Weten hoe te meten

Weten hoe te meten

Index

Afbeelding 1: een elektrische schakelkast

Je telefoon, de lampen, je computer. Tegenwoordig is er overal om ons heen elektriciteit, het is dan ook een prachtig stukje natuurkunde. In deze les bekijken wij het topje van de ijsberg van elektriciteit. We gaan kijken wat spanning, stroom en weerstand is en hoe je het kan meten.

In deze les leer je...

...wat stroom is.

...wat spanning is.

...wat weerstand is.

...hoe je rekent met spanning, stroomsterkte en weerstand.

...hoe een multimeter werkt

Theorie

Stroom

Afbeelding 2: De stroomsterkte bij bliksem kan oplopen tot 60.000A

In een metaal zitten vrije elektronen. Dit zijn elektronen die niet aan een kern vast zitten en dus door het metaal heen kunnen bewegen. Je mag deze elektronen voor nu even beschouwen als hele kleine knikkers die zich door draden heen bewegen. Wanneer je deze draden aansluit op een spanningsbron zoals een batterij gaan deze knikkers rollen. Dit gebeurt enorm snel. De hoeveelheid van de knikkers die zich per tijdseenheid door de draad bewegen bepaald de sterkte van de stroom, de stroomsterkte.  De stroom in een schakeling loopt altijd van uit de plus naar de min. wanneer de elektronen niet van plus naar min kunnen bewegen dan gaat er geen stroom lopen.

Stroomsterkte heeft het grootheidssymbool I, de eenheid is ampère met het symbool A. Stroomsterkte meet je met een ampèremeter of een multimeter op de ampère stand. Hoe je precies de stroomsterkte in een schakeling meet kan je vinden op de pagina "Hoe meet je stroomsterkte".

Spanning

Afbeelding 3: Batterijen zijn veel gebruikte spanningsbronnen

Zoals bij de uitleg van stroom is verteld beschouwen we elektronen als een soort van hele kleine knikkers. Maar zoals jullie weten moeten knikkers een duwtje krijgen om te gaan rollen. Zo werkt dit ook met elektronen. Het duwtje dat de elektronen krijgen noemen we spanning. En natuurkundig gezien is dit de energie die de deeltjes mee krijgen om te bewegen. Deze spanning komt voort uit een spanningsbron. Voorbeelden van een spanningsbron zijn batterijen, accu’s en een voedingskastje.

Spanning heeft het grootheidssymbool U, de eenheid is volt met als symbool V. Spanning meet je met een spanningsmeter of met een multimeter in de spanningstand. Om precies te weten hoe je de spanning over een component kan meten ga je naar de pagina “Hoe meet je spanning”.

Weerstand

Afbeelding 4: de wet van ohm getekend

Bij het woord weerstand denk je misschien al aan tegenwerken, misschien ken je de term al uit kracht en beweging. Weerstand werkt beweging tegen en zo werkt het ook bij elektrische weerstand. Als we weer terug gaan kijken naar de knikker is de weerstand een kracht die probeert de knikker te weerhouden van het rollen. Weerstanden hebben altijd gekleurde streepjes, deze streepjes geven de waarde van de weerstand aan en hoeveel de waarde kan afwijken van de aangegeven waarde. Als je meer wilt weten over waarde van de weerstanden ga dan zo naar de extra uitdaging pagina.

Weerstand heeft het grootheidssymbool R, de eenheid is ohm met het symbool Ω. Weerstand meet je met de Weerstandsmeter of de multimeter in weerstandsstand. Hoe je dit precies moet doen kan je vinden op de pagina "Hoe meet je de weerstand".

Wet van Ohm

Afbeelding 5: de eenheid van weerstand is ohm

De Duitse natuurkundige Georg Ohm heeft een formule bedacht het verband tussen de spanning, stroomsterkte en de weerstand netjes uitlegt. Volgends Ohm is de spanning recht evenredig met de stroomsterkte wanneer de weerstand constant is. Dit klinkt misschien een beetje lastig maar wat het betekent is dat wanneer de stroomsterkte 2x zo groot wordt, zal de spanning ook 2x zo groot worden. En wanneer de stroomsterkte 0.75x zo groot wordt, zal de spanning ook 0.75x zo groot worden. Dit geldt wel alleen wanneer de waarde van de weerstand hetzelfde blijft. Andersom is het voor het verband tussen de weerstand en de stroomsterkte. Wanneer de stroomsterkte 2x zo groot wordt, wordt de weerstand 2x zo klein en andersom. En ook dit werkt alleen als de andere waarde, dus in dit geval de spanning, hetzelfde blijft. Om hier een beetje gevoel voor te krijgen kan je straks bij de "extra hulp pagina" zien wat de invloeden zijn van de spanning en de weerstand op de stroomsterkte.

Dit verband is handig om te kennen maar om dat hele verhaal te onthouden is natuurlijk niet handig. Gelukkig werken we in de natuurkunde graag met formules die die allemaal een stuk makkelijker en overzichtelijker maken. Ook het de wet van Ohm een formule, en die formule die geld als volgt:

 

De symbolen in deze formule betekenen het volgende:

R is de weerstand in Ohm [Ω].
U is de spanning in volt [V].
I is de stroomsterkte in ampère [A]

Deze formule is om te schrijven in twee andere vormen. Het is een goede oefening om dit alvast een keer te doen.

Multimeter

We zeggen altijd wel meten is weten, maar dit betekent niet dat wat je meet altijd klopt. Het is daarom uiterst belangrijk om te weten hoe te meten. Sluit je je meter verkeerd aan dan kan je waardes krijgen die totaal niet kloppen, hetzelfde geld in het scenario dat je meter verkeerd is ingesteld. Ook is er de kans dat je de multimeter kapot maakt op deze manier. Hieronder zie je een afbeelding van een multimeter met daarop kleine rondjes, als je met je cursor over de rondjes beweegt kan je zien wat elk stukje van de multimeter is en doet.

Afbeeling 6: een multimeter

De multimeter die je hierboven ziet afgebeeld is de VOLTCRAFT VC271TRMS. Deze multimeter is geoptimaliseerd voor het onderwijs en geeft een auditief signaal waneer hij verkeerd is aangesloten.

Meten is weten

Hoe meet je spanning

Hoe meet je stroomsterkte

Hoe meet je weerstand

Extra uitdagingen

Extra uitdaging?

Wat een topper ben je, je beheerst de stof en wilt graag meer leren. Gelukkig voor jou is dit nog niet alles wat er te leren valt! Heb je bijvoorbeeld al een keer gekeken naar het verschil tussen een parallel en en serie schakeling? Dit verschil kan er voorzorgen dat in de kerstboom maar 1 lampje uit gaat als hij kapot is of in een keer de hele lichtslinger. Weet jij de waarde van een weerstand te bepalen en ben je al bekend met de termen vermogen en energie? Nee, dat is geen probleem ga snel kijken op de volgende pagina's hier staat nieuwe theorie en nieuwe opdrachten. Heb je dit ook al af? Dan mag je altijd je docent vragen om extra lesstof.

schakelingen maken en meten

Serie en parallel

Wanneer je elektrische componenten aan gaat sluiten, bijvoorbeeld lampjes, weerstanden of schakelaars, dan kan dit op 2 manieren. Serie en parallel.

Serie betekend dat je alle componenten direct achter elkaar aansluit. Dit betekent dat er dan maar één route is voor de stroom. De stroom gaat dus door elk component. De spanning moet dan dus ook door elk component gaan maar stel je hebt twee lampen in serie dan zal de spanning verdeeld moeten worden over de twee lampjes. Hierdoor gaan ze dus minder fel branden. Een ander gevolg van serie si dat wanneer er één van de twee lampjes kapot is zal er geen route meer zijn voor de stroom van de plus naar de min en dan gaan dus alle lampjes uit.

Parallel is precies het tegenover gestelde. Je sluit de componenten los van elkaar aan in plaats van achter elkaar. Hierdoor ontstaan er meerdere wegen voor de stroom. Dit betekent dat de stroomsterkte verdeelt zal worden. Maar omdat er door elk lampje een andere stroom heen loopt zal de spanning in elke vertakking gelijk zijn.

Hier nog even een filmpje waarin de voor en na delen van zowel de serie als de parallel schakeling naar voren komen

De waarde van een weerstand

Afbeelding 6: waarde tabel

De waarde van de weerstand wordt aangegeven met gekleurde strepen. Hier is voor gekozen omdat dit veel goedkoper is dan een getal erop printen. De meeste weerstanden hebben vier ringen. De eerste ring representeert een getal, dat doet ook de tweede ring. De waarde van deze getallen kan je uit de tabel halen hiernaast. De derde ring geeft aan hoeveel nullen je erachter moet zetten, dit getal komt ook weer uit de tabel. En het laatste streepje geeft aan hoe precies de weerstand gemaakt is. Het geeft dus aan hoeveel procent de waarde kan afwijken van de waarde die wordt aangegeven met de eerste drie strepen. Hiervoor worden goud en zilver het meest gebruikt, goud betekend dat de waarde niet meer dan 5% kan afwijken en zilver betekend dat de waarde niet meer dan 10% mag afwijken. Wanneer er geen gouden of zilveren streep op de weerstand staat betekend dat hij maximaal 20% kan afwijken. Bij het afwijken maakt het niet uit of de waarde erboven of er onder zit, beide kanten op mag hij er 5, 10 of 20 procent naast zitten.

Afbeelding 7: Een ohmse weerstand
Afbeelding 7: Een ohmse weerstand

Extra hulp

Heb je een beetje extra hulp nodig voor dit onderdeel?

Fijn dat je het toegeeft er is geen reden om je hier voor te schamen. Gelukkig zijn er zat dingen die je kan doen om de stof toch nog helemaal te gaan begrijpen heb je bijvoorbeeld al een keer geprobeerd om het samen met een klasgenootje te maken? Het gezegde gaat niet voor niks "twee weten meer dan een". Ook staat er extra hulp op de volgende pagina's. Verder staat het internet helemaal vol dus google eens naar spanning, stroomsterkte of weerstand. Youtube kan natuulijk ook heel goed helpen. En natuurlijk als je er niet uit komt is er altijd een docent die heel graag helpt met de stof.

Stroom, Spanning en Weerstand

Elektronen zijn hele kleine deeltjes. Meestal draaien deze deeltjes om de kern van een atoom, dit zijn de bouwstenen voor alles wat we om ons heen zien. Metalen hebben de speciale eigenschap dat er elektronen zijn die niet verbonden zitten aan een kern. Dit betekent dat ze makkelijk door het metaal heen kunnen bewegen. Wanneer we stroom door een draad heen sturen gaat dit via diezelfde elektronen. Dit is ook de reden dat een kabels altijd van binnen van metaal zijn. Eerder heb ik de elektronen al een keer vergeleken met knikkers maar misschien is het wel fijn om er even op een andere manier naar te kijken. Misschien is het handig als je mee tekent voor het beeld.

Afbeelding 8: Een aapje

We gaan een batterij aan sluiten op een lampje. De plus van de batterij gaat naar de plus van de lamp, en de min van de batterij gaat naar de min van de lamp. Omdat een batterij een spanningsbron is en de stroomkring helemaal dicht is gaat er nu stroom lopen. Zie de stroom als aapjes. Deze aapjes lopen constant over het pad, de stroomkring. Ze lopen elke keer dus door het lampje en door de batterij. Ze beginnen bij de batterij daar doen ze een rugzakje om met energie erin. Die energie heet spanning. Als ze bij het lampje zijn dan gooien ze hun tasje leeg. Die energie zorgt dat het lampje aan gaat. Er komen zo veel aapjes langs een lampje in een seconde dat het lampje ook niet uit gaat. Daarna lopen ze van uit de lampjes met een lege tas terug naar de min van de batterij. In de batterij stoppen de aapjes weer energie in hun tasje. En dit gaat zo door. Stel je zou de min kabel uit het lampje halen, dan hebben de aapjes niet meer de mogelijkheid om terug naar de batterij te gaan voor energie. Dat noemen we een open stroomkring

Gevoel voor de wet van Ohm

Hier onder kan je met de 2 schuifjes de spanning en de weerstand in de schakeling aanpassen. Je kan dan zien hoe de stroomsterkte hier op reageerd. Let op spanning is hier een "V" maar in Nederland gebruiken wij de "U"

 


Oefen opdrachten

Eindtoets(verplicht)