Pdf downloaden
Pdf downloaden
De gemakkelijkste manier om je een serieschakeling voor te stellen is als een ketting van componenten. De componenten worden achtereenvolgend toegevoegd en op een lijn. Er is slechts één pad waarlangs de elektronen en landingen kunnen stromen. Heb je eenmaal een basisidee over wat een serieschakeling inhoudt, dan kun je gaan leren hoe je de totale stroom berekent.
Stappen
-
Maak jezelf bekend met wat stroom is. Stroom is de beweging van elektrisch geladen dragers zoals elektronen, de stroom van de lading per tijdseenheid. Maar wat is lading en wat is een elektron? Een elektron is een negatief geladen deeltje. Een lading is een eigenschap van materie gebruikt om aan te geven of iets positief of negatief is geladen. Net zoals magneten stoten gelijke ladingen elkaar af en trekken ongelijke ladingen elkaar aan.
- We kunnen dit illustreren met water. Water bestaat uit het molecuul H2O – wat staat voor een binding van 2 atomen waterstof en 1 atoom zuurstof. We weten dat het zuurstofatoom en twee waterstofatomen samen een molecuul water (H2O) maken.
- Stromend water bestaat uit miljoenen en nog eens miljoenen van dit molecuul. We kunnen de stromende hoeveelheid water vergelijken met elektrische stroom; het molecuul met een elektron; en de lading met de atomen.
-
Begrijp waar voltage naar verwijst. Voltage is de 'kracht' welke de stroom aandrijft. Om het voltage het best te illustreren gebruiken we de batterij als voorbeeld. Binnenin een batterij bevindt zich een reeks chemische reacties die zorgen voor een opbouw van elektronen in de positieve pool van de batterij.
- Als we nu het positieve verbindingspunt van een medium (bijv. een draad) vastmaken aan de negatieve pool van de batterij, dan zullen de elektronen gaan bewegen om bij elkaar uit de buurt te komen, omdat, zoals we al eerder hadden aangegeven, gelijke ladingen elkaar afstoten.
- Daarnaast geldt dat vanwege de wet van behoudt van lading (welke aangeeft dat de netto lading van een geïsoleerd systeem gelijk moet blijven), dat de elektronen zullen proberen om de ladingen in balans te krijgen, door van de hogere concentratie van elektronen naar de lagere concentratie te gaan, of respectievelijk van de positieve pool naar de negatieve pool.
- Deze beweging creëert een potentiaalverschil in elk van de uiteinden, wat we nu dus een voltage kunnen noemen.
-
Weet wat weerstand is. Weerstand daarentegen, is de tegenwerking van bepaalde elementen tegen de stroom van de lading.
- Weerstanden zijn elementen met een significant weerstand. Ze worden op bepaalde plekken binnen een circuit of schakeling geplaatst, voor het reguleren van de stroom van de lading of elektronen.
- Als er geen weerstanden zijn, dan worden de elektronen niet gereguleerd en kan de apparatuur te veel lading te verwerken krijgen en beschadigd raken, of in brand vliegen door oververhitting.
Advertentie
-
Bepaald de totale weerstand van de schakeling. Stel je een rietje voor waardoor je aan het drinken bent. Knijp er met meerdere vingers in. Wat merk je op? De stroom van het water zal afnemen. Het samenknijpen vormt een weerstand. Je vingers blokkeren het water (wat de stroom voorstelt). Omdat het samenknijpen in een rechte lijn gebeurt, voltrekt dit zich in serie. Uit dit voorbeeld volgt de totale weerstand van weerstanden in serie:
- R(totaal)=R1 + R2 + R3
-
Bepaal het totale voltage van de weerstand. Meestal zal het totale voltage al gegeven zijn, maar in die gevallen waarbij afzonderlijke voltages zijn gegeven, kunnen we de volgende vergelijking gebruiken:
- V(totaal)=V1 + V2 + V3
- Maar waarom is dit zo? Nogmaals uitgaande van de analogie met het rietje: wat verwacht je dat er zal gebeuren als je het rietje samenknijpt? Dan kost het meer moeite om water door het rietje te krijgen. De totale inspanning die je moet leveren wordt voortgebracht door de afzonderlijke kracht nodig voor de afzonderlijke knepen.
- De 'kracht' die er nodig is heet het voltage, omdat dit de stroom van het water aandrijft. Daarom is het niet meer dan logisch dat het totale voltage volgt uit het optellen van de afzonderlijke voltages over elke weerstand.
-
Bereken de totale stroom over het systeem. Wederom gebruikmakend van de analogie met het rietje: Veranderde er iets aan de hoeveelheid water, ook al kneep je het rietje samen? Nee. Hoewel de snelheid waarmee je het water binnenkreeg veranderde, bleef de hoeveelheid water die je kon drinken gelijk. En als je nauwkeuriger kijkt naar de hoeveelheid water die binnenkomt en weer weggaat, zijn de knepen gelijk, omdat de snelheid van het water constant is, waardoor we dus kunnen stellen dat:
- I1=I2=I3=I(totaal)
-
Onthoud de Wet van Ohm. Maar daarmee ben je er nog niet! Vergeet niet dat we over geen van deze gegevens beschikken, maar wel de Wet van Ohm kunnen gebruiken, de verhouding tussen voltage, stroom en weerstand:
- V=IR
-
Probeer eens een voorbeeld uit te werken. Drie weerstanden, R1=10Ω, R2=2Ω en R3=9Ω zijn in serie geschakeld. Een voltage van 2,5V staat op de schakeling. Bereken de totale stroom in de schakeling. Laten we eerst de totale weerstand berekenen:
- R(totaal)=10 Ω R2 + 2 Ω R3 + 9 Ω
- Aldus R(totaal)=21 Ω
-
Gebruik de Wet van Ohm om de totale stroom te berekenen:
- V(totaal)=I(totaal) x R(totaal)
- I(totaal)=V(totaal) / R(totaal)
- I(totaal)=2,5 V / 21 Ω
- I(totaal)=0,1190 A
Advertentie
-
Begrijp wat een parallelle schakeling is. Zoals de naam al aangeeft bestaat een parallelle schakeling uit componenten die op een parallelle manier zijn gerangschikt. Hierbij wordt gebruikgemaakt van meerdere bedradingen, waardoor er paden worden gecreëerd om stroom te kunnen geleiden.
-
Bereken het totale voltage. Omdat we de verschillende termen al in de vorige paragraaf hebben behandeld, kunnen we nu direct verdergaan met de berekeningen. Neem bijvoorbeeld een buis met twee vertakkingen, elk met een verschillende diameter. Moet je om ervoor te zorgen dat het water in beide buizen stroomt, ongelijke krachten gebruiken in elk van de buizen? Nee. Je hebt slechts voldoende kracht nodig om het water te laten stromen. Daarom kunnen we, uitgaande van de analogie dat het water de stroom is en de kracht het voltage, zeggen dat:
- V(totaal)=V1 + V2 + V3
-
Bereken de totale weerstand. Stel dat je het water dat door beide buizen stroomt wilt reguleren. Hoe blokkeer je de buizen? Plaats je gewoon een blokkade in elke vertakking of plaats je meerdere blokkades op een opeenvolgende wijze, om de waterstroom te kunnen controleren? Je zult het laatste moeten doen. Bij weerstanden geldt dezelfde analogie. Weerstanden die in serie zijn geschakeld regelen de stroom veel beter dan die in op de parallelle manier. De vergelijking voor de totale weerstand in een parallelle schakeling is:
- 1/R(totaal)=(1/R1) + (1/R2) + (1/R3)
-
Bereken de totale stroom. Terugkerend naar ons voorbeeld: het water dat stroomt vanaf de bron naar de splitsing is verdeeld. Hetzelfde is toepasbaar op elektrische stroom. Omdat er meerdere paden zijn waarlangs lading kan stromen, kun je stellen dat het is opgesplitst. De paden krijgen niet per se gelijke hoeveelheden lading. Het is afhankelijk van de weerstanden en de materialen van de componenten in elke vertakking. Daarom is de vergelijking van de totale stroom gewoon de opsomming van alle stroom in alle paden:
- I(totaal)=I1 + I2 + I3
- Uiteraard kunnen we dit nog niet gebruiken, omdat we de afzonderlijke stroomsterkten nog niet weten. In dit geval kan de Wet van Ohm ook worden gebruikt.
Advertentie
-
Probeer een voorbeeld. 4 weerstanden zijn verdeeld in twee takken of paden die parallel zijn geschakeld. In tak 1 vinden we R1=1 Ω en R2=2 Ω, en in tak twee R3=0,5 Ω en R4=1,5 Ω. De weerstanden in elk pad zijn in serie geschakeld. Het toegepaste voltage over tak 1 is 3 V. Bepaald de totale stroom.
-
Bepaal eerst de totale weerstand. Omdat de weerstanden in elke tak in serie zijn geschakeld, gaan we eerst de totale weerstand over elke tak bepalen.
- R(totaal 1&2)=R1 + R2
- R(totaal 1&2)=1 Ω + 2 Ω
- R(totaal 1&2)=3 Ω
- R(totaal 3&4)=R3 + R4
- R(totaal 3&4)=0,5 Ω + 1,5 Ω
- R(totaal 3&4)=2 Ω
-
Voer dit in de vergelijking voor de parallelle verbinding in. Nu gaan we, omdat de takken parallel zijn geschakeld, de vergelijking gebruiken voor een parallelle verbinding
- (1/R(totaal))=(1/R(totaal 1&2)) + (1/R(totaal 3&4))
- (1/R(totaal))=(1/3 Ω) + (1/2 Ω)
- (1/R(totaal))=⅚
- R(totaal)=1,2 Ω
-
Bepaal het totale voltage. Bereken nu het totale voltage. Omdat het totale voltage gelijk is aan elk afzonderlijke voltage geldt:
- V(totaal)=V1=3 V
-
Gebruik de Wet van Ohm om de totale stroom te bepalen. Nu kunnen we de totale stroom berekenen met behulp van de Wet van Ohm.
- V(totaal)=I(totaal) x R(totaal)
- I(totaal)=V(totaal)/R(totaal)
- I(totaal)=3 V/1,2 Ω
- I(totaal)=2,5 A
Advertentie
Tips
- De totale weerstand van een parallelle schakeling is altijd kleiner dan ELKE afzonderlijke weerstand.
Advertentie
Termen
- Schakeling – bestaand uit componenten (zoals weerstanden, condensators en spoelen) verbonden met draden, waar stroom door kan stromen.
- Weerstanden – componenten die stroom kan verminderen of tegengaan
- Stroom – de stroom van lading door de draden; eenheid Ampère (A)
- Voltage – arbeid per ladingseenheid; eenheid Voltage (V)
- Weerstand – meetwaarde voor de weerstand van een component tegen de elektrische stroom; eenheid Ohm (Ω)
Bronnen
- Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. 8th edition. California: Brooks/Cole. 2010. Ebook
Over dit artikel
Deze pagina is 12.828 keer bekeken.
Advertentie
Meld je aan voor de gratis nieuwsbrief van wikiHow!
Je vindt dan elke week handige handleidingen in je inbox.
Meld me aan!
