Spanning en hoe het werkt

Je hebt waarschijnlijk gehoord dat een batterij of een stopcontact een bepaald aantal heeftvolt. Dit is een meting van de elektriciteitpotentieelgeproduceerd door de batterij of het elektriciteitsnet dat op het stopcontact is aangesloten.

Al die volts zitten daar te wachten tot je ze gebruikt, maar er is een addertje onder het gras:Om elektriciteit enig werk te laten doen, moet het kunnen bewegen. Het lijkt een beetje op een opgeblazen ballon; Als je het eraf knijpt, zit er lucht inzou kunnendoe iets als het wordt vrijgegeven, maar het zal feitelijk niets doen totdat je het loslaat.

In tegenstelling tot lucht die uit een ballon komt, kan elektriciteit alleen door materialen stromen die elektriciteit kunnen geleiden, zoals koperdraad. Als u een draad aansluit op een batterij of stopcontact (WAARSCHUWING:de spanning in een stopcontact is gevaarlijk, doe dit niet!), dan geef je de elektriciteit een pad om te volgen. Maar als de draad nergens anders op is aangesloten, kan de elektriciteit nergens heen en beweegt deze nog steeds niet.

Wat zorgt ervoor dat elektriciteit beweegt?Elektriciteit wil van een hogere spanning naar een lagere spanning stromen.Dit is precies hetzelfde als bij de ballon: de onder druk staande lucht in de ballon wil van binnen in de ballon (hogere druk) naar buiten de ballon stromen (lagere druk). Als je een geleidend pad creëert tussen een hogere spanning en een lagere spanning, zal er elektriciteit langs dat pad stromen. En als je iets nuttigs in dat pad plaatst, zoals een LED, zal de stromende elektriciteit wat werk voor je doen, zoals het oplichten van die LED. Huzza!

Dus, waar vind je een hogere spanning en een lagere spanning? Hier is iets heel nuttigs om te weten:elke elektriciteitsbron heeft twee kanten. Je kunt dit zien aan batterijen, die aan beide uiteinden metalen doppen hebben, of aan je stopcontact met twee (of meer) gaten. In batterijen en andereDC (gelijkstroom)spanningsbronnen, deze zijden (vaak genoemdterminals) zijn genoemdpositief(of “+”), ennegatief(of "-").

Waarom heeft elke elektriciteitsbron twee kanten? Dit gaat terug op het idee van ‘potentieel’, en dat je een spanningsverschil nodig hebt om elektriciteit te laten stromen. Het klinkt raar, maar je kunt geen verschil hebben zonder dat twee dingen verschillend zijn. Bij elke voeding zal de positieve kant een hogere spanning hebben dan de negatieve kant, en dat is precies wat we willen. Als we de spanning meten, zeggen we meestal dat de negatieve kant 0 volt is, en de positieve kant het aantal volt dat de voeding kan leveren.

Elektrische bronnen zijn als pompen. Pompen hebben altijd twee kanten: een uitlaat die iets naar buiten blaast, en een inlaat die iets naar binnen zuigt. Batterijen, generatoren en zonnepanelen werken op dezelfde manier. Iets binnenin hen is hard aan het werk om elektriciteit naar het stopcontact te verplaatsen (de positieve kant), maar al die elektriciteit die het apparaat verlaat, creëert een leegte, wat betekent dat de negatieve kant elektriciteit naar binnen moet trekken om deze te vervangen.*

Wat hebben we tot nu toe geleerd?

• Spanning is potentieel, maar elektriciteit moet stromen om iets nuttigs te doen.
• Elektriciteit heeft een pad nodig om doorheen te stromen, dat een elektrische geleider moet zijn, zoals koperdraad.
• Elektriciteit zal van een hogere spanning naar een lagere spanning stromen.
• Gelijkspanningsbronnen hebben altijd twee kanten, positief en negatief genoemd, waarbij de positieve kant een hogere spanning heeft dan de negatieve kant.

Het eenvoudigste circuit

We zijn eindelijk klaar om elektriciteit voor ons te laten werken! Als we de positieve kant van een spanningsbron verbinden, via iets dat wat werk doet, zoals een Light Emitting Diode (LED), en terug naar de negatieve kant van de spanningsbron; elektriciteit, ofhuidig, zal stromen. En we kunnen dingen in het pad plaatsen die nuttige dingen doen als er stroom doorheen vloeit, zoals LED's die oplichten.

Dit cirkelvormige pad, dat altijd nodig is om elektriciteit te laten stromen en iets nuttigs te doen, wordt een circuit genoemd.Een circuit is een pad dat op dezelfde plaats begint en stopt, en dat is precies wat we doen.

Klik op deze linkom een ​​simulatie te zien van stroom die door een eenvoudig circuit vloeit. Voor deze simulatie is Java vereist.

*Benjamin Franklin schreef oorspronkelijk dat elektriciteit van de positieve kant van een spanningsbron naar de negatieve kant stroomt. Franklin kon dat echter niet wetenelektronen stromen feitelijk in de tegenovergestelde richting- op atomair niveau komen ze uit de negatieve kant en keren terug naar de positieve kant. Omdat ingenieurs honderden jaren lang het voorbeeld van Franklin volgden voordat de waarheid werd ontdekt, gebruiken we tot op de dag van vandaag nog steeds de ‘verkeerde’ conventie. Praktisch gesproken doet dit detail er niet toe, en zolang iedereen dezelfde conventie gebruikt, kunnen we allemaal circuits bouwen die prima werken.

Korte en open circuits

Wat is een “lading”?

De reden dat we circuits willen bouwen is om elektriciteit nuttige dingen voor ons te laten doen. De manier waarop we dat doen is door dingen in het circuit te plaatsen die de stroom gebruiken om op te lichten, geluid te maken, programma's uit te voeren, enz.

Deze dingen hetenladingen, omdat ze de stroomvoorziening 'belasten', net zoals je 'beladen' wordt als je iets draagt. Op dezelfde manier waarop u met te veel gewicht belast kunt worden, is het mogelijk een voeding te zwaar te belasten, waardoor de stroom wordt vertraagd. Maar in tegenstelling tot jou is het ook mogelijk om een ​​circuit te weinig te belasten - hierdoor kan er te veel stroom vloeien (stel je voor dat je te snel rent als je geen gewicht draagt), waardoor je onderdelen of zelfs de voeding kunnen doorbranden.

In de volgende tutorial leer je alles over spanning, stroom en belastingen:Spanning, stroom, weerstand en de wet van Ohm. Maar laten we voor nu eens kijken naar twee speciale gevallen van circuits:kortsluiting, Enopen circuit. Als u hiervan op de hoogte bent, zal dit enorm helpen bij het oplossen van problemen met uw eigen circuits.

Kortsluiting

DOE DIT NIET, maar als je een draad rechtstreeks van de positieve naar de negatieve kant van een voeding aansluit, creëer je een zogenaamdekortsluiting. Dit is een heel slecht idee.

Dit lijkt het best mogelijke circuit, dus waarom is het een slecht idee? Houd er rekening mee dat elektrische stroom van een hogere spanning naar een lagere spanning wil stromen, en als u de stroom belast, kunt u iets nuttigs doen, zoals het aansteken van een LED.

Als u WEL een belasting in de stroom heeft, zal de stroom door uw circuit beperkt zijn tot de stroom die uw apparaat verbruikt, wat meestal een zeer kleine hoeveelheid is. Als je er echter NIETS in stopt om de stroom te beperken, zal er niets zijn dat de stroom vertraagt, en zal hij proberen oneindig te zijn!

Uw voeding kan geen oneindige stroom leveren, maar zal wel zoveel mogelijk leveren, en dat kan veel zijn. Dit kan ertoe leiden dat uw draad verbrandt, de stroomvoorziening beschadigt, uw batterij leegraakt of andere spannende dingen. Meestal is er in uw voeding een soort veiligheidsmechanisme ingebouwd om de maximale stroom te beperken in geval van kortsluiting, maar niet altijd. Dit is de reden dat alle huizen en gebouwen dit hebbenstroomonderbrekers, om te voorkomen dat er brand ontstaat bij kortsluiting ergens in de bedrading.

Een nauw verwant probleem is dat er per ongeluk te veel stroom door een deel van uw circuit stroomt, waardoor een onderdeel verbrandt. Dit is niet echt een kortsluiting, maar het is dichtbij. Dit gebeurt meestal wanneer u de verkeerde gebruiktweerstandwaarde, waardoor te veel stroom door een ander onderdeel, zoals een LED, kan stromen.

De bottom line:Als u merkt dat dingen plotseling heet worden of dat een onderdeel plotseling doorbrandt, schakel dan onmiddellijk de stroom uit en zoek naar mogelijke kortsluitingen.

Open circuit

Het tegenovergestelde van kortsluiting is eenopen circuit. Dit is een circuit waarbij de lus niet volledig is aangesloten (en daarom is dit helemaal geen circuit).

In tegenstelling tot de bovenstaande kortsluiting, zal er niets gewond raken door dit “circuit”, maar jouw circuit zal ook niet werken. Als je nieuw bent op het gebied van circuits, kan het vaak moeilijk zijn om te vinden waar de breuk zit, vooral als je gebruik maakt van circuitsbroodplankenwaar alle geleiders verborgen zijn.

Als uw circuit niet werkt, is de meest waarschijnlijke oorzaak een open circuit.Dit komt meestal door een verbroken verbinding of een losse draad. (Kortsluitingen kunnen alle stroom van de rest van je circuit stelen, dus zorg ervoor dat je daar ook naar zoekt.)

TIP:als u niet gemakkelijk kunt vinden waar uw circuit open is, amultimeterkan een zeer nuttig hulpmiddel zijn. Als u hem instelt op het meten van volt, kunt u hem gebruiken om de spanning op verschillende punten in uw stroomcircuit te controleren en uiteindelijk het punt te vinden waar de spanning niet doorkomt.

Hulpbronnen en verder gaan

Je hebt zojuist in de meest basale vorm geleerd wat een circuit is. Terwijl je blijft leren, zul je complexere circuits tegenkomen met meerdere lussen en nog veel meer elektronische componenten. Maar ALLE circuits, hoe complex ook, zullen dezelfde regels volgen als het basiscircuit met één lus waarover je zojuist hebt geleerd.

Je reis naar elektronica is nog maar net begonnen. Hier zijn enkele voorgestelde volgende onderwerpen om te verkennen:

• Broodplankenzijn handige hulpmiddelen waarmee u snel tijdelijke circuits kunt bouwen met behulp van verbindingsdraden. Wij gebruiken ze de hele tijd. Misschien wil je het ook onder de knie krijgenwerken met draadom u te helpen bij het bouwen van uw circuits.
• AmultimeterHiermee kunt u spanning, stroom en weerstand meten en is dit een grote hulp bij het oplossen van defecte circuits.
• Circuits zijn er in allerlei verschillende maten, vormen en configuraties. Bekijk deserie versus parallelle circuitstutorial om circuits naar een hoger niveau te tillen.

Hier zijn enkele tutorials over de meest voorkomende componenten die u zult gebruiken bij het bouwen van circuits.

• Een geweldige manier om over circuits te leren, is door er een paar te gaan maken. OnsLED-tutoriallaat zien hoe u een of meerdere LED's kunt laten oplichten.
• Weerstandenzijn een van de meest gebruikte componenten in circuits.
• Condensatorenzijn ook te vinden in de meeste circuits. Zoals het isDioden.
• ——https://learn.sparkfun.com/tutorials/what-is-a-circuit