Stroom, spanning en weerstand
Een vrachtwagenaccu die in 4 seconden 720 coulomb door de startmotor stuurt, levert een stroom van 180 ampère.
Stroom is lading per seconde
Stel je voor dat je naast een draad staat en de lading telt die een punt passeert. De hoeveelheid lading per seconde is de elektrische stroomsterkte, I = ΔQ ÷ Δt. De eenheid is de ampère (A), genoemd naar André-Marie Ampère. Eén ampère is één coulomb per seconde. Wanneer een vrachtwagenmotor start, verplaatst de accu 720 C in 4.00 s: 720 ÷ 4.00 = 180 A. Een zakrekenmachine werkt met ongeveer 0.300 mA. Het duurt dus 1 ÷ 0.000300 ≈ 3333 seconden, bijna een uur, voordat één coulomb is gepasseerd. Zekeringen, installatieautomaten en veel apparaten hebben een nominale stroomsterkte in ampère.
Welke kant gaat stroom op?
In een metalen draad zijn elektronen de bewegende ladingen. Ze gaan van de minpool van de batterij, door de schakeling, naar de pluspool. Maar op elk schakelschema staat de tegengestelde richting. De conventionele stroomrichting is gedefinieerd als de richting waarin positieve lading zou stromen: uit de + pool en terug naar de − pool. Deze afspraak gaat terug op Benjamin Franklin in de jaren 1700. Beide beschrijvingen geven dezelfde uitkomsten voor stroom en spanning, omdat negatieve lading naar links hetzelfde effect heeft als positieve lading naar rechts. Je kunt hieronder de elektronen, de stroompijlen of beide weergeven en zien dat ze altijd tegengesteld gericht zijn.
De elektronen zelf bewegen langzaam. Elk elektron botst zigzaggend tegen atomen en heeft een heel kleine gemiddelde voorwaartse snelheid, de driftsnelheid. OpenStax berekent die voor een huishoudelijke koperdraad van 2.053 mm dik met een stroom van 20 A: ongeveer 0.45 mm per seconde. Een elektron zou dus meer dan een halfuur nodig hebben voor één meter. Toch gaat een lamp aan zodra je de schakelaar indrukt. De elektrische invloed reist bijna met de lichtsnelheid langs de draad, omdat die al vol vrije elektronen zit. Zodra elektronen aan één kant gaan bewegen, beginnen ze overal elders ook, zoals water in een volle slang.
Spanning: energie per coulomb
Iets moet de lading rondduwen. Een batterij verricht arbeid op elke coulomb die erdoorheen gaat. De energie die elke coulomb krijgt, is de spanning, gemeten in volt: 1 V = 1 joule per coulomb. Een cel van 1.5 V geeft elke coulomb 1.5 J. Een autoaccu van 12 V geeft elke coulomb 12 J, zodat het verplaatsen van 5 C samen 60 J oplevert. Spanning is altijd een verschil tussen twee punten. Daarom heet zij ook potentiaalverschil. Binnen de batterij stijgt de spanning en over de lampjes en weerstanden in de rest van de lus daalt zij, terwijl de energie wordt omgezet in licht en warmte.
Een vergelijking met water helpt. De batterij is een pomp die water omhoogbrengt; de spanning geeft aan hoe hoog het water wordt opgetild. De stroomsterkte is de hoeveelheid water die elke seconde passeert. Een nauwe buis die de stroming tegenhoudt, stelt de weerstand voor. De vergelijking gaat niet onbeperkt op, maar verklaart waarom een grotere spanning een grotere stroom door dezelfde buis veroorzaakt.
Weerstand: wat stroom tegenhoudt
Terwijl vrije elektronen driften, botsen ze tegen de atomen van het materiaal en dragen ze energie over. Daardoor warmt het materiaal op. Deze tegenwerking van de stroom heet weerstand R, gemeten in ohm (Ω). De weerstand van een draad hangt af van het materiaal, de lengte en de dikte: R = ρL ÷ A, waarbij ρ de soortelijke weerstand is. Een langere draad heeft meer weerstand en een dikkere minder. De tabel geeft enkele soortelijke weerstanden uit OpenStax. Koper wordt voor bedrading gebruikt omdat alleen zilver beter geleidt, en zilver is veel duurder. Nichroom heeft ongeveer 58 keer de soortelijke weerstand van koper en wordt gebruikt voor de gloeiende spiralen in broodroosters en kachels.
| Materiaal | Soortelijke weerstand ρ (Ω·m) |
|---|---|
| Zilver | 1.59 × 10⁻⁸ |
| Koper | 1.72 × 10⁻⁸ |
| Goud | 2.44 × 10⁻⁸ |
| Aluminium | 2.65 × 10⁻⁸ |
| Wolfraam | 5.6 × 10⁻⁸ |
| IJzer | 9.71 × 10⁻⁸ |
| Nichroom | 100 × 10⁻⁸ |
Vul de getallen in voor 10 m van die huishoudelijke koperdraad. De doorsnede is π × (1.0265 mm)² ≈ 3.31 × 10⁻⁶ m², dus R = 1.72 × 10⁻⁸ × 10 ÷ (3.31 × 10⁻⁶) ≈ 0.052 Ω. Daarom kunnen we meestal doen alsof verbindingsdraden geen weerstand hebben, zoals ook in de schakelingen hieronder gebeurt.
Sleep om te draaien. Scroll of knijp om te zoomen.
| Stroomsterkte I | Lading per seconde, in ampère: 1 A = 1 C/s |
| Spanning V | Energie per coulomb, in volt: 1 V = 1 J/C |
| Weerstand R | Tegenwerking van stroom, in ohm (Ω) |
| Conventionele stroomrichting | Van + naar − buiten de batterij |
| Elektronenstroom | Van − naar + buiten de batterij |
| R = ρL ÷ A | Een langere draad geeft meer R; een dikkere draad geeft minder R. |
- I = ΔQ ÷ Δt; 1 A = 1 C/s.
- De conventionele stroomrichting loopt van + naar −. Elektronen in een draad bewegen van − naar +.
- Elektronen driften langzaam, met minder dan 1 mm/s, maar de elektrische invloed reist bijna met de lichtsnelheid.
- Spanning is energie per coulomb: 1 V = 1 J/C.
- R = ρL ÷ A; koperdraad heeft weinig weerstand.
- In 4.00 s passeert 720 C door een startmotor. Wat is de stroomsterkte in ampère?
- Een telefoon laadt gedurende één uur (3600 s) met 2 A. Hoeveel coulomb passeert er?
- Een rekenmachine neemt 0.300 mA op. Hoeveel seconden duurt het voordat 1 C is gepasseerd? Antwoord met een geheel getal.
- In koperdraad buiten de batterij gaan elektronen:
- Van − naar +
- Van + naar −
- Ze bewegen niet
- Waarom gaat een lamp meteen branden terwijl elektronen met minder dan 1 mm/s driften?
- De draad zit al vol elektronen, die allemaal tegelijk beginnen te bewegen
- Elektronen springen van schakelaar naar lamp
- De lamp bewaart licht
- Een batterij van 12 V verplaatst 5 C. Hoeveel joule energie geeft de batterij aan die lading?
- Welke draad heeft de grootste weerstand? Alle draden zijn van koper.
- Lang en dun
- Kort en dik
- Lang en dik
- Kort en dun
- Wat is de weerstand van 10 m koperdraad met een diameter van 2.053 mm, in ohm? Geef drie decimalen en gebruik ρ = 1.72 × 10⁻⁸ Ω·m.
- Welk metaal in de tabel geleidt het best?
- Zilver
- Koper
- Goud
- IJzer
- De schakelaar is open. Hoe groot is de stroom?
- 0 A
- 0.5 A
- Dat hangt van het lampje af
Bronnen van deze cursus (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
Geraadpleegd: 2026-10-17