KidsExperienceCenter junior

Welkom bij KidsExperienceCenter

In deze ElektronischeLeerOmgeving ga je veel leren over elektronica en programmeren. Dat doe je door het lezen van korte teksten, bekijken van plaatjes en verklarende tekeningen en video’s met uitleg. Je kunt zelf ook veel ervaren met simulatie-software en natuurlijk door het uitvoeren van experimenten met de elektronica-kist.

 

Over Elektronica en schakelingen

Elektronica is onderdeel van elektrotechniek, de leer die zich bezighoudt met elektriciteit en elektromagnetische velden.Elektronica draait nu om het gedrag van elektronen in componenten zoals bijvoorbeeld transistors en diodes. Hierover krijg je later meer informatie.

 

 

Alle stoffen op de wereld bestaan uit atomen, die op hun beurt weer zijn opgebouwd uit elektronen, protonen en neutronen.

 

Even ter vergelijking; dat twee dezelfde magneetpolen elkaar afstoten en twee verschillende polen elkaar aantrekken, wist je natuurlijk al. Zoiets gebeurt er nu ook tussen elektronen en protonen! Elektronen voelen zich sterk aangetrokken door protonen en willen hiernaar toe stromen als het enigszins mogelijk is.

Wel is het belangrijk dat de stof zich hier ook voor leent. In een houten stoel zal je weinig beweging ervaren van elektronen die hun eigen weg zoeken. In een koperdraad daarentegen is die mogelijkheid er wel. De elektronen zoeken altijd een weg om naar de protonen te gaan. Hiervoor is een materiaal nodig dat geleidend is. Tegenwoordig zijn er ook halfgeleidende materialen, die ervoor zorgen dat de elektronenstroom beter wordt geregeld. Zonder deze halfgeleiders zouden er nu geen smartphones en tablets zijn.

De elektronenstroom is normaal gesproken niet zichtbaar, maar om toch een “beeld” van deze stroom te krijgen maken we gebruik van “simulatie-software”. In de volgende video kun je dat zien.

De stroomkring

Het begin van een schakeling is een simpele stroomkring. Waarschijnlijk heb je hier al eens over gehoord, maar voor alle duidelijkheid laten we hier een zeer eenvoudige stroomkring zien.

Zoals je kunt zien komt er een stroom uit de batterij, gaat via een kabel naar het lampje en via de andere kabel weer terug naar de batterij (de stroombron of spanningsbron). De kring is dus gesloten en werkt, m.a.w. het lampje brandt!

Door het plaatsen van een schakelaar kun je de stroomkring onderbreken en zal de lamp uitgaan.

 

Haal uit de kist de knoopcel batterij CR2032 (3V) en een LED (rood, groen of geel) en laat de LED even branden door de pootjes te verbinden met de beide zijden (zie afbeelding). Je hoeft de pootjes niet te verbuigen, maar let
even goed op hoe je ze moet verbinden met de + en -.

Klik op foto voor video

We hebben nu een zeer eenvoudige stroomkring gemaakt. De elektronen gaan nu van de positieve pool van de batterij via de Led naar de negatieve pool van de batterij. In de LED (lamp) wordt de energie omgezet in licht. Op de terugweg naar de batterij is de energie verbruikt.

Wanneer we nu één pootje van de Led afbuigen van de batterij, verbreken we de stroomkring. Er is nu dus geen stroom ook al geeft de batterij een spanning van 3 Volt.

 Het breadboard of schakelbord

Met dit schakelbordje kun je op een eenvoudige manier schakelingen bouwen, zonder dat je hierbij hoeft te solderen. Om een juiste schakeling te bouwen, moet je wel begrijpen hoe de verbindingen in het bord lopen. Op bovenstaande afbeelding kun je zien wat er met elkaar in contact staat; de blauwe aaneengesloten rij is helemaal verbonden. Dit geldt ook voor de rode en de zwarte rijen. Bij de zwarte rijen zijn enkele rijen als voorbeeld gegeven. Dit geldt natuurlijk voor alle verticale rijen van 5 gaatjes.

En zo ziet het breadboard er aan de binnenkant uit. Nu weet je precies hoe alle lijnen lopen! Niet open maken hoor!!

 

 

 

Video over het breadboard

 

Samen met het breadboard vind je het Arduino Uno bordje. Met dit bordje kun je opdrachten sturen naar de elektronica op het breadboard. Hiervoor gebruik je de programmeertaal C++ een taal die over de hele wereld wordt gebruikt om te programmeren.

Via kleine stappen leer je een sketch (schets) te schrijven, waar je opdrachten in plaatst, die de Arduino doorstuurt naar de elektronische componenten. In de video leer je meer over de aansluitingen van de Arduino.

 

 

Je eerste schakeling op het breadboard 

Als je de informatie hebt gelezen en de video’s goed hebt bekeken, kun je al bijna een eigen schakeling opbouwen op het breadboard. Kijk eerst nog even naar de volgende video en bouw het dan na op jouw schakelbord. Denk aan de juiste aansluiting, anders is de kans groot dat je de led meteen opblaast!

 

Soms gaat het mis… kortsluiting!!

Werken met elektriciteit is zeker niet altijd zonder gevaar. Vandaar dat het goed is, dat je weet wat je wel kunt doen en wat niet.

Je hebt eerder al gehoord dat we altijd een spanningsbron nodig hebben, willen we een schakeling kunnen bouwen. Nu is het zo, dat we gebruik kunnen maken van wisselspanning en gelijkspanning. De wisselspanning komt in het algemeen uit het stopcontact en is in Nederland 230 Volt. Deze spanning is zo hoog, dat je eraan zou kunnen overlijden! Wij gebruiken bij onze experimenten dus geen wisselspanning.

De gelijkspanning die wij gebruiken is laag en wordt vaak gebruikt vanuit batterijen en accu’s met een spanning tot ongeveer 12 Volt. Deze spanning is veilig en wordt gebruikt in de elektronica. De lader voor een smartphone of tablet is meestal 5 V. Kijk maar eens op de adapter van je telefoon.

 

Een adapter is een apparaat dat de wisselspanning (AC) uit het stopcontact omzet in gelijkspanning (DC). Vaak zie je hier de afkortingen AC en DC, die staan voor Alternate Current (wisselende stroom) en Direct Current (constante stroom). In het laatste geval gaan de elektronen steeds dezelfde kant uit.

 

Vaak zie je in huizen met kleine kinderen beschermplaatjes op stopcontacten. Jij weet natuurlijk dat je geen voorwerpen in het stopcontact moet stoppen en zeker geen voorwerpen, die stroom kunnen geleiden! In de volgende video laten we zien wat er gebeurt wanneer je schakeling onveilig is: we maken kortsluiting!

 

Weerstanden

Bij de vorige video heb je kunnen zien wat er gebeurt als je de +pool en de –pool van een batterij direct met elkaar verbindt. Zou je dat doen met de spanning uit het stopcontact, dan bestaat er een levensgevaarlijke situatie. Er kan hierdoor zelfs brand uitbreken!

Er moet dus altijd sprake zijn van weerstand waar de stroom doorheen gaat. Die weerstand laat de stroom dus niet zomaar door. De stroom wordt beperkt. De weerstand die we gebruiken kan zijn een lamp, een motor, een verwarmingselement, een zoemer of iets anders. Zolang de stroom maar wordt gebruikt.

Toch kan het zo zijn dat bepaalde elektronica-componenten niet te veel stroom kunnen gebruiken. In dat geval gebruiken we weerstanden om de stroom te beperken en in goede banen te leiden.

In het volgende videootje zie je dat we de led aansluiten op de 5V poort, maar we gebruiken hier ook een weerstand tussen. Zouden we dat niet doen, dan brandt de led even heel fel en gaat vervolgens kapot. Door de weerstand wordt de stroom beperkt en gaat het toch goed.

 

Maak zelf de schakeling nadat je de video hebt bekeken.

Let op: begin eerst met de schakeling vanuit de 3,3V aansluiting!

 

Meten is weten! Werken met de multimeter.

Veel fouten kun je voorkomen door eerst na te denken!

Dat wist je natuurlijk al.

Maar, bij elektronica is het bovendien erg belangrijk dat je goed kunt meten. En dan bedoelen we natuurlijk niet hoe lang of breed het is. We bedoelen dat je kunt meten hoeveel spanning, stroom en weerstand we hebben of nodig hebben.

Om goed te meten maak je gebruik van de multimeter die in de kist zit.

Ook kun je vaak op de componenten zien, waar ze voor worden gebruikt. Je weet inmiddels dat een led niet te veel stroom kan verdragen. Ook heb je gezien dat we een weerstand hebben gebruikt van 220 W (Ohm).

Op de batterij die naast het Arduino bordje zit staat 9V, maar klopt dit ook? En wat gebeurt er als een batterij lang wordt gebruikt? Blijft er dan toch een spanning van 9 Volt in zitten?

In de animatie heb je gezien dat we met een contactloze stroommeter konden meten dat er 0,9 A (Ampère) door de draden ging.

 

 

In de komende video’s leer je om de verschillende waarden op de juiste manier te meten.

LET OP! LEES EN BEGRIJP DIT HOOFDSTUK GOED, DIT IS VOOR JE EIGEN VEILIGHEID.

Gebruik de multimeter alleen met de componenten die je in de basiskist hebt ontvangen, dit is allemaal laagspanning en dus niet gevaarlijk. Stop de meetpennen niet in het stopcontact, je kunt een schok krijgen en de multimeter zal niet meer te repareren zijn. De multimeter ziet er op het eerste gezicht nogal moeilijk uit, maar het valt mee. We hebben al een batterij in de meter geplaatst zodat je direct aan de slag kunt.

 

We zullen aan de hand van deze tekening de verschillende onderdelen uitleggen.

  1. Draaischakelaar

Dit is een grote draaischakelaar. Deze gebruik je voor je iets gaat meten om de meter in de goede stand te zetten. Je hebt daar de volgende mogelijkheden:

  • ACV 750 / 200: hiermee meet je wisselspanning
  • DCA 200µ / 2000µ / 20m en 200m: hiermee meet je gelijkstroom
  • 10A: hiermee meet je gelijkstroom tot maximaal 10 A. We gaan deze stand in deze basiscursus niet gebruiken
  • hFE: hiermee meet je de versterkingsfactor van transistoren
    hiermee kun je de drempelspanning van een diode meten
  • Ω  200 / 2000 / 20k / 200k / 2000k hiermee kun je waarde van weerstanden meten
  • DCV 200m / 2000m / 20 / 200 / 1000 hiermee kun je gelijkspanning meten

Bij een aantal meetgebieden zie je verschillende getallen staan. Als je niet zeker weet wat de waarde is van wat je gaat meten dan begin je bij de hoogste stand. Hoe nauwkeuriger je het bereik instelt hoe nauwkeuriger je kunt meten. We gaan dit straks nog laten zien.Voordat je gaat meten dien je dus deze schakelaar in de goede stand te zetten, op een zo hoog mogelijke waarde.

2.Display

Op het display kun je de waarde aflezen die je aan het meten bent. Je ziet ook een punt tussen de waardes staan, dit is de Engelse notitie voor onze komma. Hoe meer getallen je achter de punt ziet hoe nauwkeuriger je meting zal zijn.

  1. Aansluiting COMMON

Dit is de COMMON ingang. Met common bedoelen we de gemeenschappelijke ingang die we altijd gebruiken. Het zwarte meetsnoer dient hierin gestoken te worden.

  1. Aansluiting meetpen

Dit is de ingang voor het meten van weerstanden stroom en spanning en de diode meting. Alleen voor grote stromen tot 10 A gebruik je ingang 5.

  1. Aansluiting meetpen 10A

Dit is de ingang voor hoge stromen, in deze basiscursus zullen we deze niet gebruiken.

Transistoren meten
De blauwe plug gebruiken we voor het meten van transistoren. We zullen later uitleggen hoe dit precies werkt.

Nauwkeurigheid

Met nauwkeurigheid bedoelen we hoe precies we iets meten. Stel, je vult een emmer van 10 L met water, dan kan hier dus ongeveer 10 liter in zitten. Er kan echter ook 9,6 of 10,4 liter inzitten omdat dit afgerond ook 10 liter is. Willen we dit nauwkeuriger opschrijven dan zeggen we dus 10,0 liter water. Als we het zo opschrijven kan de afwijking nog maar tussen de 9,96 en 10,04 zitten, ofwel we weten veel nauwkeuriger hoeveel water er in de emmer zit.

Dit geldt ook voor het meten met de multimeter.
Als je je meter op stand DCV 1000 zet dan kun je dus een gelijkspanning meten tot maximaal 1000 V. Als we nu de spanning van de blokbatterij meten dan zien we als eerste een extra melding in het scherm, HV, wat staat voor High Voltage (hoge voltage). Dit betekent dat we voorzichtig moeten zijn. We gaan nu een lage spanning meten die niet gevaarlijk is.

We plaatsen de zwarte meetpen op de grote aansluiting, dit is namelijk de minpool. De rode meetpen plaatsen we op de kleine aansluiting.

 

Polariteit

Indien we de meetpennen omdraaien en de zwarte meetpen op de plus plaatsen en de rode meetpen op de min, dan zien we op de meter “-9.36”. De waarde blijft dus gelijk maar de meter geeft aan met het Minteken “-“ dat de min en de plus zijn omgedraaid.

Belangrijk:
Zet de meter direct na je meting weer op OFF, hiermee bespaar je batterijen.
Als je een melding “BAT” op je scherm krijgt, dan is de batterij bijna leeg en kun je deze zelf wisselen. Aan de achterzijde zit een klepje dat je kunt verwijderen en waar je de batterij kunt verwisselen.

Kijk of er thuis of op school niet gebruikte batterijen zijn. Je weet misschien wel niet of ze vol zijn. Probeer met de multimeter te achterhalen of ze nog bruikbaar zijn of dat ze weggegooid moeten worden. Dit kunnen verschillende soorten batterijen zijn. Op de batterij staat altijd vermeld wat de normale spanning moet zijn. Hieronder zie je een overzicht van allerlei verschillende types. Kun je ook voorbeelden noemen van apparaten waar ze voor gebruikt worden. Wat zit er in een horloge en hoe heet deze batterij?

Als je lege batterijen hebt dan mag je deze niet zomaar weggooien in de prullenbak. Batterijen zijn chemisch en worden speciaal verwerkt. Veel materiaal wordt hergebruikt en dit is goed voor het milieu. Op deze website van de stichting Stibat kun je lezen waarom. Op de website www.batteryworld.nl vind je veel informatie over batterijen. Je kunt hier ook een informatiepakket downloaden voor een spreekbeurt.

Wat hebben we geleerd?

  • Wat een multimeter is en wat je er mee kunt meten;
  • De veiligheid van een multimeter;
  • Hoe je de spanning van een batterij kunt meten;
  • Dat de nauwkeurigheid belangrijk is.

Een “groene” spanningsbron, de zonnecel

Je hebt zeker wel eens gehoord over groene energie. Hiermee bedoelen we de energie, waarmee het milieu niet wordt belast door CO2 uitstoot. Vormen van groene energie zijn windenergie d.m.v. windmolens, energie opgewekt door vallend water en natuurlijk ook zonne-energie.

Bij onze experimenten gaan we ook gebruik maken van deze zogenaamde zonnecellen. Met behulp van het licht van de zon kunnen we elektrische energie opwekken en dit is helemaal gratis! Als je wil weten hoe een zonnecel werkt, dan moet je maar eens naar dit filmpje kijken.

In de experimenteerkist vind je ook een zonnecel met een rode en een zwarte draad, gesoldeerd aan de + en -. Je weet inmiddels dat het vaak belangrijk is dat je de juiste pool gebruikt om een schakeling te bouwen. In onderstaande video wordt gedemonstreerd hoe je een led lampje kunt laten branden met de zonnecel als spanningsbron.

Pak uit de kist de zonnecel en sluit de draden zo aan als je op de video hebt gezien. Zorg dat je de lange poot van de led (+) steekt in de positieve aansluiting. Als de zonnecel goed op het breadboard ligt loop je eens rond, zodat je kunt zien dat de led feller en minder fel gaat branden wanneer er meer en minder licht valt op de cel. Pas op dat de zonnecel niet valt, want daar kan hij waarschijnlijk niet tegen!