Elektrische stroom

Wat is elektrische stroom?

Elektrische stroom wordt gedefinieerd als de verplaatsing van elektrische lading door een materiaal. Lading + en - trekken elkaar aan tot er evenwicht is. Deze lading gaat meestal in de vorm van elektronen, die bewegen door geleidende materialen zoals koper. De elektronen nemen een elektrische energie met zich mee. De stroomsterkte, aangeduid met de letter I, meet hoeveel lading er per seconde door een geleider stroomt.

Formule voor stroom

De relatie tussen stroom (I), lading (Q) en tijd (t) wordt beschreven met de volgende formule:

Hierbij is:

I de stroomsterkte in ampère (A)

Q de lading in coulomb (C)

t de tijd in seconden (s)

Wat is elektrische lading?

Een atoom bestaat uit een:

•Kern: protonen (positieve lading: +e) en neutronen (neutraal)

•Elektronenwolk: elektronen (negatieve lading: -e)

Elk atoom heeft evenveel protonen als elektronen en is daarom elektrisch neutraal.

Elektrische lading is een fundamentele eigenschap van deeltjes die bepaalt hoe ze zich gedragen in een elektrisch veld. De standaard eenheid voor lading is de coulomb (C). Een van de cruciale termen in de discussie over elektrische lading is het elementaire ladingsquantum (E), dat een waarde heeft van ongeveer: e=1.602\cdot10^{-19}\text{ C}=1.602\cdot10^{-19}\text{ C}.

Ionisatie

Een ion is een elektrisch geladen atoom dat ontstaat wanneer een atoom een elektron verliest of wint. Een elektron afstaan geeft een positief geladen deeltje. Een elektron opnemen geeft een negatief geladen deeltje. Bijvoorbeeld, een aluminiumion met de aanduiding Al³⁺ betekent dat het atoom drie elektronen mist. De totale lading kan worden berekend als volgt:

Q=3\cdot e=4,806\cdot10^{-19}\text{ C}Q=3\cdot=4,806\cdot10^{-19}\text{ C}.

Geleiders en isolatoren

Materialen kunnen worden ingedeeld in geleiders en isolatoren:

•Geleiders (zoals koper en ijzer) laten elektronen gemakkelijk bewegen en geleiden de stroom dus goed.

•Isolatoren (zoals lucht of kunststof) laten de elektronen niet goed bewegen, dus geleiden de stroom niet goed.

Het metaalrooster

Het concept van een metaalrooster helpt om te begrijpen waarom elektronen door geleiders kunnen bewegen. In een metaalrooster zijn metaalatomen op een vaste plaats geordend, waardoor vrije elektronen daartussen kunnen bewegen, wat zorgt voor een goede geleiding van stroom. Elektronen kunnen bewegen, protonen niet.

Hoe werkt een elektrische stroomkring?

Een elektrisch circuit bestaat uit een gesloten pad waarlangs elektrische stroom kan stromen, dat kan worden onderbroken door een schakelaar. Dit bestaat meestal uit drie belangrijke onderdelen:

•Spanningsbron (bijv. batterij)

•Meerdere geleiders waardoor stroom loopt (gedaan met rechte lijnen)

•Apparaat dat elektrische energie omzet (bijv. een lampje)

Schematische tekening

Bij het tekenen van een stroomkring gebruiken we bepaalde symbolen:

Een batterij wordt weergegeven met een lange dunne lijn (plus) en een korte dikke lijn (min).

Een lampje wordt weergegeven als een cirkel met een kruis erin.

Belangrijk om te onthouden: Elektronen bewegen van negatief naar positief, maar in de conventionele stroomtechniek zeggen we dat de stroom van positief naar negatief loopt.

In een gesloten stroomkring kan de elektrische stroom rond ‘lopen’ en brandt het lampje.

In een open stroomkring kan de elektrische stroom niet rond ‘lopen’ en brandt het lampje niet.

Lading en stroomsterkte

In dit artikel hebben we besproken dat lading (Q) de basis is voor het begrijpen van stroomsterkte (I). De stroomsterkte wordt gemeten in ampère, en het aantal coulomb per seconde dat door een bepaalde punt in een leiding stroomt, bepaalt de stroomsterkte.

Lading (Q) meet je in coulomb (C): 1 C = \frac{1}{1{,}602\cdot10^{-19}}\frac{1}{1{,}602\cdot10^{-1}}\frac{1}{1{,}602\cdot10^{-}}\frac{1}{1{,}602\cdot10}\frac{1}{1{,}602\cdot1}\frac{1}{1{,}602\cdot}\frac{1}{1{,}602}\frac{1}{1{,}60}\frac{1}{1{,}6}\frac{1}{1{,}}\frac11\frac{1}{\placeholder{}}1\frac{1}{1,602 \cdot 10^{-19}elektronen = 6{,}24\cdot10^{18}6{,}24\cdot10^16{,}24\cdot10^186{,}24\cdot10^16{,}24\cdot106{,}24\cdot16{,}24\cdot6{,}246{,}26{,}256{,}26{,}236{,}26{,}6elektronen (of protonen).

(I,t)-diagram

I=\frac{Q}{t}I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=Igeeft Q=I\cdot tQ=I\cdotQ=IQ=Q.

De oppervlakte onder het (I,t)-diagram is de getransporteerde lading ΔQ. Bij batterijen is de oppervlakte onder het (I,t)-diagram de capaciteit.