Wikijunior:Elektriciteitsproefjes/Lampje

Wikijuniors Elektriciteits Proefjes

Elektronen verdwijnen niet

Elektronen die stromen kan je zien als water dat stroomt. Het loopt vanuit een bron van hoog naar laag. Door grote rivieren loopt veel water, door kleine minder maar als een rivier zich splitst in twee rivierarmen komt er op die plek geen water bij, het verdeelt zich over de twee armen. Als de armen niet even breed of lang zijn gaat er meer naar links of naar rechts. In de komende proefjes gaan we een schakeling maken bestaande uit batterij(de bron) , lampjes en draadjes. De draadjes zijn brede grote rivieren die nooit echt vol zijn, de lampjes zijn smalle rivieren die de stroomsnelheid in schakeling bepalen.

Kirchov bedacht dat alle elektronen zich niet kunnen opstapel op een plek en dat alle stroom die een splitsing ingaat er ook weer uitgaat. Anders gezegd: de optelling (de som) van alle stromen naar een toe knooppunt moet nul zijn. En de stromen die niet ernaartoe lopen maar er vandaan krijgen dan een minteken. De stroom wordt uitgedrukt in Ampere. Een ampere is een aantal (een heleboel) elektronen per seconde.

De hoogte van het water in de rivier heeft ook een wet. Als we over de Waal naar de zee varen komen we steeds een beetje dichter bij de zee-spiegel, als we daarna over de lek en nederrijn weer terugvaren dan gaan we steeds weer een beetje verder van de zee-spiegel. Alles wat je bent gezakt op de heenweg, stijg je weer op de terugweg. Net als bij een rond-wandeling in de bergen uiteindelijk ben je evenveel gezakt als gestegen. In een elektrische schakeling is de hoogte van "het water" de spanning, uitgedrukt in Volt.

Mijn eerste schakeling

De eerste schakeling die we gaan bouwen is heel simpel. Een batterij en een lampje. De lampjes die je hebt gekocht hebben twee aansluitingen, een is de schroefdraad en de andere het glimmende puntje aan de onderkant. Als je goed naar het lampje kijkt dan zie je dat er een heel dun draadje in zit. Dit draadje is opgerold in een klein spiraaltje. Dit draadje is de gloeidraad. Omdat het zo dun is en er veel stroom doorheen loopt wordt het warm. Je kan het vergelijken met een heel dun smal beekje waar een waterstroom met watervallen en een hoop spektakel doorheen stroomt. De elektronen bewegen door het metaal en botsen tegen de atomen waardoor ze gaan trillen. Hoe heter de draad hoe witter het licht.

Bij de lampjes heb je een fitting. Deze heeft ook twee aansluitingen. Soms lijkt het of de fitting er drie heeft zoals in het plaatje, maar de beide kanten van het voetje zitten allebij aan het schroefdraad en de middelste aansluiting zit aan het puntje van de lamp. Er zijn ook andere fittingen, als je goed kijkt kan je vaak zien hoe de fitting verbonden is met het lampje.

Een andere manier om de schakeling te tekenen is in het volgende plaatje. De batterij zijn de twee streepjes en doen denken aan de plaatjes uit de kolom van Volta. Het lampje is een rondje met een kruisje. Een elektrische tekenings, een schema, is een vorm van schrijven. Bij een geschreven taal horen afspraken over spelling en gramatica. Dat is ook in een elektrisch schema zo, de afspraak is dat de plus kant boven is en de min kant onder. En de gebeurtenissen, oorzaak en gevolg, in een schakeling lees je van links naar rechts. Dus de batterij staat met de plus boven, en omdat de batterij het lampje laat branden staat de batterij links en het lampje rechts. Voor het uitleggen hoe de schakeling werkt krijgen de knooppunten soms een nummer.

Nu gaan we de schakeling bouwen. Behalve een batterij, een fitting en een lampje heb je draad nodig. Knip twee stukjes draad van ongeveer 10 centimeter af met een oude schaar of een tangetje. De plastic die om de draad heen zit moet er eerst af. Dat is nog best een priegelwerkje zonder echte striptang, maar met een oude schaar kan het ook: Doe je schaar open zodat er een soort V ontstaat. Leg ongeveer een centimeter van de geplastificeerde (geisoleerde) draad in de schaar en knijp heel zachtjes zodat de draad een beetje vast zit. Trek nu hard aan het overgebleven eind. Als het moeilijk gaat eerst voorzichtig zachtjes rondom inkerven. Knijp je te hard, dan knip je het stukje af. Flink oefenen dus.

Deze schakeling kan je nog heel goed maken zonder te solderen, gewoon een iets langer stukje van de plastic mantel weg halen. Steek het schone draad door het gaatje en draai het een paar keer om zichzelf. Het vastmaken van het draad aan de batterij kan door ze met je hand even ertegenaan te houden. Je kan de draad ook met een plakbandje aan de batterij vastmaken, als je er voor zorgt dat er geen plakband tussen de batterij en het schoongemaakte draad zit.

Als het goed is brand nu je lampje. Een chemische reactie in de batterij zorgt voor een elektrische spanning, hierdoor loopt een stroom van de plus pool van de batterij door het lampje naar de min pool van de batterij. De elektronen stroom botst tegen de atomen in de gloeidraad van het lampje waardoor deze gaan trillen en heet worden. Door de hitte geeft de gloeidraad licht.

Twee lampjes na elkaar

De tweede schakeling lijkt erg op de eerste: Een batterij met twee lampjes die achter elkaar zijn geplaatst, dat noemen we in serie. Branden de lampjes nu net zo fel als in het eerste proefje? De lampjes kan je zien als een smalle rivier waar het water doorheen moet. Omdat er nu twee lampjes achter elkaar staan is deze smalle rivier twee keer zo lang geworden. Het hoogte verschil van het begin naar het eind van de rivier, de spanning van de batterij, is gelijk gebleven. Daardoor stroomt het water in de rivier veel langzamer. Een lampje houd de elektrische stroom tegen, hij geeft weerstand. Twee lampjes na elkaar houden de stroom twee keer zo hard tegen. Daarom branden beide lampjes minder fel dan in het eerste proefje.

Als je een spanningsmeter hebt kan je dit ook meten. Zet de zwarte aansluitdraad op punt 3 en de rode op punt 1. Als het goed is laat de spanningsmeter de batterij spanning zien. Controlleer dit met de beschrijving op de batterij. Zet nu de rode draad op punt 2, als het goed is de spanning nu de helft van wat je eerder hebt gemeten. Halverwege de rivier is het waternivo op de helft tussen de hoogte bij de bron en de hoogte bij de zee.

Draai nu één van de lampjes los. Wat gebeurt er? Als je een lampje los maakt kan door dat lampje geen stroom meer. De stroom door het ene lampje liep ook door het andere lampje. Omdat en nu helemaal geen stroom meer loopt gaan beide lampjes uit. Meet met de spanningsmeter nog eens de spanning op punt 2. Welke waarde heeft die? En als je het lampje weer aandraait en het andere lampje losdraait? Het lampje dat los zit kan je zien als een dam in de rivier. Het punt 2 is een meertje. Als de dam voor het meertje zit loopt het meertje leeg naar zee, zit de dam na het meertje dan zal de bron het riviertje helemaal vullen.

Twee lampjes naast elkaar

De derde schakeling lijkt erg op de tweede: Een batterij met twee lampjes die naast elkaar zijn geplaatst, dat noemen we in parallel. Branden de lampjes nu net zo fel als in het eerste proefje? Als het goed is wel. Het vergelijk met een rivier gaat weer bijna. De rivier is niet dubbel zo lang geworden, maar er zijn twee rivieren naast elkaar. In elk van deze rivieren stroomt het water net zo hard als in het eerste proefje. Voor de elektrische stroom is dit ook zo. Dus de elektrische stroom in beide lampjes is net zo hard als in het eerste proefje. In het plaatje zijn dat de Intensiteit van stromen met de letters I2 en I3. De batterij levert deze stromen samen en dat is de stroom I1. De batterij is door de grotere stroom sneller leeg.

Verdelen van stroom

In deze proef maken we het schema weer wat moeilijker. Drie lampjes waarvan er twee parallel, dat is naast elkaar, staan. Het laatste lampje staat in serie. Kijk maar naar het plaatje. Branden de lampjes even fel? Kan jij voorspellen wat er gebeurt als we een lampje los draaien? Gaan de andere lampjes feller of zwakker? Denk aan de rivier en leg er dammetjes in, in welke lampjes is de stroom het grootst? Waar verdeeld de stroom zich en waar komt het weer samen.