Elektriciteit

Elektrische stroom

Een elektrisch apparaat werkt alleen als het is opgenomen in een gesloten stroomkring: een rondje waar de stroom ononderbroken doorheen kan lopen, van de spanningsbron, door het apparaat en weer terug.

Een handig hulpmiddel om dit te begrijpen is het cv-model: een spanningsbron werkt als een pomp, een schakelaar als een kraan en de draden als buizen waar stroom (net als water) doorheen stroomt.

Met een stroommeter meet je de stroomsterkte (in ampère, A). Belangrijk: een stroommeter sluit je altijd in serie aan, dus in de kring zelf, nooit als aparte zijtak.

Serieschakeling Bij een serieschakeling ligt alles achter elkaar in één route. Er is maar één pad voor de stroom. Daardoor is de stroomsterkte overal in de kring precies even groot. Gaat er ergens iets los, dan stopt de hele kring.

Parallelschakeling Bij een parallelschakeling zijn er vertakkingen (takken). De stroom verdeelt zich over de takken. Draai je één lampje los, dan blijven de andere gewoon branden, want zij hebben nog hun eigen gesloten route.

De totale stroomsterkte van een parallelschakeling bereken je door de stroomsterktes van alle takken bij elkaar op te tellen:

Itot = I1 + I2 + I3 + …

Hierin is I de stroomsterkte in ampère (A). Reken bijvoorbeeld: lopen er door drie takken 2 A, 3 A en 8 A, dan is de totale stroomsterkte 2 + 3 + 8 = 13 A.

Elektriciteit in huis

De huisinstallatie is het netwerk van elektriciteitsdraden in een huis. Vanaf de voordeur loopt de hoofdleiding naar de kWh-meter. Daarna splitst de leiding zich in meerdere groepen (meestal vier tot zes). Elke groep heeft een eigen groepsschakelaar (om de groep spanningsloos te maken) en een eigen zekering (die de stroom uitschakelt als er iets misgaat).

Naar elk stopcontact en lichtpunt lopen altijd twee draden:

Draad	Kleur	Functie
Fasedraad	bruin	staat normaal gesproken altijd onder spanning (230 V)
Nuldraad	blauw	staat normaal geen spanning, sluit de stroomkring
Schakeldraad	zwart	staat alleen onder spanning als de schakelaar aan staat
Aarddraad	groen/geel	beveiligingsdraad

Raak de blote koperdraad nooit aan, ook niet van de blauwe nuldraad: schakel altijd eerst de spanning uit voor je aan draden werkt.

Kortsluiting ontstaat als de fasedraad en de nuldraad elkaar per ongeluk direct raken, bijvoorbeeld in een kapotte stekker. De weerstand wordt dan heel klein en de stroomsterkte schiet omhoog.

Overbelasting ontstaat als er te veel apparaten tegelijk op één groep zijn aangesloten. De totale stroomsterkte in die groep wordt dan te groot (groepen zijn berekend op maximaal 16 A). Bij beide gevaren worden de draden te heet, en dat kan brand veroorzaken.

Vermogen en energie

Het vermogen van een apparaat geeft aan hoeveel elektrische energie het per seconde verbruikt. De eenheid is watt (W). Een apparaat met een groot vermogen (zoals een föhn, 2000 W) verbruikt per seconde veel meer energie dan een apparaat met een klein vermogen (zoals een wekker, 2 W).

Je berekent het vermogen met:

vermogen = spanning × stroomsterkte, in symbolen: P = U × I

P = vermogen in watt
U = spanning in volt (V)
I = stroomsterkte in ampère (A)

Voorbeeld: een lampje staat op 2,2 V en er loopt 0,050 A doorheen. Dan is P = 2,2 × 0,050 = 0,11 W.

Het totale energieverbruik van een huishouden wordt gemeten met de kWh-meter (kilowattuurmeter). Het energieverbruik van één apparaat bereken je met:

energieverbruik = vermogen × tijd, in symbolen: E = P × t

E = energieverbruik in kilowattuur (kWh)
P = vermogen in kilowatt (kW)
t = tijd in uur (h)

Voorbeeld: twee lampjes van 5 W, een tv van 140 W en een computer van 250 W staan samen 3 uur aan. Dan is P = 10 + 140 + 250 = 400 W = 0,4 kW, en E = 0,4 × 3 = 1,2 kWh.

De kosten reken je uit met: kosten = energieverbruik × prijs per kWh. Bij een prijs van € 0,23 per kWh kost 1,2 kWh dus 1,2 × € 0,23 = € 0,28.

Elektriciteit en veiligheid

Elektriciteit kent twee grote gevaren: brand (door kortsluiting of overbelasting, waardoor draden te heet worden) en elektrische schok (als je iets aanraakt waar spanning op staat, loopt er stroom door je lichaam en trekken je spieren samen).

Hoeveel stroom je lichaam binnenkomt, hangt af van de contactweerstand: de weerstand op de plek waar de stroom je lichaam in- en uitgaat. Is je huid droog, dan is de contactweerstand behoorlijk groot. Is je huid vochtig, dan is de contactweerstand veel kleiner, en loopt er dus veel meer stroom door je heen. Daarom moet je in vochtige ruimtes (badkamer, keuken) extra voorzichtig zijn met elektriciteit.

Bescherming tegen schokken en brand:

Beveiliging	Wat doet het?
Isolatie (enkel of dubbel)	Voorkomt dat je de stroomdraad kunt aanraken; bij dubbele isolatie is ook de buitenkant van het apparaat van isolerend kunststof gemaakt (symbool: twee vierkantjes)
Zekering / installatieautomaat	Schakelt de stroom in een groep uit zodra de stroomsterkte boven de 16 A komt, om brand te voorkomen
Aardlekschakelaar	Vergelijkt de stroom in de fasedraad met die in de nuldraad; is het verschil groter dan 30 mA (er lekt dus stroom weg), dan schakelt hij de spanning direct uit — dit beschermt tegen schokken, ook bij lekstroom die te klein is voor een zekering
Aarddraad en randaarde	Bij apparaten met een metalen buitenkant: als er per ongeluk spanning op de behuizing komt te staan, voert de (groen/gele) aarddraad die stroom veilig af naar de aarde, zodat de aardlekschakelaar of zekering de stroom uitschakelt

Formules en grootheden op een rij

Grootheid	Symbool	Eenheid	Afkorting
Spanning	U	volt	V
Stroomsterkte	I	ampère	A
Vermogen	P	watt	W
Energieverbruik	E	kilowattuur	kWh

Formule	In woorden
I_tot = I_1 + I_2 + I_3 + …	Totale stroomsterkte in een parallelschakeling = som van de stroomsterktes in alle takken
P = U × I	Vermogen = spanning × stroomsterkte
E = P × t	Energieverbruik = vermogen × tijd (let op: P hier in kW en t in uur)
kosten = E × prijs per kWh	Wat je moet betalen voor het verbruik

Omrekenen: 1 A = 1000 mA, dus 1 mA = 0,001 A. En 1 kW = 1000 W, dus 1 W = 0,001 kW.