het circuit in het vorige hoofdstuk is niet erg praktisch. In feite kan het heel gevaarlijk zijn om te bouwen (direct aansluiten van de polen van een spanningsbron samen met een enkel stuk draad). De reden dat het gevaarlijk is, is dat de grootte van de elektrische stroom in zo ‘ n kortsluiting zeer groot kan zijn en dat de afgifte van energie zeer dramatisch kan zijn (meestal in de vorm van warmte). Gewoonlijk worden elektrische circuits zo geconstrueerd dat deze vrijgekomen energie zo veilig mogelijk in de praktijk wordt gebruikt.

de stroom door de gloeidraad van de Lamp

een praktisch en populair gebruik van elektrische stroom is voor de werking van elektrische verlichting. De eenvoudigste vorm van elektrische lamp is een kleine metalen “filament” binnenkant van een heldere glazen lamp, die wit-heet (“incandesces”) gloeit met warmte-energie wanneer er voldoende elektrische stroom doorheen gaat. Net als de batterij heeft het twee geleidende verbindingspunten, één voor stroom om in te gaan en de andere voor stroom om uit te gaan. Aangesloten op een spanningsbron ziet een elektrisch lampcircuit er ongeveer zo uit:

naarmate de stroom zich een weg baant door de dunne metalen gloeidraad van de lamp, stuit deze meer weerstand tegen beweging dan normaal in een dik stuk draad. Deze weerstand tegen elektrische stroom is afhankelijk van het type materiaal, het oppervlak van de dwarsdoorsnede en de temperatuur. Het is technisch bekend als verzet. (Men kan zeggen dat geleiders hebben een lage weerstand en isolatoren hebben een zeer hoge weerstand.) Deze weerstand dient om de hoeveelheid stroom door het circuit te beperken met een bepaalde hoeveelheid spanning die door de batterij wordt geleverd, in vergelijking met de “kortsluiting” waar we niets anders hadden dan een draad die het ene uiteinde van de spanningsbron (batterij) verbond met het andere. Wanneer de stroom beweegt tegen de oppositie van weerstand, wordt” wrijving ” gegenereerd. Net als mechanische wrijving manifesteert de wrijving die ontstaat door de stroom die tegen een weerstand stroomt zich in de vorm van warmte. De geconcentreerde weerstand van de gloeidraad van een lamp resulteert in een relatief grote hoeveelheid warmte-energie die aan die gloeidraad wordt afgevoerd. Deze warmte-energie is genoeg om ervoor te zorgen dat de gloeidraad wit-heet gloeit en licht produceert, terwijl de draden die de lamp verbinden met de batterij (die veel lagere weerstand hebben) nauwelijks warm worden terwijl dezelfde hoeveelheid stroom wordt uitgevoerd. Zoals in het geval van de kortsluiting, als de continuïteit van het circuit wordt verbroken op elk punt, de stroom stopt over het hele circuit. Met een lamp op zijn plaats betekent dit dat deze stopt met gloeien:

zoals voorheen, zonder stroom is het volledige potentieel (voltage) van de batterij beschikbaar over de onderbreking, wachtend op de mogelijkheid van een verbinding om die onderbreking te overbruggen en de stroom opnieuw toe te staan. Deze voorwaarde staat bekend als een open circuit, waar een breuk in de continuïteit van het circuit voorkomt stroom door. Er is maar één onderbreking nodig om een circuit te “openen”. Zodra er weer onderbrekingen zijn aangesloten en de continuïteit van het circuit is hersteld, staat het bekend als een gesloten circuit.

de Basis voor het schakelen van lampen

wat we hier zien is de basis voor het in-en uitschakelen van lampen met externe schakelaars. Omdat elke onderbreking in de continuïteit van een circuit resulteert in het stoppen van de stroom door het hele circuit, kunnen we een apparaat gebruiken dat ontworpen is om opzettelijk die continuïteit te breken (een schakelaar genoemd), gemonteerd op elke geschikte locatie waar we draden op kunnen draaien, om de stroomstroom in het circuit te controleren:

Dit is hoe een schakelaar gemonteerd op de muur van een huis kan een lamp die is gemonteerd in een lange gang, of zelfs in een andere kamer, ver weg van de schakelaar. De schakelaar zelf is opgebouwd uit een paar geleidende contacten (meestal gemaakt van een soort metaal) samen gedwongen door een mechanische hendel actuator of drukknop. Wanneer de contacten elkaar raken, kan de stroom van de ene naar de andere stromen en wordt de continuïteit van het circuit vastgesteld. Wanneer de contacten worden gescheiden, stroom van de ene naar de andere wordt voorkomen door de isolatie van de lucht tussen, en de continuïteit van het circuit wordt verbroken.

de messchakelaar

misschien is de “mes” – schakelaar de beste manier om het basisprincipe te illustreren:

een messchakelaar is niets meer dan een geleidende hendel, vrij om op een scharnier te draaien, die in fysiek contact komt met een of meer stationaire contactpunten die ook geleidend zijn. De schakelaar in de bovenstaande afbeelding is gebouwd op een porseleinen basis (een uitstekend isolatiemateriaal), met behulp van koper (een uitstekende geleider) voor het “blad” en contactpunten. De handgreep is van kunststof om de hand van de operator te isoleren van het geleidende blad van de schakelaar bij het openen of sluiten. Hier is een ander type mes schakelaar, met twee stationaire contacten in plaats van een:

De specifieke mes schakelaar hier afgebeeld heeft een “mes” maar twee stationaire contacten, wat betekent dat het kan maken of breken meer dan een circuit. Voor nu, dit is niet erg belangrijk om je bewust te zijn van, alleen het basisconcept van wat een switch is en hoe het werkt. Messchakelaars zijn geweldig voor het illustreren van het basisprincipe van hoe een schakelaar werkt, maar ze bieden duidelijke veiligheidsproblemen bij gebruik in high-power elektrische circuits. De blootgestelde geleiders in een messchakelaar maken per ongeluk contact met het circuit een duidelijke mogelijkheid, en elke vonken die kan optreden tussen het bewegende mes en het stationaire contact is vrij om ontvlambare materialen in de buurt te ontsteken. De meeste moderne schakelontwerpen hebben hun bewegende geleiders en contactpunten verzegeld in een isolatiekoffer om deze gevaren te beperken. Een foto van enkele moderne schakeltypes laat zien hoe de schakelmechanismen veel meer verborgen zijn dan bij het mesontwerp:

geopende en gesloten Circuits

overeenkomstig de terminologie van” open “en” gesloten ” circuits zorgt een schakelaar die contact maakt van de ene aansluitklem naar de andere (voorbeeld: een messchakelaar waarbij het mes het stationaire contactpunt volledig raakt) voor continuïteit van de stroomdoorstroming en wordt een gesloten schakelaar genoemd. Omgekeerd, een schakelaar die de continuïteit breekt (voorbeeld: een mes schakelaar met het blad niet aanraken van het stationaire contactpunt) zal niet toestaan stroom door te gaan en wordt een open schakelaar genoemd. Deze terminologie is vaak verwarrend voor de nieuwe student van de elektronica, omdat de woorden “open” en “gesloten” worden algemeen begrepen in de context van een deur, waar “open” wordt gelijkgesteld met vrije doorgang en “gesloten” met blokkering. Bij elektrische schakelaars hebben deze termen een tegenovergestelde betekenis:” open “betekent geen stroom, terwijl” gesloten ” betekent vrije doorgang van elektrische stroom.

REVIEW:

• weerstand is de maat voor de weerstand tegen elektrische stroom.
• een kortsluiting is een elektrisch circuit dat weinig of geen weerstand biedt tegen de stroom. Kortsluitingen zijn gevaarlijk met hoogspanningsbronnen omdat de hoge stromen kunnen leiden tot grote hoeveelheden warmte-energie vrijkomen.
• een open circuit is een circuit waar de continuïteit is verbroken door een onderbreking in het pad Voor stroom.
• een gesloten circuit is er een die compleet is, met een goede continuã teit.
• een apparaat dat ontworpen is om een circuit onder gecontroleerde omstandigheden te openen of te sluiten, wordt een schakelaar genoemd.
• de termen “open” en “closed” verwijzen zowel naar schakelaars als naar complete circuits. Een open schakelaar is er een zonder continuïteit: er kan geen stroom doorheen stromen. Een gesloten schakelaar is een schakelaar die een direct (lage weerstand) Pad Voor stroom doorlaat.

gerelateerde werkbladen:

• Schakelaars
• weerstand
• Spanning, Stroom en weerstand

Probeer onze Resistance Calculator in onze hulpmiddelen sectie.