Handboek · hoofdstuk 18De elektrische kring
Bron, verbruiker, draad en schakelaar: van zaklamp tot trappenhuis
Een zaklamp, een deurbel, de lamp boven de trap: ze werken allemaal pas als de stroom een gesloten weg vindt, van de bron door de verbruiker en terug. In dit hoofdstuk leer je die kring kennen en in schakelschema's tekenen met de internationale symbolen. Je onderzoekt welke stoffen stroom geleiden, ontdekt waarom een kortsluiting gevaarlijk is en hoe een zekering dat oplost, en je leert schakelaars slim combineren: tot een lamp die je van onder én van boven aan de trap bedient. Daarmee teken je het schema van de verlichting van de meetkas.
- Je kan de onderdelen van een gesloten kring benoemen (bron, verbruiker, geleiders, schakelaar) en hun taak uitleggen.
- Je kan een kring tekenen als schakelschema met IEC-symbolen, en een opstelling omzetten in een schema en omgekeerd.
- Je kan met een testkring nagaan of een stof een geleider of een isolator is, en uitleggen waarom metalen goed geleiden.
- Je kan uitleggen wat een open kring en een kortsluiting zijn, en waarom een kortsluiting gevaarlijk is.
- Je kan uitleggen hoe een smeltzekering en een automaat werken en waar een zekering in de kring hoort.
- Je kan een schakelaar, een drukknop (maak- en verbreekcontact) en een wisselschakelaar onderscheiden, en schakelaars in serie (EN) en parallel (OF) gebruiken.
- Je kan een trappenhuisschakeling tekenen en voor alle vier de standen nagaan of de lamp brandt.
- Je kan het schema van de verlichting van de meetkas tekenen en verantwoorden.
Kikkerbillen en een zuil van munten
Rond 1780 deed de Italiaanse arts Luigi Galvani in Bologna proeven met kikkerbillen. Hij merkte iets vreemds op: raakte hij een zenuw en een spier tegelijk aan met twee verschillende metalen, bijvoorbeeld koper en ijzer, dan trok de poot samen, alsof hij leefde. Galvani dacht dat hij 'dierlijke elektriciteit' had ontdekt, een kracht die in het lichaam zelf zat. Hij publiceerde zijn proeven in 1791.
Zijn landgenoot Alessandro Volta, professor natuurkunde in Pavia, geloofde daar niet in. Volgens hem kwam de elektriciteit van de twee verschillende metalen, met iets vochtigs ertussen; de kikkerpoot was alleen een gevoelige meter. Om dat te bewijzen, liet hij het dier helemaal weg. Hij stapelde schijfjes zink en koper om beurten op elkaar, telkens met een stukje karton gedrenkt in zout water ertussen. In een brief van 20 maart 1800 aan de Royal Society in Londen beschreef hij zijn 'zuil'.
Het was de eerste batterij. Tot dan kende men elektriciteit alleen als vonken en schokken die in een fractie van een seconde voorbij waren, zoals bij de Leidse fles, een opslagfles voor lading die in 1746 in Leiden beschreven werd. De zuil van Volta gaf iets nieuws: een stroom die bleef lopen, zolang je de bovenkant en de onderkant met een draad verbond. Binnen enkele weken gebruikten twee Engelse onderzoekers, William Nicholson en Anthony Carlisle, zo'n zuil om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De eenheid van spanning draagt vandaag Volta's naam: de volt.
Volta's zuil deed niets zolang de twee uiteinden los waren. Pas als een draad ze verbond, liep er stroom. Dat is de gesloten kring: de weg moet rond zijn, van de bron door de draad en terug naar de bron.
De gesloten kring
Elke werkende elektrische kring heeft vier soorten onderdelen:
- een bron: een batterij, een adapter of een zonnepaneel. De bron 'duwt' de lading door de kring en levert de energie. Ze heeft twee aansluitingen, de pluspool (+) en de minpool (−);
- een of meer verbruikers: een lamp, een motor, een zoemer. Een verbruiker zet elektrische energie om in een andere vorm: licht, beweging, geluid en altijd ook wat warmte (hoofdstuk 15);
- geleiders: de draden, meestal koper met een kunststof mantel eromheen;
- een schakelaar: daarmee open of sluit je de kring.
Er loopt alleen stroom als er een gesloten weg is: van de pluspool, door de draden en de verbruiker, terug naar de minpool. Is die weg ergens onderbroken, dan is de kring open en loopt er nergens stroom, ook niet in het stuk dat nog vastzit aan de bron.
Een lamp heeft altijd twee aansluitingen nodig: de stroom moet erin én eruit. Wat de lamp opneemt, is energie, geen lading: de lading gaat rond en komt terug in de bron. In hoofdstuk 19 zie je dat er evenveel stroom uit de lamp komt als erin gaat.
Bij een deur betekent 'open' dat je erdoor kan. Bij een schakelaar is het omgekeerd: een gesloten (dichte) schakelaar laat de stroom door, een open schakelaar onderbreekt de kring.
Schakelschema's: de taal van elektriciens
Een foto of een tekening van een opstelling toont hoe de onderdelen eruitzien, maar niet meteen hoe ze verbonden zijn. Daarom tekenen elektriciens en ingenieurs een schakelschema. Elk onderdeel krijgt een vast symbool, internationaal afgesproken in de norm IEC 60617. Een schema uit Japan lees je dus net zo goed als een schema uit België.
De tekenregels:
- Teken draden als rechte lijnen, horizontaal of verticaal, met rechte hoeken. Hoe lang een draad is en hoe hij in het echt loopt, doet er niet toe.
- Een knooppunt (dik punt) betekent: deze draden zijn verbonden. Twee draden die elkaar kruisen zonder punt, zijn niet verbonden.
- Bij een splitsing (T-vorm) zet je altijd een punt.
- Zet de bron meestal links, en schrijf bij de onderdelen een naam of een letter met een nummer: S1 en S2 voor twee schakelaars, F1 voor een zekering, M1 voor een motor.
- Teken schakelaars in de stand waarin ze 'rusten' (meestal open), tenzij je een bepaalde stand wil tonen.
Een schema lezen doe je door vanaf de pluspool de draden te volgen, door elk onderdeel, tot je terug bent bij de minpool. Kom je vast te zitten (een open schakelaar, een losse draad), dan is de kring open.
Geleider of isolator?
Welke stoffen laten stroom door, en welke niet?
- platte batterij van 4,5 V, lampje van 3,5 V in een fitting, 3 snoertjes met krokodillenklemmen
- een led met voorschakelweerstand (voor stoffen die maar een klein beetje geleiden)
- testvoorwerpen: paperclip, aluminiumfolie, munt, potlood (aan twee kanten geslepen), gum, plastic lat, hout, glas
- drie bekertjes: kraanwater, gedestilleerd water, zout water (een eetlepel zout in 100 mL)
- 1Bouw de testkring zoals in het schema. Raak de twee klemmen even tegen elkaar: het lampje moet branden. Zo weet je dat de kring werkt.
- 2Klem het eerste voorwerp tussen de twee klemmen. Brandt het lampje? Noteer.
- 3Test zo alle voorwerpen. Voor het potlood klem je beide geslepen punten vast, zodat je de mine raakt.
- 4Steek voor de vloeistoffen de twee klemmen in het bekertje, ongeveer 1 cm uit elkaar, zonder dat ze elkaar raken.
- 5Vervang het lampje door de led met voorschakelweerstand en test opnieuw de voorwerpen waarbij het lampje niet brandde.
| voorwerp | lampje | led |
|---|---|---|
| paperclip, aluminiumfolie, munt | brandt | brandt |
| potloodmine (grafiet) | brandt, iets zwakker | brandt |
| gum, plastic lat, hout, glas | brandt niet | brandt niet |
| gedestilleerd water | brandt niet | brandt niet |
| kraanwater | brandt niet | gloeit heel zwak |
| zout water | gloeit zwak | brandt duidelijk |
Voorbeeld van resultaten in een klas. In het zoute water ontstaan kleine belletjes aan de klemmen. Hoe fel de led in water brandt, hangt af van hoe ver de klemmen uit elkaar staan.
Metalen en grafiet zijn geleiders: het lampje brandt. Kunststof, rubber, hout en glas zijn isolatoren: de kring is 'open', ook al is ze niet onderbroken. Zuiver water geleidt bijna niet; kraanwater een beetje, door de zouten die erin opgelost zijn (hoofdstuk 8). Hoe meer zout, hoe beter het water geleidt. De led toont dat verschil beter dan het lampje: ze licht al op bij een heel kleine stroom, terwijl een lampje een grote stroom nodig heeft. De belletjes in het zoute water zijn gassen: de stroom ontbindt een klein beetje van het water, net zoals bij Nicholson en Carlisle in 1800.
Geleiders en isolatoren
Waarom geleidt een metaal wel en een stuk plastic niet? In een metaal zitten vrije elektronen: kleine, negatief geladen deeltjes die niet vastzitten aan één atoom, maar door het hele metaal kunnen schuiven (hoofdstuk 19). Duwt een bron, dan schuiven ze allemaal tegelijk op: dat is stroom. In kunststof, glas en rubber zitten de elektronen vast aan hun atomen: er kan bijna niets bewegen. In water zijn het geen elektronen maar opgeloste ionen van zouten die de lading dragen: daarom geleidt zout water beter dan zuiver water (in Intermediate, hoofdstuk I13, leer je meer over ionen).
| goede geleiders | zwakke geleiders | isolatoren |
|---|---|---|
| zilver, koper, goud, aluminium | kraanwater, zout water | kunststof (pvc, pe), rubber |
| ijzer en staal, messing, tin | menselijk lichaam (vooral met natte huid) | glas, porselein |
| grafiet (potloodmine) | vochtige grond, vochtig hout | droog hout, papier, lucht |
Zilver is de beste geleider, koper de tweede. Draden zijn van koper: het geleidt bijna zo goed als zilver, is veel goedkoper en makkelijk te buigen. Hoogspanningslijnen zijn meestal van aluminium, omdat dat veel lichter is. Een snoer bestaat dus uit twee delen met een tegengestelde taak: een geleidende kern en een isolerende mantel.
In een huisinstallatie geeft de kleur van de mantel aan welke draad wat doet: bruin (of zwart, grijs) is de fase, blauw de nul, en geel-groen de aarding (hoofdstuk 5).
Elke isolator geeft het op als de spanning maar groot genoeg is. Droge lucht isoleert goed, maar bij ongeveer 3000 V per millimeter slaat ze door: er springt een vonk over. Een bliksem is zo'n vonk, honderden meters tot kilometers lang. En een isolator die nat of vuil is, laat over zijn oppervlak toch stroom door.
Een zaklamp van binnen
Een eenvoudige zaklamp is een complete elektrische kring in een buis. Volg de nummers en zoek de bron, de verbruiker, de geleiders en de schakelaar. Het schema eronder toont dezelfde kring.
- 1Twee batterijen
De bron: twee cellen van 1,5 V achter elkaar, de pluspool van de ene tegen de minpool van de andere. Samen duwen ze harder: 3 V (hoofdstuk 20).
- 2Veer
Duwt de batterijen tegen het lampje en maakt contact met de minpool. Een metalen veer is een geleider.
- 3Metalen strip
De 'draad' van de zaklamp: brengt de stroom van de veer langs de binnenkant naar voren. In een metalen zaklamp is de buis zelf die geleider.
- 4Schakelaar
Een knop die twee stukken strip met elkaar verbindt of ze los laat: de kring gesloten of open.
- 5Lampje of led
De verbruiker. Het contact onderaan raakt de pluspool van de batterij, de fitting is verbonden met de strip.
- 6Reflector
Een spiegelende trechter die het licht dat opzij en naar achter gaat, naar voren kaatst.
- 7Venster
Doorzichtige kunststof of glas: beschermt het lampje en laat het licht door.
- 8Behuizing
Van kunststof: een isolator. Je kan de zaklamp overal vastnemen zonder de kring te beïnvloeden.
Open kring en kortsluiting
In een open kring is de weg ergens onderbroken: een schakelaar staat open, een draad is los, een lampje is doorgebrand. Er loopt dan nergens stroom. Dat is niet gevaarlijk; het is gewoon hoe je iets uitzet.
Een kortsluiting is het omgekeerde: er ontstaat een weg van de ene pool naar de andere die niet door de verbruiker gaat, maar alleen door draden of metaal. Een draad remt de stroom bijna niet af, een lamp wel (hoe sterk, meet je in hoofdstuk 19 als 'weerstand'). De stroom neemt daarom vrijwel volledig de korte weg. Gevolg:
- de lamp gaat uit, want er loopt bijna geen stroom meer door;
- door de draden en de bron loopt een heel grote stroom. De draden worden heet, de isolatie kan smelten, de bron raakt beschadigd. Een lithiumbatterij kan zelfs vuur vatten (hoofdstuk 5).
Kortsluiting ontstaat vaak per ongeluk: twee blanke draadeinden die elkaar raken, een schroevendraaier tussen twee contacten, een beschadigd snoer, water in een stekkerdoos, een munt in je broekzak naast een reservebatterij.
Verbind nooit de twee polen van een batterij of een voeding rechtstreeks met een draad, ook niet 'even'. Bewaar losse batterijen zo dat hun polen niet tegen metaal kunnen komen, en plak de polen af van batterijen die je naar het inzamelpunt brengt.
Brandt de lamp?
Een leerling bouwt de drie kringen hieronder, telkens met een batterij en een lampje. In welke brandt de lamp? Leg uit waarom, zoals een elektricien redeneert.
- drie schakelschema's
- regel: de lamp brandt als er een gesloten weg van + naar − door de lamp loopt, die niet kortgesloten wordt
- brandt de lamp in kring 1, 2 en 3?
- 1Methode. Start bij de pluspool (lange streep). Volg de draad en ga door elk onderdeel. Vraag je bij elke splitsing af: is er een weg zonder verbruiker? Die neemt de stroom.
- 2Kring 1. Van + via de gesloten schakelaar naar de lamp, door de lamp, terug naar −. Een gesloten weg door de lamp, en geen korte weg ernaast: de lamp brandt.
- 3Kring 2. De schakelaar staat open, maar er loopt een draad met twee knooppunten over de schakelaar heen. De stroom gaat via die draad: de kring is toch gesloten en de lamp brandt. De schakelaar kan de lamp niet meer uitzetten: een fout in de bedrading.
- 4Kring 3. De schakelaar is dicht, maar een draad verbindt de twee kanten van de lamp. Die draad is een weg zonder verbruiker: kortsluiting. De lamp brandt niet, en de batterij wordt warm.
De zekering
Omdat een kortsluiting zo gevaarlijk is, zit er in elke goede kring een zekering. Ze staat in serie: alle stroom moet erdoor. Loopt er te veel stroom, dan onderbreekt ze de kring, lang voor de draden heet genoeg worden om brand te veroorzaken. Er zijn twee soorten:
- Een smeltzekering bevat een dun draadje. Bij te veel stroom wordt het zo heet dat het smelt: de kring is open. Een doorgebrande smeltzekering vervang je door een nieuwe met dezelfde waarde. Je vindt ze als glaszekering in toestellen en in je multimeter, als steekzekering in een auto, en als patroonzekering in oude huisinstallaties.
- Een automaat (automatische zekering) doet hetzelfde met een mechanisme. Bij een te grote stroom die blijft duren, warmt een bimetaal op, buigt en schakelt uit (na seconden tot minuten). Bij kortsluiting trekt een elektromagneet het contact in een fractie van een seconde open. Na het herstellen van de fout duw je de hendel gewoon terug omhoog.
Op een zekering staat een getal met de letter A: de stroom in ampère (hoofdstuk 19) waarbij ze nog net niet afschakelt. In een Belgische woning beveiligt een automaat van 16 A een lichtkring met draden van 1,5 mm², en een automaat van 20 A een kring met stopcontacten en draden van 2,5 mm²: een dikkere draad mag meer stroom dragen. De zekering beschermt dus de draden en de toestellen. Mensen beschermt ze nauwelijks: dat doet de differentieelschakelaar (hoofdstuk 5).
Zet de zekering zo dicht mogelijk bij de bron, in de draad die van de pluspool komt (bij 230 V: in de fase). Zo is alles wat erna komt beveiligd. En vervang een doorgebrande zekering nooit door een zwaardere of door een stukje draad: dan beschermt ze niets meer. Springt een zekering, zoek dan eerst de oorzaak.
Staalwol als zekering (demonstratie)
Wat gebeurt er met een dun draadje in de kring als je een kortsluiting maakt?
- regelbare voeding van 6 V met stroombegrenzing
- lampje van 6 V in een fitting
- enkele draadjes fijne staalwol tussen twee krokodillenklemmen, op een tegel
- drukknop, snoertjes
- 1Bouw de kring volgens het schema: de voeding, het plukje staalwol als 'zekering', het lampje, en een drukknop parallel over het lampje.
- 2Zet de voeding aan. Het lampje brandt. (De docent test vooraf hoeveel draadjes staalwol er nodig zijn: genoeg om het lampje te laten branden.)
- 3Druk op de drukknop: je maakt een kortsluiting over het lampje. Kijk naar het staalwol.
- 4Laat de drukknop los. Brandt het lampje weer?
Zolang het lampje brandt, blijft het staalwol koud en heel. Bij het indrukken van de knop gaat het lampje uit, en na een fractie van een seconde gloeit het staalwol oranje op en smelt het door. Laat je de knop los, dan blijft het lampje uit.
Met de knop ingedrukt kan de stroom om het lampje heen: er loopt een veel grotere stroom. De dunne draadjes staalwol worden daardoor zo heet dat ze smelten, en de kring is open. Dat is precies hoe een smeltzekering werkt: het zwakste stukje in de kring geeft het bewust als eerste op, op een veilige plaats, voor de rest heet wordt. Na de 'kortsluiting' moet je het staalwol vervangen, zoals een doorgebrande zekering.
Schakelaars: aan/uit, drukknop en wissel
Er bestaan veel soorten schakelaars. Vier ervan gebruik je in dit hoofdstuk:
- De gewone schakelaar (aan/uit) blijft in de stand waarin je hem zet: de lichtschakelaar in de klas.
- Een drukknop veert terug als je loslaat. Een maakcontact sluit de kring zolang je drukt: de deurbel, de toetsen van een rekenmachine. Een verbreekcontact doet het omgekeerde: het opent de kring zolang je drukt. Het lampje in de koelkast werkt zo: is de deur dicht, dan duwt ze de knop in en is het lampje uit; open je de deur, dan komt de knop vrij en gaat het lampje aan.
- Een wisselschakelaar heeft drie aansluitingen. Hij verbindt het gemeenschappelijke contact met de ene of met de andere uitgang: hij kiest een weg.
Twee schakelaars samen. Staan twee schakelaars in serie (achter elkaar), dan brandt de lamp alleen als S1 én S2 dicht zijn. Staan ze parallel (naast elkaar, elk in een eigen tak), dan brandt de lamp als S1 of S2 dicht is (of allebei).
| S1 | S2 | serie (EN) | parallel (OF) |
|---|---|---|---|
| open | open | uit | uit |
| open | dicht | uit | aan |
| dicht | open | uit | aan |
| dicht | dicht | aan | aan |
Voorbeelden: een wasmachine start pas als de deur dicht is én je op start drukt. Een deurbel met een knop aan de voordeur en een aan de achterdeur: de bel gaat als iemand aan de ene of de andere drukt. In een appartementsgebouw zit op elke verdieping een drukknop voor de trapverlichting; ze staan parallel, zodat elke knop de lichten (met een tijdschakelaar) aanzet.
Met EN en OF (en NIET) kan je beslissingen bouwen. Een computer doet niets anders, met miljarden piepkleine schakelaars. In hoofdstuk 22 gebruik je EN en OF in algoritmen, in Expert (hoofdstuk E23) bouw je er logische schakelingen mee.
De trappenhuisschakeling
Je komt 's avonds thuis en wil het licht van de trap aandoen, beneden. Boven wil je het weer uitdoen. Met gewone schakelaars lukt dat niet: in serie moet je er twee aanzetten, parallel kan je niet meer uitzetten als de andere aan staat. De oplossing is de trappenhuisschakeling, ook wisselschakeling genoemd (in Nederland vaak 'hotelschakeling'):
- twee wisselschakelaars, W1 onderaan en W2 bovenaan de trap;
- de bron gaat naar het gemeenschappelijke contact van W1;
- tussen de twee schakelaars lopen twee schakeldraden: ze verbinden de uitgangen van W1 met de uitgangen van W2;
- het gemeenschappelijke contact van W2 gaat naar de lamp, en de lamp terug naar de bron.
De lamp brandt als beide schakelaars dezelfde schakeldraad kiezen: dan is er een gesloten weg. Kiezen ze een verschillende draad, dan loopt de weg dood. Omdat elke schakelaar de keuze kan omdraaien, verandert de lamp van toestand, bij welke schakelaar je ook drukt.
Voor een lange gang met drie of meer deuren zet je tussen de twee wisselschakelaars een of meer kruisschakelaars. Een kruisschakelaar laat de twee schakeldraden rechtdoor lopen of kruist ze. Met twee wisselschakelaars en één kruisschakelaar bedien je een lamp van drie plaatsen (opdracht 18.15).
Alle vier de standen nagaan
Elke wisselschakelaar heeft twee standen: boven of onder. Controleer voor alle vier de combinaties of de lamp brandt. Werkt de schakeling zoals het hoort: verandert de lamp telkens als je één schakelaar omzet?
- trappenhuisschakeling met W1 en W2
- schakeldraad 1 verbindt de bovenste uitgangen, schakeldraad 2 de onderste
- toestand van de lamp in de vier standen
- verandert de lamp bij elke omzetting?
- 1a. W1 boven, W2 boven. Bron → W1 → schakeldraad 1 → W2 → lamp → bron: een gesloten weg. De lamp is aan.
- 2b. W1 boven, W2 onder. De stroom komt via schakeldraad 1 aan bij W2, maar W2 is verbonden met schakeldraad 2, die bij W1 los eindigt. De weg loopt dood: uit.
- 3c. W1 onder, W2 boven. W1 stuurt de stroom naar schakeldraad 2, W2 neemt schakeldraad 1: uit.
- 4d. W1 onder, W2 onder. Bron → W1 → schakeldraad 2 → W2 → lamp: aan.
- 5Omzetten. Van a naar b (W2 om): aan → uit. Van b naar d (W1 om): uit → aan. Van d naar c (W2 om): aan → uit. Van c naar a (W1 om): uit → aan. Bij elke omzetting van één schakelaar wisselt de lamp.
Habitat: het schema van de kasverlichting
Boven de plantenbakken van de meetkas komt een ledstrip van 12 V. Teken het schakelschema. De eisen: (1) de 230 V-adapter staat buiten de kas, droog en achter een differentieel (hoofdstuk 5); (2) in de kas is er alleen 12 V; (3) de kring is beveiligd tegen kortsluiting; (4) je kan de ledstrip met de hand aan- en uitzetten; (5) later moet de microcontroller de ledstrip ook zelf kunnen schakelen (hoofdstuk 25).
- 12 V-voeding (adapter) met een plus- en een minaansluiting
- ledstrip van 12 V
- zekering, schakelaar, wisselschakelaar, relaiscontact van de microcontroller
- schakelschema voor eisen 1 tot 4
- uitbreiding voor eis 5
- 1Bron. De adapter zet 230 V om in 12 V en staat buiten de kas. Alleen het 12 V-snoer gaat door de kaswand naar binnen.
- 2Zekering. F1 komt meteen na de pluspool van de voeding, in serie: bij een kortsluiting ergens in de kas onderbreekt ze de hele kring. (Welke waarde, bereken je in hoofdstuk 19: net boven de stroom van de ledstrip.)
- 3Schakelaar. S1 staat in serie met de ledstrip, na de zekering. De minaansluiting van de ledstrip gaat terug naar de minpool van de voeding: de kring is gesloten als S1 dicht is (eerste schema).
- 4Uitbreiding. Vervang S1 door een wisselschakelaar W1 die kiest tussen 'hand' en 'automaat'. Op de ene uitgang zit S1, op de andere het relaiscontact K1 dat de microcontroller later bedient. Beide komen samen in een knooppunt voor de ledstrip (tweede schema).
- 5Controle per stand. W1 op hand: de ledstrip brandt als S1 dicht is, K1 doet niets. W1 op automaat: K1 beslist, S1 doet niets. In geen enkele stand ontstaat een weg buiten de ledstrip om.
Overzicht: symbolen en regels
De symbolen uit dit hoofdstuk, met wat ze doen, en de regels voor een goed schema en een veilige kring.
| symbool | naam | betekenis |
|---|---|---|
| cel | Bron met één cel. De lange, dunne streep is de pluspool (+). | |
| batterij | Bron met meerdere cellen achter elkaar. | |
| wisselspanningsbron | Het stopcontact (230 V wisselspanning). | |
| lamp | Verbruiker die licht geeft. | |
| led | Lichtgevende diode: laat de stroom maar in één richting door, in de richting van het driehoekje. | |
| weerstand | Remt de stroom af (hoofdstuk 19). | |
| motor | Zet elektrische energie om in beweging. | |
| zoemer | Zet elektrische energie om in geluid. | |
| schakelaar (open) | Onderbreekt de kring; blijft in de stand waarin je hem zet. | |
| schakelaar (dicht) | Sluit de kring. | |
| drukknop, maakcontact | Sluit de kring zolang je drukt (deurbel). | |
| drukknop, verbreekcontact | Opent de kring zolang je drukt (lampje in de koelkast). | |
| wisselschakelaar | Verbindt het gemeenschappelijke contact met de ene of de andere uitgang. | |
| zekering | Onderbreekt de kring als er te veel stroom loopt. | |
| ampèremeter | Meet de stroom; staat in de kring (hoofdstuk 19). | |
| voltmeter | Meet de spanning; staat over een onderdeel (hoofdstuk 19). | |
| knooppunt | Punt waar draden verbonden zijn. Kruisen zonder punt: niet verbonden. |
| regel | waarom |
|---|---|
| rechte draden, rechte hoeken | een schema toont verbindingen, geen echte ligging |
| knooppunt = punt; kruisen zonder punt = niet verbonden | geen twijfel over wat verbonden is |
| de kring moet gesloten zijn | zonder gesloten weg loopt er geen stroom |
| nooit een weg zonder verbruiker tussen + en − | dat is kortsluiting: heel grote stroom, hitte |
| zekering in serie, vlak na de pluspool (of in de fase) | ze beveiligt alles wat erna komt |
| schakelaar in serie met wat hij bedient | open schakelaar = open kring |
| schakelaars in serie: EN; parallel: OF | zo combineer je voorwaarden |
| trappenhuis: 2 wisselschakelaars + 2 schakeldraden | één lamp van twee plaatsen; per extra plaats een kruisschakelaar |
Waar de kring naartoe leidt
De gesloten kring is het vertrekpunt van de hele leerlijn elektriciteit en elektronica. Alles wat later komt, van de wet van Ohm tot een microcontroller, speelt zich af in een kring die je als schema tekent. Met EN en OF raak je ook de leerlijn programmeren: dezelfde logica stuurt algoritmen en computers. En de zekering hoort bij veilig werken.
Waarom 230 V gevaarlijk is, de differentieelschakelaar en de aarding: de zekering is de derde beveiliging.
Elektrische geleiding als materiaaleigenschap in een keuzetabel.
Hoeveel stroom er loopt en hoe hard de bron duwt: meten met de multimeter, rekenen met Ohm, de waarde van een zekering kiezen.
Verbruikers in serie en parallel: wat er gebeurt met stroom en spanning, en waarom je huis parallel geschakeld is.
EN, OF en NIET in algoritmen en stroomdiagrammen.
Een drukknop inlezen en een led schakelen met een microcontroller.
Kringen met knooppunten en lussen doorrekenen.
EN, OF en NIET als logische poorten: de bouwstenen van een processor.
In het kort
- Een kring werkt alleen als ze gesloten is: van de pluspool van de bron, door de verbruiker en de geleiders, terug naar de minpool. De schakelaar opent of sluit de kring.
- Een schakelschema gebruikt IEC-symbolen, rechte draden en knooppunten; kruisen zonder punt is niet verbonden.
- Metalen en grafiet zijn geleiders (vrije elektronen); kunststof, glas, rubber en droge lucht zijn isolatoren. Zout water geleidt, zuiver water bijna niet.
- Een open kring is onderbroken; bij kortsluiting loopt de stroom buiten de verbruiker om, met een heel grote stroom en hitte als gevolg.
- Een zekering staat in serie, vlak na de pluspool, en onderbreekt de kring bij te veel stroom: een smeltzekering smelt door, een automaat schakelt uit. Ze beschermt de draden.
- Een drukknop veert terug (maakcontact of verbreekcontact); een wisselschakelaar kiest tussen twee uitgangen. Schakelaars in serie werken als EN, parallel als OF.
- De trappenhuisschakeling: twee wisselschakelaars met twee schakeldraden. De lamp brandt als beide dezelfde draad kiezen; elke schakelaar zet de lamp om.
Wat je nu kent
- elektrische kring
- Een gesloten weg van de bron, door een of meer verbruikers en geleiders, terug naar de bron; alleen dan loopt er stroom.
- bron
- Onderdeel dat de lading door de kring duwt en energie levert: batterij, adapter, zonnepaneel.
- verbruiker
- Onderdeel dat elektrische energie omzet in een andere vorm: licht, beweging, geluid, warmte.
- geleider
- Stof die stroom goed doorlaat, zoals een metaal of grafiet.
- isolator
- Stof die (bijna) geen stroom doorlaat, zoals kunststof, glas, rubber of droge lucht.
- schakelschema
- Tekening van een kring met afgesproken (IEC-)symbolen, rechte draden en knooppunten.
- kortsluiting
- Een weg met (bijna) geen weerstand tussen de polen van de bron, buiten de verbruiker om: er loopt een heel grote stroom.
- zekering
- Onderdeel in serie dat de kring onderbreekt als er te veel stroom loopt: een smeltzekering smelt door, een automaat schakelt uit.
- drukknop
- Schakelaar die terugveert: een maakcontact sluit zolang je drukt, een verbreekcontact opent zolang je drukt.
- wisselschakelaar
- Schakelaar met drie aansluitingen die het gemeenschappelijke contact met de ene of de andere uitgang verbindt.
- trappenhuisschakeling
- Schakeling met twee wisselschakelaars en twee schakeldraden waarmee je één lamp van twee plaatsen bedient (ook wisselschakeling).