Isaac-techniek - 1e graad - Module InSpanning - proefexemplaar by die Keure

3 De stroomkring

3.4.3

3.5.1

Extreme kick-off

Bekijk het filmpje via de QR-code hiernaast en noteer zoveel mogelijk kernwoorden in het veld hieronder. Bespreek.

Beoefen je zelf een van deze sporten?

Welke sport zou je zelf eens willen uitproberen?

Zouden je ouders het leuk vinden mocht je een van deze sporten beoefenen?

Welke uitrusting heb je nodig als je deze sporten wil beoefenen? Denk goed na over bescherming, veiligheid, zichtbaarheid … Bespreek.

In deze module gaan we een persoonlijk gadget ontwerpen dat jouw zichtbaarheid in het verkeer/ tijdens het sporten verhoogt.

Dit gadget:

• moet twee ledlampjes bevatten die van kleur kunnen veranderen.

• zul je afwerken met fluorescerend/reflecterend materiaal.

Voor we aan de slag gaan, moet je iets van elektriciteit afweten. Maar eerst staan we even stil bij zichtbaarheid en materialen die de zichtbaarheid verhogen.

1 Met de stroom mee

1.1 Sporter in zicht!

Bekijk de onderstaande afbeeldingen en bespreek wat je ziet.

Noteer drie gelijkenissen tussen de onderlinge afbeeldingen.

Wat is het doel van de kledij/de uitrusting van deze sporters?

Als je met de fiets/met de step/te voet naar school komt, dan moet je je in de wintermaanden ’s morgens en/of ’s avonds misschien in het donker verplaatsen. Dan is het van groot belang dat de andere weggebruikers je kunnen zien. Voor je eigen veiligheid is het dus belangrijk dat je opvalt. Met de oefening op pagina 6-7 ga je na welke uitrusting jou het best zichtbaar maakt in het verkeer.

1.2 Zichtbaarheid

In een lokaal dat volledig kan worden verduisterd, voer je een test uit. Zes leerlingen uit je klas trekken daarvoor elk een verschillende outfit aan en gaan vooraan op een rijtje in het lokaal staan.

• Leerling 1 draagt een volledig wit T-shirt.

• Leerling 2 draagt een volledig zwart T-shirt.

• Leerling 3 draagt een felkleurig T-shirt (felgeel, -oranje, -groen ...).

• Leerling 4 draagt een fluohesje.

• Leerling 5 draagt een lampje (een hoofdlamp of een afneembaar fietslampje).

• Leerling 6 draagt een fluohesje en een lampje.

De rest van de klas staat achtereenvolgens op drie verschillende afstanden ten opzichte van de zes leerlingen. Deze opstellingen doe je twee keer: bij daglicht en wanneer het lokaal is verduisterd.

Vul de onderstaande tabel aan met jouw observaties. Vul de drie afstanden in en markeer de zichtbaarheid.

leerling 1

leerling 2

leerling 3

leerling 4

leerling 5

leerling 6

goed / beperkt / niet

Afstand in meter Zichtbaar in daglicht? Zichtbaar in het donker?

Met welke kledij/uitrusting ben je het meest zichtbaar overdag?

Met welke kledij/uitrusting ben je het minst zichtbaar overdag?

Met welke kledij/uitrusting ben je het meest zichtbaar in het donker?

Met welke kledij/uitrusting ben je het minst zichtbaar in het donker?

Wat kun je besluiten uit de vorige oefening? Met welk materiaal of op welke manieren kun je jezelf behoorlijk goed zichtbaar maken in het donker? Noteer drie mogelijkheden naast de afbeeldingen.

Onze zichtbaarheid kunnen we verhogen door het dragen van bepaalde kledij of uitrusting. Sommige stoffen absorberen het onzichtbare uv-licht en zetten het om in (wat wij waarnemen als) felle kleuren. Dat noemen we fluorescentie. Wanneer invallend licht op een bepaalde stof valt en daarbij weggekaatst wordt, spreken we van reflectie. Ook met een lichtbron (zoals een ledlampje) kun je jezelf doen opvallen.

Wist je dat je ook gemakkelijk zelf fluorescerend water kan maken?

DOE DE TEST

Wat hebben we nodig?

Markeerstift (geel of groen)

Uv-lamp (blacklight)

Transparante beker

Tonic water

Water

Hoe gaan we te werk?

1 Vul de beker met water.

2 Open de markeerstift voorzichtig en haal de inktbuis eruit.

3 Steek de inktbuis in de beker met water en laat deze 5 minuten rusten.

4 Verduister het lokaal en schijn met de uv-lamp op de beker.

Wat merk je op?

5 Giet nu wat tonic water in de beker.

6 Verduister het lokaal en schijn met de uv-lamp op de beker.

Wat merk je op?

Verklaring

Zoals eerder geleerd bestaan er fluorescerende stoffen die uv-licht opnemen en dan terug kunnen afgeven. In een markeerstift zijn er enorm veel van die stoffen aanwezig.

In tonic water zit er veel kinine. Ook die stof kan uv-licht opnemen om dan later terug een blauwachtige schijn af te geven.

2 Elektriciteit

Elektriciteit is een vorm van energie. Wat energie precies is, valt moeilijk te omschrijven. Je kunt het heel ruim verwoorden door te stellen dat energie gelijk staat aan de mogelijkheid om een verandering teweeg te brengen.

In ISAAC-Natuurwetenschappen leer je meer over de verschillende soorten energie en omzettingen van energie.

Elektrische energie is onzichtbaar. Je merkt natuurlijk wel dat het er is, wanneer je bijvoorbeeld een haardroger in het stopcontact steekt of wanneer de batterij van je gsm aangeeft dat die moet worden opgeladen. Wat je soms wel kunt zien, is de elektrische ontlading zoals vonkjes of de bliksem.

We kunnen twee soorten elektrische energie onderscheiden: statische en dynamische. Op die twee vormen gaan we hierna wat dieper in.

2.1 Statische elektriciteit

Statische elektriciteit noemt men ook wel ‘stilstaande’ of ‘rustende’ elektriciteit. In tegenstelling tot dynamische elektriciteit verplaatst het zich niet. Statische elektriciteit ontstaat vooral door wrijving. Je hebt het vast al eens zelf ondervonden, bijvoorbeeld wanneer je in de winter je (wollen) trui of muts uittrekt en je haar rechtop komt te staan, of wanneer je het metaal van een trampoline of winkelkarretje aanraakt en een schokje krijgt. Bij een elektrostatische ontlading worden soms knisperende geluidjes of zelfs kleine vonkjes waargenomen.

Ook onweerswolken zijn statisch geladen omdat waterdruppels uit de warme, stijgende lucht botsen met de dalende, koudere luchtlaag. Deze ‘botsing’ of wrijving veroorzaakt statische elektriciteit in de wolken, vaak met ontladingen (bliksem) als gevolg. Ook de vacht van een dier (een kat bijvoorbeeld) kan door wrijving statisch worden geladen.

Statische elektriciteit wordt opgewekt door een samenspel van factoren. Via de proefjes hieronder kun je zelf ondervinden hoe dat gebeurt.

Voer de onderstaande opdrachten uit.

Neem een opgeblazen ballon en wrijf die over je haar. Wat gebeurt er?

Laat de kraan lopen met een kleine straal. Hou de ballon net voor de waterstraal en beweeg die heel langzaam dichterbij, alsof je die nat wil maken. Wat stel je vast?

Hou nu de statisch geladen ballon dicht bij elk van de onderstaande stoffen in de tabel. Wrijf vóór het testen telkens opnieuw met de ballon over je haar. Markeer de resultaten in de tabel. Vul de laatste rij aan met een zelfgekozen stof.

Statische elektriciteit?

wattenpluisjes ja / nee

een beetje zand ja / nee

stukjes nylonkous ja / nee

stukjes keukenpapier ja / nee

pluisjes wol ja / nee

stukjes aluminiumfolie ja / nee

een beetje zout ja / nee

piepschuim bolletjes ja / nee ja / nee

Wist je dat je heel eenvoudig bliksem kan imiteren?

DOE DE TEST

Wat hebben we nodig?

Wollen trui

Ballon

Leeg metalen frisdrank blikje

Hoe gaan we te werk?

1 Wrijf een ballon goed aan tegen een wollen trui zodat de ballon wordt opgeladen.

2 Verduister nu de ruimte en hou deze ballon tegen een leeg blikje.

Wat zie je?

Wat gebeurt er met bepaalde stoffen als je ze in contact brengt met een statisch geladen voorwerp (in dit geval een ballon)?

Statische elektriciteit is een vorm van elektriciteit die vooral ontstaat door wrijving.

Statische elektriciteit verplaatst zich niet.

2.2 Dynamische elektriciteit

Dynamische elektriciteit, beter bekend als (elektrische) stroom, bestaat uit bewegende, elektrische ontladingen. In tegenstelling tot statische elektriciteit verplaatst stroom zich dus wel. Dat gebeurt via een stroomkring. Een stroomkring bestaat uit een aantal noodzakelijke elementen die er samen voor zorgen dat elektriciteit kan doorstromen en kan worden gebruikt. Maar daarover later meer.

We bekijken eerst eens waar elektriciteit zoal vandaan kan komen.

2.2.1 Waar komt elektriciteit vandaan?

Elektriciteit is iets wat we elke dag gebruiken. Wanneer we ’s avonds naar de televisie kijken, wanneer we onze smartphone gebruiken of wanneer we onze fietsverlichting aanleggen. Elektriciteit is overal.

Maar waar komt elektriciteit vandaan?

Elektriciteit is iets wat wordt opgewekt om te kunnen gebruiken. We onderscheiden twee grote manieren waarop energie opgewekt wordt: via niet-hernieuwbare energiebronnen en via hernieuwbare energiebronnen

Bespreek in groep wat de grote verschillen zouden kunnen zijn en geef een paar voorbeelden.

Niet-hernieuwbare energiebronnen Hernieuwbare energiebronnen

Voorbeelden:

A Niet-hernieuwbare energiebronnen

Energie die gemaakt wordt in centrales met niet-hernieuwbare energiebronnen wordt gemaakt met bronnen die kunnen opraken. We noemen dit ook fossiele brandstoffen of niet-duurzame energiebronnen, omdat ze voor de natuur niet goed zijn.

Steenkool

Steenkool was een van de eerste bronnen die werd gebruikt in energiecentrales om energie op te wekken. Net zoals bij aardgas wordt dit verbrand en worden grote turbines met de stoom aangedreven. Ook hier ontstaat er veel CO2 bij de verbranding.

Aardgas

Aardgas wordt in centrales verbrand. Met de warmte die hierbij wordt gecreëerd, maken ze elektriciteit. Door de stoom gaan er namelijk turbines draaien en maken we eigenlijk een hele grote dynamo. Door de verbranding ontstaat er veel CO2, wat slecht is voor het klimaat.

Kernenergie

In tegenstelling tot aardgas en steenkool wordt er bij kernenergie niets verbrand. Hier worden atomen gesplitst waardoor er ook warmte ontstaat. Met die warmte wordt opnieuw stoom gecreëerd om turbines te laten draaien. Bij kernenergie is er geen CO2-uitstoot, maar wel kernafval. Kernafval is ook enorm slecht voor de natuur en is heel moeilijk tot zelfs onmogelijk om te verwerken.

B Hernieuwbare energiebronnen

Bij hernieuwbare of duurzame energiebronnen worden bronnen gebruikt die niet op kunnen raken. Deze zijn beter voor het milieu en daarom spreken we soms ook over milieuvriendelijke energiebronnen. Energiecentrales maken hier dan vooral gebruik van de natuurlijke elementen: wind, zon, waterkracht en biomassa.

Windenergie

Grote windmolens gaan draaien wanneer er wind is. Er wordt een grote generator aan gekoppeld voor het opwekken van energie. Windmolens worden vaak gebouwd op grote open ruimtes om zoveel mogelijk wind te kunnen vangen. Zo bestaan er ook veel windmolenparken op zee.

Waterkracht

Grote turbines worden via water aan het draaien gebracht. Ze plaatsen deze centrales aan grote rivieren waar er stromend water is. Het water stroomt langs deze turbines en zo gaan ze draaien.

Zonne-energie

Je kan er bijna niet meer omheen. Zonnepanelen liggen bijna op ieder huis en zetten zonlicht direct om in energie.

Biomassa

Bij biomassa wordt organisch materiaal verbrand of omgezet tot biogas. Op die manier kan ook elektriciteit worden opgewekt. Biomassa is wel een hernieuwbare energiebron maar toch moeten we hier goed over nadenken. We verbranden immers nog altijd een gas om elektriciteit op te wekken en creëren dus CO2.

Verbind de juiste energiebron met de bijhorende afbeelding.

Zonne-energie

Steenkool

Aardwarmte

Overleg in een kleiner groepje welke vorm van energie jullie het meest duurzaam lijkt. Noteer een korte toelichting waarom jullie dit denken.

Niet-hernieuwbare energiebronnen of fossiele brandstoffen zijn niet duurzaam. Ze kunnen ooit op raken en zijn slecht voor het milieu (aardgas, steenkool, kernenergie …).

Hernieuwbare energiebronnen daarentegen zijn wel duurzaam omdat ze gebruikmaken van natuurlijke elementen die niet op kunnen raken (zon, wind, waterkracht …).

2.2.2 Energie bij ons thuis

Ondertussen weten we dat we voor bijna alles energie gebruiken. Stofzuigen, het koelen van de koelkast, het opladen van een spelconsole ... Je weet al waar energie vandaan komt, maar wat weet je nu al over het verbruik in jouw huis? Hoe ga jij met energie om? We gaan op onderzoek.

A Energieverbruik

Ons energieverbruik wordt gemeten in kilowattuur (kWh). Wanneer we spreken over één kWh is dat eigenlijk de hoeveelheid energie dat een apparaat van 1000 watt verbruikt gedurende één uur.

We hebben heel wat apparaten thuis die energie verbruiken. De ene al wat meer dan de andere. Het is handig om te weten wat de grote energievreters zijn thuis om hier rekening mee te kunnen houden bij het gebruik ervan. Zo denken we beter op voorhand na wat we uit de koelkast nodig hebben vooraleer we deze open trekken. Ook hoeft de televisie niet te blijven spelen wanneer we even iets anders doen.

relatief grote verbruiker, 2 meters

doorsnee verbruik gezin, 1 meter

doorsnee verbruik gezin, 2 meters

relatief kleine verbruiker, 1 meter

kleine

cijfers: Eurostat bron: vlaamsenutsregulator.be/nl/energieverbruik

B Energielabel

A? A+? Of eerder een C? Wat zegt het nu eigenlijk over ons apparaat?

Wanneer we op de website van grote elektrowinkels kijken, staat er bij veel huishoudelijke toestellen een energielabel. Dit label toont aan hoe energiezuinig het apparaat is.

De zeer energiezuinige apparaten krijgen een A+++-label. De grote verbruikers daarentegen krijgen een G-label.

Wanneer je ouders dus voor een nieuw toestel kijken, kan je ze hierin ook adviseren. Een energiezuinig toestel met label A+++ is niet alleen voordeliger omdat het minder elektriciteit zal verbruiken, het is dus ook beter voor het milieu.

Energieverbruik wordt uitgedrukt in kilowattuur (kWh) en is de hoeveelheid energie dat een toestel van 1000 watt verbruikt in 1 uur. Om het energieverbruik van een toestel makkelijk te kunnen inschatten, werd het energielabel ingevoerd. Dat label toont hoe energiezuinig een toestel is aan de hand van een schaal: A (+++) voor meest zuinig tot G voor minst zuinig.

Gemiddeld verbruik (kWh)

AI is op vandaag een enorme verbruiker van energie geworden. Hoe vaak maak jij gebruik van tools zoals ChatGPT of een spraakassistent? Het energieverbruik van al deze tools wordt alvast een extra zorg in het verhaal van klimaatverandering. In de module TechVille leer je meer over artificiële intelligentie.

Zoek thuis vier elektrische toestellen en neem een foto van elk toestel.

Zoek op welk energielabel elk toestel heeft.

Denk na over hoe je dit apparaat bewuster kan gaan gebruiken.

Toestel

Energielabel Tips voor bewuster gebruik

Kies nu twee toestellen uit het lijstje hiervoor.

Zoek voor elk toestel vier verschillende modellen op. Bekijk hiervoor reclamefolders, het internet …

Zoek per model het energielabel, het jaarlijkse verbruik in kWh en noteer de aanschafprijs.

Toestel 1:

Model Foto of weblink Energielabel Verbruik kWh/jaar Aanschafprijs

Overleg in een kleiner groepje wat je kan besluiten uit deze resultaten en noteer een korte toelichting.

2.2.3 Stroombronnen en verbruikers

Hieronder vind je een aantal voorbeelden van stroombronnen en verbruikers. Verbind elke stroombron (links) met een passende verbruiker (rechts). Herken je ze allemaal?

Noteer zelf nog drie elektrische apparaten die je veel gebruikt. Noteer ook de stroombron.

Apparaat

Stroombron

2.2.4 Polariteit

Op elke batterij vind je twee symbolen terug. Welke zijn dat? Teken ze hieronder in de cirkeltjes.

Deze symbolen geven aan dat een batterij twee polen heeft: een pluspool en een minpool. Dit noemen we ook wel polariteit. De manier waarop je een batterij in een apparaat stopt, is dan ook belangrijk. Meestal staat op het toestel zelf vermeld hoe dat moet. Doe je het verkeerd, dan zal je toestel niet werken. In een eenvoudige stroomkring met een constante stroomrichting gebruikt men rood voor de pluspool en zwart voor de minpool.

Noteer bij elke batterij hieronder waar de plus- en minpool zich bevinden. Gebruik daarvoor de symbolen + en – in de juiste kleur (rood of zwart).

Welke batterij is het meest geschikt voor jouw lichtgevend accessoire dat je straks zal ontwerpen? Omcirkel jouw keuze uit de opties hierboven en noteer hieronder waarom.

Ook een ledlampje heeft een positieve en negatieve pool, net als een batterij. De pluskant van het ledje is het langste ‘beentje’ en moet steeds contact maken met de positieve kant van de batterij. Het kortste ‘beentje’ is de minkant en moet dus steeds contact maken met de negatieve kant van de batterij. Wist je ook dat het woord ‘led’ staat voor ‘light emitting diode’ en zoveel betekent als ‘een lichtgevend elektronisch onderdeeltje dat de stroom in één richting geleidt’? In het Nederlands schrijven we de afkorting led zonder hoofdletters. In het Engels wordt dit wel met hoofdletters geschreven, omdat daar elke letter apart wordt uitgesproken: ‘L-E-D’.

pluspool diode minpool

2.2.5 Geleiders en schakelaars

Om een verbruiker te doen werken, moet het met een stroombron worden verbonden. Het licht in de keuken zal niet branden zonder dat het aangesloten is op het elektriciteitsnet, net zoals een rekenmachine niet zal werken zonder een knoopcelbatterij. Een stroombron heeft daarvoor altijd twee aansluitingen: een plus- en een minpool waar geleiders op worden aangesloten. Deze geleiders zorgen ervoor dat de elektriciteitsdeeltjes zich van de bron naar de verbruiker kunnen bewegen en van de verbruiker naar de bron.

De meeste metalen zijn geleiders, dat betekent dat ze de elektriciteit (behoorlijk) gemakkelijk door laten stromen. Zo zijn goud en zilver uitstekende geleiders, maar natuurlijk veel te duur om te gebruiken. Het meest gebruikte materiaal om elektriciteit te geleiden, is koper. Ook het veel lichtere en goedkopere aluminium is een populaire geleider. Materialen zoals rubber of kunststof hebben dan weer geen geleidende eigenschappen. Daarom worden ze ook vaak gebruikt als kabelomhulsel, voor de veiligheid.

Een schakelaar in een stroomkring heeft (meestal) twee standen. In de ene positie zorgt die ervoor dat we de toevoer van elektriciteit kunnen onderbreken (we openen de stroomkring), in de andere positie laten we de elektriciteit weer door de geleiders stromen (en sluiten we de stroomkring).

Een stroomkring bestaat uit enkele noodzakelijke elementen, zoals een stroombron die de nodige stroom levert (bv. een batterij) en minstens één verbruiker (een elektrisch apparaat, bv. een lampje). De stroom vloeit van de stroombron naar de verbruiker via de geleiders. Vaak is er in de stroomkring ook minstens één schakelaar opgenomen, die de stroomkring kan openen en sluiten. Om de verbruiker te doen werken, moet de stroomkring gesloten zijn. Stroombronnen en sommige verbruikers hebben een bepaalde polariteit: een pluspool en een minpool. Ze moeten op de juiste manier geschakeld worden om de stroom door te laten.

3 De stroomkring

We kunnen een stroomkring makkelijk vergelijken met een formule 1-racebaan: auto’s kunnen alleen rijden als de baan compleet is.

Het team in de pitbox fungeert als de batterij, die de energie levert om de auto te laten starten. Als de racebaan onderbroken is (bv. bij een crash) kan de auto niet verder, net als bij een open stroomkring.

Het startsein werkt als een schakelaar: wanneer het licht op groen gaat, sluit de schakelaar en kunnen de auto’s rijden. Bij een rood licht blijft de schakelaar open en gebeurt er niets, net als bij een open stroomkring.

De verschillende systemen in de auto, zoals de motor en elektronica, zijn te vergelijken met verbruikers in een stroomkring. Ze functioneren alleen als de stroomkring gesloten is en de batterij stroom levert. De energie wordt omgezet in snelheid en controle, vergelijkbaar met hoe elektrische energie wordt omgezet in licht, warmte of beweging.

Kortom: alles moet compleet zijn voor de auto om te kunnen rijden. Een onderbreking stopt de race, net zoals een open stroomkring de stroom stopt.

Via deze QR-code wordt de stroomkring op een andere ludieke manier weergegeven.

Hieronder zie je twee afbeeldingen van een eenvoudige stroomkring. Schrijf de cijfers van de componenten op de juiste plaats in de cirkeltjes

1 geleider

2 stroombron

3 schakelaar

4 verbruiker

3.1 Symbolen

Een lamp, batterij of schakelaar natekenen in een stroomkring, zoals op pagina 22, is wat omslachtig en misschien niet altijd eenduidig. Opdat een stroomkring voor iedereen duidelijk zou zijn, bestaan daar afspraken over in de vorm van universele symbolen. Elk symbool is eigenlijk een vereenvoudigde tekening van een onderdeel van de stroomkring. Hieronder vind je een aantal van die symbolen waarmee je straks aan de slag gaat.

lampje schakelaar weerstand

batterij motor

Geleiders worden met rechte lijnen en rechte hoeken voorgesteld. De lijnen van geleiders snijden elkaar dus niet.

Noteer telkens de naam van het onderdeel van de stroomkring in de bovenste rij. Teken daarna het symbool in de onderste rij.

3.2

Elektrische schema’s

Oefening 1

Bestudeer de onderstaande stroomkring en kruis de juiste stelling(en) aan.

Dit is een gesloten stroomkring.

Enkel lampje A brandt.

De stroombron ontbreekt.

Een motor zorgt hier voor stroom.

Lampje A en B branden allebei niet.

De schakelaar ontbreekt.

Oefening 2

Bestudeer de onderstaande stroomkring en voer de bijhorende opdrachten uit. Werk eerst in potlood.

Druk op schakelaar G. Wat gebeurt er?

Enkel lampje A brandt.

Enkel lampje B brandt.

Lampje A en B branden allebei.

Draai lampje A los. Druk daarna op schakelaar G. Wat gebeurt er?

Enkel lampje A brandt niet.

Enkel lampje B brandt niet.

Lampje A en B branden allebei niet.

Oefening 3

Bestudeer de onderstaande stroomkring en voer de bijhorende opdrachten uit. Werk eerst in potlood.

Druk op schakelaar E. Wat gebeurt er?

Enkel lampje A brandt.

Enkel lampje B brandt.

Lampje A en B branden allebei.

Draai lampje A los. Druk daarna op schakelaar E. Wat gebeurt er?

Enkel lampje A brandt niet.

Enkel lampje B brandt niet.

Lampje A en B branden allebei niet.

Bekijk het filmpje via de QR-code en overloop je oorspronkelijke antwoorden uit oefening 2 en 3 opnieuw. Pas aan waar nodig.

Markeer de juiste antwoorden in het besluit.

Bij oefening 2 / oefening 3 kunnen de lampjes onafhankelijk van elkaar werken. Wanneer je er eentje uitdraait, blijft de andere branden. De componenten zijn dan ook naast elkaar aangesloten. Dit noemen we serieschakeling / parallelschakeling.

Bij oefening 2 / oefening 3 kunnen de lampjes niet onafhankelijk van elkaar werken. Wanneer je er eentje uitdraait, werkt de andere ook niet meer. De componenten zijn achter elkaar aangesloten. Dit noemen we serieschakeling / parallelschakeling.

Bij oefening 2 en 3 staan de verbruikers (de lampjes) in serie of parallel. Ook schakelaars kunnen in serie- of parallelschakeling staan.

Lees de onderstaande informatie en maak de bijhorende opdrachten.

1 Veel haagscharen hebben twee schakelaars. Men noemt dit een tweehandsbediening. Om de machine te doen werken, moeten twee handvaten worden ingedrukt. Wanneer één of beide worden losgelaten, stopt de machine meteen. Dit is een ingebouwde veiligheid.

Omcirkel de twee schakelaars (handvaten) in het rood.

Van welke schakeling is dit een voorbeeld? Kruis aan. parallelschakeling serieschakeling

2 Bij een elektrische (garage)poort is het handig om meerdere afstandsbedieningen te hebben. Dan kunnen meerdere mensen van je gezin er eentje bij zich dragen, net zoals een sleutel. Deze afstandsbedieningen geven allemaal een signaal aan diezelfde elektrische stroomkring om de poort te openen of te sluiten.

Hoe kan het dat meerdere afstandsbedieningen eenzelfde apparaat kunnen doen werken?

3 Als je een kopje koffie van deze elektrische koffiezet wil nemen, dan moet je eerst op de startknop drukken waardoor het toestel opstart en opwarmt. Pas daarna kun je de knop voor de intensiteit van je koffie (sterk of mild) indrukken, waarna je kopje met hete koffie wordt gevuld.

Kruis de juiste uitspraak over de stroomkring van deze koffiezet aan.

Deze koffiezet heeft twee stroombronnen.

Deze koffiezet heeft twee schakelaars in parallel.

Deze koffiezet heeft één stroombron en één schakelaar.

Deze koffiezet heeft twee schakelaars in serie.

4 Bouw de drie voorgaande schakelingen ook na met Phet, een online simulatie voor elektrische schakelingen. Scan hiervoor de QR-code hiernaast.

Zowel lampjes als schakelaars kunnen in parallel- en serieschakeling staan. Bij serieschakeling staan de lampjes of schakelaars achter elkaar. Wanneer één component uit de stroomkring niet meer werkt of uit de stroomkring wordt gehaald, werkt de hele serieschakeling niet meer. Bij parallelschakeling zijn de lampjes of schakelaars rechtstreeks met de stroombron verbonden. Haal je er eentje uit of gaat er eentje stuk, zal de rest nog blijven werken.

Naam:

Klas:

Datum: / /

Mijn lichtgevend ontwerp

Probleemstelling

De focus van deze module lag op zichtbaarheid en licht. Elektriciteit en stroomkringen hebben geen geheimen meer voor jullie. In dit onderdeel ga je met deze kennis aan de slag. Hier tref je de voorbereidingen voor je eigen, zelfgemaakt, lichtgevend accessoire. Tijd om te ontwerpen!

Jullie gaan dus zelf aan de slag om een lichtgevend gadget te ontwerpen, te maken en te gebruiken. In het gadget verwerk je een elektrisch circuit met twee leds die van kleur kunnen veranderen. Het gadget ga je aan de hand van fluorescerende velcro bevestigen op een fietshelm, rond je arm, op je rugzak …

Op welk moment ben je soms niet volledig zichtbaar in het verkeer? Denk bijvoorbeeld aan momenten tijdens het sporten, wanneer je onderweg bent naar school of naar huis …

Welk soort gadget vind je handig tijdens het verplaatsen? Waarom?

Concept

We beginnen met het bepalen van de toepassing van het lichtgevend ontwerp.

Hieronder vind je enkele opties die je kan uitwerken. Markeer je keuze.

• armband

• hesje / jasje / harnasje

• sleutelhanger

• pimp voor je sportschoenen

• regenhoedje / pet

Heb je zelf nog een ander idee?

• hoofdlampje

• riem

• strook voor je fietshelm

• een patroon voor op je rugzak

Waaraan ga je dit gadget bevestigen?

Hoe bevestig je dit gadget aan iets?

Waar in de velcro ga je de leds plaatsen zodat deze zichtbaar zijn?

Waar ga je de batterij plaatsen?

Ontwerp

1 Technische vereisten

1 Het gadget moet twee leds bevatten die van kleur veranderen.

2 De fluorescerende velcro moet goed zichtbaar zijn in het donker.

3 Het ontwerp moet stevig en duurzaam zijn voor de gekozen toepassing.

Neem ook volgende criteria mee in je ontwerp:

4 Functionaliteit: verhoogt het gadget effectief de zichtbaarheid in het donker?

5 Ontwerp: is het ontwerp mooi en hip?

6 Innovatie: is het gadget, naast verbeterde zichtbaarheid in het donker, ook nog praktisch voor andere zaken?

Leg zelf nog een aantal criteria vast vooraleer je begint te schetsen. Vul de lijst aan.

Het voorwerp moet draagbaar/bevestigbaar zijn.

Het project moet in de klas/school kunnen worden uitgevoerd.

De maximale kostprijs mag euro bedragen.

De ontwikkelingstijd mag maximum uur duren.

2 Conceptschetsen

Je krijgt vijf minuten om vijf ontwerpen voor een lichtgevend accessoire te schetsen.

Woorden hoef je niet te gebruiken en het hoeft ook niet mooi of volledig te zijn.

Leg je ontwerpschetsen voor aan een klasgenoot. Vraag duidelijk naar bedenkingen en feedback. Ga daarbij samen de volgende puntjes na:

• Welke schetsen voldoen aan je vooropgestelde criteria?

• Welke moeilijkheden voorzie je?

• Kun je een ontwerp nog vereenvoudigen?

• Waar moet je bijschaven?

Noteer de feedback hieronder.

3 Finaal concept

Kom tot één verbeterd ontwerp, rekening houdend met de feedback. Maak hier ook al eens een schets van je elektrische stroomkring. Welke elektrische componenten zal het bevatten? En hoe ga je de componenten schakelen: in serie of in parallel?

Uitvoering

1 Wat hebben we nodig?

Twee ledlampjes die van kleur veranderen

Eén weerstand van 150 Ω

9V-batterij

Houder voor 9V-batterij

Schakelaar

Koperdraad

Lijmpistool

Fluo velcro

2 Hoe gaan we te werk?

1 Voorbereiden van de elektrische componenten

Schaar

Soldeerbout met houder

Soldeertin

Kniptang

Ontmanteltang

Soldeerplankje

Papiertape

Veiligheidsbril

• Knip koperdraad op de juiste lengtes voor de verbindingen.

• Ontmantel de uiteinden van de draden zodat ze klaar zijn om gesoldeerd te worden.

2 Voorbereiden van het elektrisch schema

• Leg alle componenten van het elektrisch schema klaar in de juiste volgorde.

• Laat de leerkracht alles controleren voor je begint met solderen.

3 Solderen

• Verbind de batterijhouder met de schakelaar. Neem hiervoor de positieve draad van de batterijhouder en soldeer deze aan één zijde van de schakelaar.

• Verbind de andere kant van de schakelaar met de weerstand van 150 Ω.

• De andere kant van de weerstand soldeer je aan de positieve kant van de eerste led. Dit is het lange beentje.

• Het korte beentje van de eerste led soldeer je aan de lange beentje van de tweede led.

• Het korte beentje van de tweede led soldeer je aan de negatieve kant van de batterijhouder.

Heb je hulp nodig bij het solderen? Raadpleeg dan de steekkaart Solderen.

4 Integratie in het gadget

• Snij gaten in de fluo velcro waar je wilt dat de leds doorheen komen.

• Werk de draadjes mooi weg in de velcro. Je kan hiervoor een lijmpistool gebruiken.

• Werk je gadget mooi en netjes af.

Ingebruikname

1 Test je gadget

Zet de schakelaar aan. Lichten alle leds goed op?

Bevestig nu je gadget op de juiste plaats en op de juiste manier. Kijk en beoordeel: is het gadget goed en stevig bevestigd?

Maak je gadget ook opnieuw los en beoordeel: werkt alles nog? Zijn er zaken stukgegaan?

2 Laat iemand anders je gadget testen

Is het duidelijk voor deze persoon hoe je de lampjes laat branden?

Is het duidelijk voor deze persoon waar en hoe het gadget bevestigd kan worden?

3 Test in het donker

Ben je beter zichtbaar met het gadget dan erzonder?

Reflectie en evaluatie

starter op weg junior expert

Ik kon geen werkend gadget maken.

Mijn gadget kon niet bevestigd worden zoals ik dat vooropgesteld had in mijn ontwerp.

Mijn gadget is na één keer gebruiken al stuk.

Ik kon met wat hulp een werkend gadget maken.

Mijn gadget kan bevestigd worden, maar niet helemaal zoals ik vooropgesteld had in mijn ontwerp.

Mijn gadget kon één keer vlot bevestigd en verwijderd worden, maar een tweede keer goed bevestigen lukt niet meer.

Ik kon met een kleine tip een werkend gadget maken.

Met wat hulp kan mijn gadget bevestigd worden zoals vooropgesteld.

Mijn gadget kan zonder problemen meermaals bevestigd worden.

Ik maakte op mijn eentje een perfect werkend gadget.

Mijn gadget kan gemakkelijk bevestigd en opnieuw verwijderd worden, zoals ik vooropgesteld had in mijn ontwerp.

Mijn gadget is duurzaam en gaat niet stuk na meermaals bevestigen en terug verwijderen.

Ik werkte mijn gadget niet mooi af.

Ik werkte mijn gadget zo goed mogelijk af.

Ik werkte mijn gadget bijna perfect af.

Ik werkte mijn gadget tot in de puntjes af.

Mijn gadget verhoogde mijn zichtbaarheid niet.

Ik vergeet vaak op te ruimen en laat spullen slingeren.

Ik heb moeite om gereedschap veilig te gebruiken en heb veel begeleiding nodig.

Ik geef snel op als iets moeilijk is.

Mijn gadget verhoogde mijn zichtbaarheid maar heel beperkt.

Ik ruim meestal op, maar heb soms een herinnering nodig.

Ik gebruik gereedschap meestal veilig, maar heb soms hulp nodig.

Ik probeer door te zetten, maar heb soms aanmoediging nodig.

Mijn gadget verhoogde mijn zichtbaarheid in grote mate.

Ik laat mijn werkplek altijd netjes achter.

Ik gebruik gereedschap veilig en hou me aan de regels.

Ik blijf doorgaan, ook als iets lastig is.

Mijn gadget is een absolute meerwaarde bij verplaatsingen in het donker.

Mijn werkplek is altijd netjes en ik help anderen om op te ruimen.

Ik gebruik gereedschap altijd veilig en let ook op de veiligheid bij anderen.

Ik geef nooit op, zelfs niet bij grote uitdagingen, en motiveer anderen.

Welke stap vond je het moeilijkst: concept, ontwerp, uitvoering of ingebruikname? Waarom?

Wat was het moeilijkste onderdeel van het ontwerp?

Wat zou je nog veranderen aan je ontwerp als je meer tijd had?

Wat zou je nog verbeteren aan de uitvoering als je meer tijd had?

Welk ontwerp scoort het best op vlak van verbeterde zichtbaarheid?

Welk ontwerp scoort het best op vlak van originaliteit?

3.3

Solderen

We maken een eenvoudig circuit met een lampje en een schakelaar. Om de oefening goed te kunnen voltooien, lees je eerst het volledige stappenplan. Daarna bekijk je het instructiefilmpje en daarna pas begin je met solderen.

Wat hebben we nodig?

Soldeerbout met houder

Soldeertin

Rood ledlampje

Schakelaar

Weerstand 330 ohm

Batterijhouder voor twee AA-batterijen

Twee AA-batterijen

Hoe gaan we te werk?

1 Onze werkplek klaarmaken en veiligheid

Koperdraad

Veiligheidsbril

Soldeerplankje

Papiertape

Kniptang

Ontmanteltang

Voor we beginnen met solderen zijn er enkele zaken die zeer belangrijk zijn.

• We dragen altijd een veiligheidsbril als we aan het werken zijn!

• Een soldeerbout hou je altijd enkel en alleen maar vast aan het handvat.

• Mocht je je toch verbranden aan de soldeerbout, onthoud dan goed: Eerst water, de rest komt later.

• Zorg dat je materiaal klaarligt op je werkplek zoals op de foto hieronder.

2 De onderdelen voorbereiden

• Knip de koperdraad in volgende lengtes:

• 5 cm (van de pluspool van de batterij naar de schakelaar)

• 3 cm (van de schakelaar naar de weerstand)

• 3 cm (van de weerstand naar het lange beentje van de led)

• 4 cm (van het korte beentje van de led naar de minpool van de batterij)

• Om de draadjes te kunnen solderen, moet een stuk van de isolatie rondom de koperdraad verwijderd worden. Dit noemen we ontmantelen. Ontmantel iedere koperdraad aan beide uiteindes tussen de 5 mm en de 10 mm.

• Plooi de beentjes van de led een beetje open zodat deze gemakkelijk te solderen zijn.

3 Het elektrisch circuit

We hebben reeds geleerd hoe een elektrisch schema er kan uitzien. Hieronder zie je het schema van het elektrisch circuit dat we zullen bouwen. Bekijk het schema goed.

4 Solderen

Om vlot te kunnen solderen gaan we altijd de verbinding die we moeten solderen vastplakken met papiertape op ons soldeerplankje. Zo hoef je de koperdraad, die warm zal worden, niet vast te houden met je handen.

Verwarm altijd het koper waarop de tin moet smelten om een stevige verbinding te hebben.

1 Verbind de pluspool van de batterijhouder met het stuk koperdraad van 5 cm.

2 Verwarm het koper waar we tin op zullen smelten met de soldeerbout. Wanneer deze warm genoeg is, laten we een druppel tin smelten op deze verbinding.

3 Verbind nu de schakelaar met de andere kant van het stuk koperdraad van 5 cm.

4 Maak je soldeerplankje terug vrij.

5 Soldeer nu de andere kant van de schakelaar aan het stuk koperdraad van 3 cm.

6 Aan de andere kant van deze koperdraad komt de weerstand. Soldeer deze daaraan vast.

7 Aan de andere kant van de weerstand komt opnieuw een stukje koperdraad van 3 cm.

Soldeer deze verbinding vast.

8 Soldeer aan het uiteinde van deze koperdraad het lange (positieve) beentje van de led.

9 Sluit nu het elektrisch circuit door het laatste stukje koperdraad te solderen tussen het korte beentje van de led (de negatieve kant) en de minpool van de batterijhouder.

5 Controle

Controleer nu goed of er geen verkeerde verbindingen gelegd zijn, of draadjes elkaar raken die dit niet mogen. Controleer de opstelling aan de hand van het elektrisch schema.

6 Elektrisch circuit testen

Plaats twee batterijen in de batterijhouder en test of het ledlampje gaat branden.

3.4 Elektrische grootheden

Wanneer we bezig zijn met elektriciteit, dan zijn drie elektrische grootheden van belang: spanning, stroom en weerstand. Om deze begrippen eenvoudig uit te leggen, maken we de vergelijking met een tuinslang die aangesloten is op een waterkraan.

Je rolt de tuinslang mooi open en sluit hem aan op de kraan in de tuin. Je opent voorzichtig de kraan een klein beetje. Het water spuit zachtjes uit de sproeier van de tuinslang. Daarna open je de kraan wat verder. Uit de sproeier komt nu een hardere waterstraal.

De kracht waarmee het water uit de sproeier komt, is vergelijkbaar met de spanning in een stroomkring. De hoeveelheid water die door de tuinslang stroomt, is dan weer vergelijkbaar met de stroom.

Wat is weerstand dan?

Stel dat je de tuinslang toch niet zo mooi opengerold hebt voor je de waterkraan opende, en er dus hier en daar een bocht of zelfs een knik in de slang zit. Het water heeft nu veel meer moeite om door de slang te bewegen.

Of stel dat je huis in brand staat. Je zou wel heel lang moeten blussen met een tuinslang. Daarom dat brandweermannen een veel grotere waterslang gebruiken, met een grotere diameter. Er komt dan meer water, met veel meer kracht.

Weerstand bemoeilijkt dus de doorgang van het water, of in het geval van een stroomkring: de elektriciteit.

3.4.1 Spanning

We vergeleken spanning in een stroomkring met de kracht waarmee het water uit de sproeier kwam.

Spanning is de druk die de stroombron van een stroomkring uitoefent om de stroom (dat zijn geladen deeltjes) door een circuit te duwen. Spanning wordt gemeten in volt (V).

De spanning van een stroombron kan variëren van zeer lage tot hele hoge waarden. Lees de spanning op volgende stroombronnen af of zoek op welke spanning ze kunnen leveren.

AA-batterij Autobatterij Knoopcel

Bij spanning maken we een onderverdeling in hoogspanning en laagspanning

Alles boven de 1000 volt wordt gezien als hoogspanning, alles lager is laagspanning.

Welke voorbeelden uit de vorige oefening behoren tot hoogspanning?

Een batterij van 9 volt levert voldoende spanning om een lampje te laten branden. Een stopcontact in huis daarentegen levert meestal 230 volt, wat dus vele malen hoger is. Daarom is het aanraken van een batterij ook niet gevaarlijk, maar steek je toch beter je vingers niet in het stopcontact.

Wat je al helemaal niet moet aanraken, zijn hoogspanningslijnen. De spanning in deze leidingen is nog minstens vijf tot zelfs duizend keer hoger dan in het stopcontact bij je thuis. Aanraking van deze is dodelijk.

Hoogspanningslijn

Bliksem Netspanning in België

3.4.2 Stroom

We vergeleken stroom met de hoeveelheid water die door de tuinslang stroomde.

Stroom is de hoeveelheid elektrische lading die per seconde door een geleider stroomt. Stroom wordt gemeten in ampère (A)

3.4.3 Weerstand

In het vierde jaar ISAAC-fysica zul je meer leren over elektriciteit en elektrische lading.

We vergeleken de weerstand met de diameter en de rechtheid van de tuin- of brandslang.

Elektrische weerstand geeft de mate weer waarin de doorgang van de stroom verhinderd wordt.

In een stroomkring maken we gebruik van kleine elementjes met de logische naam ‘weerstanden’ om de stroom te gaan beperken. Dat is nodig om te verhinderen dat de stroom te sterk wordt en de onderdelen van de stroomkring (bv. de lampjes) gaat beschadigen. Stel dat je een lamp hebt die werkt op 3V, maar je stroombron is een batterij van 9V, dan zal een gepaste weerstand ervoor zorgen dat je lamp niet stuk gaat.

Weerstand wordt gemeten in ohm (Ω).

Spanning is de druk die de stroombron uitoefent om de stroom door een circuit te duwen. Spanning wordt gemeten in volt (V).

Stroom is de hoeveelheid elektrische lading die per seconde door een geleider stroomt.

Stroom wordt gemeten in ampère (A)

Elektrische weerstand is de mate waarin de doorgang van de stroom verhinderd wordt. Weerstand wordt gemeten in ohm (Ω).

Weerstanden bestaan in verschillende groottes. Hoe groter de weerstand, hoe minder stroom erdoorheen kan. De grootte van een weerstand wordt duidelijk gemaakt aan de hand van een kleurencode op de weerstand.

3.5 De multimeter

3.5.1 Wat is een multimeter?

Een multimeter is een meetinstrument dat wordt gebruikt om elektrische grootheden te meten. Je kan er heel gemakkelijk spanning (volt) stroom (ampère) en weerstand (ohm) mee meten. Multimeters bestaan zowel analoog als digitaal. De digitale zijn deze waar wij het meest mee gaan werken.

Veiligheid:

Gebruik de multimeter enkel voor de oefeningen die je van de leerkracht krijgt. Ga niet zelf experimenteren met het gebruik ervan. Verkeerd aansluiten kan immers leiden tot een defecte meter.

3.5.2 Onderdelen van een multimeter

Scherm

Aflezen van de gemeten waarde.

Meetpennen

Gebruik je om de meting uit te voeren. Meestal rood en zwart.

Inputs

Aansluitingen om de meetpennen te connecteren. Meestal 3 of 4 aansluitingen.

Draaiknop

Instellen wat je wil meten (stroom, spanning of weerstand)

3.5.3 Meten met een multimeter

Wat kan je nu allemaal meten met de multimeter? Neem er alvast de multimeter bij, alsook je eigen gesoldeerde circuitje.

Weerstand (Ω)

Hiermee meten we de ohm: de weerstand die in een elektrisch circuit of een elektrisch component zit.

Spanning (V)

Hiermee meten we het voltage: de spanning in een elektrisch circuit.

A Meten van de spanning

1 Draai de grote schakelaar op het symbool om spanning te meten. Meestal is dit een “V” met een rechte lijn en een stippellijn.

Stroom (A)

Hiermee meten we de ampère: de hoeveelheid stroom die door een elektrisch circuit stroomt.

2 Steek de zwarte meetpen in de COM-input en de rode meetpen in de V-input.

3 Plaats de zwarte meetpen op het negatieve punt en de rode meetpen op het positieve punt van het elektrisch circuit.

4 Lees nu op het scherm de spanning af.

B Meten van de stroom

1 Draai de grote schakelaar op het symbool om stroom te meten. Dit is meestal aangeduid door de letter “A”.

2 Steek de zwarte meetpen in de COM-input en de rode meetpen in de A-input.

3 De multimeter moet hier verbonden zijn in het volledig elektrisch circuit. De stroom moet dus door de multimeter gaan.

4 Lees nu op het scherm de stroom af.

C Meten van de weerstand

1 Draai de grote schakelaar op het symbool om weerstand te meten. Dit is meestal aangeduid door het “Ω-symbool”.

2 Steek de zwarte meetpen in de COM-input en de rode meetpen in de Ω-input.

3 Plaats de meetpennen aan beide uiteinden van wat je wilt meten of in het deeltje van het elektrisch circuit waarvan je de weerstand van wilt meten.

4 Lees nu op het scherm de weerstand af.

3.5.4 Herleiden van eenheden

Op de multimeter zie je dat er soms verschillende meetstanden zijn om eenzelfde grootheid te meten. Wat is het verschil tussen deze standen? Stel dat je de stroomsterkte (A) wil meten in je elektrisch circuit. Op onze multimeter moet je dus kiezen tussen mA – A en µA.

A is de eenheid. Bij een eenheid kunnen we voorvoegsels toevoegen om de meetwaarde korter te kunnen noteren. Zo zeg je bijvoorbeeld dat je op 9 kilometer van de school woont, en niet op 9000 meter. En als je koorts hebt, moet je 15 milliliter siroop opdrinken, en geen 0,015 liter.

Voorvoegsels geven dus aan dat je de eenheid 10, 100, 1000 … keer groter of kleiner maakt. Ze stellen dus een macht van 10 voor.

Enkele voorbeelden:

• 1 mA = 10 -3 A = 0,001 A

• 1 µA = 10 -6 A = 0,000001 A

• 1 kV = 10 3 V = 1 000 V

• 1 MV = 10 6 V = 1 000 000 V

Het kunnen herleiden van eenheden is van groot belang in wetenschappen en techniek. Het helpt ons om nauwkeurige berekeningen te maken en verschillende systemen met elkaar te kunnen vergelijken.

Op de multimeter zie je niet één, maar vaak twee of zelfs drie standen om spanning te meten. Als je metingen uitvoert met de multimeter is het van groot belang om de juiste stand te kiezen, anders gaat de meter stuk.

Zie je het grote verschil tussen de twee standen voor spanning: V en V ?

De V staat voor gelijkspanning. Bij gelijkspanning levert de stroombron een elektrische stroom die in één richting gaat. Gelijkspanning wordt vaak gebruikt in batterijen en elektronische apparaten.

De v staat voor wisselspanning. Bij wisselspanning levert de stroombron een elektrische stroom die voortdurend van richting verandert. Wisselspanning komt uit het stopcontact.

3.6 Toepassingen

Nu gaan we zelf aan de slag! We toveren onszelf om tot echte professoren en gaan op onderzoek. Een stroombron is namelijk iets wat we heel gemakkelijk zelf kunnen maken. We testen een paar verschillende mogelijkheden.

3.6.1

De citroenbatterij

Deel 1: citroenen in serie

Wat hebben we nodig?

Drie citroenen

Drie koperen plaatjes/muntjes

Drie ijzeren spijkers

Hoe gaan we te werk?

1 We bereiden de citroenen voor.

Vier elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen

Een ledlampje (rood)

• Steek in elke citroen een ijzeren spijker. Zorg dat de spijker diep genoeg zit in de citroen.

• Steek in elke citroen een koperen plaatje/muntje. Zorg dat het koperen plaatje de ijzeren spijker in geen geval raakt!

2 We verbinden de citroenen.

• Verbind met een elektriciteitsdraad met krokodillenklemmen het koperen plaatje van de eerste citroen met de spijker van de tweede citroen.

• Verbind het koperen plaatje van de tweede citroen met de spijker van de derde citroen.

3 We sluiten het ledlampje aan.

• Nu heb je nog de spijker in de eerste citroen en het koperen plaatje in de derde citroen over.

• Verbind met een elektriciteitsdraad met krokodillenklemmen het negatieve korte beentje van de led met de metalen spijker van de eerste citroen.

• Verbind ook het positieve lange beentje van de led met het koperen plaatje van de derde citroen.

Testen

Als alles correct is aangesloten, dan brandt de ledlamp. Indien dit niet zo is, volg dan deze stappen:

• Klopt je elektrische schakeling? Controleer opnieuw bovenstaande stappen.

• Kneed de citroenen lichtjes. Zo kan het sap van de citroenen beter zijn werk doen.

• Sluit een extra citroen aan in het elektrisch circuit als drie citroenen te weinig energie kunnen opwekken.

Deel 2: citroenen in parallel

In de vorige oefening sloten we de citroenen aan in serie. We kunnen nu hetzelfde aantal citroenen in parallel aansluiten.

Wat hebben we nodig?

De drie citroenen met spijkers en muntjes in Zes elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen Een ledlampje (rood)

Hoe gaan we te werk?

1 Verbind het koperen plaatje van de eerste citroen met het koperen plaatje van de tweede citroen.

2 Verbind het koperen plaatje van de tweede citroen met het koperen plaatje van de derde citroen.

3 Verbind de ijzeren spijker van de eerste citroen met de ijzeren spijker van de tweede citroen.

4 Verbind de ijzeren spijker van de tweede citroen met de ijzeren spijker van de derde citroen.

5 Verbind het negatieve (korte) beentje van de ledlamp met de metalen spijker van de derde citroen.

6 Verbind het positieve (lange) beentje van de ledlamp met het koperen plaatje van de derde citroen.

Testen

Brandt de ledlamp hier ook?

Brandt de ledlamp feller in serie of in parallel? Kun je verklaren waarom dit zo zou zijn?

Deel 3: meerdere citroenen

We testen nu de invloed van extra citroenen op het circuit.

Wat hebben we nodig?

De drie citroenen met spijkers en muntjes in Drie extra citroenen, ijzeren spijkers en koperen plaatjes Zeven elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen Een ledlampje (rood)

Hoe gaan we te werk?

1 Maak nog drie extra citroenen op dezelfde manier klaar: een citroen met een ijzeren spijker en koperen plaatje erin die elkaar niet mogen raken.

2 Maak dezelfde schakeling als in deel 1, maar gebruik nu zes citroenen in plaats van drie.

3 Maak dezelfde schakeling als in deel 2, maar gebruik nu ook zes citroenen in plaats van drie.

Testen

Brandt de ledlamp in de serieschakeling feller met zes citroenen of met drie?

Brandt de ledlamp in de parallelschakeling feller met zes citroenen of met drie?

Hoe zou dit komen?

Deel 4: citroenen met een schakelaar

We kunnen ook een schakelaar toevoegen aan ons citroencircuit.

Wat hebben we nodig?

De drie citroenen met spijkers en muntjes in Vijf elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen

Een ledlampje (rood)

Een schakelaar

Hoe gaan we te werk?

1 Maak opnieuw de schakeling met drie citroenen in serie. Kijk hiervoor terug naar deel 1.

2 Maak het circuit open aan het koperen plaatje van de derde citroen.

3 Verbind daar het koperen plaatje van de derde citroen met de aansluiting van de schakelaar.

4 Verbind de andere aansluiting van de schakelaar met het positieve (lange) beentje van de ledlamp.

Testen

Controleer of de ledlamp aan en uit gaat als je de schakelaar bedient.

Deel 5: de multimeter

We voeren enkele metingen uit om de spanning in de circuits te kennen.

Wat hebben we nodig?

De opstelling uit deel 1, deel 2 en deel 3

Een multimeter

Hoe gaan we te werk?

1 Controleer of de schakelaar ingeschakeld staat en het lampje dus brandt.

2 Neem er vervolgens de multimeter bij. Zet de draaiknop op de stand V.

3 Steek de kabel van de zwarte meetpen in de COM-input en deze van de rode meetpen in de V-input.

4 Hou de zwarte meetpen tegen de metalen spijker van de eerste citroen.

5 Hou de rode meetpen tegen het koperen plaatje van de eerste citroen.

Welke spanning kun je aflezen op het scherm? Noteer je meetwaarde op de juiste plaats in de tabel.

Gemeten voltage

Citroenbatterij met 3 citroenen in serie

Citroenbatterij met 3 citroenen in parallel

Citroenbatterij met 6 citroenen in serie

Citroenbatterij met 6 citroenen in parallel

Heb je hulp nodig bij het gebruik van de multimeter? Raadpleeg dan de steekkaart Meten met de multimeter.

Conclusie na deel 5

Hoe komt dit nu allemaal?

Een batterij bestaat eenvoudig gezien uit drie zaken: een positieve pool, een negatieve pool en een geleider die stroom kan geleiden. De koperen muntjes werken als positieve pool, terwijl de ijzeren spijkers werken als negatieve pool. Het sap in de citroenen is de geleider voor de stroom. In citroenen zit er een zuur die met het koper en het ijzer zorgt voor een chemische reactie. Door die chemische reactie wordt er elektrische stroom opgewekt waardoor onze ledlamp gaat branden.

3.6.2 De aardappelbatterij

Deel 1: aardappelen in serie

Wat hebben we nodig?

Drie aardappelen

Drie koperen plaatjes/muntjes

Drie ijzeren spijkers

Hoe gaan we te werk?

1 We bereiden de aardappelen voor.

Vier elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen

Een ledlampje (rood)

• Steek in elke aardappel een ijzeren spijker. Zorg dat de spijker diep genoeg zit in de aardappel.

• Steek in elke aardappel een koperen plaatje/muntje. Zorg dat het koperen plaatje de ijzeren spijker in geen geval raakt!

2 We verbinden de aardappelen.

• Verbind met een elektriciteitsdraad met krokodillenklemmen het koperen plaatje van de eerste aardappel met de spijker van de tweede aardappel.

• Verbind daarna het koperen plaatje van de tweede aardappel met de spijker van de derde aardappel.

3 We sluiten het ledlampje aan.

• Nu heb je nog de spijker in de eerste aardappel en het koperen plaatje in de derde aardappel over.

• Verbind met een elektriciteitsdraad met krokodillenklemmen het negatieve korte beentje van de led met de metalen spijker van de eerste aardappel.

• Verbind met een elektriciteitsdraad met krokodillenklemmen het positieve lange beentje van de led met het koperen plaatje van de derde aardappel.

Testen

Als alles correct is aangesloten, dan brandt de ledlamp. Indien dit niet zo is, volg dan deze stappen:

• Klopt je elektrische schakeling? Controleer opnieuw bovenstaande stappen.

• Sluit een extra aardappel aan in het elektrisch circuit als drie aardappelen te weinig energie kunnen opwekken. +

Deel 2: aardappelen in parallel

In de vorige oefening sloten we de aardappelen aan in serie. We kunnen nu hetzelfde aantal aardappelen in parallel aansluiten.

Wat hebben we nodig?

De drie aardappelen met spijkers en muntjes in Zes elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen Een ledlampje (rood)

Hoe gaan we te werk?

1 Verbind het koperen plaatje van de eerste aardappel met het koperen plaatje van de tweede aardappel.

2 Verbind het koperen plaatje van de tweede aardappel met het koperen plaatje van de derde aardappel.

3 Verbind de ijzeren spijker van de eerste aardappel met de ijzeren spijker van de tweede aardappel.

4 Verbind de ijzeren spijker van de tweede aardappel met de ijzeren spijker van de derde aardappel.

5 Verbind het negatieve (korte) beentje van de ledlamp met de metalen spijker van de derde aardappel.

6 Verbind het positieve (lange) beentje van de ledlamp met het koperen plaatje van de derde aardappel.

Testen

Brandt de ledlamp hier ook?

Brandt de ledlamp feller in serie of in parallel? Kun je verklaren waarom dit zo zou zijn?

Deel 3: meerdere aardappelen

We testen de invloed van extra aardappelen op het circuit.

Wat hebben we nodig?

De drie aardappelen met spijkers en muntjes in Drie extra aardappelen, ijzeren spijkers en koperen plaatjes

Zeven elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen

Een ledlampje (rood)

Hoe gaan we te werk?

1 Maak nog drie extra aardappels op dezelfde manier klaar: een aardappel met een ijzeren spijker en koperen plaatje erin die elkaar niet mogen raken.

2 Maak dezelfde schakeling als in deel 1, maar gebruik nu zes aardappelen in plaats van drie.

3 Maak dezelfde schakeling als in deel 2, maar gebruik nu ook zes aardappelen in plaats van drie.

Testen

Brandt de ledlamp in de serieschakeling feller met zes aardappelen of met drie?

Brandt de ledlamp feller in de parallelschakeling met zes aardappelen of met drie?

Hoe zou dit komen?

Deel 4: aardappelen met een schakelaar

We kunnen ook een schakelaar toevoegen aan ons aardappelencircuit.

Wat hebben we nodig?

De drie aardappelen met spijkers en muntjes in Vijf elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen

Een ledlampje (rood)

Een schakelaar

Hoe gaan we te werk?

1 Maak opnieuw de schakeling met drie aardappelen in serie. Kijk hiervoor terug naar deel 1.

2 Maak het circuit open aan het koperen plaatje van de derde aardappel.

3 Verbind nu daar het koperen plaatje van de derde aardappel met de aansluiting aan de schakelaar.

4 Verbind de andere aansluiting van de schakelaar met het positieve (lange) beentje van de ledlamp.

Testen

Controleer of de ledlamp aan en uit gaat als je de schakelaar bedient.

Deel 5: de multimeter

We voeren enkele metingen uit om de spanning in de circuits te kennen.

Wat hebben we nodig?

De opstelling uit deel 1, deel 2 en deel 3

Een multimeter

Hoe gaan we te werk?

1 Controleer of de schakelaar ingeschakeld staat en het lampje dus brandt.

2 Neem er vervolgens de multimeter bij. Zet de draaiknop op de stand V.

3 Steek de kabel van de zwarte meetpen in de COM-input en deze van de rode meetpen in de V-input.

4 Hou de zwarte meetpen tegen de metalen spijker van de eerste aardappel.

5 Hou de rode meetpen tegen het koperen plaatje van de eerste aardappel.

Welke spanning kun je aflezen op het scherm? Noteer je meetwaarde op de juiste plaats in de tabel.

Gemeten voltage

Aardappelbatterij met 3 aardappelen in serie

Aardappelbatterij met 3 aardappelen in parallel

Aardappelbatterij met 6 aardappelen in serie

Aardappelbatterij met 6 aardappelen in parallel

Heb je hulp nodig bij het gebruik van de multimeter? Raadpleeg dan de steekkaart Meten met de multimeter.

Conclusie na deel 5

Hoe komt dit nu allemaal?

Een batterij bestaat eenvoudig gezien uit drie zaken: een positieve pool, een negatieve pool en een geleider die stroom kan geleiden. De koperen muntjes werken als positieve pool, terwijl de ijzeren spijkers werken als negatieve pool. Het sap in de aardappelen is de geleider voor de stroom. In aardappelen zit er een zuur die met het koper en het ijzer zorgt voor een chemische reactie. Door die chemische reactie wordt er elektrische stroom opgewekt waardoor onze ledlamp gaat branden.

3.6.3 De €1-batterij

Deel 1: stapelen maar

Wat hebben we nodig?

Blad aluminiumfolie

Keukenazijn

Keukenpapier

20 koperen muntjes van 5 eurocent

Hoe gaan we te werk?

1 We maken de onderdelen klaar.

Bakje

Twee elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen

Een ledlampje (rood)

• Knip 20 cirkeltjes keukenpapier uit met een diameter net iets groter dan de diameter van je koperen muntjes.

• Dompel elk stukje keukenpapier eventjes onder in een bakje met keukenazijn. Pers het overtollige azijn uit het papier.

• Knip 19 cirkeltjes aluminiumfolie uit met dezelfde diameter als de koperen muntjes.

• Knip 1 stuk aluminiumfolie uit van ongeveer 1 cm op 3 cm.

2 We stellen de batterij samen.

• Eerste laag: Leg als basis van de batterij het grote stuk aluminiumfolie van 1 cm op 3 cm op een vlakke ondergrond.

• Tweede laag: Leg een koperen muntje bovenop de grondlaag.

• Derde laag: Leg bovenop het muntje een stuk in azijn gedrenkt keukenpapier.

• Vervolgens herhalen we de vorige stappen:

• Eerst een stukje zilverpapier. Vanaf nu gebruik je de uitgeknipte cirkels.

• Daarboven een koperen muntje.

• Daarop een in azijn gedrenkt stuk keukenpapier.

• Herhaal dit tot je een toren hebt en alle stukjes aluminiumfolie, keukenpapier en muntjes opgebruikt zijn. Bovenaan moet je eindigen met een koperen muntje.

3 We sluiten het ledlampje aan.

• Verbind met een elektriciteitsdraad met krokodillenklemmen het negatieve korte beentje van het ledlampje met het onderste basisstuk aluminiumfolie.

• Verbind met een elektriciteitsdraad met krokodillenklemmen het positieve lange beentje van het ledlampje met het bovenste koperen muntje van de toren. Hou hiervoor de klem tegen het muntje als het niet lukt om de klem op het muntje te zetten zonder de toren te onderbreken.

Testen

Deel 2: meer of minder muntjes

We testen of de lamp ook gaat branden als we de stapel maar half zo hoog maken (en dus maar half zoveel muntjes, aluminiumfolie en keukenpapier gebruiken).

Hoe gaan we te werk?

1 Tel van onderaan de stapel naar boven tot aan het tiende muntje.

2 Alles boven dat tiende muntje haal je weg. Behoud het wel als stapel en leg het aan de kant. Eindig de stapel dus met het tiende muntje.

3 Verbind opnieuw het ledlampje: het negatieve korte beentje van het lampje verbind je met de grondlaag aluminiumfolie, het positieve lange beentje van het lampje verbind je met het bovenste muntje.

Testen

Brandt het lampje nu nog?

Als het lampje nog niet brandde, voeg dan nu één stapeltje keukenpapier – zilverpapier –muntje toe. Verbind opnieuw het lampje op de correcte manier. Brandt het lampje nu wel?

Herhaal dit tot het lampje brandt. Hoeveel koperen muntjes heb je minimaal nodig in je stapel om het lampje te laten branden? Noteer kort de bevindingen.

Deel 3: muntjes met een schakelaar

We kunnen nu ook een schakelaar toevoegen aan onze muntjestoren.

Wat hebben we nodig?

De toren met muntjes, aluminiumfolie en keukenpapier

Een schakelaar

Drie elektriciteitsdraden met krokodillenklemmen

Hoe gaan we te werk?

1 Maak opnieuw de volledige toren van 20 muntjes, verbonden met de ledlamp. Kijk hiervoor terug naar deel 1.

2 Maak het circuit open aan de verbinding van het lange beentje van de led met het bovenste muntje.

3 Verbind nu daar het bovenste muntje met de aansluiting van de schakelaar.

4 Verbind de andere aansluiting van de schakelaar met het positieve (lange) beentje van de ledlamp.

Testen

Controleer of de ledlamp aan en uit gaat als je de schakelaar bedient.

Deel 4: de multimeter

Wat hebben we nodig?

De opstelling uit deel 1 en deel 2

Een multimeter

Hoe gaan we te werk?

1 Controleer of de schakelaar ingeschakeld staat en het lampje dus brandt.

2 Neem er vervolgens de multimeter bij. Zet de draaiknop op de stand V.

3 Steek de kabel van de zwarte meetpen in de COM-input en deze van de rode meetpen in de V-input.

4 Hou de zwarte meetpen tegen de grondlaag van aluminiumfolie.

5 Hou de rode meetpen tegen het bovenste koperen muntje.

Welke spanning kun je aflezen op het scherm? Noteer je meetwaarde op de juiste plaats in de tabel.

Gemeten voltage

€1-batterij met 20 muntjes

€1-batterij met 10 muntjes

€1-batterij met het minimaal aantal muntjes om de lamp te laten werken

Heb je hulp nodig bij het gebruik van de multimeter? Raadpleeg dan de steekkaart Meten met de multimeter.

Conclusie na deel 4

Hoe komt dit nu allemaal?

4 En toen was er licht

Je weet nu al heel wat over elektriciteit. Maar om straks je lichtaccessoire van een lampje te voorzien, moet je nog wat weten over zichtbare straling, ofwel: licht. Licht komt altijd van een lichtbron. Wanneer het buiten klaar is, maak je meestal gebruik van het natuurlijke licht van de zon. In donkere plaatsen of wanneer de zon verdwenen is, gebruik je het kunstlicht van lampen.

De oudste vorm van kunstlicht is vuur. Doorheen de geschiedenis ontdekte de mens manieren om het vuur beter te controleren, bijvoorbeeld door middel van olielampen, kaarsen of gaslampen. Pas rond 1870, eigenlijk nog niet zo heel lang geleden, werd elektrisch kunstlicht voor het eerst gebruikt in de vorm van een gloeilamp. De naam die hier het vaakst aan wordt gekoppeld, is die van de Amerikaan Thomas Alva Edison, maar eigenlijk is hij niet de bedenker ervan. Wel heeft hij in 1880 het ontwerp van de Brit Sir Joseph Wilson Swan, die overigens al twintig jaar voor Edison met het ontwerp bezig was, geperfectioneerd. Hiernaast zie je een foto van het allereerste ontwerp van de gloeilamp.

http://www.classstudio.com/scaltagi/img/in - ternship/sightseeing_day2/edison_bulb.jpg, CC BY-SA

3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index. php?curid=1046233

Bekijk het filmpje over kunstlicht. Beantwoord vervolgens de onderstaande vragen.

Welke soorten lampen worden vermeld in het filmpje? Noteer de juiste benaming bij elke afbeelding.

Waarvoor dient de schroefdraad van een lamp?

Hieronder zie je een thermografische foto van een gloeilamp en een spaarlamp.

Thermografie is een manier om de temperatuur van een voorwerp of levend wezen in kaart te brengen. De kleuren gaan van donkerblauw (koud) naar paars (warm).

Wat kun je uit deze afbeeldingen besluiten?

Hieronder zie je vier afbeeldingen van een ledlamp: een ledspotje, een groene lichtdiode, de binnenkant van een ledlamp en een ledstrip. Waarom worden ledlampen steeds vaker gebruikt?

In een lamp wordt elektrische energie omgezet in stralingsenergie en warmte-energie. Daarbij zeggen we dat de stralingsenergie nuttige energie is, en de warmte-energie niet-nuttige energie is. In een gloeilamp wordt slechts zo’n 10 % van de elektrische energie omgezet in stralingsenergie. De resterende 90 % gaat dus verloren als warmte. Daarom maken we tegenwoordig zoveel mogelijk gebruik van ledlampen, omdat deze veel meer elektrische energie omzetten in straling en er minder energie verloren gaat als warmte.

dynamische elektriciteit

/ elektrische stroom bewegende elektriciteit via elektrische ontladingen

energielabel

energieverbruik

label dat aangeeft hoe energiezuinig een toestel is, gaande van A (+++) als meest energiezuinig tot G (minst energiezuinig)

hoeveelheid energie dat een apparaat van 1000 watt verbruikt in 1 uur [kWh]

fluorescentie fenomeen waarbij bepaalde stoffen onzichtbaar uv-licht omzetten in felle kleuren

geleider

hernieuwbare energie / duurzame energie

multimeter

materiaal of voorwerp dat elektrische stroom doorlaat tussen stroombron en verbruiker

energiebronnen die niet op kunnen raken en beter zijn voor het milieu

meetinstrument om elektrische grootheden mee te meten led lichtgevend elektronisch onderdeel dat stroom in één richting kan doorlaten

niet-hernieuwbare energie

energiebronnen die op kunnen raken en slecht zijn voor het milieu ontmantelen koperdraad ontdoen van zijn beschermingslaag

parallelschakeling stroomkring waarbij de verbruikers en/of schakelaars rechtstreeks met de stroombron verbonden zijn polariteit pluspool en minpool van een stroombron of verbruiker reflectie fenomeen waarbij invallend licht door bepaalde stoffen weggekaatst wordt

schakelaar

serieschakeling

element in een elektrisch circuit dat de stroomkring kan onderbreken (open schakelaar) of kan sluiten (gesloten schakelaar)

stroomkring waarbij de verbruikers en/of schakelaars achter elkaar geschakeld zijn solderen techniek om metalen onderdelen te verbinden spanning de druk die de stroombron uitoefent om de stroom door een circuit te duwen, gemeten in volt [V]

statische elektriciteit / stilstaande elektriciteit niet-bewegende elektriciteit die vooral ontstaat door wrijving stroom de hoeveelheid elektrische lading die per seconde door een geleider stroomt, gemeten in ampère [A] stroombron energieproducerend element, bv. elektrisch net, batterij … stroomkring gesloten elektrisch circuit

thermografie manier om de temperatuur van een voorwerp of levend wezen in kaart te brengen

verbruiker elektrisch apparaat

weerstand elektrische component die de doorgang van de stroom beperkt

STUDIEWIJZER

ik ken het!

paginanummer 

Ik kan uitleggen waarom je met bepaalde kledij beter of net slechter zichtbaar bent in het donker. p. 6-7

Ik ken de definitie van statische elektriciteit en weet hoe dit kan ontstaan. p. 9

Ik ken de definitie van dynamische elektriciteit en weet hoe dit kan ontstaan. p. 11

Ik ken het verschil tussen hernieuwbare en niet-hernieuwbare energie en kan van beide enkele voorbeelden geven. p. 11-14

Ik ken de definitie van het energieverbruik van een toestel en weet hoe dit uitgedrukt wordt. p. 15

Ik weet wat een energielabel is en kan elektrische toestellen vergelijken op basis van hun energielabel. p. 15-18

Ik weet wat een stroombron is en kan enkele voorbeelden hiervan geven. p. 19

Ik weet wat een verbruiker is en kan enkele voorbeelden hiervan geven. p. 19

Ik weet wat polariteit is en kan van een stroombron de pluspool en de minpool benoemen. p. 20

Ik weet wat een geleider in een elektrische stroomkring is. Ik kan enkele voorbeelden van materialen geven die goede en slechte geleiders zijn. p. 21

Ik kan de delen van een stroomkring benoemen. p. 22

Ik kan een stroomkring tekenen met de correcte symbolen voor elk onderdeel. p. 23

Ik kan de werking van een gegeven stroomkring uitleggen. p. 24-26

Ik kan het verschil tussen een serieschakeling en een parallelschakeling uitleggen. p. 24-26

Ik kan een eenvoudig circuit zelf correct maken en solderen. p. 27-28

Ik kan de elektrische grootheden spanning, stroom en weerstand uitleggen. p. 29-31

Ik ken de eenheden waarin spanning, stroom en weerstand gemeten worden. p. 30-31

Ik weet wat een multimeter is en waarvoor het zoal gebruikt kan worden. p. 32

Ik kan de (gelijk)spanning, stroom en weerstand in een circuit meten met de multimeter. p. 33

Ik ken de betekenis van voorvoegsels bij meeteenheden. p. 30

Colofon

Auteurs Jonas Cottyn, Joke Lippens

Illustrator Martijn van der Voo

Eerste editie

Bestelnummer 90 808 0291

ISBN 978 90 4865 115 3

KB D/2025/0147/046

NUR 126/128/129

Thema YPMT3

Verantwoordelijke uitgever die Keure, Kleine Pathoekeweg 3, 8000 Brugge

Niets uit deze uitgave mag verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt worden door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. No parts of this book may be reproduced in any form by print, photoprint, microfilm or any other means without written permission from the publisher. De uitgever heeft naar best vermogen getracht de publicatierechten volgens de wettelijke bepalingen te regelen.

Zij die niettemin menen nog aanspraken te kunnen doen gelden, kunnen dat aan de uitgever kenbaar maken.

Die Keure wil het milieu beschermen. Daarom kiezen wij bewust voor papier dat het keurmerk van de Forest Stewardship Council® (FSC®) draagt. Dit product is gemaakt van materiaal afkomstig uit goed beheerde, FSC®-gecertificeerde bossen en andere gecontroleerde bronnen.

65115 3