Spanning, stroom en weerstand
Leerdoel van deze les
Je kunt de drie basisgrootheden beschrijven en uitleggen waarom stroom een gevolg is en geen oorzaak.
Drie grootheden, één samenhang
Spanning (U, in volt) is een potentiaalverschil: het verschil in elektrische "druk" tussen twee punten. Spanning bestaat dus altijd tussen twee punten, nooit op één punt. Wanneer iemand zegt "op deze draad staat 230 V", is de volledige zin "tussen deze draad en de nul staat 230 V".
Stroom (I, in ampère) is de hoeveelheid lading die per seconde door een doorsnede van de geleider gaat. Eén ampère is één coulomb per seconde.
Weerstand (R, in ohm) is de tegenwerking die een geleider of verbruiker biedt aan die stroom.
De samenhang is de wet van Ohm:
U = I × R en dus I = U / R en R = U / I
Waarom een apparaat stroom trekt
Dit is een denkfout die veel beginners lang meeslepen: het idee dat een automaat van 16 A "16 ampère in het circuit duwt". Dat is niet wat er gebeurt.
Het net levert een vrijwel constante spanning van 230 V. Wat er aan stroom gaat lopen, wordt bepaald door de weerstand van wat je aansluit:
- een lamp van 2300 Ω trekt 230 / 2300 = 0,1 A;
- een waterkoker met een element van 23 Ω trekt 230 / 23 = 10 A;
- een kortsluiting met bijna 0 Ω trekt honderden ampères.
De automaat begrenst alleen: hij schakelt af zodra de stroom te lang te hoog is. Hij bepaalt niet hoeveel stroom er onder normale omstandigheden loopt.
De richting van het oorzakelijk verband
Spanning wordt aangeboden. Weerstand bepaalt de stroom. De beveiliging grijpt in als die stroom onacceptabel wordt. Wie dit omdraait, begrijpt geen enkele storing.
Geleiders, isolatoren en waarom koper
Koper geleidt goed omdat de buitenste elektronen van koperatomen makkelijk bewegen. Aluminium geleidt ook, maar slechter per doorsnede en het is lastiger betrouwbaar te klemmen. Kunststof isolatie houdt de stroom binnen de geleider.
Dat "goed geleiden" is relatief: ook koper heeft weerstand. Een lange, dunne kabel heeft meer weerstand dan een korte dikke, en dat verklaart spanningsval en opwarming, twee onderwerpen uit module 4.
De wet van Ohm in de praktijk gebruiken
Een halogeenspot brandt niet. Je meet 230 V tussen de fase en de nul aan het armatuur. Wat weet je nu?
Dat er spanning wordt aangeboden. Meer niet. Als er 230 V staat en er loopt geen stroom, is de weerstand oneindig: een onderbreking. Die zit dan in de lamp zelf, in de fitting of in een verbinding voorbij het meetpunt.
Zou je 0 V meten, dan ontbreekt de spanning en zoek je stroomopwaarts: schakelaar, bedrading, automaat. Twee metingen, twee volledig verschillende zoekrichtingen. Dat is het verschil tussen diagnosticeren en onderdelen vervangen.
Waarom voelt een 9V-batterij op je tong wel iets, en een stopcontact niet "een beetje"?
Omdat de weerstand van je tong laag is en die van je droge hand hoog, maar vooral omdat 230 V hoog genoeg is om door de huidweerstand heen te breken. Bij 9 V blijft de stroom in de orde van microampères. De sprong tussen "je voelt iets" en "je hart raakt ontregeld" zit niet in de spanning zelf, maar in wat die spanning door je heen kan duwen.