Alles over elektriciteit

Tegenwoordig is elektriciteit een vanzelfsprekende technologie, maar wat gaat er schuil achter dit handige fenomeen? In dit artikel lees je alles wat je moet weten over lading, spanning, stroom en weerstand.

Video

Wil je alles weten over elektriciteit? Onderstaande video legt je alles uit wat je moet weten.

 

Lading

Lading is een fundamentele eigenschap van een deeltje, zoals een elektron, en dicteert hoe het deeltje reageert als het in een elektrisch veld wordt geplaatst. De lading van een deeltje kan positief, zoals een proton, of negatief zijn, zoals een elektron. Deeltjes met dezelfde lading stoten elkaar af, terwijl tegengestelde ladingen elkaar juist aantrekken.

Als een lading in een elektrisch veld wordt geplaatst, dan wordt het versneld door dit veld. Hoe groot de versnelling is, hangt af van de massa van de lading en de grootte van de lading. Hoe groter de lading, hoe meer die versneld zal worden. Positieve ladingen worden versneld in de richting van de veldlijnen, terwijl een negatieve lading juist tegengesteld aan de veldlijnen gaat bewegen.

Lading geven we normaal aan met de letter Q en heeft als eenheid de Coulomb c, naar de Franse natuurkundige Charles-Augustin de Coulomb.

Spanning

Elektrische spanning kan worden gezien als het verschil in potentiële energie tussen twee punten per eenheid van lading. Als twee dezelfde ladingen dicht bij elkaar zijn, dan proberen ze elkaar af te stoten. Ze hebben dan dus een hoge potentiële energie. Als de twee ladingen op een grotere afstand van elkaar bevinden, dan proberen ze elkaar nog steeds af te stoten, maar met veel minder kracht. Ze hebben dan dus een veel kleinere potentiële energie. Het verschil in potentiële energie van de ladingen noemen we de spanning tussen de ladingen.

Je kunt elektrische spanning ook zien als een soort druk die ladingen door een schakeling heen duwt. Hoe groter de spanning, hoe groter de druk en dus hoe sneller de ladingen door een schakeling heen bewegen.

Elektrische spanning wordt vaak uitgedrukt met de letter V of U. De eenheid van spanning is de Volt V, naar de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta. Omdat elektrische spanning gelijk is aan een verschil in potentiële energie per eenheid lading, kunnen we afleiden dat de Volt uitgedrukt kan worden in deze eenheden:

V = potentiële energie / lading = J / c

Stroom

Elektrische stroom, ook wel stroomsterkte genoemd, is een maat voor hoeveel lading er per eenheid van tijd langs een bepaald punt gaat. Om een elektrische stroom langs een punt op te wekken heb je een spanningsverschil tussen twee punten nodig. Elektrische stroom stroomt altijd van de plus naar de min kant van een spanningsbron. Dit is dus tegengesteld aan de elektronen die door een draad stromen, die gaan van min naar plus!

Stroom wordt weergegeven met de letter I en heeft als eenheid de Ampère A, vernoemd naar de Franse natuurkundige André-Marie Ampère. De Ampère is dus een maat van lading per eenheid van tijd en kan dus uitgedrukt worden als:

A = lading / tijd = c / s

Om een grote stroom te krijgen kun je dus deeltjes gebruiken met een grote lading, of heel erg veel deeltjes langs een punt laten stromen.

Weerstand

Elektrische weerstand is, zoals de naam doet vermoeden, de eigenschap van een stof om de stroom van elektriciteit te weerstaan. Om geladen deeltjes, zoals elektronen, door een materiaal te laten stromen is er energie nodig. Je kunt elektrische weerstand van ladingen vergelijken met de wrijving die een object ervaart als het beweegt: je moet constant energie toevoegen om te blijven bewegen. Weerstand is zowel een materiaaleigenschap als een eigenschap van de afmetingen en vorm van, bijvoorbeeld, de draad waar de stroom doorheen stroomt.

Weerstand geven we aan met de letter R van het Engelse resistance. De eenheid van weerstand is de Ohm Ω, naar de Duitse natuurkundige Georg Ohm. We kunnen ook de wet van Ohm gebruiken om de weerstand van een elektrisch component uit te rekenen. Deze zegt:

Een grootheid gerelateerd aan de weerstand is de geleidbaarheid. De geleidbaarheid geeft aan hoe goed een draad stroom geleid. De geleidbaarheid wordt aangegeven met de letter G, heeft als eenheid de Siemens S naar de Duitse ingenieur Ernst Werner von Siemens, en is gedefiniëerd als: