Elektriciteit

Willem stelde deze vraag op 25 maart 2019 om 16:38.

Ik begrijp niet wat spanning en weerstand is.

Aan de ene kant zeggen mensen van spanning dat het de energie is die de elektronen bij zich dragen en aan de andere kant zeggen mensen dat spanning de aantrekkingskracht van de verschillende ladingen tussen elektronen en protonen zijn. En wat is een weerstand? En lading? Ik heb al veel er over gelezen ook op deze site maar het is me nog niet helemaal duidelijk. :(


Reacties

Jan van de Velde op 25 maart 2019 om 16:50
Dag Willem,

kijk eerst eens even hier,

https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/65567

ik denk dat daar je meest prangende vragen beantwoord worden. Als er daar iets is dat je niet helemaal begrijpt, is het misschien handig daar verder te gaan, dan hebben we de eerdere uitleg bij de hand.

groet, Jan
Willem op 25 maart 2019 om 17:14
  1. Ik heb die gelezen ja alleen spanning en weerstand is mij nog niet duidelijk. Omdat iedereen iets anders beweert naar mijn mening. Ik snap dat weerstand de stroomsterkte tegen houd. Maar spanning ik begrijp het werkelijk waar niet. :( :(
Willem op 25 maart 2019 om 17:20
Ik ken ook mensen die beweren dat spanning 2 definities heeft.
Jan van de Velde op 25 maart 2019 om 17:51
dag Willem,

Er bestaan geen officiële, bij wet vastgelegde definities van "spanning". Dan nog is het zeer de vraag of je daarmee de boel beter zou begrijpen. 

Helpt het als ik spanning vergelijk met druk?
Bijv. lucht stroomt van een plaats met hoge druk naar een plaats met lage druk. Dat vinden we allemaal heel normaal, bijna niemand kijkt daar van op. 
Hoe groter dat drukverschil, hoe sterker de wind.

In plaats van lucht stromen er elektronen. Hoe groter het drukverschil (=spanning) tussen twee plaatsen, hoe groter de stroom.

Dus spanning kun je zien als de druk die een elektrische energiebron (batterij, dynamo, etc) op de elektronen uitoefent. 

Dat een elektrische energiebron die druk kan uitoefenen is dankzij de elektrische lading die elk elektron heeft. Want gelijke ladingen stoten elkaar af, ongelijke ladingen trekken elkaar aan. Op andere elektrisch geladen deeltjes, zoals protonen, of ionen (scheikunde, bijv SO42-, Fe2+) gebeurt dat evenzo.  Die aantrekkende en afstotende krachten kun je als de druk beschouwen die op die geladen deeltjes wordt uitgeoefend. 

Begint het zo een beetje te dagen? 

Groet, Jan







  
Willem op 25 maart 2019 om 19:03
alleen hoe zit het dan met de energie die ze bij zich dragen?

want ik heb een filmpje gekeken van boemlauw natuurkunde en die zegt 
spanning is een maat voor het drukverschil en maat voor hoeveel energie de deeltjes per coulomb lading meekrijgen ?

Vanaf dan begrijp ik het niet meer. 

Jan van de Velde op 25 maart 2019 om 19:38

Willem plaatste:

alleen hoe zit het dan met de energie die ze bij zich dragen?


Een elektron draagt geen energie bij zich. (Dat komt weer van die ellendige vrachtwagentjes-analogie waar ik het ook al over had in die topic waarheen ik eerder al verwees?)
 
Net zo min als de schakel van een fietsketting energie bij zich draagt. Wel kun je via die schakels van je fietsketting energie overbrengen van je trapas naar je achterwiel. 

Hoe harder je via die trapas aan die schakels trekt, hoe meer energie per seconde je kunt overbrengen.
(hoe hoger de spanning (lees:druk op de elektronen) hoe meer energie je kunt overbrengen)

Maar dat elektron heeft dus geen vrachtje energie dat hij in een lampje of motortje in de schakeling leegkiept. Het is de kracht die de spanningsbron op het elektron uitoefent die zorgt dat dat elektron hard tegen atomen in een gloeidraadje botst dat dat draadje door wrijving gloeiend heet wordt. 


Jan van de Velde op 25 maart 2019 om 19:40

Willem plaatste:

boemlauw natuurkunde en die zegt 
spanning is een maat voor het drukverschil en maat voor hoeveel energie de deeltjes per coulomb lading meekrijgen ?

spanning is een maat voor hoeveel energie je met een bepaalde hoeveelheid elektronen kunt overbrengen van energiebron naar energieverbruiker. 
Dat is een klein maar belangrijk verschil met "hoeveel energie de deeltjes krijgen".
Boemlauw heeft geen ongelijk, maar je zou met dat te letterlijk te lezen weer kunnen gaan denken aan dat vrachtwagentjesverhaal. 
Willem op 25 maart 2019 om 20:01
Als ik alle bestanden bij elkaar zou voegen is dit dan een mooie samenvatting?


Spanning is het verschil in druk die ontstaat doordat de zelfde deeltjes elkaar afstoten en verschillende deeltjes elkaar aantrekken. Spanning wordt vaak beschreven als een maat voor hoeveel energie de deeltjes bijdragen alleen dit klopt niet helemaal. Ze bedoelen met spanning de maat waarin de deeltjes dan tegen iets aanbotsen dat kan het apparaat gebruiken.

Zonder spanning gaan er geen elektronen lopen. de stroomsterkte is het aantal elektronen dat per seconde voorbij een bepaald punt stroomt.

Lading is een eigenschap van een elektron. De lading zorgt ervoor dat een elektron kan worden aangetrokken (of ingeval bij een neutraal voorwerp en een voorwerp met een elektronen overschot dat ze elkaar afstoten binnen het overschot en naar het neutrale voorwerp bewegen). Een min lading trekt een plus lading aan en andersom. Alleen min ladingen (elektronen) kunnen zich bewegen. In een stroomkring trekken de plussen de minnen aan dat is 1 waarom ze willen bewegen. Ook willen ze bij elkaar weg. 
 die energie wordt gebruikt om zich te bewegen. Als een elektron voorbij komt wordt die bewegingsenergie gebruikt door het lampje of ander apparaat.


Een weerstand beperkt het aantal elektronen dat voorbijstroomt.
Willem op 25 maart 2019 om 20:45
En nu ik aan het denken ben bedenk ik ook er staat op een batterij de spanning alleen het is niet zo dat die spanning gebruikt wordt door de lamp toch omdat je dan dingen als een weerstand hebt of een serie schakeling?
Jan van de Velde op 25 maart 2019 om 23:47
spanning wordt niet "gebruikt".  De spanning is er, en de spanning (dat "drukverschil") van de bron staat over de hele schakeling.

En, net als in een waterslang, wordt die drukval verdeeld over de hele slang, waarbij de druk het meest valt op plaatsen met grote weerstand. Knijp je onderweg die slang half dicht op twee plaatsen half dicht, dan zou je op elke kneep de helft van de totale drukval vinden, door de druk vlak voor en vlak na elke kneep te meten. 

Je kunt het je ook voorstellen in een knikkerbaanmodel:


En ja, ook de draden hebben een kleine weerstand. Zou je zoals in dat knikkerbaanmodel in plaats van die twee knikkermolentjes die de knikkerstroom afremmen twee gelijke lampen in serie aansluiten op 230 V, dan mag je over elke lamp in de praktijk een spanning (potentiaalverschil) verwachten van bijv. ca 114 V, en over elk stuk draad (heen resp terug) ca 1 V . De weerstand van die draden wordt in de meeste berekeningen dan ook gewoon verwaarloosd. 

in een parallelschakling krijgt elke lamp dan die 230 V "drukval":



En afhankelijk van hoe zwaar die moelntjes draaien loopt er dan een grotere of kleinere stroom knikkers langs.  

Willem op 26 maart 2019 om 06:33
Maar doen die molentjes de spanning ook veranderen?
Jan van de Velde op 26 maart 2019 om 07:43
Die vraag is niet te beantwoorden zonder mogelijk weer verwarring te veroorzaken.
Er staat een spanning (drukverschil) over zo'n molentje, maar dat molentje VERANDERT dat VERSCHIL niet. 

misschien helpt dit filmpje

4-1 Wat is--- spanning in een stroomkring (knikkerbaanmodel)

(sommige animaties "bibberen" helaas een beetje) 
Willem op 27 maart 2019 om 19:38
Dus kan ik dan concluderen dat weerstand geen invloed heeft op de spanning?
Willem op 27 maart 2019 om 20:20
Spanning is een maat voor het ladingsverschil ontstaat doordat ongelijke ladingen elkaar aantrekken en gelijke ladingen elkaar afstoten. Door die ladingen gaan elektronen lopen. Die elektronen botsen dan met hoge snelheid tegen de draden in het apparaat. Die energie wordt gebruikt door het apparaat.

Spanning kun je ook interpeteren als de hoeveelheid energie die je op een apparaat kunt brengen. De snelheid zou je kunnen zeggen die je met de elektronen tegen de draad laat botsen. Hoe hoger de snelheid hoe erger de botsing.

Zonder spanning gaan er geen elektronen lopen-> de stroomsterkte is het aantal elektronen dat per seconde voorbij een bepaald punt stroomt. De spanning heeft dus invloed op het aantal botsingen. Want hoe sneller hoe meer botsingen per seconde en hoe erger de botsing.

Lading is een eigenschap van een elektron. De lading zorgt ervoor dat een elektron kan worden aangetrokken (of ingeval bij een neutraal voorwerp en een voorwerp met een elektronen overschot dat ze elkaar afstoten binnen het overschot en naar het neutrale voorwerp bewegen). Een min lading trekt een plus lading aan en andersom. Alleen min ladingen (elektronen) kunnen zich bewegen. In een stroomkring trekken de plussen de minnen aan dat is 1 waarom ze willen bewegen. Ook willen ze bij elkaar weg. De lading zorgt dus voor de spanning.


Een weerstand zorgt ervoor dat er maar een bepaald aantal elektronen wordt aangetrokken (dus die stoppen niet ineens voor de weerstand maar ze worden in mindere maten aangetrokken) de weerstand heeft nauwelijks invloed op de spanning. De elektronen botsen in de draad maar ook in de weerstand een beetje maar dat verlies is te verwaarlozen. 




1. Klopt dit zo? (voor het totaal plaatje 🤓)

2.Maar als dit klopt betekent dat dat als je het vermogen van bv een wasmachine gaat berekenen dat het vermogen hoger ligt dan dat de wasmachine ontvangt aan energie toch? Want dan doe je 230 (lichtnet) keer de stroomsterkte.
Maar de wasmachine krijgt iets minder spanning door de verliezen.

3.Als de spanning hoger wordt gaan er dan ook meer elektronen lopen dus en de snelheid wordt groter dus meer energie. Is het verband tussen stroomsterkte en spanning dan een rechtevenredig verband? Omdat als ik x-aantal stroomsterkte heb en een y-aantal spanning. En ik de spanning 2 keer zo groot maak dus dan ook 2 keer zoveel elektronen gaan lopen?



Als u mij hiermee zou willen helpen verdient u echt een lintje!🥇
Jan van de Velde op 27 maart 2019 om 21:59

Willem plaatste:

1. Klopt dit zo? (voor het totaal plaatje 🤓)

Alleen voor die weerstand niet:

Willem plaatste:

Een weerstand zorgt ervoor dat er maar een bepaald aantal elektronen wordt aangetrokken (dus die stoppen niet ineens voor de weerstand maar ze worden in mindere maten aangetrokken)

Een weerstand zorgt er alleen maar voor dat een stroom wordt afgeremd, niet dat er in mindere mate aan getrokken wordt, want dat zou betekenen dat de spanning op bijvoorbeeld de aansluitpunten van een stopcontact zou veranderen naarmate je er een schemerlampje of een wasmachine tussen zou hangen. NONONONO.

Vergelijking; jij blijft fietsend even hard op je trappers duwen (even hoge spanning), maar ik knijp stiekem in je remmen (ik veroorzaak extra weerstand, meer wrijving). Gevolg: minder stroom bij dezelfde spanning.

Willem plaatste:

als je het vermogen van bv een wasmachine gaat berekenen dat het vermogen hoger ligt dan dat de wasmachine ontvangt aan energie toch? Want dan doe je 230 (lichtnet) keer de stroomsterkte.
Maar de wasmachine krijgt iets minder spanning door de verliezen.

Klopt. Elke stof, ook een goede geleider zoals koper, heeft een zekere weerstand. De draad heen en de draad terug van de wasmachine zijn dus eigenlijk twee weerstanden in serie met je wasmachine, en ja, als de wasmachine draait worden ook die draden een beetje warm. 
Neem een kabelhaspel met opgewonden kabel van 50 m, sluit daar een elektrische maaimachine op aan en begin te maaien: die draad kan zijn warmte niet meer kwijt aan de omgeving en raakt verhit. Als je een goeie haspel hebt gekocht zit daar zelfs een thermische beveiliging op: komt de opgewonden kabel boven een bepaalde nog nèt veilige temperatuur dan schakelt die de stroom uit. 

En ook, door al die weerstand in die lange kabel zal de spanning tussen de draadeinden aan het eind van de kabel lager geworden zijn dan die aan het begin: het aangesloten apparaat kan dan ook merkbaar minder vermogen leveren.

Willem plaatste:

3.Als de spanning hoger wordt gaan er dan ook meer elektronen lopen dus en de snelheid wordt groter dus meer energie. Is het verband tussen stroomsterkte en spanning dan een rechtevenredig verband? Omdat als ik x-aantal stroomsterkte heb en een y-aantal spanning. En ik de spanning 2 keer zo groot maak dus dan ook 2 keer zoveel elektronen gaan lopen?

Ja, dat heet de "Wet van Ohm". U = I x R
Als U twee keer zo groot wordt, wordt bij gelijke weerstand R de stroom ook twee keer zo groot. 

Valkuiltje: in de praktijk, omdat er een stroom loopt wordt de draad een beetje warm, en een warm materiaal krijgt een iets grotere weerstand.
Meer stroom ==> meer warmteontwikkeling ==> hogere temperatuur ==> meer weerstand.
Het gloeidraadje van een ouderwets gloeilampje heeft een ruwweg tien keer zo grote weerstand als het op temperatuur is (ca 2500°C) dan bij kamertemperatuur.



 

 
Willem op 27 maart 2019 om 22:55
Op de eerste plaats super bedankt!

Alleen heb ik nog een kleine maar. 
Hoe kan de stroomsterkte dan overal hetzelfde zijn als de stroom wordt afgeremd door een weestand?
Jan van de Velde op 27 maart 2019 om 23:35
Het is net als bij een waterslang: wat er aan de ene kant ingaat komt er aan de andere kant uit, niet meer, maar ook niet minder.
Knijp je ergens in de slang, dan kan daar minder water langs. Maar dan kan er ook niet evenveel water als eerst in blijven stromen: dat zou nergens heen kunnen. Er kan ook niet evenveel water uit blijven stromen: er komen immers minder liters per seconde langs de plaats waar jij knijpt. 

Dus, waar je ook meet in een serieschakeling, de stroomsterkte is overal even groot. Er is nergens onderweg een gezellig cafeetje waar elektronen eventjes kunnen parkeren voor een bakje koffie. 
mustafa op 19 december 2021 om 14:52
ik heb op wat filmpjes (waaronder 1 van Veritasium) gezien dat elektronen niet bewegen, hoe zit het dan?
Theo de Klerk op 19 december 2021 om 15:01
als ladingdragers niet bewegen loopt er geen stroom. Dan is er hooguit statische elektriciteit (als positieve en negatieve ladingen elkaar niet "opheffen" omdat ze gelijkelijk verdeeld zijn)
Jan van de Velde op 19 december 2021 om 18:03

mustafa

ik heb op wat filmpjes (waaronder 1 van Veritasium) gezien 

 dag Mustafa,

als die filmpjes op internet te vinden zijn, kun je ons dan eens een link / links geven zodat we weten in welke context jou verteld werd dat elektronen niet bewegen?

Groet, Jan 

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Ariane heeft dertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)