen 200000 Ω (zuiver en
droog) en 200 Ω (vochtig of bezweet).
Elektrische huisinstallatie :100 m koperen
kabel, Rtotaal = ca. 1 Ω.

22. 4.2 Weerstand
In elke gegeven situatie is er een vast verband
tussen U, I en R: de wet van Ohm,
U = R.I
huishoudtoestellen (R < 100 Ω)  I > 2 A
Rmenselijk lichaam : zuiver en droog  I = ca. 1 mA
vochtig of bezweet  I = ca 1 A

23. 4.2 Weerstand
• Algemeen ontstaansprincipe van straling door
elektronen:
- Stroom = (vrije) e- met Ekin door beweging.
- Atoom-gebonden e- : ook energie (schillen).
- Botsing = energieoverdracht
 gebonden e- ondergaat excitatie.
 terugval : foton (bepaalde frequentie)
• Foton = warmte – rood – oranje – geel – groen
– blauw – indigo – violet – UV
(ook bij verhit metaal).

24. 4.2 Weerstand
WARMTE-elementen
Joule-effect
De warmte is
- het doel op zich (waterkoker, wasmachine, …)
- of eerder een bijproduct
(gloeilamp  5% licht en 95% warmte).

25. 4.2 Weerstand
LAMPEN
Gloeilamp
• W-draad
• 3000 K
• Rendement: 5% licht.
Om deze reden is de
gloeilamp van de
Europese markt gehaald.

26. 4.2 Weerstand
LAMPEN
Fluorescentie- (t(ube)l(uminescent)) /spaarlamp
• edelgas en Hg
• e- afgeschoten
botsing
excitatie: UV
fluorescentie-poeder P
kleur
 Rendement: 20-30%.

27. 4.2 Weerstand
LAMPEN
Merk op:
zowel bij de gloeilamp als de spaarlamp
moeten de elektronen van de stroom andere
elektronen exciteren. Dit verlaagt het
rendement zeer gevoelig!

28. 4.2 Weerstand
LAMPEN
L(ight)E(mitting)D(iode)
• diode van 2 halfgeleiders
met ertussen een vast △E
 1 soort foton
= 1 soort licht
• Rendement:
50% monochroom,
5% wit licht.

29. 4.2 Weerstand
FOTOVOLTAÏSCHE CELLEN
Foto-elektrisch effect = stroom door licht

30. 4.2 Weerstand
SENSOREN
• R ~ omgevingsparameter.
- NTC / PTC: afhankelijk van de
temperatuur  digitale thermometers;
- LDR: afhankelijk van de lichtinval
 lichtmeters, lichtsensoren.

31. 4.2 Weerstand
ELEKTROMOTOREN
Eelek
 Erotatie
(zie I-5 Magnetisme)

32. 3.4 Elektrische energie
• U = hoeveelheid energie per lading.
• I = aantal elektronen per seconde
• △t = tijd, aantal seconden
Elektrische energie

= de energie van elk bewegend e- (spanning U)
x aantal e- per seconde (I) x tijdsduur (△t)
= U.I.△t
wordt uitgedrukt in joule (J)

33. 3.4 Elektrische energie
• Weerstand overwinnen =energie verliezen.
• Wrijving veroorzaakt warmte:
het joule-effect.
(In de +pool zijn de e- hun elektrische
energie kwijt en worden ze vastgezet in de
oxidatie. Ze hebben niet meer de energie om
te ontsnappen.
• Andere energievormen: licht, beweging, …
(zie later)
 △t varieert elke keer  vermogen,
de elektrische energie per seconde.

34. 3.4 Elektrische energie
Elektrisch vermogen
= de energie van elk bewegend e- (spanning U)
x aantal e- per seconde (I)
= U.I (= R.I² = U²/R)
= P (power)
wordt uitgedrukt in Watt (W, J/s)
Toestel: nominale spanning en het nominaal
vermogen.  optimale functie + bijhorend
vermogen  R = U²/P.

35. 3.4 Elektrische energie
vermogen weerstand
elektrische wekker ca. 2 W ca. 25 kΩ
hi-fi keten 30 - 80 W ca. 1 kΩ
kleurentelevisie 80 - 150 W ca. 0,5 kΩ
koelkast 150 - 300 W ca. 0,25 kΩ
mixer 250 - 400 W ca. 150 Ω
stofzuiger 250 - 1 200 W ca. 100 Ω
klopboormachine 400 - 1 000 W ca. 80 Ω
broodrooster 500 - 1 000 W ca. 75 Ω
microgolven 600 - 1 500 W ca. 50 Ω
elektrische radiator 500 - 2 000 W ca. 50 Ω
frituurketel 1 500 - 2 000 W ca. 30 Ω
wasmachine 3 000 - 4 500 W ca. 15 Ω
elektrisch fornuis ca.10 000 W ca. 15 Ω (op 380 V!)

36. 3.4 Elektrische energie
• U = R.I geldt bij 1 weerstand. Wat als er
meerdere weerstanden (toestellen) tegelijk
werken?
 schakelingen (reeds gezien in TO of WW…)
 huisinstallatie = parallel
(allemaal onafhankelijk)

37. 3.4 Elektrische energie
• Voordeel:
elke toestel kan werken op dezelfde
nominale spanning.
• Nadeel:
hoe meer toestellen, hoe groter I

38. 3.4 Elektrische energie
• Rkabels < 1 Ω  zeer weinig energieverlies.
• I ~ warmteproductie  doorsmelten isolatie
 brand.
• Beveiliging noodzakelijk!  de zekering, een
effectieve stroombegrenzer.
- (vroeger) smeltzekeringen – Joule-effect.
- (nu) automatische zekeringen
(elektromagnetisch - zie I.4).

39. • Serie enkel bij spanningsdelers
10 x 500Ω
100V
3.4 Elektrische energie
(volumeknop, dimmer)
500Ω

40. 3.4 Elektrische energie
stand RI PPtot tot nuttig
10 500 Ω 200 mA 20,0 W 20,0 W
9 1000 Ω 100 mA 10,0 W 5,0
W
7 Ω mA W W
3 Ω mA W W
1 Ω mA W W
2000 50 5,0 1,25
4000 25 2,5 0,31
5000 20 2,0 0,20