Elektriciteit is een fundamenteel onderdeel van ons dagelijks leven en voedt alles, van kleine apparaten zoals smartphones tot grote systemen zoals stadse elektriciteitsnetten. Als we het hebben over huidige elektriciteit , bedoelen we de stroom van elektrische lading door een geleider, zoals een metaaldraad, als gevolg van een potentiaalverschil of spanning daarover. Deze stroom drijft onze elektrische apparaten aan.
Om de huidige elektriciteit te begrijpen, beginnen we met de basiseenheid van lading, het elektron . Er ontstaat een elektrische stroom wanneer elektronen door een materiaal bewegen. De richting die gewoonlijk wordt beschouwd voor de stroom van elektrische stroom is tegengesteld aan de richting van de elektronenbeweging, van de positieve naar de negatieve pool van een stroombron.
De hoeveelheid elektrische lading die in een bepaalde tijd door een gedeelte van een geleider gaat, staat bekend als de elektrische stroom en wordt gemeten in ampère (A). Wiskundig wordt dit uitgedrukt als:
\(I = \frac{Q}{t}\)waarbij \(I\) de stroomsterkte in ampère is, \(Q\) de lading in coulombs is, en \(t\) de tijd in seconden is waarin de lading stroomt.
Spanning , of elektrisch potentiaalverschil, is de drijvende kracht die de elektrische lading door een geleider duwt. Het wordt gemeten in volt (V) en kan worden gezien als de elektrische druk die ervoor zorgt dat elektrische ladingen bewegen.
Weerstand is de weerstand die een materiaal biedt tegen de stroom van elektrische stroom. Het hangt af van de eigenschappen van het materiaal, evenals van de lengte en het dwarsdoorsnedeoppervlak. Weerstand wordt gemeten in ohm ( \(\Omega\) ). De relatie tussen spanning (V), stroom (I) en weerstand (R) wordt gegeven door de wet van Ohm:
\(V = I \times R\)Deze vergelijking laat zien dat de stroom die door een geleider tussen twee punten vloeit, direct evenredig is met de spanning over de twee punten, en omgekeerd evenredig met de weerstand daartussen.
In een serieschakeling zijn componenten end-to-end met elkaar verbonden, dus er is maar één pad waarlangs de stroom kan stromen. Als een deel van het circuit kapot is, werkt het hele circuit niet meer. De totale weerstand van een serieschakeling is de som van de individuele weerstanden:
\(R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + \ ... \)In een parallel circuit zijn componenten verbonden via gemeenschappelijke punten of kruispunten, waardoor er meerdere paden ontstaan waarlangs de stroom kan stromen. De spanning over elke component in een parallelle schakeling is hetzelfde. Het omgekeerde van de totale weerstand in een parallel circuit is gelijk aan de som van het omgekeerde van elke weerstand:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ ... \)Het vermogen van een elektrisch circuit is de snelheid waarmee elektrische energie door een elektrisch circuit wordt overgedragen. De SI-eenheid van vermogen is watt (W). Het vermogen kan worden berekend met de formule:
\(P = V \times I\)Deze formule geeft aan dat het vermogen (in watt) het product is van de spanning (in volt) en de stroom (in ampère).
Materialen die een gemakkelijke stroom van elektrische lading mogelijk maken, worden geleiders genoemd. De meeste metalen, zoals koper en aluminium, zijn goede geleiders en worden vaak gebruikt in elektrische bedrading. Aan de andere kant zijn isolatoren materialen die de elektrische lading niet vrij laten stromen. Voorbeelden zijn rubber, glas en plastic. Deze materialen worden gebruikt om geleiders te coaten of te omringen om ongewenste elektriciteitsstromen te voorkomen en de veiligheid te garanderen.
Een eenvoudig elektrisch circuit kan de principes van de huidige elektriciteit demonstreren. Beschouw een circuit bestaande uit een batterij, een weerstand en een gloeilamp, allemaal in serie geschakeld. Wanneer het circuit gesloten is, creëert de batterij een spanning die elektronen door het circuit duwt. De weerstand beperkt de stroom van elektronen, waardoor de stroom wordt geregeld. De gloeilamp zet de elektrische energie om in licht, wat het gebruik van elektrische energie illustreert.
Om de wet van Ohm experimenteel te verifiëren, kan men een circuit opzetten met een variabele voeding, een ampèremeter om de stroom te meten en een voltmeter om de spanning over een weerstand te meten. Door de spanning te variëren en de overeenkomstige stroom te registreren, ontdekt men dat de spanning over de weerstand recht evenredig is met de stroom die er doorheen vloeit, in overeenstemming met de wet van Ohm.
Huidige elektriciteit is een enorm veld dat veel fundamentele concepten omvat, waaronder elektrische stroom, spanning, weerstand, circuits en elektrisch vermogen. Het begrijpen van deze concepten is essentieel om te begrijpen hoe elektrische apparaten functioneren en voor een veilig en effectief gebruik van elektriciteit. Door principes zoals de wet van Ohm toe te passen en het gedrag van serie- en parallelle circuits te begrijpen, kan men de stroom van elektriciteit in verschillende omgevingen voorspellen en controleren.
