Elektrische Circuits: componenten, typen en aanverwante Concepten

door Robert Hazen, Ph. D., George Mason University

elektrische circuits zijn belangrijke concepten die praktische toepassingen hebben in ons dagelijks leven. Het is een zeer eenvoudig concept dat drie verschillende componenten bevat—een bron van elektrische energie, een apparaat en een gesloten lus van geleidend materiaal.

elektrische energiebron

de eerste component in een elektrisch circuit is de elektrische energiebron waarmee elektronen kunnen bewegen. Deze bron kan een batterij, een zonnecel of een hydro—elektrische centrale zijn-een plaats waar er een positieve terminal en een negatieve terminal is en waar de lading van de ene naar de andere kan stromen. Deze druk van elektrische lading wordt spanning genoemd waarvan het potentieel in volt wordt gemeten.

apparaat in het elektrische Circuit

het tweede onderdeel is het apparaat. Het reageert op de stroom die er doorheen gaat. Vandaag, een apparaat is iets dat kan worden aangesloten op een stopcontact en gebruikt met elektriciteit. De lus is over het algemeen gesloten met behulp van een stuk geleidend materiaal. Het is meestal een draad, maar er zijn andere soorten materialen die de lus te sluiten. Bijvoorbeeld, er zijn verschillende stroken metaal in de televisie die zijn afgezet op een plastic oppervlak dat het geleidende materiaal of zelfs in sommige gevallen, het chassis van een apparaat dat deel uitmaakt van het gesloten circuit kan zijn.

weerstand van het elektrische Circuit

het derde onderdeel is de weerstand; elk circuit heeft enige weerstand tegen de stroom van elektronen. Elektronen botsen met andere elektronen en atomen die deel uitmaken van de draad en ze zetten dus een deel van hun energie om in warmte. Het is gewoon niet mogelijk om energie van de ene vorm naar de andere over te dragen zonder dat er wat van die energie als warmte verloren gaat.

meer informatie over elektromagnetisme.

zaklamp als een elektrische schakeling

de zaklamp is een eenvoudig apparaat dat alle drie deze onderdelen bevat. De twee batterijen in de zaklamp zijn de bron.

het gloeilampje aan het uiteinde van de zaklamp is de voorziening waarin de stroom stroomt. Stroom stroomt door een zeer klein filament dat door de elektrische weerstand tot een zeer hoge temperatuur verwarmt. Hierdoor gloeit het filament fel.

het circuit wordt uiteindelijk aangevuld met een strook metaal die langs de zijwand van de zaklamp gaat. Er is ook een spoel van draad aan het ene uiteinde van de zaklamp en aan het andere uiteinde zijn er de contactpunten voor de batterij en de andere strook draad die samen het circuit te voltooien.

schakelaars, zekeringen en stroomonderbrekers

zaklampen en de meeste andere elektrische apparaten hebben ook een schakelaar. Een schakelaar is slechts een apparaat dat helpt om de continue lus van het geleidende materiaal te breken.

wanneer de schakelaar open is, is er geen stroom, maar wanneer de schakelaar gesloten is, is er een stroom. In principe werken alle circuits zo. Zelfs in het circuit dat is aangesloten op de muur van uw kamer, is er een continue lus van draad die zich uitstrekt van uw huis helemaal naar de elektriciteitscentrale.

een zekering of een stroomonderbreker wordt gebruikt om grote brand door overbelasting te voorkomen. Een zekering is ontworpen om op te branden als de stroom te hoog wordt.

leer meer over de eerste wet van de thermodynamica.

typen elektrische stroomkringen

er zijn twee typen stroomkringen te vinden in woningen en andere gangbare voorzieningen; namelijk seriekringen en parallelle stroomkringen.

Seriecircuits-Seriecircuits bestaan uit verschillende apparaten, die elk met elkaar verbonden zijn in één enkele grote lus. Hoewel, verschillende apparaten hebben verschillende spanningen over hen, dezelfde stroom stroomt door elk apparaat in de serie circuit.

als een van de apparaten in een seriekring kapot is, valt het hele circuit uit. Bijvoorbeeld, als er drie lampen aangesloten in een serie, in slechts een lus van draad aangesloten op een batterij. Als een gloeilamp wordt losgeschroefd, valt het hele circuit uit.

parallelle Circuits-in parallelle circuits zijn verschillende inrichtingen zo geplaatst dat één enkele bron spanning levert aan afzonderlijke draden. De spanning in elk apparaat over het circuit is precies hetzelfde, maar in het algemeen zullen verschillende apparaten verschillende stromen zien. In dit geval, elk apparaat gaat werken, zelfs als de andere niet.

bijvoorbeeld, als twee gloeilampen parallel zijn aangesloten en de ene losgeschroefd, zal de andere werken. Moderne kerstboom lichten worden gedaan in parallelle circuits, zodat zelfs als een enkel licht brandt, de hele streng niet hoeft te worden weggegooid.

dit is een transcript uit de videoserie the Joy of Science. Kijk uit, op Wondrium.

gesystematiseerde relaties tussen elektrische Circuits – Kirchhoff ’s wetten

het gesystematiseerde gedrag van circuits is van immens belang in de elektrotechniek en wordt verklaard door Kirchhoff’ s wetten. De eerste wet stelt: “de energie die door de bron wordt geproduceerd is gelijk aan de energie die in het circuit wordt verbruikt, inclusief de warmte die verloren gaat als gevolg van weerstand.”

de tweede wet stelt: “de stroom die in een junctie stroomt is gelijk aan de som van de stromen die uit dat junctie stroomt.”Dit betekent dat de stroom elektronen zijn die door de draden stromen en het aantal elektronen dat in een junctie stroomt gelijk is aan het aantal elektronen dat uit die junctie stroomt.

meer informatie over entropie.

zijn verschillende vormen van elektrische energie fundamenteel hetzelfde?

Michael Faraday deed zorgvuldige systematische onderzoeken van al deze verschillende soorten elektriciteit. Hij kon aantonen dat al deze verschillende vormen van elektriciteit precies hetzelfde soort fenomeen produceerden en het gevolg waren van de beweging van elektronen.

Faraday concludeerde dat alle vormen van energie vonken produceren, door draden kunnen stromen en kunnen worden gemaakt om te werken. Zijn onderzoek toonde ook voor het eerst aan dat de dierlijke elektriciteit van een elektrische paling, de elektriciteit afkomstig van een batterij, en de elektriciteit van de bliksem waren allemaal een en hetzelfde fenomeen.

elektrische stroom en vermogen

de stroom of beweging van elektronen door het elektrische circuit wordt de elektrische stroom genoemd. Stroom wordt gemeten in ampère. Eén ampère komt overeen met ongeveer 6 miljard elektronen die elke seconde een punt in dat circuit passeren.

een andere belangrijke term in verband met elektriciteit is elektriciteit. Macht wordt gedefinieerd als werk gedeeld door tijd. In een elektrisch circuit is het vermogen gelijk aan de stroomspanning, gemeten in watt. Hoe hoger het wattage, hoe sneller de energie verbruikt door dat object, of het nu een gloeilamp, een versterker, of een elektrisch apparaat.

meer informatie over magnetisme en statische elektriciteit.

Veelgestelde Vragen over de bijdragen van Alessandro Volta en de uitvinding van de batterij