Elektronen en stroom in een stroomkring

Tessa stelde deze vraag op 09 januari 2021 om 15:45.

Hallo,

Laat ik maar gelijk met de deur in huis vallen: ik heb een vraag over het onderwerp elektronen en stroom in een stroomkring. Toen mijn docent hierover in de les ging uitleggen, heb ik aantekeningen gemaakt. Maar het probleem is dat ik mijn aantekeningen niet meer begrijp... In mijn boek kon ik de informatie hierover niet terugvinden, en komt het dus op mijn aantekeningen aan.

Een foto van mijn aantekeningen : 


Deze tekening (rechtsonder) heb ik direct van het bord overgenomen toen mijn docent ging uitleggen. Mijn docent vertelde dat elektronen van min naar plus gaan, en stroom van plus naar min. Dat deel begrijp ik, maar op het tekeningetje lijkt het alsof de stroom en elektronen aan elkaar vast zitten (rechterkant). En dat deze combinatie dan werd gebruikt om (in dit geval) de lamp te voeden. Dat deel begrijp ik niet, want elektronen en stroom zijn toch bijna hetzelfde? Stroom ontstaat door bewegende elektronen, dacht ik gelezen te hebben.

Zou u mij dit onderwerp nog eens uit kunnen leggen door de tekening toe te lichten? En dan vooral het stukje dat de elektronen en stroom aan elkaar 'vastzitten'.

Ik hoop dat mijn vraag te begrijpen is :)
Alvast bedankt!

Vriendelijke groet,

Tessa

Reacties

Jan van de Velde op 09 januari 2021 om 15:51
dag Tessa,

in welke klas / niveau/ leerjaar zit jij?
Want jij bent in de war, maar met een heleboel van wat erin die (aan)tekening staat ben ik het eigenlijk helemaal niet eens, en we willen je ook niet verder in de war brengen. 

Groet, Jan
Tessa op 09 januari 2021 om 15:53
Hoi Jan,

Ik zit in nu in 3 vwo. 

Groetjes,
Tessa
Theo de Klerk op 09 januari 2021 om 15:55
Stroom wordt niet opgegeten. Alle elektronen die aan de - kant van de batterij wegstromen, door de lamp gaan komen aan de + kant van de batterij aan. Alleen met veel minder energie dan waarmee ze vertrokken: die energie is door de lamp gebruikt.
Voor we wisten dat elektriciteit eigenlijk door elektronen werd geleverd, had men "bedacht" dat stroom van + naar - loopt in plaats van (in werkelijkheid) andersom. Dat maakt voor beschouwimgen ook niet uit. Een negatieve lading naar links geeft hetzelfde effect als een positieve lading naar rechts. En gezien de vele boeken en geschriften die er al waren heeft men dus maar besloten stroom als beweging van positieve ladingen te nemen die van + naar - pool van de batterij lopen.

Elektronen en positieve ladingen zitten niet aan elkaar vast. De ene gaat naar links, de andere naar rechts. In werkelijkheid zitten de positieve ladingen (atoomkernen) vast in een rooster en zijn het de elektronen die bewegen. Die springen van de ene postieve lading (atoomkern) naar de buurman. en springen naar de volgende. Gevolg: netto is er geen ladingsverschil in stukjes draad (evenveel + als -)  maar de negatieve ladingen bewegen wel van links naar rechts (of andersom). Dat is voor allerlei inzichten hetzelfde alsof positieve ladingen in de stroomrichting bewegen
Tessa op 09 januari 2021 om 16:10
Super bedankt voor de snelle reactie!

Ik was inderdaad erg in de war met de (aan)tekening. Zo lijk ik het inderdaad te begrijpen!
Nogmaals bedankt.

Groetjes,
Tessa
Jan van de Velde op 09 januari 2021 om 17:11
dag Tessa,

We mogen hopen dat een VWO-er wel een wat strakkere uitleg aan kan. Ik ga dus maar eens een poging wagen. 

Een geleider (bijvoorbeeld een stukje koperdraad) bestaat uit atomen.

De kern van een atoom is elektrisch positief geladen, de elektronen eromheen negatief.

Atomen van een geleidende stof hebben elk een of meer elektronen die ze eigenlijk maar losjes vasthouden, en die makkelijk al eens overspringen van het ene atoom naar een buuratoom. Zou je met een superdehypermicroscoop in zo'n stukje metaal kunnen kijken dan zou je zoiets zien: 


http://www.dynamicscience.com.au/

Nou zitten die atomen vast in zo'n stuk metaal, maar een aantal van die elektronen kunnen dus redelijk vrij in dat metaal bewegen. 

Een stukje elektrostatica komt hopelijk bekend voor:
Voorwerpen met tegengestelde lading trekken elkaar aan, met gelijke lading stoten ze elkaar af.
Dus als we nou aan een lang stuk metaal (een draad bijvoorbeeld) aan één kant een positieve pool brengen en aan de andere kant een negatieve, dan kunnen die wat vrijere elektronen door die draad heen gaan bewegen, veel minder lukraak:


die vrijere elektronen gaan dus bewegen van de negatieve naar de positieve pool: de elektronen stromen van min naar plus. 

Zo kun je stroomkringen bouwen waarin dat steeds maar rond blijft stromen, met een spanningsbron (batterij of dynamo) als een soort pomp die de elektronen rondpompt. Dat zou je je als een knikkerbaan kunnen voorstellen (let nog maar even niet op dat "potential", dat komt nog wel eens):


http://www.sciencejoywagon.com/physicszone/07electricity/

Ergens onderweg in zo'n stroomkring kun je dan een energieverbruiker neerzetten, in de animatie hierboven die schoepwieltjes als een soort elektromotortjes. Je zou daar ook een gleoilampje kunnen zetten, dat is eigenlijk niks anders dan een stukje draad waar die elektronen wat moeilijker doorheen kunnen omdat ze heftig botsen met de atomen in dat stukje. Door die wrijving wordt dat stukje draad gloeiend heet, en hé presto, een gloeiend hete draad geeft licht. 

Maar aan die elektronen zelf verandert er niks, ze geven geen lading af, er wordt niks "opgegeten" of wat ook, ze worden alleen maar rondgepompt. 

Vergelijk een stroomkring eigenlijk het best met het trapsysteem van je fiets:
Je trappers trekken via een tandwiel                     de batterij duwt en trekt 
aan de schakels van je ketting                              aan de elektronen in een draad
de schakels trekken aan elkaar                             de elektronen duwen tegen elkaar
en ten slotte aan je achterwiel                               de elektronen laten een draad gloeien

en gaan onveranderd weer terug naar je trapas    en gaan onveranderd weer terug naar de batterij


http://fabacademy.org/

onderweg gebeurt er ook niks met de schakels. Zoals je een ketting van schakels kunt gebruiken om energie te transporteren van je trapas naar je achterwiel, zo kun je dus elektronen in en geleider gebruiken om energie van een energiebron (batterij, dynamo) naar een verbruiker (lampje, elektromotor) te transporteren. Maar die elektronen hebben dus geen rugzakje met energie of lading bij zich, net zo min als die schakels. 

De woorden "ladingarm" en "ladingrijk" in je aantekening slaan dus nergens op. Elk elektron in het heelal heeft dezelfde lading, en houdt die ook altijd.

Een lamp eet geen stroom of lading op, zelfs niet "bij wijze van spreken". Ook in vmbo-2 zou ik het zo niet durven uitleggen. 

"stroom" zijn ook geen bolletjes die door de stroomking lopen. Elektronen wel, maar "stroom" is alleen maar beweging, een begrip, een concept, niks tastbaars. 

Dat "de elektronen en stroom aan elkaar 'vastzitten'  "  is dus al helemaal een raar idee 
Je kunt "stroom" ook niet tekenen met bolletjes, op zijn best met pijltjes om de richting aan te geven. Het enige dat stroomt zijn elektronen, zoals waterdruppels door een slang, of schakels in een ketting, en die elektronen stromen van een elektrisch negatieve plek naar een elektrisch positieve plek. 

Wat we de elektrische stroom noemen, die van plus naar min stroomt, is een oude vergissing, en is helemaal niks tastbaars. Twee eeuwen geleden, toen we met elektriciteit begonnen te experimenteren, besefte men dat er "iets" door die draden stroomde (maar men had geen idee wat dan wel, we wisten nog niks van atoomkernen en elektronen) .  En ja, water stroomt van hoog naar laag, niet uit zichzelf omhoog, de afspraak dat dat "iets"  van plus naar min stroomt is dan heel logisch.

Toen we een eeuw later wèl in de gaten kregen hoe atomen er ongeveer uit moesten zien is die afspraak nooit meer veranderd. Teveel bestaande machines al, en te veel boeken. En dat hoefde ook niet per se allemaal aangepast te worden, alleen moeten we blijven beseffen dat die stroomrichting van plus naar min een afspraak is, en dat er in werkelijkheid elektronen van min naar plus stromen. Wat dus helemaal niks verandert aan de werking van al die apparaten.

En nou hopen dat we je niet verder van de pad hebben gebracht. Elektriciteit is al niet zo heel eenvoudig uit te leggen, en al helemaal niet als je je leerlingen van een paar totaal verkeerde denkbeelden laat vertrekken. In de lessen didactiek van lerarenopleidingen natuurkunde is dit ook altijd een onderwerp dat veel hoofdbrekens oplevert. 

Groet, Jan


toppertje
Tessa op 10 januari 2021 om 10:24
Dag Jan,

Uw uitleg is zo erg goed te begrijpen! Dank hiervoor. Ik zal mijn aantekening direct weghalen uit mijn schrift en het juiste erin zetten.

Erg bedankt voor jullie moeite en duidelijke uitleg! Het heeft mij erg geholpen! En zeker niet meer in de war gebracht ;)

Groetjes,
Tessa
Jan van de Velde op 10 januari 2021 om 11:08
dag Tessa,

als je zometeen in dit hoofdstuk elektrische schakelingen moet gaan maken/tekenen, en moet gaan nadenken over spanning, stroomsterkte en weerstand, gebruik dan deze applet:
https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_nl.html
Je ZIET dan wat er feitelijk in het echt gebeurt, dat maakt het allemaal veel minder abstract.

Succes verder, Jan
Tessa op 12 januari 2021 om 15:15
Hallo,

Daar ben ik weer:)
De manier hoe jullie het mij uitleggen, begrijp ik erg goed! Toch heb ik het nóg eens nagevraagd bij mijn docent, uiteindelijk is zij degene van wie ik de aantekening heb. Zij gaf aan, als ik het nu goed zeg, dat de lading die bij de plus is aangekomen door de stroom wordt meegenomen naar het lampje in dit geval. Ik heb nog aangegeven dat ik dacht dat stroom een beweging is en dus niet getekend kan wordt als een 'bolletje' in een stroomkring wat lading meeneem. Daarnaast had ik überhaupt niet het idee dat er lading meegenomen wordt door de stroom.

Ik merk dat ik toch weer een klein beetje in de war begin te raken door wat mijn docent verteld heeft. Heeft u enig idee wat mijn docent kan bedoelen? 

Ik hoor het graag.

Met vriendelijke groet,
Tessa
Theo de Klerk op 12 januari 2021 om 15:35
De -virtuele- stroomdeeltjes (positief geladen deeltjes) verlaten met energie de batterij aan de + pool. Door de draad stromen ze naar de lamp, staan daar hun energie - niet hun lading- af (lamp brandt) en stromen door naar de - pool. Daar worden ze door de batterij weer van energie voorzien en aan de + pool afgeleverd om weer dezelfde cyclus te doorlopen.

Dat in werkelijkheid de lading negatief is, vanuit de - pool via de lamp naar de + pool gaat is verder niet belangrijk - het is maar relatief. Een - lading naar links is hetzelfde als een + lading naar rechts (gezien vanuit ladingsstandpunt)
Jan van de Velde op 12 januari 2021 om 16:00

Tessa

 Zij gaf aan, als ik het nu goed zeg, dat de lading die bij de plus is aangekomen door de stroom wordt meegenomen naar het lampje in dit geval. 

 Dag Tessa,

als jij dat goed zegt zoals hierboven, dan zegt jouw docent het echt helemaal verkeerd. 

Er stromen elektronen rond.
Elke elektron heeft een (onveranderlijke) lading, die kijgen ze nergens erbij, en geven ze ook nergens af. 

Er is ook niet een of andere tastbare stroom die bij de plus een lading oppikt (door bijvoorbeeld een elektron met zijn lading op te nemen) en die dan in dat lampje weer afgeeft. 

Er is wel, in sommige natuurkundeboeken, een nogal gevaarlijke analogie waarbij de elektrische stroom wordt voorgesteld als een lange file vrachtwagens die in de batterij volge"laden" worden met energie (niet met lading, dat is dan echt een verkeerd woordgebruik)..), die ze dan weer leegkiepen in dat lampje, waarna ze "leeg" terugrijden naar de batterij. 
Dat is gevaarlijk omdat je zo de dagelijkse betekenis van lading, namelijk vracht, gaat verwarren met de elektrische betekenis ervan, een eigenschap van atoomdeeltjes als protonen en elektronen. Dat is ook gevaarlijk omdat je zo heel raar gaat moeten denken als je twee lampjes in serie in die stroomkring zet, en om nog veel meer redenen. 

Maar om een "stroom" een "lading" te laten oppikken in een batterij, en die "lading" weer af te laten geven in een lampje??? Dat vind ik heel erg van "au" , toch zeker in VWO 3. 

Ik zou zeggen, geef je docent de link van deze discussie voordat er nog meer verwarring ontstaat. Als dat werkelijk zo bedoeld wordt zoals jij het nu uitlegt vraag ik me sterk af wat hiermee de langetermijnbedoeling van je docent is.

Groet, Jan

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

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

Antwoord: (vul een getal in)