Elektriciteit/Hoofdstuk 1

Voorvoegsels

In de elektriciteit en de elektronica zal men zelden tot nooit gebruik maken van de wetenschappelijke methode om een getal weer te geven, daarentegen zal men gebruik maken van de SI eenheden. Hieronder bevindt zich een tabel met de verschillende voorvoegsels, echter in de praktijk zal men enkel geconfronteerd worden met de volgende: tera, giga, mega, kilo, milli, micro, nano, pico

10n	Prefix	Symbool	Naam	Decimaal equivalent		10n	Prefix	Symbool	Naam	Decimaal equivalent
1024	yotta	Y	quadriljoen	1 000 000 000 000 000 000 000 000		10-24	yocto	y	een quadriljoenste	0,000 000 000 000 000 000 000 001
1021	zetta	Z	triljard	1 000 000 000 000 000 000 000		10-21	zepto	z	een triljardste	0,000 000 000 000 000 000 001
1018	exa	E	triljoen	1 000 000 000 000 000 000		10-18	atto	a	een triljoenste	0,000 000 000 000 000 001
1015	peta	P	biljard	1 000 000 000 000 000		10-15	femto	f	een biljardste	0,000 000 000 000 001
1012	tera	T	biljoen	1 000 000 000 000		10-12	pico	p	een biljoenste	0,000 000 000 001
109	giga	G	miljard	1 000 000 000		10-9	nano	n	een miljardste	0,000 000 001
106	mega	M	miljoen	1 000 000		10-6	micro	µ	een miljoenste	0,000 001
103	kilo	k	duizend	1 000		10-3	milli	m	een duizendste	0,001
102	hecto, hekto	h	honderd	100		10-2	centi	c	een honderdste	0,01
101	deca, deka	da	tien	10		10-1	deci	d	een tiende	0,1

0,005 A wordt dan 5 mA

0,15 J wordt dan 150 mJ

1500 V wordt dan 1,5 kV

Elektrische lading

In de oudheid ontdekte men dat barnsteen (in het Grieks elektron) een merkwaardige eigenschap had. Als je met een dierenvel over een stuk barnsteen wreef, bleek het barnsteen haren, kleine vogelveertjes en andere lichte voorwerpen aan te trekken. We zeggen nu: het is geladen.

Gebleken is dat er twee soorten lading zijn, die we positief en negatief noemen. Het barnsteen werd door het wrijven negatief geladen, het vel waarmee gewreven werd, bleef positief geladen achter. Positief geladen voorwerpen stoten elkaar af, evenals negatief geladen voorwerpen. Een positief en een negatief geladen voorwerp trekken elkaar aan.

Wat is die lading eigenlijk? De ladingdragers, zoals we ze noemen, zijn voornamelijk kleine elementaire deeltjes die elektronen heten. Ze dragen een negatieve lading. Elektronen maken deel uit van elk atoom. Een atoom zelf is niet geladen, omdat tegenover de negatieve lading van de elektronen, een evengrote positieve lading in de kern van het atoom aanwezig is. Voor elk elektron is er in de kern een deeltje dat proton heet en dat een positieve lading heeft, precies tegengesteld aan de lading van een elektron. Alle elektronen hebben precies dezelfde lading, evenals alle protonen. Elektronen kunnen een atoom verlaten, waarna het atoom als positief geladen ion achterblijft. Ook kan een atoom extra elektronen opnemen, waarmee het een negatief geladen ion wordt.

Een voorwerp dat negatief geladen is, heeft een overschot aan elektronen; meer elektronen dan protonen. Een positief geladen voorwerp heeft een tekort aan elektronen. Bij het wrijven met een dierenvel over barnsteen gaan elektronen (negatieve lading) van het vel over op het barnsteen.

Er zijn veel andere stoffen die, net als barnsteen, door wrijving geladen kunnen worden. Welbekend is de kam die bij droog weer door droog haar wordt gehaald en daarna geladen is. Wrijf een ballon langs je trui en hij blijft door z'n lading tegen het plafond "kleven". Als je een trui van kunststofvezels bij droog weer uittrekt, is de lading vaak zo sterk dat er vonken overspringen naar je hand.

2. Elektrische stroom

We zagen hiervoor dat een trui zo sterk geladen kan zijn, dat er vonken overspringen naar je hand. Er is lading die beweegt, die zich verplaatst, die stroomt. Bewegende lading noemen we elekrische stroom.

Bij zo'n overspringende vonk is er maar een kort ogenblik een elektrische stroom. Maar er zijn stroombronnen die voor een langdurige (elektrische) stroom kunnen zorgen, zoals een batterij of een accu. Daarvan is één aansluiting, we zeggen pool, positief geladen en de andere pool negatief. Als we het mogelijk maken dat elektronen van de negatieve pool naar de positieve pool kunnen bewegen, loopt er een stroom, die langdurig kan aanhouden, omdat de batterij of accu de verdwenen elektronen weer aanvult.

Hoe kunnen we het mogelijk maken dat elektronen van de negatieve pool naar de positieve bewegen? Dat kan bijvoorbeeld door een gloeilampje tussen de polen aan te sluiten. Zo'n lampje geleidt de elektronen van de ene naar de andere pool, of kortweg: geleidt de elektronen; het is een geleider. Eigenlijk is het het gloeidraadje van het lampje (en de aansluitingen) dat de elektronen geleidt.

3. Weerstand

Omdat de elektronen moeilijk door het dunne gloeidraadje kunnen stromen, wordt het draadje heet, gloeiendheet. Door de toevoerdraden kunnen de elektronen heel gemakkelijk stromen, die worden niet warm. Het gloeidraadje biedt de elektronen veel weerstand, de toevoerdraden niet. De eigenschap van geleiders om meer of minder weerstand aan elektrische stroom te bieden heet dan ook (elektrische) weerstand.

Elektronische onderdelen die hun weerstand als kenmerkende eigenschap hebben, worden daarom ook gewoon weerstanden genoemd. Elektronen kunnen niet zo gemakkelijk door een weerstand. Weerstanden worden veel toegepast in elektronische schakelingen. Ze verlagen de stroom en zetten stroomsterkteveranderingen om in evenredige spanningsveranderingen.

Er zijn verschillende soorten weerstanden, zoals koolweerstanden, draadweerstanden en metaalfilmweerstanden.

Een koolweerstand bestaat uit een keramisch buisje waar een laag koolstof op zit. Bij een metaalfilmweerstand is dit een laagje opgedampt metaal. Deze lagen hebben veel meer weerstand dan een stuk koperdraad. Door de lengte en de dikte van de laag te veranderen, worden weerstanden van verschillende weerstandswaarde verkregen.

De Duitse natuuronderzoeker Georg Simon Ohm (1789-1854), heeft veel gemeten aan allerlei weerstanden. Hij formuleerde ook de Wet van Ohm. Dit is een belangrijke formule in de elektronica. De waarde van de weerstand geven we aan in ohm, we gebruiken hiervoor de Griekse letter Ω (omega).

Om de waarde (soms wel 10 miljoen ohm) op kleine onderdelen te drukken wordt erg moeilijk daarom gebruiken we gekleurde ringen. De ringen geven de waarde aan. Met de kleurcodetabel kunnen we de weerstandwaarde ontcijferen.

Weerstand met een tolerantie van 5%(goud)

Hiervoor moeten we de weerstand zo houden dat links de meeste ringen zitten. De eerste ring bevindt zich meestal het dichtst bij de zijkant van de weerstand. Afhankelijk van de afwijking die de weerstand kan hebben in zijn waarde, heeft een weerstand 4 of 5 ringen. De afwijking of tolerantie, geven we aan in procenten. Bij 10% en 5% afwijking hebben we 4 ringen, bij lagere toleranties 5 ringen. De laatste ring, die verder van de anderen is aangebracht, geeft de tolerantie aan.

Voorbeeld van tolerantie: we hebben een weerstand van 100Ω en 5%. Dit betekent dat de weerstand 5 procent van 100 ohm mag afwijken. 5% x 100Ω = 5Ω De weerstandswaarde moet tussen de 95Ω (100Ω - 5Ω) en de 105Ω (100Ω + 5Ω;) liggen.

Om economische redenen worden weerstanden uit grotere productieseries uitgezocht op hun waarde, en ingedeeld in reeksen. De E12-reeks is bijvoorbeeld: 10-12-15-18-22-27-33-39-47-56-68-82-enz. Deze reeks levert weerstanden met een tolerantie van 10%.

Ezelsbruggetje voor kleurcode van weerstanden: De beginletters van de woorden zijn gelijk aan de beginletters van de kleuren.

Zij Brengt Rozen Op Gerrit’s Graf Bij Vies Grijs Weer. Zwart-Bruin-Rood-Oranje-Geel-Groen-Blauw-Violet-Grijs-Wit.

De fysieke grootte van de weerstand bepaalt het vermogen en geeft aan hoe goed hij tegen warmte kan. De meeste weerstanden die wij gebruiken zijn 0,25 watt. Weerstanden zijn de goedkoopste elektronische onderdelen. Ze kosten ongeveer 2 eurocent per stuk.

Vaak wordt het symbool Ω weggelaten bij de aanduiding van de weerstandswaarde, zodat:

• 10k = 10 kΩ = 10000 Ω
• 4,7 k = 4700 Ω
• 6k8 = 6800 Ω
• 1E5 = 1,5 Ω
• 1 M = 1 megohm = 1 mega-ohm = 1000000 Ω

Kleurcodetabel voor weerstanden

kleur	1e ring	2e ring	3e ring	aantal nullen	tolerantie
zwart	-	0	0	-	-
bruin	1	1	1	0	1%
rood	2	2	2	00	2%
oranje	3	3	3	000	-
geel	4	4	4	0000	-
groen	5	5	5	00000	0,5%
blauw	6	6	6	000000	0,25%
violet	7	7	7	-	0,1%
grijs	8	8	8	-	0,05%
wit	9	9	9	-	20% (geen kleur)
goud	-	-	-	:10	5%
zilver	-	-	-	:100	10%

3. Ampère, volt en ohm

De algemene eenheid waarin de sterkte van stroom wordt uitgedrukt is de Ampère. Deze eenheid is vernoemd naar de uitvinder ervan, André-Marie Ampère. Het potentiaalverschil - dat wil zeggen het verschil in de hoeveelheid potentiële energie per eenheid lading - tussen twee punten staat beter bekend als de elektrische spanning of kortweg spanning. De elektrische spanning wordt uitgedrukt in Volt (genoemd naar de Italiaan Alessandro Volta) en kan aan de hand van de Wet van Ohm worden berekend; om de spanning te berekenen wordt de stroomsterkte (I) vermenigvuldigd met de weerstand (Ω) van het materiaal waar de stroom doorheen loopt. Hieruit volgt o.a. dat de stroomsterkte omgekeerd evenredig is aan de weerstand.