De elektrische installatie van een auto
Een auto heeft allerlei onderdelen die op elektrische energie werken: de startmotor, de rem- en knipperlichten, de ruitenwissers, de achterruitvenvarming, de meters en lampjes op het dashboard enzovoort.
Wanneer de motor van de auto niet draait, wordt de benodigde elektrische energie geleverd door een accu. Een autoaccu bestaat uit zes 'cellen’ die in serie geschakeld zijn. Samen leveren ze een Spanning van 6 x 2 = 12 volt (als de accu opgeladen is).
Vanaf de pluspool van de accu lopen draden naar de verschillende onderdelen. Om de stroomkring te sluiten, worden de onderdelen verbonden met het (goed geleidende) metaal van de auto zelf. In de autotechniek wordt dat metaal de massa genoemd. (Bij een fietsdynamo is het frame van je fiets de massa.) Het metaal van de auto is weer verbonden met de minpool van de accu.
De dynamo
Je start een auto met behulp van een elektrische motor: de startmotor. De startmotor brengt de benzine- of dieselmotor van de auto op gang. De elektrische energie die voor het starten nodig is, wordt geleverd door de accu.
Starten kost veel elektrische energie. Dat merk je als de motor van de auto niet wil aanslaan en je steeds doorgaat met starten. Na een paar minuten is de accu 'leeg’ (ontladen).
Als de motor van de auto is gestart, laat hij niet atleen de wielen draaien. De motor drijft ook een dynamo aan. Tijdens het rijden levert de dynamo de elektrische energie die in de auto nodig is. Bovendien zorgt de dynamo ervoor dat de accu weer wordt opgeladen.
Een auto heeft dus twee spanningsbronnen: een dynamo en een accu. De dynamo wekt elektrische energie op als de auto rijdt. De accu slaat die energie op. Dat is noodzakelijk om:
Dankzij de accu kun je de alarmlichten laten branden, als je auto met motorpech aan de kant van de weg staat.
Spanning opwekken
In afbeelding hiernaast zie je een eenvoudig model van een dynamo.
Je hebt er maar twee onderdelen voor nodig: een spoel en een permanente magneet (een stuk metaal dat blijvend magnetisch is gemaakt; permanent betekent ’blijvend'). Je kunt deze eenvoudige dynamo' spanning laten leveren door de magneet in de spoel heen en weer te bewegen.
Uit dit soort proeven blijkt:
Als het magneetveld in een spoel verandert, ontstaat er een spanning tussen de uiteinden van de spoel. Als het magneetveld in een spoel niet verandert (zoals in afbeelding 'b'), wordt er ook geen spanning opgewekt en loopt er ook geen stroom.
Doordat het magneetveld steeds verandert, ontstaat er een steeds veranderende wisselspanning. Daardoor verandert ook de stroom steeds van richting. Er ontstaat een wisselstroom.
De werking van een dynamo
In het onderstaande plaatjes zie je hoe een fietsdynamo werkt. Een permanente magneet magnetiseert een kern die van weekijzer is gemaakt. Dat is ijzer dat je gemakkelijk magnetisch kunt maken. Als je er een magneet hij houdt, wordt het snel magnetisch. Als je de magneet weghaalt, is de magnetisering ook weer even snel verdwenen.
Als de dynamo wordt aangezet, begint de magneet te draaien, Daardoor wordt het weekijzer steeds verschillend gemagnetiseerd. Dat zie je aan de veldlijnen die in de kern zijn getekend. Het magneetveld in de spoel verandert steeds van grootte en richting. Zo wordt er een spanning opgewekt tussen de uiteinden van de spoel.
Er zijn ook dynamo's waarin de spoel ronddraait, terwijl de magneet stilstaat. Ook in dat geval verandert het magneetveld in de spoel steeds van grootte en richting.
Een dynamo levert een wisselspanning. Dat komt door de manier waarop de spanning wordt opgewekt. In het plaatje zie je hoe de Spanning verandert. Een accu en een batterij leveren een constante spanning. Zo’n spanning noem je een gelijkspanning.
Plus - Massa in de autotechniek
In de autotechniek gebruik je het woord ‘massa' in een speciale betekenis. Een autotechnicus zegt bijvoorbeeld dat hij een autoradio aansluit 'aan de massa'. Dat betekent dat hij een stroomkring maakt door de radio te verbinden met het chassis (de metalen balken van de auto).
Het is handig om de massa te gebruiken. Dat maakt de elektrische bedrading in de auto veel eenvoudiger. Je hoeft maar één kabel naar elk onderdeel toe te leggen, omdat je de stroom via de massa terug kunt laten lopen naar de accu.
Schakelschema's voor de auto's zien er anders uit dan je gewend bent. Kijk maar eens hiernaast. Hier is links een schakeling getekend op de 'gewone' manier, die je bij natuurkunde altijd gebruikt.
Rechts is dezelfde schakeling getekend, maar nu zoals je dat in de autotechniek doet. De lijn van de plus naar de lamp is de aanvoerkabel. De korte lijn onder de lamp die eindigt met een dwarsstreep, is de massa.
Conclusie: In de natuurkunde zie je duidelijk de stroomkringen in de tekeningen terug. Bij de autotechniek is heel duidelijk de stroomrichting, van plus naar massa (min) te herkennen.