Weerstand

De schakeling in de vorige paragraaf is niet erg praktisch. In feite kan het behoorlijk gevaarlijk zijn om te bouwen (direct de polen van een spanningsbron verbinden met een enkel stuk draad). De reden dat het gevaarlijk is, is dat de grootte van elektrische stroom erg groot kan zijn in zo'n kortsluiting en het vrijkomen van energie kan zeer dramatisch zijn (meestal in de vorm van warmte). Meestal zijn elektrische circuits zo geconstrueerd dat die vrijgekomen energie praktisch en zo veilig mogelijk kan worden benut.

De stroom door het filament van de lamp

Een praktisch en populair gebruik van elektrische stroom is voor de werking van elektrische verlichting. De eenvoudigste vorm van een elektrische lamp is een kleine metalen "gloeidraad" in een helder glazen bol, die witgloeiend ("gloeit") met warmte-energie gloeit wanneer er voldoende elektrische stroom doorheen gaat. Net als de batterij heeft deze twee geleidende verbindingspunten, één voor stroom om binnen te komen en de andere voor stroom om uit te gaan. Verbonden met een spanningsbron ziet een circuit van een elektrische lamp er ongeveer zo uit:

Terwijl de stroom zich een weg baant door de dunne metalen gloeidraad van de lamp, ondervindt deze meer weerstand tegen beweging dan normaal bij een dik stuk draad. Deze weerstand tegen elektrische stroom hangt af van het type materiaal, het oppervlak van de dwarsdoorsnede en de temperatuur. Het is technisch bekend als weerstand . (Er kan worden gezegd dat geleiders een lage weerstand hebben en isolatoren 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 hadden niets anders dan een draad die het ene uiteinde van de spanningsbron (batterij) met het andere verbond. Wanneer de stroom tegen de weerstand van de weerstand in beweegt, wordt "wrijving" gegenereerd. Net als mechanische wrijving manifesteert de wrijving die wordt veroorzaakt door de stroom die tegen een weerstand vloeit 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 gedissipeerd. Deze warmte-energie is voldoende om de gloeidraad witgloeiend te laten gloeien en licht te produceren, terwijl de draden die de lamp met de batterij verbinden (die een veel lagere weerstand hebben) nauwelijks warm worden bij dezelfde hoeveelheid stroom. Net als in het geval van kortsluiting, stopt de stroom door het hele circuit als de continuïteit van het circuit op enig punt wordt verbroken. Als er een lamp op zijn plaats zit, betekent dit dat hij stopt met gloeien:

Zoals eerder, zonder stroom, is het volledige potentieel (voltage) van de batterij beschikbaar over de pauze, wachtend op de mogelijkheid van een verbinding om die pauze te overbruggen en de stroom weer te laten vloeien. Deze toestand staat bekend als een open circuit , waar een onderbreking in de continuïteit van het circuit de hele stroom voorkomt. Het enige dat nodig is, is een enkele onderbreking van de continuïteit om een ​​circuit te "openen". Zodra eventuele onderbrekingen opnieuw 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 schakelaars op afstand. 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 is ontworpen om die continuïteit opzettelijk te verbreken (een schakelaar genoemd). ), gemonteerd op elke geschikte locatie waar we draden naartoe kunnen leiden, om de stroom van stroom in het circuit te regelen:

Dit is hoe een schakelaar die aan de muur van een huis is gemonteerd, een lamp kan bedienen die in een lange gang is gemonteerd, of zelfs in een andere kamer, ver weg van de schakelaar. De schakelaar zelf is gemaakt van een paar geleidende contacten (meestal gemaakt van een soort metaal) die samengedrukt worden door een mechanische hefboomactuator of drukknop. Wanneer de contacten elkaar raken, kan de stroom van de ene naar de andere vloeien en wordt de continuïteit van het circuit tot stand gebracht. Wanneer de contacten zijn gescheiden, wordt de stroom van de ene naar de andere verhinderd door de isolatie van de lucht ertussen, en wordt de continuïteit van het circuit verbroken.

De messchakelaar

Misschien wel de beste soort schakelaar om te laten zien ter illustratie van het basisprincipe is de "mes" schakelaar:

Een messchakelaar is niets meer dan een geleidende hefboom, die vrij kan draaien op een scharnier, die fysiek in contact komt met een of meer stationaire contactpunten die ook geleidend zijn. De schakelaar die in de bovenstaande afbeelding wordt getoond, is geconstrueerd op een porseleinen basis (een uitstekend isolatiemateriaal), waarbij koper (een uitstekende geleider) wordt gebruikt voor het "blad" en de contactpunten. Het handvat is van plastic 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 messchakelaar, met twee stationaire contacten in plaats van één:

De specifieke messchakelaar die hier wordt getoond, heeft één "blad" maar twee stationaire contacten, wat betekent dat hij meer dan één circuit kan maken of verbreken. Voor nu is dit niet erg belangrijk om op de hoogte te zijn, alleen het basisconcept van wat een schakelaar is en hoe deze werkt. Messchakelaars zijn geweldig om het basisprincipe van de werking van een schakelaar te illustreren, maar ze vormen duidelijke veiligheidsproblemen bij gebruik in elektrische circuits met een hoog vermogen. De blootgestelde geleiders in een messchakelaar maken onbedoeld contact met het circuit een duidelijke mogelijkheid, en eventuele vonken die kunnen optreden tussen het bewegende mes en het stationaire contact kunnen alle nabijgelegen ontvlambare materialen ontsteken. De meeste moderne schakelaarontwerpen hebben hun bewegende geleiders en contactpunten verzegeld in een isolerende behuizing om deze gevaren te verminderen. Een foto van enkele moderne schakelaartypes laat zien hoe de schakelmechanismen veel meer verborgen zijn dan bij het mesontwerp:

Geopende en gesloten circuits

In overeenstemming met de "open" en "gesloten" terminologie van circuits, zorgt een schakelaar die contact maakt van de ene aansluitklem naar de andere (bijvoorbeeld:een messchakelaar waarbij het mes het stationaire contactpunt volledig raakt) continuïteit voor het stromen van stroom door en wordt een gesloten . genoemd schakelaar. Omgekeerd, een schakelaar die de continuïteit verbreekt (voorbeeld:een messchakelaar met het mes niet aanraken van het stationaire contactpunt) laat geen stroom door en wordt een open . genoemd schakelaar. Deze terminologie is vaak verwarrend voor de nieuwe student elektronica omdat de woorden "open" en "gesloten" algemeen worden 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 tegengestelde betekenis:"open" betekent geen stroom, terwijl "gesloten" vrije doorgang van elektrische stroom betekent.

BEOORDELING:

• 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 bij hoogspanningsbronnen, omdat de hoge stromen die optreden, ervoor kunnen zorgen dat grote hoeveelheden warmte-energie vrijkomen.
• Een open circuit is er een waar de continuïteit is verbroken door een onderbreking in het pad om de stroom te laten vloeien.
• Een gesloten circuit is er een die compleet is, met overal een goede continuïteit.
• Een apparaat dat is ontworpen om een ​​circuit onder gecontroleerde omstandigheden te openen of te sluiten, wordt een schakelaar genoemd .
• De termen “open” en “gesloten” verwijzen naar schakelaars en hele circuits. Een open schakelaar is er een zonder continuïteit:er kan geen stroom doorheen vloeien. Een gesloten schakelaar is er een die een direct pad (met lage weerstand) biedt waar stroom doorheen kan stromen.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Schakels
• Weerstand
• Spanning, stroom en weerstand

Probeer onze Weerstandscalculator in onze Hulpprogramma's sectie.