Elektriciteit

Les 1: Elektrische stroom

De lesstof:

Een elektrische stroomkring

Een elektrische stroomkring is eigenlijk zoals een spannend avontuur voor elektriciteit. Wanneer je een elektrisch apparaat aanzet, start je dit avontuur. De elektrische stroom begint bij het stopcontact, reist door het apparaat heen en keert dan weer terug naar het stopcontact, als een rondje door de buurt.

Je kunt dit avontuur vergelijken met een watercirculatiesysteem in huis, zoals de verwarming. Water stroomt daarbij in een gesloten circuit rond. Een pomp duwt het water door de buizen, en je kunt de stroom onderbreken door een kraan dicht te draaien, net zoals je de warmte van een radiator kunt regelen.

In een elektrische stroomkring loopt de elektrische stroom ook in een gesloten rondje. De batterij of de stekker is als de pomp die de stroom in beweging zet. En net zoals je een kraan opent of sluit, gebruik je een schakelaar om de stroom aan of uit te zetten.

Stroomsterkte meten

Het meten van de stroomsterkte is als het meten van de snelheid van het water in de buizen. Met een stroommeter kun je zien hoeveel stroom er door een kring loopt, uitgedrukt in ampère (A) of milliampère (mA).

Een serieschakeling

In een serieschakeling volgt de stroom één route, net als water dat door een enkele buis stroomt. De stroomsterkte blijft overal gelijk, omdat er nergens water 'weglekt'. Dit geldt ook voor elektrische stroom: als er aan de ene kant van een apparaat een bepaalde stroom is, is die aan de andere kant precies hetzelfde.

Een parallelschakeling

Een parallelschakeling is als een straat met zijstraatjes. De stroom kan verschillende wegen nemen. Elke tak heeft zijn eigen stroomsterkte. Als je alle stroomsterktes in de zijstraatjes optelt, vind je de totale stroomsterkte van de hoofdweg, net zoals je bij de verwarming de totale waterstroom vindt door alle takken op te tellen.

Virtueel lab om stroomkring te testen. Met deze app kun je serie- & parallelschakelingen maken en doormeten.

Les 2: Elektriciteit in huis

De lesstof:

De elektrische installatie in een huis is als een netwerk van geheime paden die door elke kamer en elk hoekje lopen. Het begint allemaal bij de voordeur, waar een grote leiding het huis binnengaat. Dit is de hoofdleiding van het avontuur.

In de meterkast splitst deze leiding zich in verschillende groepen, als takken van een boom. Meestal zijn er vier tot zes van deze groepen, maar soms kunnen het er veel meer zijn!

Elk stopcontact en elke lamp heeft zijn eigen speciale draden. Stel je voor dat deze draden als magische touwen zijn, gemaakt van koper met een jas van kunststof eromheen. Er zijn twee belangrijke draden: de fasedraad, met een bruine jas, en de nuldraad, met een blauwe jas. De fasedraad heeft altijd 230 volt spanning en kan een flinke schok geven, dus pas op! De nuldraad helpt om de stroomkring te sluiten, maar raak ook deze niet zomaar aan, want soms zijn de draden omgewisseld.

Als je een lichtschakelaar hebt, loopt er een zwarte draad van de schakelaar naar de lamp. Deze draad heeft alleen spanning als de schakelaar aan staat, als een geheim signaal tussen de schakelaar en de lamp.

Soms kunnen er problemen ontstaan, zoals kortsluiting of overbelasting. Kortsluiting gebeurt wanneer de elektriciteit een andere weg vindt dan gepland, meestal omdat de draden elkaar aanraken. Dit kan gevaarlijk zijn! Overbelasting ontstaat wanneer er te veel apparaten op één groep zijn aangesloten, waardoor de draden te veel stroom moeten verwerken en warm worden. Dit kan zelfs brand veroorzaken!

Het is dus belangrijk om goed op te letten met elektriciteit en niet te veel apparaten tegelijk te gebruiken. Denk aan de draden als magische touwen die je huis verlichten, maar die ook voorzichtigheid vereisen!

Les 3: Vermogen en energie

De lesstof:

Het vermogen van een apparaat

Op elk elektrisch ding staat geschreven hoeveel energie het per seconde slurpt. Dit noemen we het 'vermogen' van het ding. De maateenheid hiervoor is de 'watt' (W). Kleine apparaten slurpen per seconde weinig energie, terwijl grote jongens veel meer energie nodig hebben.

Hoe je het vermogen berekent

Het vermogen van een apparaat hangt af van twee dingen:

- De kracht van de spanning waarmee het werkt.

- Hoeveel stroom er doorheen gaat.

Je kunt het vermogen berekenen met een magische formule:

vermogen = spanning × stroomsterkte

Of, in magische symbolen:

P = U * I

In deze formule is:

- P het vermogen van het apparaat in watt (W).

- U de spanning over het apparaat in volt (V).

- I de stroomsterkte door het apparaat in ampère (A).

Het meten van energieverbruik

Energie is niet gratis. Je moet ervoor dokken. Daarom hebben we een speciale kast in huis: de 'kWh-meter'. Dit betekent 'kilowattuur-meter'. Die houdt bij hoeveel energie al onze apparaten samen verbruiken. We meten dit in 'kilowattuur' (kWh).

De prijs van 1 kWh is ongeveer € 0,23. Als je de meterstand noteert aan het begin en aan het eind van het jaar, kun je uitrekenen hoeveel geld je hebt verspild aan energie. In 2019 gebruikte een gemiddeld gezin van vier mensen zo'n 4200 kWh per jaar.

Slimme meters

Steeds meer mensen hebben een 'slimme meter'. Dat is een magische digitale meter die het energiebedrijf vanaf een afstand kan aflezen. Je kunt 'm aansluiten op een computer of een schermpje, waarop je meteen ziet hoeveel energie je verbruikt. Dat is handige info als je wilt besparen!

Het berekenen van energieverbruik

Je kunt ook uitrekenen hoeveel energie een apparaat slurpt. Dan moet je twee dingen weten: het vermogen van het apparaat en hoelang het aanstaat. Je kunt het energieverbruik dan berekenen met een andere magische formule:

energieverbruik = vermogen × tijd

Of, in magische symbolen:

E = P ∙ t

In deze formule is:

- E de hoeveelheid verbruikte elektrische energie in kilowattuur (kWh).

- P het vermogen van het apparaat in kilowatt (kW).

- t de tijd dat het apparaat heeft gewerkt in uren (h).

Als je verschillende apparaten tegelijk aan hebt staan, kun je de vermogens van allemaal bij elkaar optellen. Dan kun je in één keer berekenen hoeveel energie ze samen hebben opgeslokt.

Les 4: Elektriciteit en veiligheid

De lesstof:

Gevaarlijke kanten van elektriciteit

Elektriciteit kan gevaarlijk zijn als er iets fout gaat. Kortsluiting en overbelasting zijn twee boosdoeners. Als draden te veel stroom moeten dragen, worden ze superheet. Dit kan leiden tot brand.

Maar er is nog een ander gevaar. Als je iets aanraakt dat onder stroom staat, krijg je een schok. Dit komt doordat de stroom door je lichaam gaat. Hierdoor gaan je spieren trekken. Hoe sterker de stroom, hoe erger de schade.

Hoeveel stroom je lichaam krijgt, hangt af van de weerstand die de stroom tegenkomt. Je lichaam geleidt de stroom vrij goed, dus de meeste weerstand komt op de plek waar de stroom binnenkomt en weggaat. Dit heet de 'contactweerstand'.

Als je huid droog is, is deze weerstand behoorlijk groot. Maar als je huid vochtig is, is de weerstand veel kleiner. Daarom moet je extra voorzichtig zijn in vochtige ruimtes.

Enkele en dubbele isolatie

Draden waar stroom doorheen gaat, zijn goed geïsoleerd. Dit voorkomt dat je een schok krijgt als je ze aanraakt. Isolatie is ook belangrijk om kortsluiting te voorkomen.

Sommige apparaten hebben zelfs dubbele isolatie. De delen waar de stroom doorheen gaat, hebben isolatie. Ook de buitenkant van het apparaat is van een niet-geleidend materiaal gemaakt. Dit zorgt voor extra veiligheid.

Zekeringen

Elke groep mag niet meer dan 16 ampère stroom hebben. Daarom heeft elke groep een zekering. Als er te veel stroom is, schakelt de zekering de stroom uit. Zo kunnen de draden niet heet worden en brand veroorzaken.

Moderne installaties gebruiken installatieautomaten. Deze hebben een hendel die omslaat als er te veel stroom is. Zo kun je zien welke groep het probleem heeft. Als het probleem is opgelost, kun je de stroom weer aanzetten.

Aardlekschakelaar

In de meterkast zit naast zekeringen ook een aardlekschakelaar. Deze vergelijkt de stroom in de ene draad met de stroom in de andere. Als er ergens stroom 'weglekt', schakelt de aardlekschakelaar de stroom uit. Zo kun je geen schok krijgen.

Randaarde

Sommige apparaten hebben een metalen buitenkant. Als de isolatie kapot is, kan er stroom op komen te staan. Dit kan gevaarlijk zijn. Daarom worden deze apparaten geaard. Er loopt dan een extra draad van de metalen buitenkant naar de aarde. Zo wordt de stroom afgeleid en kun je geen schok krijgen.