31 december 2020

Gloeilampen/weerstand

Polly Translate
Voiced by Amazon Polly

Als we de meten die door een gloeilamp van 75W vloeit bij een spanning van 220VAC, dan krijgen we 0,34A. Maar als we met een ohm-meter de weerstand meten hebben we 50 ohm. Gebruik je nu die 50 ohm om de stroom te berekenen door de gloeilamp krijgen we met m.b.v. de wet van ohm 4,4A. Gebruiken we 0,34A om de weerstand te berekenen, dan krijgen we 647 ohm. Van waar komt dit verschil tussen gemeten en berekende waarde van de weerstand?

Er is maar één conclusie mogelijk:  De weerstand verandert met de temperatuur van de gloeidraad. Een natuurkundig verschijnsel wat zelfs toepassing vindt in de electronica bij temperatuursafhankelijke weerstanden (NTC en PTC weerstanden) Afhankelijk van de gebruikte metalen is dit effect sterker of zwakker.

De gloeidraad in een lamp bestaat uit wolfraam. Wolfraam is een zeer bros wat een soort. heeft van 19,3 .10?  kg/m? en is dus nog veel zwaarder dan kwik.  De reden dat wolfraam als gloeidraad  gebruikt wordt is echter het zeer hoge smeltpunt van 3650 ?C. Zoals alle metalen heeft ook wolfraam een zogenaamde weerstandstemperatuur co?ffici?nt. Voor wolfraam is deze: 4,9 /1000 (1/K)

De weerstandsverandering als gevolg van het temperatuurstverschil van de wolfraam bij het meten 20 ?C (293 Kelvin) en bij het branden volgt uit de formule R2 = R1 *( 1 + [w.t. co?f]*[T2-T1]) {Temperaturen in graden Kelvin –?C + 273 = ?K}.   Aangezien je alle gegevens hebt behalve T2, zou je deze nu uit kunnen rekenen. Je hebt dan de temperatuur van de gloeidraad.

De weerstand neemt dus toe met het toenemen van de temperatuur. Het omgekeerde is ook het geval. Hoe lager de temperatuur deste kleiner de weerstand. Op een gegeven moment is de weerstand zelfs nul en dan spreekt men van supergeleiding. Voor gewone metalen ligt deze temperatuur echter dicht bij het absolute nulpunt van -273 ?C. Men blijft echter nog steeds op zoek naar legeringen die ook bij hogere (en het liefst kamertemperatuur) supergeleidend zijn.

Tegenwoordig gebruikt men legeringen als supergeleider (o.a. TL2Ba2CuO2). Deze wordt supergeleidend bij 90 graden kelvin (-183 graden Celsius).  Het was de Nederlander Kamerlingh Onnes, die bij vier graden Kelvin boven het absolute nulpunt, -269 graden Celcius, zag dat vloeibaar kwik supergeleidend was, ofwel stroom zonder weerstand en energieverlies doorgeeft. Hiervoor kreeg hij in 1913 de Nobelprijs. Sindsdien gaan de ontwikkelingen steeds verder. In 1986 ontdekten Alex M?ller en Georg Bednorz van IBM Z?rich dat supergeleiding ook bij een hogere temperatuur mogelijk is.

Een verbinding van lanthaan, barium en koperoxide gaf al supergeleiding bij 238 graden Celcius onder nul. Ook zij werden beloond met een Nobelprijs, dit keer voor de ‘warme’ supergeleiding. En in 1987 was het opnieuw raak, dit keer in Huntsville, VS. Paul Chuverving lanthaan door yttrium en wist de temperatuur verder op te krikken naar honderdtachtig graden onder nul. Dat bood uitkomst want daarmee was ook de koeling eenvoudiger: dat kon nu met een vloeibaar stikstof – kookpunt 196 graden Celcius onder nul – een stof die bijna net zo goedkoop en makkelijk te verkrijgen is als spawater. De verbinding van yttrium, barium, en koperoxide – het zogenoemde ybco – bestaat uit piepkleine brosse korreltjes. De wetenschappers hadden eigenlijk niet meer dan wat los ‘zand’, waar nauwelijks een stroomdraad van te leek. Het duurde nog enkele jaren voordat ze van die zandkorrels een draad wisten te smeden. Een variant van ybco – het zogenoemde biscco met bismuth, strontium, calcium en koperoxide – bood uiteindelijk uitkomst.

Supergeleiding kom je o.a. bij medische scans (MRI) tegen en verder in laboratoria waar men met sterke magnetische velden werkt. Bij MRI (Magnetic Resonance Imaging) wordt het magneetveld (ongeveer 2 Tesla sterk) opgewekt door supergeleidende spoelen. Deze moeten door vloeibaar helium worden gekoeld en dat maakt het apparaat ook zo duur. Het sterke magneetveld maakt ook dat patienten absoluut geen ijzeren of metalen voorwerpen mogen dragen bij een MRI-. Ook metalen voorwerpen in het lichaam (endoprothesen) maken een onderzoek vaak onmogelijk.

**arjen**