Wat is elektrische stroom?
Als de stroomkring gesloten is dan zal er een elektrische stroom gaan lopen door de draden. We gaan er natuurlijk wel vanuit dat we een "volle" batterij hebben. Een elektrische stroom bestaat uit veel hele kleine deeltjes die energie kunnen verplaatsen. De elektrische stroom loopt vanaf de batterij naar de lamp. In de lamp geeft de stroom energie af, zodat de lamp licht uit gaat stralen. De stroom loopt door de andere draad terug naar de andere kant van de batterij.
Er kan alleen elektrische stroom lopen als de stroomkring gesloten is. Als de stroomkring wordt onderbroken, dan zal de lamp uit gaan. Er loopt dan geen stroom!
In de elektrotechniek zeggen ze dat er een stroom vloeit, in plaats van dat er een stroom loopt!
Wat is elektrische spanning?
In een batterij zitten twee gebieden. Als de batterij "vol" is, dan is er een gebied met veel elektrische deeltjes en een gebied met weinig elektrische deeltjes. De gebieden willen allebei evenveel elektrische deeltjes hebben. Als je op een batterij een stroomkring aansluit dan gaan de elektrische deeltjes zich verdelen over allebei de gebieden. Voor nu noemen we het verschil tussen de elektrische deeltjes in de 2 gebieden de elektrische spanning.
De energiebron levert naast een elektrische stroom dus ook een elektrische spanning. Als er geen elektrische spanning aanwezig is dan kan er ook geen elektrische stroom gaan vloeien. Stel je voor dat er geen elektrische spanning aanwezig is. Dan zijn er in allebei de gebieden evenveel elektrische deeltjes. De deeltjes willen zich niet gaan verplaatsen, want ze vinden de verdeling goed zo. Er zal dus geen elektrische stroom gaan vloeien. We kunnen zeggen dat de batterij "leeg" is.
De elektrische spanning wordt afgekort met de letter U. De elektrische spanning wordt de grootheid genoemd in de natuurkunde. De elektrische spanning staat over de 2 polen van de batterij. De grootte van de elektrische spanning kan per energiebron verschillen. De eenheid van de elektrische spanning is Volt, afgekort met de letter V. Zo staat over de polen van een AAA-batterij in een afstandsbediening een spanning van 1,5 V en over polen van een auto-accu een spanning van 12 V.
Wat is weerstand?
Wat is en wat doet een weerstand
Deze component is naar zijn functie genoemd. Een elektrische weerstand beperkt de doorgang van elektrische stroom en veroorzaakt ter plekke een gewenste vermindering van het geleidingsvermogen.
Hoge weerstandswaarde = kleine stroom
Hoe hoger de weerstandswaarde hoe sterker de stroomdoorgang wordt beperkt. Geleiders zoals koper en aluminium hebben een heel kleine weerstand voor stroom. Isolators zoals pvc en glas geleiden vrijwel geen stroom omdat ze een heel hoge weerstand hebben.
Bepaalde weerstandswaarde
Weerstanden hebben een vooraf bepaalde waarde die ergens tussen koper en pvc in zit. De afkorting voor weerstand zoals gebruikt worden op stuklijsten en schema's is de: R (van Resistance).
Kleurcode voor weerstanden
Weerstand R wordt ook wel met het Ω teken aangegeven, bijv. R = 512 Ω. De "gewone" weerstanden (met uitlopers of pootjes) zijn normaal gesproken van een kleurcode voorzien (gekleurde ringen) en zijn meestal niet erg ESD-gevoelig.
Tijdens deze practicum opdracht ga je aan de slag met het meten door middel van een mulitmeter. de bijbehorende uitleg is in de opdracht verwerkt.
1. Meten van gelijkspanning.
Bouw eerst een eenvoudige schakeling met een LED op het experimenteerbord.
Schakel daarvoor een weerstand van 1 kΩ in serie met een LED.
Gebruik een draadbrug voor de retourleiding van de LED naar de minpool van de batterij.
Schakel voor het meten van gelijkspanning de multimeter op een gelijkspanningsbereik.
U kunt ook de spanning direct aan de batterij meten, door de rode meetpen tegen de pluspool te houden en de zwarte tegen de minpool.
De multimeter heeft bij het meten van spanning een zeer hoge ingangsweerstand.
Er loopt dan ook bijna geen stroom, zodat de batterij niet leeg raakt.
De LED-schakeling bestaat feitelijk uit twee belastingen, de weerstand en de LED. Over beide treedt een spanningsval op.
De som van beide spanningen is gelijk aan de spanning over de batterij.
Meet de spanning over de weerstand door de meetpennen tegen de beide aansluitingen van de weerstand te houden
Let daarbij op de juiste polariteit. Het rode meetsnoer hoort bij de plus, de zwarte bij de min.
Als u de meetsnoeren omwisselt, dan ziet u een minteken voor de meetwaarde. Zorg er ook voor dat u het juiste meetbereik kiest, zodat u zo nauwkeurig mogelijk meet.
Meet ook de spanning over de LED en de totale spanning over de weerstand en de LED samen.
De spanningen bij in serie geschakelde belastingen voldoen aan de volgende vergelijking:
Utot = U1 + U2 + ...Un
2. Meten van wisselspanning.
Het meten van wisselspanning is in principe hetzelfde als het meten van gelijkspanning. U hoeft er alleen maar op te letten dat u op de multimeter een meetbereik voor wisselspanning instelt.
Anders meet u geen spanning, hoewel die wel aanwezig is.
Schakel de multimeter op het meetbereik van 200 V wisselspanning en schakel de zojuist gebouwde LED-schakeling nogmaals in.
Meet nu de afzonderlijke spanning over de weerstand en de LED en de totale spanning over de twee samen.
Hoewel de LED hetzelfde brandt als eerder, is de meetwaarde op het display toch telkens tweemaal zo groot.
Als u een lage wisselspanning wilt meten in een apparaat dat op het lichtnet is aangesloten, en u heeft de multimeter op gelijkspanning ingesteld, dan meet u 0,0 V, hoewel er wel degelijk spanning aanwezig is!
Doe geen metingen aan de 230 V netspanning van het stopcontact.
Op de eerste plaats omdat u dan met hoge spanning werkt en ermee in aanraking kunt komen, omdat de blanke meetpennen spanning kunnen voeren.
Dit kan tot dodelijke ongelukken leiden! Bovendien zijn multimeters vaak maar geschikt tot een spanning van maximaal 250V.
Deze waarde kan in de buurt van een nettransformator overschreden worden, waardoor het instrument wordt overbelast.
3. Meten van stroom.
U heeft al gezien dat bij in serie geschakelde belastingen (zoals de eenvoudige LED-schakeling) over iedere belasting een spanning staat.
De som van deze afzonderlijke spanningen is gelijk aan de totale spanning. Bestudeer de schakeling nog eens nauwkeuriger.
U ziet dat alle belastingen in een keten liggen.
De stroom door alle belastingen in de keten is gelijk. De totale stroom is ook gelijk aan de stroom door de afzonderlijke belastingen.
Om stroom te meten, moet u de multimeter daarom in serie schakelen met de belasting(en). Verwijder daarom de draadbrug tussen de LED en de minpool van de batterij. Vervang deze door de multimeter.
Het rode meetsnoer moet op de LED worden aangesloten, het zwarte meetsnoer op de minpool van de batterij.
Stel, voordat u de batterij aansluit, de multimeter in op het hoogste meetbereik voor stroom, 200 milliAmpère (200 mA).
Kies vervolgens telkens een lager meetbereik, totdat u een nauwkeurige meetwaarde kunt aflezen.
Bij deze meting is dat het meetbereik van 20 mA en meet u een stroom van ongeveer 5,5 mA door de schakeling. Schakel niet naar een te klein meetbereik. Het meetinstrument zou erdoor overbelast worden. Bij de meeste meetinstrumenten zijn de circuits voor stroommeting beveiligd met zekeringen. Deze mogen alleen worden vervangen als de meter niet wordt gebruikt. D
oor het meetinstrument loopt dezelfde stroom als door de andere belastingen in de schakeling.
De multimeter heeft bij het meten van stroom een zeer kleine ingangsweerstand en beïnvloedt de schakeling dan ook weinig, waardoor de meetwaarde dus niet verstoord wordt.
4. Meten van weerstanden.
Voorbereiding: Buig van één weerstand van 470 Ω en één van 1 kΩ de aansluitdraden 90 graden om, zodat u de weerstanden in het experimenteerbord kunt steken.
U heeft voor het meten van weerstand geen externe stroombron zoals een 9 V-batterij nodig.
In de multimeter is voor weerstandsmetingen al een batterij ingebouwd.
Steek de beide meetpennen nu parallel aan een van de weerstanden in het experimenteerbord en stel het instrument in op een weerstandsbereik van 2000 kΩ.
Meet zo alle drie de weerstanden.
Bij twee metingen ziet u '001' en bij de derde "1--".
5. Het voorkomen van meetfouten.
Volgens de meting in de vorige oefening waren twee weerstanden even groot.
U ziet de meetfout door het onjuist ingestelde meetbereik.
Meet daarom nogmaals de weerstanden op het experimenteerbord en schakel daarbij het meetbereik stap voor stap naar beneden.
De "1" voor 1 kΩ in het 2000 kΩ-bereik verandert in 0,98, oftewel 980 Ω in het 20 kΩ-bereik. Schakelt u nu verder terug naar het 2000 Ω-bereik, dan verschijnt de meetwaarde 983 Ω. Daarmee heeft u het optimale en nauwkeurigste meetbereik bepaald.
Als u nog verder terugschakelt naar het 200 Ω-bereik, dan verschijnt er op het display alleen nog maar "1--". Dat betekent dat het meetbereik te laag is.
Voer deze meting ook nog eens uit voor de andere weerstand waarvoor u eerder "1" voor 1 kΩ hebt gemeten.
Bij deze weerstand zult u vaststellen dat de werkelijke waarde 464 Ω is.
Dat betekent dat u met een weerstand van 470 Ω te maken heeft.
Bij de keuze van de juiste multimeter is het van belang te bedenken wat men allemaal met het instrument wil meten.
Een meting is alleen nauwkeurig als het volle meetbereik wordt gebruikt. U moet daarom altijd tot aan het laagst mogelijke meetbereik terugschakelen.
Hoe groter het geselecteerde meetbereik, hoe groter de meetfout en hoe onnauwkeuriger de meting. Dat is ook van toepassing voor stroom- en spanningsmetingen.
