Hoe werkt weerstand en vermogen in een serieschakeling?

Bij een serieschakeling zijn alle onderdelen achter elkaar aangesloten. Daardoor loopt overal dezelfde stroom, maar worden de spanning én het vermogen verdeeld over de onderdelen.

Veel leerlingen halen weerstand en vermogen door elkaar. Gelukkig hoef je maar twee belangrijke regels te onthouden:

• In een serieschakeling tel je de weerstanden bij elkaar op.
• Het vermogen wordt verdeeld over de verschillende onderdelen.

Als je deze twee regels begrijpt, kun je de meeste examenopgaven over serieschakelingen oplossen.

Hoe werkt de weerstand?

De weerstand (R) geeft aan hoe moeilijk elektrische stroom door een onderdeel kan stromen in ohm (Ω).

Als je meerdere weerstanden achter elkaar zet, wordt het voor de stroom steeds moeilijker om door de schakeling te gaan.

Daarom geldt in serie: R_totaal = R₁ + R₂ + R₃

Als in de schakeling hierboven ieder lampje een weerstand van 8 Ω heeft geldt:

R_totaa = 8 + 8 + 8 = 24 Ω

De totale weerstand is dus de som van alle afzonderlijke weerstanden.

Hoe meer weerstanden je in serie zet, hoe groter de totale weerstand wordt.

Wat gebeurt er met de stroom?

Volgens de wet van Ohm geldt:

I = U / R

Als de spanning gelijk blijft en de weerstand groter wordt, dan wordt de stroom kleiner.

Daarom loopt er door een lange serieschakeling vaak minder stroom dan door een enkele weerstand.

Wat gebeurt er met de spanning?

De totale spanning is afhankelijk van de bron en niet van de totale weerstand in een schakeling.

De totale spanning zal dus gelijk blijven.

Hoe werkt het vermogen?

Het vermogen (P) geeft aan hoeveel elektrische energie een onderdeel per seconde omzet in watt (W).

Het vermogen bereken je met: P = U ⋅ I

Het totale vermogen van de schakeling is de som van de vermogens van de afzonderlijke onderdelen.

Dus: P_totaal = P₁ + P₂ + P₃

Waar hangt het vermogen van af?

Bij een serieschakeling is de stroom overal gelijk.

Om een hoog vermogen te krijgen moet een apparaat dus een hoge spanning krijgen.

De spanning van een apparaat gaat omhoog wanneer de weerstand van het apparaat omhoog gaat.

Belangrijk: In een serieschakeling heet het apparaat met de grootste weerstand het grootste vermogen. 

Voorbeeld

Twee weerstanden staan in serie met een spanningsbron van 12 V.

R₁ = 10 Ω

R₂ = 20 Ω

De totale weerstand is 10 + 20 = 30 Ω

De totale stroomsterkte is I = U / R = 12 / 30 = 0,40 A

Het totale vermogen is: P = U ⋅ I = 12 ⋅ 0,40 = 4,8 W

Weerstand R₂ is twee keer zo groot dus het vermogen is ook twee keer zo groot.

De verhouding is dus 1 : 2

Je deelt het totale vermogen door 2+1 en krijgt: 4,8 / (2 + 1) = 1,6 W

R₁ = 1,6 W

R₂ = 2 ⋅ 1,6 = 3,2 W

Samen is dit 4,8 W

Waarom gebeurt dit?

De stroom moet door beide weerstanden.

De weerstand die de stroom het meeste tegenwerkt, zet ook de meeste elektrische energie om in warmte.

Daarom heeft een grotere weerstand bij gelijke stroom een hoger vermogen. Het kost meer energie om door die weerstand heen te gaan. 

Veelgemaakte fouten

Fout 1: Denken dat de weerstand en het vermogen niks met elkaar te maken hebben.

Fout 2: Vergeten dat de stroomsterkte door alle onderdelen gelijk is.

Fout 3: Vergeten dat een hoge weerstand voor een hoge spanning zorgt en dus een hoger vermogen.

Voorbeeldopgave

Een batterij van 12 V is in serie aangesloten op drie weerstandjes: van 3 Ω, 6 Ω en 7 Ω.

Hoe groot is de totale weerstand en het vermogen van alle weerstandjes apart?

De totale weerstand is 3 + 6 + 7 = 16 Ω

De totale stroomsterkte is I = U / R = 12 / 16 = 0,75 A

Het totale vermogen is: P = U ⋅ I = 12 ⋅ 0,75 = 9,0 W

In verhoudingen kan nu niet, dus we rekenen de spanning per weerstand uit.

R₁: U = I ⋅ R = 0,75 ⋅ 3 = 2,25 V

R₂: U = I ⋅ R = 0,75 ⋅ 6 = 4,5 V

R₃: U = I ⋅ R = 0,75 ⋅ 7 = 5,25 V

2,25 + 4,5 + 5,25 = 12 V dus dat klopt.

Nu rekenen we voor iedere weerstand apart het vermogen uit.

R₁: P = U ⋅ I = 2,25 ⋅ 0,75 = 1,69 W

R₂: P = U ⋅ I = 4,5 ⋅ 0,75 = 3,38 W

R₃: P = U ⋅ I = 5,25 ⋅ 0,75= 3,94 W

1,69 + 3,38 + 3,94 = 9,0 W dus dat klopt.

Examentip

Bij een serieschakeling kun je vaak deze volgorde gebruiken:

• Bereken de totale weerstand met R_totaal = R₁ + R₂ +R₃.
• Bereken de stroom door de schakeling als de spanning bekend is (of andersom).
• Bereken pas daarna het vermogen van een afzonderlijk onderdeel.
• Tel de vermogens op als het totale vermogen wordt gevraagd.

Met deze volgorde voorkom je veel rekenfouten.

Onthoud vooral:

• Weerstanden tel je in serie op.
• De grootste weerstand zet bij gelijke stroom ook het meeste vermogen om.

Meer hulp bij natuurkunde?

Ik ben Rafal Wietsma (Meneer Wietsma Natuurkunde). Op deze website vind je gratis uitlegvideo's per examendomein én een complete online examentraining waarin we samen volledige examens maken. Zo leer je niet alleen de theorie, maar vooral hoe je examenopgaven stap voor stap oplost.

Bekijk de online natuurkunde examentraining