Stroomkringen

In het dagelijkse leven gebruiken we heel veel apparaten die werken op elektriciteit. Denk bijvoorbeeld aan lampen, de wasmachine, de koelkast, je mobiele telefoon of tegenwoordig zelfs de motor van een auto. Elektriciteit is, natuurkundig gezien, de beweging van geladen deeltjes. Die deeltjes zorgen er in een stroomkring voor dat er energie van de spanningsbron naar het apparaat gebracht wordt, zodat het apparaat kan werken.

Een lampje laten branden

Om een lampje te laten branden (of een ander apparaat te laten werken) heb je naast het lampje een spanningsbron en snoertjes van een geleidend materiaal nodig. Met de snoertjes moet dan een stroomkring gemaakt worden waarin geladen deeltjes, de zogenaamde elektronen, kunnen bewegen. De spanningsbron (bijvoorbeeld een batterij) geeft dan energie aan de elektronen, die dan naar het lampje gaan en daar de energie weer afgeven. Vervolgens gaan de elektronen dan via het andere snoertje zonder energie terug naar de spanningsbron. Een stroomkring kan alleen werken wanneer de elektronen een heel 'rondje' kunnen bewegen. Wanneer de stroomkring onderbroken wordt (bijvoorbeeld door een kapot of ontbrekend snoertje, een open schakelaar of door een los of kapot lampje) kunnen de elektronen er niet bewegen en brandt het lampje niet.

Richting van de stroom

In een stroomkring bewegen de elektronen van de - van de spanningsbron naar de + van de spanningsbron. De richting van de elektrische stroom is echter van + naar -. Dat komt omdat de stroomrichting internationaal afgesproken is als de bewegingsrichting van positief geladen deeltjes, terwijl de elektronen negatief geladen deeltjes zijn. Daarom geven we de stroomrichting altijd aan van + naar -.

Schakelaar

Wanneer de stroomkring onderbroken wordt kunnen de elektronen niet bewegen. Ze kunnen dan geen energie naar het lampje of apparaat brengen, dus die zal dan uit staan. Om de stroomkring op een makkelijke manier te onderbreken kun je een schakelaar gebruiken. De schakelaar is een knopje of schuifje waarmee je de stroomkring kunt openen of sluiten, en daardoor het lampje of het apparaat uit of aan kunt zetten.

Geleiders en isolatoren

De meeste draden in stroomkringen zijn gemaakt van koper omdat dat een zeer goede geleider is: de elektrische stroom kan daar makkelijk doorheen bewegen. Alle metalen zijn geleiders, maar ook vloeistoffen kunnen soms een geleider zijn wanneer daar bijvoorbeeld een zout of zuur in opgelost is. Een vloeistof waardoor een elektrische stroom zich kan bewegen wordt een elektrolyt genoemd. Stoffen die de elektrische stroom niet of nauwelijks doorlaten worden isolatoren genoemd. Voorbeelden daarvan zijn plastic, rubber, glas en lucht. Stekkers en de buitenkant van stroomdraden zijn daarom meestal van plastic gemaakt, zodat je de elektrische stroom niet aan kan raken.

Geleiders en isolatoren in een stroomkabel van een apparaat.

Kortsluiting

Wanneer de elektronen de stroomkring kunnen doorlopen zónder dat ze hun energie af hoeven te geven aan een lampje of andere component dan zullen ze dat doen. Maar: de snelheid waarmee de elektronen dan gaan lopen wordt in die situatie enorm groot. Daar komt veel warmte bij vrij waardoor de snoertjes kunnen smelten en de batterij door kan branden. We noemen dit kortsluiting. Je krijgt kortsluiting wanneer de elektronen zonder energie af te hoeven geven een heel rondje in de stroomkring kunnen maken. Je moet dat ten alle tijde voorkomen aangezien het veel schade kan veroorzaken!

Als de schakelaar sluit is er kortsluiting.

Schakelschema's

Elektrische schakelingen zijn vaak veel ingewikkelder dan simpelweg het laten branden van een lampje. Daarom geven we de schakelingen vaak weer met een schakelschema. Hierin wordt met duidelijke symbolen en rechte lijnen de schakeling overzichtelijk weergegeven. Elke component in een elektrische schakeling heeft een eigen symbool.

Voorbeeld van een schakelschema met een wisselspanningsbron, twee schakelaars, een lampje en een motor. Als alleen schakelaar 1 gesloten wordt dan brandt het lampje. Als beide schakelaars gesloten worden dan brandt het lampje en draait de motor.

Diode en led

Naast lampjes, motortjes en schakelaars worden in hedendaagse schakelingen ook veel diodes en leds gebruikt. Een diode is een component die in één richting (de doorlaatrichting, de richting die het driehoekje in het symbool aangeeft) de stroom door laat. In de andere richting (de sperrichting) wordt de stroom tegengehouden. Een led is een speciale diode die licht geeft wanneer de stroom doorgelaten wordt. Led betekent namelijk 'light emitting diode'.

Serieschakeling

Wanneer je meerdere componenten (zoals lampjes, motortjes, weerstanden enzovoorts) op één spanningsbron aan wil sluiten kan dat op verschillende manieren. Één van die manieren is de serieschakeling. Wanneer lampjes of andere componenten in serie geschakeld zijn nemen de elektronen in dat deel van de schakeling allemaal dezelfde route. Alle elektronen moeten door alle in serie geschakelde componenten heen. Er zitten geen 'splitsingen' in de stroomkring, er is maar één mogelijke route voor de elektronen. Wanneer in een serieschakeling van lampjes één lampje stuk gaat (of losgedraaid wordt) wordt de stroomkring onderbroken en branden dus ook de andere lampjes niet meer.

Parallelschakeling

Wanneer lampjes of andere componenten parallel geschakeld zijn nemen de elektronen in dat deel van de schakeling verschillende routes. Een deel van de elektronen gaat door de ene component, een ander deel door de volgende enzovoorts. Er zitten dus 'splitsingen' in de stroomkring waar de stoom twee verschillende kanten op kan.

Gemengde schakeling

Het kan ook zo zijn dat in één schakeling sommige componenten in serie en sommige parallel staan. Zo'n schakeling wordt een gemengde schakeling (of ook soms: gecombineerde schakeling) genoemd.

Voorbeeld van een gemengde schakeling:
- Lampje 1 en 2 staan in serie met elkaar.
- Lampje 3 staat parallel aan de lampjes 1 en 2 samen.
- Lampje 4 staat in serie met de lampjes 1, 2 en 3 samen.
- Lampje 5 staat parallel aan de lampjes 1, 2, 3 en 4 samen.

Online lab