Elektriese Stroombane

Definisie BEGRIP DEFINISIE

Elektriese Stroombaan 'n Geslote konneksie van 'n elektriese bron en geleiers wat die vloei van elektriese energie toelaat.

Sel en Battery (Bron) 'n Toestel wat energie verskaf vir ladings om te beweeg.

Geleier Koppeling vir stroombaan elemente.

Skakelaar Toestel om die vloei van ladings te onderbreek

Stroombaandiagram Voorstelling van 'n elektriese stroombaan met simbole.

Serieverbinding 'n Verbinding wat stroom toelaat om slegs een pad te volg.

Parallelverbinding 'n Verbinding wat stroom toelaat om meer as een pad te volg.

Potensiaalverskil of Spanning

Die potensiaalverskil tussen twee punte is die verskil in elektriese potensiële energie per eenheid lading. Die verskil in energie wat 'n lading op twee punte het om werk te verrig.

Stroom

Weerstand

Gloeilamp

Reostaat

Elektriese Stroombane Vir elektriese stroom om te vloei kort dit:

1. 'n elektriese bron,

2. 'n geslote stroombaan en

3. 'n geleier.

Stroombaandiagramme Komponente:

KOMPONENT SIMBOOL

Sel en Battery

Skakelaar Geleier

Gloeilamp

Resistor of Weerstand

Reostaat

Voltmeter

Ammeter

V

A

Stroomrigting

Konvensionele stroom = vloei van positiewe ladings: positief (+) na negatief (–)

Ware stroom = vloei van negatiewe ladings: negatief (–) na positief (+)

In metale wat in die vastestof fase is beweeg die positiewe lading (protone) nie.

In gesmelte (vloeibare) metaal en ioniese oplossings kan die positiewe lading egter beweeg.

Tipes Stroombane Die tipe stroombaan word bepaal op grond van die manier waarop die komponente geskakel word.

Serieverbinding Selle, gloeilampe en/of weerstande word agtermekaar geskakel aan dieselfde geleier.

Toestelle kan in serie met mekaar wees, binne 'n parallelle skakeling.

Parallelle skakelings kan ook in serie met mekaar wees.

Dit help om parallelle skakelings soms as 'n ”toestel” of individuele weerstand op hul eie te sien.

Bv. bo kan beskou word as soortgelyk aan:

Elke parallelle skakeling het 'n individuele totale weerstand.

Parallelverbinding Selle, gloeilampe en/of weerstande word in verskillende bane aan verskillende geleiers gebind.

Potensiaalverskil of Spanning Battery: chemiese energie → elektriese potensiële energie

elektriese potensiële energie → “arbeid” → stoot + trek ladings deur stroombaan

Spanning = Energie gegee per coulomb lading

𝑉 =𝑊

𝑄

𝑾 = energie oorgedra in

Joule (Joule)

𝑸 = lading wat tussen

twee punte beweeg in

coulomb (C)

Om beter te verstaan wat bedoel word met potensiaalverskil:

Punt A is positief gelaai en het 'n hoë potensiaal om negatiewe

ladings te aanvaar.

- Dit trek elektrone aan deur die geleier.

∴ ↑ potensiaal

Punt B is negatief gelaai en het 'n lae potensiaal om negatiewe

ladings te aanvaar.

- Negatiewe ladings stoot elektrone af deur die geleier.

∴ ↓ potensiaal

Daar is dus 'n verskil in potensiaal om elektrone aan te trek.

Hierdie is die rede/motivering/energie bron wat veroorsaak dat die

ladings vloei.

Elektriese potensiële energie word in 'n komponent omgeskakel na

lig-, hitte- en bewegingsenergie.

Meting Voltmeters meet elke lading se potensiële

energie wanneer dit verby die punte beweeg en

werk die verskil uit.

Potensiaalverskil in Serie en Parallelle

Stroombane

In Serie: Die som van alle potensiaal verskille in serie is dieselfde as die totale potensiaalverskil van die stroombaan.

𝑉𝑆𝑒𝑟𝑖𝑒 = 𝑉𝑆 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3

Indien elke lading 16 J energie bevat voor dit by V1 aankom en 15 J bevat nadat

dit deur weerstand R1 is, is 1 J energie gebruik per lading en V1 sal 1 V lees.

Elke lading bevat nou 15 J energie voor dit by V2 aankom en indien die ladings

elk 12 J na R2 dra, sal V2 se lesing 3 V wees. Tot dusver het elke lading 4 J

afgestaan aan die weerstande en die spanning oor R1 en R2 is saam 4 V.

12 J per lading kom voor R3 aan en indien die lesing 5 V is, sal elke lading 5 J oordra en dus 7 J besit nadat dit deur R3 is.

R4 is die laaste weerstand en sal al die oorblywende energie (7 J per lading) gebruik en dus sal die lesing van V4 oor R4 7 V

wees.

16 J is aan elke lading gegee toe dit by die battery uit is en geen lading was op die ladings

toe dit teruggekeer het nie. Die verskil is dus 16 J – 0 J = 16 J en dit is die totale

potensiaalverskil van die stroombaan en die battery.

In Parallel: Potensiaalverskil van parallelle bane is dieselfde.

𝑉𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑙𝑒𝑙 = 𝑉𝑃 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3

Die ladings verlaat die battery met die energie wat die battery aan die ladings verskaf het.

Die ladings kom by die parallelle skakeling en beweeg deur een van die bane. Die meeste lading sal deur die baan met die

laagste weerstand beweeg.

Elke lading, maak nie saak deur watter baan dit beweeg nie, het dieselfde hoeveelheid energie vanaf die battery verkry

(toe kol). Dit beteken elke lading van elke baan begin met dieselfde hoeveelheid energie (die toe kolle), bv. 16 J, en dra dit

oor aan die weerstand.

Eenheid: Volt (𝑉)

Gemeet met:

Voltmeter Rooi kontakpunt → koppel aan positiewe pool en Swart kontakpunt → aan die negatiewe pool. Besit groot weerstand sodat die stroom deur die baan en komponente loop en nie deur die voltmeter nie.

Simbool: Altyd in parallel geskakel

V

Anode

(Positiewe terminaal)

B

A

Katode

(Negatiewe terminaal)

Geleier

Koolstof staaf

Chemiese Pasta

VT

V1 V4

V3 V2

R1

R2 R3

R4

VT

V1

V2

V3

R1

R2

R3

Nadat dit deur die weerstand is, besit dit geen energie nie (die oop kolle) en keer terug na die battery.

Die verskil in energie tussen wanneer dit die battery verlaat, en voor dit terugkeer is dus; 16 J – 0 J = 16 J, en is die

potensiaalverskil van die totale stroombaan en elke baan van die parallelle skakeling.

In Kombinasie: Die serie baan se totale potensiaalverskil (VS) is alle voltmeters oor weerstande in

die hoofstroom se lesings saam, ∴ VS = V1 + V6

Die parallelle bane sal dieselfde potensiaalverskil hê aangesien elke lading vanaf

die battery deur weerstand R1 gaan, ∴ Vbaan 1 = Vbaan 2 = Vbaan 3 = VP

V2 en V3 sal saam die totale potensiaalverskil van baan 1 wees. ∴ Vbaan 1 = V2 + V3.

Hulle is in serie met mekaar maar steeds in parallel met V4 en V5.

Die hele baan se potensiaalverskil sal die serie baan (VS) en een van die parallelle-

bane (VP) se potensiaalverskil saam wees, ∴ VT = VS + VP

Formules:

• 𝑉 = 𝑊

𝑄

• 𝑉𝑆𝑒𝑟𝑖𝑒 = 𝑉𝑆 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3

• 𝑉𝑃𝑎𝑟𝑎𝑙𝑙𝑒𝑙 = 𝑉𝑃 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3 of 𝑉𝑃 = 𝑉𝑏𝑎𝑎𝑛 1 = 𝑉𝑏𝑎𝑎𝑛 2 = 𝑉𝑏𝑎𝑎𝑛 3

• 𝑉𝐾𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑎𝑠𝑖𝑒 = 𝑉𝐾 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑃

• 𝑉𝑇 = 𝐼𝑇𝑅𝑇 of 𝑉𝑏𝑎𝑎𝑛 1 = 𝐼𝑏𝑎𝑎𝑛 1𝑅𝑏𝑎𝑎𝑛 1 of 𝑉𝑅1= 𝐼𝑅1

𝑅𝑅1

Batterye Skakel chemiese energie om in elektriese potensiële energie.

Enkel = sel

> 1 = battery

EMK en Spanning van 'n Battery

EMK

- potensiaalverskil van sel of battery indien dit aan geen komponente of aan geen stroombaan

gekoppel is nie. (EMK staan vir elektromotoriese krag maar dit is nie reg nie aangesien dit energie

is en nie 'n krag nie.)

- ∴ is dit die totale potensiaalverskil wat die battery moontlik kan lewer.

Poolpotensiaalverskil of poolspanning

- potensiaalverskil van battery indien dit aan 'n geslote stroombaan gekoppel is.

Poolspanning < EMK

- energie word benodig vir die ladings om deur die battery te beweeg en werklike spanning

(poolspanning oftewel spanning beskikbaar vir die stroombaan) is minder as wat die battery

werklik kan lewer (EMK). ∴ EMK – poolspanning = interne spanning van battery

Selle en Batterye in Serie en Parallel

Selle en batterye in serie: spanning word bymekaargetel om die totale spanning van die battery te kry.

∴ meer selle of batterye in serie = sterker battery = groter stroom.

Selle en batterye in parallel: spanning bly dieselfde en word nie bymekaar getel nie.

∴ meer selle of batterye in parallel = langer leeftyd = dieselfde stroom.

V4

V5

VT

V3 V2

V1 V6 R1 R2 R3

R4

R5

R6

Elektriese Stroom en Lading

V1

V1

V1 V1

Elektriese Stroom SERIE PARALLEL KOMBINASIE

POTENSIAALVERSKIL (𝑽) Eenheid: Volt (𝑉) Gemeet met: voltmeter

In parallel geskakel

Formules:

• 𝑉 = 𝑊

𝑄

• 𝑉𝑆 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 • 𝑉𝑃 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3 • 𝑉𝐾 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑃 • 𝑉 = 𝐼𝑅

𝑉𝑇 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + 𝑉4

𝑉𝑇 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3

𝑉𝑇 = 𝑉1 + 𝑉𝑃 + 𝑉6

𝑉𝑃 = 𝑉2 + 𝑉3 = 𝑉4 = 𝑉5

STROOM (𝑰) Eenheid: Ampère (𝐴) Gemeet met: ammeter

In serie geskakel

Formules:

• 𝐼 =𝑄

Δ𝑡

• 𝐼𝑆 = 𝐼𝐻𝑜𝑜𝑓𝑠𝑡𝑟𝑜𝑜𝑚 = 𝐼1 = 𝐼2 = 𝐼3

• 𝐼𝑃 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3

• 𝐼 =𝑉

𝑅

𝐴𝐻𝑆 = 𝐴1 = 𝐴2 = 𝐴3

𝐴𝐻𝑜𝑜𝑓𝑠𝑡𝑟𝑜𝑜𝑚 (𝐻𝑆) = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3

𝐴𝐻𝑆 = 𝐴1 = 𝐴𝑃 = 𝐴6

𝐴2 = 𝐴3

𝐴𝑃 = 𝐴2 𝑜𝑓 𝐴3 + 𝐴4 + 𝐴5

WEERSTAND (𝑹) Eenheid: Ohm (𝛺)

Formules:

• 𝑅 =𝑉

𝐼

• 𝑅𝑆 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3

• 𝑅𝑃 = (1

𝑅1+

1

𝑅2+

1

𝑅3)−1

• 𝑅𝐾 = 𝑅𝑆 + 𝑅𝑃

𝑅𝑇 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 + 𝑅4

𝑅𝑇 = (1

𝑅1

+1

𝑅2

+1

𝑅3

)−1

𝑅𝑇 = 𝑅1 + 𝑅𝑃 + 𝑅6

𝑅𝑃 = (1

𝑅2 + 𝑅3

+1

𝑅4

+1

𝑅5

)−1

V

VT

V1 V4

V3 V2

VT

V1

V2

V3

V4

V5

VT

V3 V2

V1 V6

A

A1

A2

A3

A1

A2

A3

A1

A2

A3

A4

A5

A6

R R1

R2 R3

R4

R1

R2

R3

R1 R6

R2 R3

R4

R5