CLASS SET Electrical Control

Elektrische circuits vormen de basis voor talloze apparaten, van eenvoudige lichtschakelaars die worden gebruikt om binnenverlichting aan te zetten tot keukenapparatuur tot robots en computers. Elektrische fenomenen en technologieën kunnen levendig worden geïllustreerd, ervaren en begrepen met behulp van lage elektrische spanningen, bijvoorbeeld van een batterij.

• Hoe werkt een zaklamp?
• Hoe zet ik een elektromotor aan en uit?
• Hoe kan ik de draairichting van een motor veranderen?
• Hoe kan ik een lamp vanuit meerdere punten bedienen, bijvoorbeeld een trappenhuisverlichting?
• Hoe werken eenvoudige elektrische regelaars?

Definitie
Elektriciteit is de subdiscipline van de natuurkunde die zich bezighoudt met elektrische lading en de toepassingen ervan:
• Elektrische lading en energie worden opgeslagen in een stroombron, zoals een batterij. Elektrische lading kan zowel "positief" als "negatief" zijn. Bij een oplaadbare batterij komt de energie uit het opladen van de batterij.
• Een apparaat is de machine die de elektrische stroom gebruikt: een lamp gaat branden, een motor draait en kan arbeid verrichten.
• Er ontstaat een circuit wanneer de elektrische lading tussen twee polen stroomt – een pluspool en een minpool. De elektrische lading stroomt van de stroombron naar het apparaat en terug. De energie stroomt met de stroom mee en wordt door het apparaat voor zijn specifieke doel gebruikt. Dit is de reden waarom batterijen uiteindelijk leeg raken (ontlading).
• De stroom loopt door elektrische draden, zoals een stuk metaal in de vorm van een kabel.
• Elektrische schakelaars worden gebruikt om de stroom te regelen. Ze verbinden of onderbreken de stroom. Hierdoor kunnen we een zaklamp of een motor aan- en uitzetten.

Elektrische stroom kan energie zeer snel over grote afstanden transporteren en voor een groot aantal verschillende doeleinden gebruiken. Dat maakt het veelzijdig en nuttiger dan bijna al het andere op aarde.


Geschiedenis
Zonder het te weten, konden mensen zelfs tienduizenden jaren geleden een zeer indrukwekkend elektrisch fenomeen waarnemen: bliksem tijdens een regenbui. Tijdens dit fenomeen stroomt een zeer grote hoeveelheid elektrische lading met een zeer grote hoeveelheid energie in een fractie van een seconde vanuit de wolken de grond in. Het effect is zo sterk dat bomen in wezen kunnen "ontploffen", omdat de energie die vrijkomt bij de blikseminslag groot genoeg is om het water dat in de boomstam is opgeslagen plotseling te laten koken en het hout te laten barsten.

We hebben echter allemaal waarschijnlijk ongevaarlijke ervaringen met elektriciteit gehad, zoals wanneer je je haar kamt met een plastic kam en het dan 'overeind' ziet staan. Het haar wordt elektrisch geladen door de wrijving op de kam. Dergelijke effecten werden al in 600 voor Christus waargenomen bij wrijving met barnsteen.

Een vroege voorloper van de "batterij" werd geproduceerd in de vorige eeuw voor Christus: twee staven, een ijzeren en een koper, werden ondergedompeld in een elektrolyt, zoals het tegenwoordig bekend is. Voor de elektrolyt werd destijds druivensap gebruikt!

Het is pas in de afgelopen ca. 400 jaar dat elektriciteit systematisch is onderzocht. Rond het begin van de 19e eeuw werd de interactie tussen stromende elektrische stroom en magnetisme ontdekt - de basis voor latere elektromotoren. De Britse natuurkundige Michael Faraday vatte de natuurlijke wetten van elektriciteit samen in wiskundige formules. Deze maakten het mogelijk om elektrische verschijnselen kwantitatief te berekenen.

Sinds die tijd doen mensen ervaring op met elektriciteit en creëren ze nieuwe praktische toepassingen. Nieuwe ontdekkingen gaan steeds sneller en sneller. Denk aan de gloeilamp, de eerste telegraaf, de eerste radiotransmissie, telefoon, tv, elektrische treinen en andere voertuigen, de zakrekenmachine – zelfs tot aan telecommunicatiesatellieten, smartphones, microcontrollers en enorme rekencentra.


Fundamenten

De volgende onderdelen worden gebruikt voor een inleiding tot elektriciteit en elektrotechniek met fischertechnik:

• De batterijhouder bevat een 9 V-blokbatterij of oplaadbare batterij. Het heeft een aan/uit/omgekeerde polariteitsschakelaar.
• Een LED dient als lichtbron.
• Een krachtige, kleine, stille elektromotor om het model aan te drijven. Aangezien dit een gelijkstroommotor is, kan de draairichting worden gewijzigd door de polariteit te veranderen (de aansluitingen om te keren).

• De fischertechnik-knop is een zelfherstellende schakelaar die met een druk op de knop een "centraal" contact van een "breek"-contact in een "maak"-contact verandert. Het kan niet alleen worden gebruikt om apparaten aan en uit te zetten, maar ook om verfijnde besturingsapparaten te bouwen met behulp van geschikte elektrische schakelaars.
• Voor de elektrische verbindingen tussen componenten worden kabels met stekkers gebruikt.

Deze passen natuurlijk allemaal perfect in het fischertechnik-systeem en kunnen niet alleen worden gebruikt om elektrische basisfuncties te illustreren, maar ook om robuuste en realistische functionele modellen van machines te creëren.