Hoe pas ik Wet van Ohm en Wet van Joule bij circuits toe?

De Wet van Ohm legt het verband vast tussen spanning, stroom en weerstand. Wanneer je deze wet begrijpt en toepast wordt het ontwerpen van circuits een stuk makkelijker. De Wet van Ohm luidt: V= I x R. Met de Wet van Ohm zorg je ervoor dat je de juiste stroom en spanning op de juiste plaats krijgt. Ingewikkelder circuits kan je analyseren met de Wet van Ohm en regels voor equivalente weerstanden.

• Stroom door weerstand sturen
• Spanning en stroom gaan evenredig
• Met de Wet van Ohm circuits analyseren
• Circuits analyseren
• Circuits ontwerpen en aanpassen
• Wet van Joule

Stroom door weerstand sturen

Als je spanning over een weerstand aanlegt ontstaat stroom. Een hogere spanning leidt tot hogere stroom en dus een hogere stroom door de weerstand.

Spanning en stroom gaan evenredig

George Ohm ontdekte dat spanning en stroom evenredig toenemen. Neemt de spanning twee keer zoveel toe dan neemt de stroom twee keer zoveel toe. Halveert de spanning dan halveert de stroom. In formule wordt dit uitgedrukt als:
V = I x R

• V in volt
• I in ampères
• R in ohms

Er is één wet en er zijn drie formules:

1. V = I x R (onbekende spanning berekenen)
2. I = V/R (onbekende stroom berekenen)
3. R = V/I (onbekende weerstand berekenen)

Met de Wet van Ohm circuits analyseren

Met de Wet van Ohm zoek je uit waarom een bestaand circuit of apparaat niet goed werkt. Je gebruikt de wet ook om de juiste waarde te berekenen voor de componenten in de circuits.

stroom berekenen

• I = V/R → bijvoorbeeld: I = 6V/1000Ω = 6mA
• Verhoog je de weerstand met 220Ω dan krijg je I = 6V/1220Ω = 4,9mA

spanning berekenen

• V1 = I x R1 = 4,9mA x 220Ω = 1,078V (1,1V)
• V2 = I x R2 = 4,9mA x 1000Ω = 4,9V
• 1,1V + 4,9V = 6V

De weerstandsconfiguratie wordt spanningsdeler genoemd. Deze wordt in de elektronica gebruikt om spanning te verlagen tot een bepaald niveau dat vereist wordt door een andere component.

Voor het berekenen van de uitgangsspanning van een spanningsdeler wordt de volgende formule gebruikt: V1 = R1/(R1 + R2) x Vbatterij

weerstand berekenen

• R lamp = V/I

Circuits analyseren

Met een netwerk van weerstanden (ingewikkelder circuits) kan je deze analyseren met de Wet van Ohm en regels voor equivalente weerstanden.

Voorbeeld:

• R1 = 220Ω
• twee parallelle weerstanden R2 = 1000Ω en R3 = 2200Ω
• R equivalent = 220Ω + (1000Ω x 2200Ω)/(1000Ω + 2200Ω) = 220Ω + 687,5Ω = 907,5Ω
• I totaal = 6V/907,5Ω = 6,6 mA
• V1 = 6,6 mA x 220Ω = 1,45 V
• V2 = V batterij – V1 = 6-1,54 = 4,55V
• I1 = 4,55V/1000Ω = 4,6mA
• I2 = 4,55 V/2200Ω = 2 mA

Circuits ontwerpen en aanpassen

Stel je wilt een led aansluiten op een voeding van 9V. De spanningsval over de led is 2V; de maximale stroom is 25mA. Dit betekent dat de resterende spanning 7V is die valt over de weerstand: V/I = R → 7/0,025 = 280Ω

Weerstanden van 280Ω bestaan niet. Dan kies je 330Ω. Je krijgt dan 7V/330Ω = 21mA → de led brandt dus iets minder fel wat geen probleem is.

Je kan een circuit ook aanpassen. Bijvoorbeeld een zaklamp minder fel laten branden. Stel dat de voeding 6V is en de weerstand 9Ω. Dan is de stroom 6V/9Ω = 0,67A. Je wilt hier 0,45A van maken. Dan krijg je V lamp = 0,45 x 9 = 4,1V → V weerstand: 6V – 4,1V = 1,9V = spanningsverval. De weerstand is dan R = 1,9V/0,45A = 4,2Ω. P weerstand = 1,9V x 0,45A = 0,9W. De 4,2Ω is niet standaard verkrijgbaar. Wel 4,7Ω bij 1W.

Wet van Joule

• P = V x I (vermogen = spanning x stroom)

Bij de keuze van componenten moet je kijken naar het maximale vermogen.

Wet van Joule en Wet van Ohm worden gecombineerd: P = (I xR) x I = I² x R