Spanning, Stroom en Weerstand

afbeelding van Frank

Wat is spanning?

Spanning is vergelijkbaar met waterdruk, wanneer je een gaatje maakt onderaan in een emmer en die loopt leeg dan zal de druk niet bijster groot zijn. Het water spuit enkele centimeters ver.

stroom_0.png

 

Wanneer je nu de emmer hoger plaatst en een darm aansluit op een emmer, met een even grote binnendiameter als het gaatje, dan zal je merken dat het water veel verder spuit dan daarstraks. Dit komt omdat de waterdruk toegenomen is. Van hoe hoger het water komt, hoe hoger de waterdruk.
De waterdruk is vergelijkbaar met de elektrische spanning. De spanning drukken we uit in Volt, in formulles gebruiken we hiervoor de letter U.
Een analoge modeltrein rijd typisch op een spanning tussen de 3V (Volt) en de 14V of 16V afhankelijk van het gekozen systeem (Märklin Z, gelijkspanning bv Roco/Fleischmann of Märklin~ ).

 

Wat is stroom

Stroom is vergelijkbaar met het debiet bij water, wanneer je een klein gaatje maakt onderaan in een emmer en die loopt leeg, dan stroomt de emmer traag leeg. Wanneer je een groter gat maakt onderaan in een emmer dan loopt de emmer sneller leeg. Het debiet (liter/seconde) is groter.
We hebben de afspraak gemaakt dat elektrische stroom van de + pool (bovenkant van onze emmer) naar de - pool loopt. Fysisch loopt de elektronenstroom van - naar +, maar dit gaan we negeren. Maar iedereen houdt zich aan de conventie en stroom loopt dus van + naar -.
Daarnaast bestaat ook wisselstroom hier wissel de polariteit van polen regelmatig af. Deze regelmaat noemen we de frequentie en wordt huitgedrukt in Hz (Hertz). De stroom van het elektriciteitsnet wisselt 50 keer per seconde van polariteit, dus is de frequentie 50Hz.
Wat is het nut van wisselstroom? Wisselstroom kan gemakkelijk naar een andere spanning worden omgezet via een transformator. Bij gelijkstroom werk een transformator niet.

stroom_0.png

 

Het debiet is vergelijkbaar met elektrische stroom. De stroom drukken we Ampére, in formulles gebruiken we hiervoor de letter I.
Een rijdende HO locomotief heeft een vermogen van 5 tot 10 VA (VoltAmpére) nodig. Bij 16Volt gebruikt die dus een stroom van 10VA / 16A = 0,625A of 624mA (milliAmpére).

 

Wat is weestand

De weestand is bij water en elektriciteit loopt gelijk, wanneer we een langere darm gebruiken en de emmer niet hoger plaatsen kan het zijn dat er op het einde van de warm net nog wat druppels uit komen. We kunnen ook een spons in de darm opnemen, hierdoor zal er ook merkelijk minder water uit de darm komen.

weerstand.png

De elektrische weerstand drukken we uit in Ohm wie wordt voorgesteld door de Griekse hoofdletter omega Ω, in formulles stellen we de weerstand voor met de letter R.

Een gevolg van weerstand (wrijving) is warmte, dit is bij elektrische weerstand net hetzelfde. Wanneer je te dunne elektrische draadjes gebruikt ontstaat er veel weerstand, het lampje zal minder fel branden of treinen zullen trager rijden maar véél belangrijker is de warmte die ontstaat in de draadjes. Dit is een risico voor brand. Wanneer je één loc laat rijden zal dit geen probleem vormen, maar bij een grotere baan moet men hiervoor op z'n hoede zijn. Meet met een voltmeter de spanning op het einde van je langste draad en die mag zeker niet meer dan een halve volt, maximaal één volt lager zijn dan in het begin.

De wet van Ohm

R = U / I of
I = U / R of
U = R.I

 

Wanneer we een lampje laten branden en dat verbruikt 150mA als we het aansluiten op 14V wat is dan de weerstand van het lampje?
We gebruiken de formule om de weerstand R te berekenen.
R = U / I ⇒ R = 14V / 150mA = 14 / 0.15 = 93 Ω