Natuurkunde basisschool en onderbouw · Grades 1–9
16Een eerste stroomkring
Klik — de zaklamp werpt haar bundel door de donkere kamer. In dat plastic buisje wonen een batterij, een lampje en twee strookjes metaal, die een spel met strenge regels spelen. Vandaag halen we dat spel uit elkaar: met een batterij, een lampje en twee draadjes maken we met onze eigen handen licht.
16.1 Een lampje, een batterij, twee draadjes
Definitie 16.1 (De batterij)
Een batterij is een kleine voorraad elektriciteit. Ze heeft twee verschillende uiteinden, haar polen genoemd: de ene gemerkt met (plus), de andere met (min). Beide uiteinden doen ertoe — elektriciteit speelt pas mee als die twee allebei meedoen.
Definitie 16.2 (Het lampje)
Een lampje is een klein lampje met een dun draadje in zijn glas dat witheet gloeit als er elektriciteit doorheen stroomt. Kijk goed naar zijn metalen voet: het lampje heeft ook twee contactplekken — het puntje helemaal onderaan, en de metalen zijkant van de voet. Twee polen op de batterij, twee contacten op het lampje: dat is geen toeval.
Methode 16.3 (Het lampje laten branden)
Met één batterij, één lampje en twee draadjes:
- maak één draadje vast van de pool van de batterij aan het puntje van de voet van het lampje;
- maak het andere draadje vast van de pool aan de metalen zijkant van de voet;
- het lampje gaat branden — je hebt een stroomkring gebouwd!
Blijft het donker, kijk dan naar de gebruikelijke verdachten: een draadje dat het glas raakt in plaats van het metalen contact, een losse verbinding, of een lege batterij.
16.2 De stroomkring moet gesloten zijn
Definitie 16.4 (Stroomkring)
Een stroomkring is een volledige lus voor elektriciteit: uit de ene pool van de batterij, door de draadjes en het lampje, en terug in de andere pool. Is de lus compleet, dan zeggen we dat de kring gesloten is; zit er ergens een onderbreking, dan is hij open.
Propositie 16.5 (De luswet)
Het lampje brandt alleen als de kring gesloten is — één ononderbroken lus van de ene pool, door het lampje, terug naar de andere pool. Eén enkele onderbreking, waar dan ook in de lus, en het lampje gaat uit: elektriciteit springt niet over onderbrekingen, en ze stroomt niet in doodlopende einden.
Voorbeeld 16.6 (Waarom allebei de polen?)
Verbind twee draadjes van de pool van de batterij met de twee contacten van het lampje en laat met rust: niets. Eén draadje van en één van , maar allebei naar het puntje van het lampje: opnieuw niets. Het lampje brandt pas als de lus de twee verschillende polen van de batterij én de twee verschillende contacten van het lampje aandoet — een volledige rondreis.
Voorbeeld 16.7 (De schakelaar)
Een schakelaar is een deur in de kring: een klein metalen bruggetje dat de klik neerlegt (gesloten — de lus is compleet, licht!) of optilt (een onderbreking — donker). De knop van de zaklamp, de lichtschakelaar aan de muur, de knop van een deurbel: allemaal zijn het deuren in een lus. Je kunt er zelf een bouwen van een wasknijper en een strookje aluminiumfolie dat je om zijn bekken vouwt.
Opmerking 16.8 (Nette tekeningen)
In plaats van elke bobbel van de batterij en elke schroefdraad van het lampje te tekenen, gebruiken elektriciens symbolen: twee ongelijke streepjes voor de batterij (het lange is ), een cirkel met een kruis voor de lamp, een klein ophaalbruggetje voor de schakelaar, en rechte lijnen voor de draadjes. Een symbolentekening van een kring is sneller getekend, en iedereen ter wereld kan hem lezen — die tekeningen zullen we nog jarenlang gebruiken.
Opmerking 16.9 (Batterij ja, stopcontact nooit)
Alles in dit hoofdstuk wordt gespeeld met kleine ronde of platte batterijen: hun duw is minuscuul en veilig om mee te proeven. Het stopcontact is een andere wereld — zijn duw is honderden keren machtiger, genoeg om te verwonden of te doden. Steek nooit draden, vingers of wat dan ook in een stopcontact, en haal nooit iets uit elkaar dat op een stopcontact wordt aangesloten. Batterijspelletjes: ja. Stopcontact: nooit.
16.3 Oefeningen
Oefening 16.1 ★
Noem de twee polen van een batterij en de twee contactplekken van een lampje.
Oefening 16.2 ★
Wat is een gesloten stroomkring? Wat is een open stroomkring? In welke van de twee brandt het lampje?
Oefening 16.3 ★
Lea verbindt de pool van de batterij met één draadje met het puntje van het lampje en houdt het daarbij. Het lampje blijft donker. Wat ontbreekt er, in de woorden van de luswet?
Oefening 16.4 ★
Welke taak heeft een schakelaar in de lus? Wat ligt er in een schakelaar als hij dicht is?
Oplossing
Oplossing van Oefening 16.4.
De schakelaar is een deur in de lus: dicht maakt hij de kring compleet; open maakt hij een onderbreking. In een gesloten schakelaar verbindt een klein metalen bruggetje de twee draden.
Oefening 16.5 ★
Teken met de nette symbolen van Opmerking 16.8 een kring met één batterij, één gesloten schakelaar en één lamp. Welk symbool is wat?
Oplossing
Oplossing van Oefening 16.5.
Een lus van rechte lijnen die verbindt: twee ongelijke streepjes (de batterij, waarbij het lange streepje is), het ophaalbrugsymbool dat dicht ligt (de schakelaar), en een cirkel met een kruis (de lamp).
Oefening 16.6 ★
De zaklamp gaat midden op een kampeertocht uit. Noem drie mogelijke onderbrekingen of storingen om na te kijken, uit Methode 16.3.
Oefening 16.7 ★
Waar zit in de deurbelkring de “schakelaar”? Waarom rinkelt de bel alleen zolang je op de knop drukt?
Oplossing
Oplossing van Oefening 16.7.
De knop is de schakelaar. Erop drukken legt het metalen bruggetje neer en sluit de lus, dus rinkelt de bel; loslaten tilt het bruggetje op, de onderbreking gaat open, en het rinkelen stopt.
Oefening 16.8 ★
Waarom mag je nooit iets in een stopcontact steken, terwijl spelen met een batterij prima is? (Zie Opmerking 16.9.)
Oplossing
Oplossing van Oefening 16.8.
De duw van de batterij is minuscuul en veilig; de duw van het stopcontact is honderden keren machtiger en kan verwonden of doden. Stopcontacten zijn niet om mee te proeven — nooit.
Oefening 16.9 ★
Een lampje met zijn puntje op de pool van de batterij gehouden, en één draadje van de pool tegen de metalen zijkant van de voet van het lampje gedrukt: gaat het branden? Volg de lus met je vinger om te beslissen.
Oefening 16.10 ★★
Sam bouwt een lus: batterij, draadje, lampje, draadje, terug naar de batterij — maar hij maakt beide draadjes vast aan dezelfde pool, , “omdat die dichterbij was”. Het lampje blijft donker hoewel de lus compleet lijkt. Leg met Voorbeeld 16.6 uit wat zijn lus mist.
Oplossing
Oplossing van Oefening 16.10.
Zijn lus doet de tweede pool nooit aan. Een stroomkring moet van de ene pool door het lampje naar de andere pool lopen: uit vertrekken en weer in aankomen is een rondreis naar nergens — de duw van de batterij heeft allebei haar verschillende uiteinden in het spel nodig.
Oefening 16.11 ★★
In een sliert feestlichtjes ontbreekt één lampje, en de hele sliert is donker, hoewel alle andere lampjes in orde zijn. Wat vertelt dat je over hoe de lampjes in de lus zijn opgesteld? (Het hoofdstuk over stroomkringen van volgend jaar geeft die opstelling een naam.)
Oplossing
Oplossing van Oefening 16.11.
De lampjes moeten allemaal op één enkele lus zitten, het ene na het andere: het ontbrekende lampje laat een onderbreking achter, en één onderbreking maakt de hele sliert donker — de luswet. (Volgend jaar krijgt deze opstelling achter elkaar haar naam: een serieschakeling.)