Elektriese stelsels en beheer

Ondersoek eenvoudige stroombane

Laat gloeilampe skyn

Om hierdie aktiwiteit te doen, benodig jy al die komponente (dele) wat in figuur 2 gewys word.

 

Verdeel in spanne van vier tot ses leerders. Twee spanne kan saam werk indien daar slegs een sel per span is. Bespreek die volgende in julle span en doen dan die eksperimente:

• Vind uit hoe om die komponente te verbind sodat die gloeilamp skyn. Vind nog drie ander maniere om die gloeilamp te laat skyn.
• Raak liggies aan die gloeilamp. Wat voel jy?
• Kyk na die binnekant van die glasgedeelte van die gloeilamp. Watter deel van die gloeilamp word warm?
• Wat gebeur wanneer jy twee selle in plaas van een sel koppel?
• Hoe kan jy die gloeilamp aan- en afskakel?

Uit hierdie aktiwiteit het jy agtergekom dat die gloeilamp slegs sal skyn wanneer die drade aan die skroefkontak en die soldeerknop van die gloeilamp raak.

Jy het ook geleer dat jy die metaaldele aanmekaar moet koppel om ’n baan vir die stroom te maak wat deur die puntgedeelte van die sel, deur die gloeilamp, en terug na die plat gedeelte van die sel loop. Hierdie baan word ’n stroombaan genoem. Die stroom sal nie vloei as daar ’n gaping in die baan van die geleiers is nie.

Die selle verskaf energie om die elektrisiteit deur die stroombaan te laat vloei, en die elektrisiteit wat deur die “filamentdraad” binne die gloeilamp gloei, veroorsaak dat die gloeilamp skyn.

Selle gebruik chemiese reaksies om elektrisiteit deur ’n stroombaan te laat vloei. In hoofstuk 9 gaan jy meer oor die chemiese reaksies in selle leer.

Die stroomspanning van ’n sel

Daar is ’n nommer op die selle gedruk, byvoorbeeld “1,5 V”. Soek daardie nommer op jou sel. Die nommer stel 1,5 volt voor. Jy kan sê dat die sel ’n stroomspanning van 1,5 volt het.

Toe jy twee selle punt-tot-punt gekoppel het, het jy ’n twee-sel battery met ’n stroomspanning van 3 volt gemaak. Die 3 volt battery kan meer energie aan die gloeilamp gee en die gloeilamp sal dus helderder skyn.

Koppel gloeilampe in serie

Vir hierdie aktiwiteit het jy die volgende nodig:

• ’n 3-sel battery in serie gekoppel in ’n sel houer (die selle moet redelik nuut wees),
• drie gloeilampe in gloeilamphouers,
• geleierdrade,
• ’n drukskakelaar, en
• Jy kan ’n drukskakelaar maak deur ’n stuk rigiede plastiek en twee metaal papierskuiwers te gebruik. ’n Drukskakelaar maak slegs elektriese kontak wanneer jy dit druk.

  Jy kan ’n eenvoudige sel houer maak deur drie selle in ’n vel A4-papier toe te draai. Gebruik kleefband rondom die papier in plek te hou om die batterye se punte. Druk die geleierdrade onder die kleefband in sodat dit aan die battery terminale kan raak.

   
• ’n klein stukkie papier waarop die woorde “kontrole-lig” geskryf staan.

 

Bou die stroombaan wat in figuur 3 gewys word. Druk die skakelaar sodat die gloeilamp kan skyn en kyk hoe helder die gloeilamp skyn. Die eerste gloeilamp gaan jou kontrole-lig wees.

Koppel nou nog ’n gloeilamp in die stroombaan soos in figuur 4 gewys word.

 

Bedek die nuwe gloeilamp met jou hand en kyk slegs na die kontrole-lig. Die kontrole-lig is nie so helder as wat dit voorheen was nie. Wat weet jy omtrent die stroom wat deur die twee gloeilampe moet vloei?

Koppel nou ’n derde gloeilamp in die stroombaan soos in figuur 5.

 

Bedek albei nuwe gloeilampe met jou hand en kyk na die kontrole-lig. Hoe het die stroom nou verander?

Serie skakeling

Wanneer ons gloeilampe koppel wat net een baan toelaat vir die stroom om te vloei soos in figuur 5, sê ons dat die gloeilampe “in serie” gekoppel is. Die stroom moet om die beurt deur elke gloeilamp vloei.

1. Wat sal gebeur indien jy ’n vierde gloeilamp koppel?

---

2. Indien ons meer gloeilampe in serie in die stroombaan koppel, sal die kontrole- lig flouer skyn. Dit sê aan ons dat indien ons meer ................ byvoeg, sal die stroom ................ word.

---

Weerstand

Dieselfde battery kan ’n sterk en ’n swak stroom voortbring; die stroom word deur die weerstand bepaal.

Namate ons meer gloeilampe in serie koppel, is dit moeiliker vir die battery om die stroom deur die stroombaan te stuur, en die stroom word dus al hoe swakker en swakker. Die rede hiervoor is die weerstand in elke gloeilamp se filamentdraad. Die gloeilampe het weerstand en daarom sê ons dat hulle “resistors” is.

Parallelle verbindings: twee, drie of meer bane vir stroom

Figuur 4 wys twee gloeilampe wat in serie gekoppel is sodat die gloeilampe skyn. Koppel hulle weer en probeer om te onthou hoe skerp hulle geskyn het.

Koppel nou twee gloeilampe op ’n ander manier soos in figuur 6 hieronder.

 

Albei gloeilampe skyn wanneer jy die skakelaar druk, maar hulle brand nou helderder as wat hulle gebrand het toe hulle soos in figuur 4 gekoppel was.

Al die stroom wat deur die sel verskaf word vloei deur die rooi draad. Maar die stroom word tussen die twee blou drade gesplit.

Koppel drie resistors in parallel

Vir hierdie aktiwiteit het jy die volgende nodig:

• ’n battery gemaak van 3 goeie selle,
• 4 gloeilampe in gloeilamphouers,
• ’n drukskakelaar, en
• 8 geleierdrade.

Kyk na die stroombaan in figuur 7.

 

1. Hoeveel bane vir die stroom kan jy sien? Volg die bane vir ’n stroom vanaf die positiewe terminaal van die battery, deur die gloeilampe, tot by die negatiewe terminaal van die battery.

---

2. Sal die kontrole-lig net so helder, of helderder of flouer skyn as in figuur 6?

---

3. Toets jou idee. Bou die stroombaan in figuur 6 en voeg dan ’n gloeilamp by soos in figuur 7.

4. Was jou idee korrek?

---

Wanneer jy die gloeilampe koppel sodat die stroom twee of meer bane het om deur te vloei, koppel jy die gloeilampe in parallel.

Indien jy meer parallelle bane vir jou stroom bou, kan die battery meer stroom uitgee?

’n Mens kan dus ook sê dat wanneer jy meer bane in parallel by jou stroombaan oeg, die weerstand in die stroombaan sal verminder word.

Kortsluitings

Kyk na die stroombaan in figuur 8. Iemand het ’n fout gemaak en die oranje draad van die terminaal aan die skakelaar gekoppel.

 

Soek die oranje draad – is daar ’n gloeilamp aan gekoppel?

Hierdie draad is ’n zero-weerstandbaan vir stroom. Indien jy die skakelaar druk, sal die battery soveel stroom uitgee as wat dit kan. Die battery sal dit doen omdat dit ’n zero-weerstandbaan gevind het.

Omtrent al die stroom wat deur die battery verskaf word, sal deur die oranje draad vloei, en slegs ’n swak stroom sal deur die gloeilamp vloei.

Die battery sal sy energie so vinnig as moontlik uitgee. Daarom sal dit warm word en sal dit binne 10 minute “dood” of “pap” wees.

Die persoon se fout was om ’n parallelle baan met die draad vir die stroom te maak. Hierdie baan noem ons ’n kortsluiting.

5. Hoekom skyn die gloeilamp nie wanneer jy ’n kortsluitingbaan maak?

---

6. Wat gebeur met die draad wat die kortsluiting veroorsaak? Hoekom?

---

7. Kyk na figuur 9. Die gloeilamp skyn, maar wanneer jy die skakelaar druk hou die gloeilamp op met skyn. Verduidelik die probleem en teken ’n diagram op die volgende bladsy om te wys hoe jy die stroombaan korrek moet koppel. Die gloeilamp moet skyn slegs wanneer jy die skakelaar druk.

---

 

Waarom kortsluitings gevaarlik is

ESKOM verskaf energie teen 230 volt, wat ’n verwarmer rooiwarm kan maak. Dit is veilig in ’n verwarmer aangesien slegs die resistor in die verwarmer warm word en nie die drade van die kragprop nie. Maar indien die isolasie op die drade gebreek is, kan die drade aanmekaar raak en ’n kortsluiting veroorsaak. Die stroom sal nie deur die verwarmer vloei nie, maar eerder ’n ander baan deur die drade vind. Die drade word dan rooiwarm en kan ’n brand veroorsaak.

Alle elektriese toestelle moet presies gebruik word soos wat dit deur die vervaardiger voorgestel word. Moet nooit probeer om ’n gebreekte elektriese toestel reg te maak sonder ekspert hulp nie. Maak altyd seker dat die toestel afgeskakel of selfs uitgeprop is wanneer jy dit nie gebruik nie.

Inset-, uitset- en beheertoestelle in ’n stroombaan

n Elektriese stroombaan gebruik ’n inset van elektriese energie om ’n uitset van een of ander tipe energie te verskaf. Voorbeelde word hieronder beskryf:

• ’n Gloeilamp gebruik die inset van elektriese energie wat deur ’n battery verskaf word om ’n uitset van lig te gee. Jy kan sê dat die gloeilamp elektriese energie omskakel na ligenergie.
• Die weerstandsdraad of element in ’n ketel, gee ’n uitset van hitte-energie.
• Die luidspreker van ’n radio verskaf ’n uitset van klankenergie.
• ’n Elektriese motor gee ’n uitset van beweging of kinetiese energie.

Ons kan ’n stelseldiagram gebruik om ’n elektriese stroombaan te beskryf:

 

Gloeilampe, verwarmers en ander uitsettoestelle, het weerstand. Dit beteken dat die elektrisiteit energie verloor soos wat dit deur die toestel beweeg, en hierdie energie word aan die toestel oorgedra. Die gloeilamp is dus ’n resistor, en ’n verwarmer se element is ook ’n resistor.

Beheertoestelle

Ons wil stroombane aan- en afskakel, beheer hoeveel energie uitset ons van ’n stroombaan kry, of ons wil die hoeveelheid stroom in sekere dele van ’n stroombaan beheer. Ons kan dit doen deur gebruik te maak van beheertoestelle. Voorbeelde van beheertoestelle is skakelaars, domperskakelaars en resistors.

Jy het al ’n ligskakelaar teen die muur van ’n kamer gesien. Daardie tipe skakelaar word ’n “wiegskakelaar” genoem. ’n “Drukskakelaar” word gebruik vir deurklokkies; dit voltooi die stroombaan slegs wanneer jy die skakelaar druk. ’n “Glyskakelaar” word gebruik vir tafellampe.

’n “Domper-skakelaar” gee jou beheer oor die helderheid van die ligte in ’n kamer. ’n Domper-skakelaar gebruik ’n resistor wat jou toelaat om die stroom te beheer deur die knoppie te draai. Dit word ’n veranderlike resistor genoem.

Sommige resistors is nie veranderlik nie en het vaste (onveranderlike) weerstand. Wanneer jy ’n stroombaan ontwerp kan jy ’n resistor kies wat die regte hoeveelheid weerstand bied om die stroom in ’n sekere deel van die stroombaan te beheer.

In graad 9 sal jy meer leer oor verskillende tipes beheertoestelle.

 

Ontwerp en maak ’n skakelaar; verskillende tipes skakelaars

’n Skakelaar het ’n gaping waar die geleiers nie kontak maak nie.

• Wanneer jy die skakelaar druk, voltooi jy die stroombaan en kan die stroom deurvloei. Jy het die skakelaar toegemaak.
• Wanneer jy die skakelaar beweeg om die stroombaan te breek, het jy die skakelaar oopgemaak.

Vir hierdie aktiwiteit het jy die volgende nodig:

• ’n stroombaan met ’n battery,
• ’n uitsettoestel soos ’n gloeilamp, gonser of motor, en
• die materiale en gereedskap wat jy nodig het om die skakelaar te maak.

1. Ontwerp en maak jou skakelaar.

2. Toets jou skakelaar.

Verskillende skakelaars kan op verskillende maniere werk; die skakelaar kan byvoorbeeld:

• toemaak slegs wanneer jy dit druk,
• toemaak en toe bly selfs nadat jy jou hand weggeneem het,
• toemaak wanneer iemand ’n swaar voorwerp oplig,
• toemaak wanneer iemand ’n deur oopmaak, of
• toemaak na ’n sekere aantal minute.

3. Kyk na die idees vir skakelaars in figuur 13. Verduidelik hoe elkeen sal werk.

(a) Skakelaar A:

---

(b) Skakelaar B:

---

(c) Skakelaar C:

---

(d) Skakelaar D:

---

(e) Skakelaar E:

---

 

Die simbole wat gebruik word om stroombaandiagramme te teken

Nadat jy met regte elektriese stroombane gewerk het, kan jy begin om hulle te teken deur van simbole gebruik te maak, eerder as wat jy die stroombaan teken soos wat hy werklik lyk. Ingenieurs, wetenskaplikes en tegnici gebruik meestal simbole en diagramme.

’n Lys van simbole vir verskillende elektriese komponente, word op die volgende twee bladsye gegee. In graad 9 gaan jy die simbole van nog meer komponente leer.

Foto van die komponent	Simbool vir die komponent	Naam van die komponent
’n Enkelsel: Hierdie selle verskaf gewoonlik 1,5 volt.
		’n Enkelsel: Hierdie selle verskaf gewoonlik 1,5 volt.
		’n Battery van drie selle in serie wat gewoonlik 4,5 volt verskaf.
		’n Generator skakel wisselbeweging om na elektrisiteit deur ’n magneet en opgerolde koperdraad te gebruik.
		’n Fotovoltaïese sel: Hierdie insettoestel skakel ligenergie om na elektrisiteit.
		Enige goeie geleier: Gewoonlik ’n stuk draad of koperstrook, maar ’n vurk of muntstuk sal ook goeie geleiers wees.

Beheertoestelle
		’n skakelaar
		’n Resistor: Dit kan van nichroom- draad gemaak word wat ’n swak geleier is, of van grafiet soos in ’n "koolstof-resistor".
		’n Veranderlike resistor: Domper- skakelaars is veranderlike resistors. Die foto wat die onderkant van ’n veranderlike resistor verwyder wys, wys die gerolde weerstandsdraad aan die binnekant.
Uitsettoestelle
		’n Gloeilamp, ook ’n lamp genoem: Gloeilampe is ook resistors.
		’n Verwarmer: Die weerstandsdraad in die verwarmer word warm wanneer elektriese stroom daardeur vloei.
		’n Gonser of ’n bieper bring klank voort as ’n uitset.
		’n Elektriese motor: Dit skakel elektriese energie om in wisselbeweging. Dit is soortgelyk aan die generator, maar werk op teenoorgestelde as die generator.

Huiswerk: hersiening

1. Teken die stroombaandiagram vir figuur 4 hieronder:

 

2. Teken die stroombaandiagram vir figuur 6 hieronder, maar wys hoe ’n gonser in parallel met die gloeilamp geskakel is, eerder as twee gloeilampe in parallel.

 

Volgende week

Volgende week gaan jy leer van verskillende energiebronne wat mense gebruik om aan hulle hitte en lig te verskaf.