Volt, Ampère, Watt, Ohm

Ook voor muzikanten is het handig om iets te weten van de basisbegrippen in de elektrotechniek en elektronica. Daarom hieronder wat info en een calculator.

Formules spanning, stroom, weerstand, vermogen

 R = U / I ofwel Weerstand = Spanning / Stroom ofwel Ohm = Volt / Ampère (Wet van Ohm)

 P = I * U ofwel Vermogen = Stroom * Spanning ofwel Watt = Ampère * Volt

Enkele afgeleiden hiervan:

• Watt = Ampère2 * Ohm
• Watt = Volt2 / Ohm
• Ampère = Watt / Volt
• Volt = Watt / Ampère

Basisbegrippen electriciteit

Een analogie met water dat door een buis stroomt maakt het inzichtelijker:

• Volt, de spanning (vergelijk met de druk van water in een buis)
• Ampère, de stroomsterkte (vergelijk met de hoeveelheid water per sec die door een buis stroomt)
• Ohm, de weerstand (vergelijk met de dikte van de waterbuis)
• Watt, het vermogen (vergelijk met de kracht van het water tegen bijvoorbeeld een schoepenrad)
• Cos phi, zie uitleg hier onder

Met bovenstaande vergelijking in gedachten kun je nagaan dat bijvoorbeeld bij meer druk en gelijke weerstand er een grotere stroomsterkte ontstaat. Of dat er bij meer druk én meer stroomsterkte meer arbeid verricht kan worden (vermogen).

Door wat te spelen met deze calculator krijg je er gevoel voor en zie je de ook andere formule-afleidingen: Vul twee waarden in, de andere twee worden berekend na een klik op de button "Bereken".

Kijk maar eens hoe groot de stroom wordt als je een 300W versterker op een 4Ohm box aansluit: bijna 9 Ampère! Dan wordt het nut van dikke kabels en Speakon pluggen duidelijk, een simpele jackplug voldoet dan niet meer!

Ook kun je zien hoeveel Watt aan stroomverbruikers je kunt aansluiten als je een 230V/16A stroomkring ter beschikking hebt. Let wel: een 100W versterker verbruikt zelf meer dan 100W, kijk op de achterkant.

P = I2 * R dat betekent dat als bij een gegeven weerstand (van een kabel of luidspreker bijvoorbeeld) de stroom (Ampère) groter wordt, de ontwikkelde warmte (=energieverlies) kwadratisch toeneemt met de stroom. Daarom wordt stroom over lange afstanden ook per hoogspanningskabel vervoerd en zijn lange dunne kabels (meer weerstand!) voor grote stromen (luidsprekerkabels) funest.

 Cosinus phi, VA, blindvermogen, schijnvermogen

Voor de specialisten: aangezien we meestal met wisselstroom te maken hebben, is de situatie feitelijk iets ingewikkelder. Voor gelijkstroom en wisselstroom met zuiver Ohmse belastingen kloppen bovenstaande formules precies, voor wisselstroom moeten we rekening houden met reactieve belasting, met name verliezen door de opgewekte magnetische velden in spoelen. Die spoelen zitten onder andere in in transformatoren en elektromotoren. Het totale verbruikte vermogen in Watt (of VA) bestaat dan uit een deel zogenaamd "blindvermogen" en een deel "werkelijk vermogen", dat is het vermogen dat ook rendement oplevert (kracht van een motor, licht of wat dan ook). De verhoudingsfactor hiertussen is de cosinus phi, kort geschreven als: cos φ. Die factor verschilt per apparaat en per soort apparaat. Bij een gloeilamp is geen spoel of magnetisch veld betrokken: hier is de cosinus phi dus 1, geen verliezen. Het werkelijke vermogen is gelijk aan het rendement, er is geen blindvermogen. Bij een enkele TL lamp (waar een spoel in zit) is de cosinus phi 0,5, bij een elektromotor (afhankelijk van bealsting, contructie etc.) bijvoorbeeld 0,85. Voor het zelfde vermogen loopt er bij een lage cosinus phi méér stroom door de kabels. Een opgerolde kabel (katrol) is in feite een speol en heeft een grotere wisselstroomweerstand dan een afgerolde kabel. Bij grote belastingen dus altijd de kabel afrollen, anders wordt die door de combinatie van een grotere weerstand en de slechtere warmte afvoer erg warm en kan zelfs smelten en kortsluiting maken! In sommige kabelrollen zit voor dit doel een thermo zekering.

De formule voor verbruikt vermogen wordt voor wisselstroom dus zo:

Watt = Volt * Ampère * cos φ

Dat heeft zoals gezegd gevolgen voor het aantal Ampères dat door een kabel gaat. Stel de cos phi van een apparaat is 0.85 en het aantal verbruikte Watts is 2200. Men spreek dan ook wel van 2200VA, of "schijnbaar vermogen" om aan tegeven dat dit het verbruiksvermogen is en niet het aan arbeid geleverde vermogen. Normaal zou je dan verwachten dat er 10A stroom loopt. Rekening houdend met de cos phi wordt dat meer, nl. 11.76A namelijk 10 * (1/0.85). Na te rekenen met de bovenstaande calculator!

Calculator voor kabel dikte

De formule voor de minimale kabeldoorsnede per ader in mm2 is:

q = 0.035(100-n)LW/nV2

• L = Lengte kabel in m
• W = Watts vermogen
• V = Spanning bij begin kabel
• n = Toegestane spanningsverlies in % (10% is ongeveer 1dB verlies)
• q = kabeldiameter in mm2

Samen met de calculator hier boven kun je bijvoorbeeld voor een 4Ω speaker van 300W en een kabellengte van 50m uitrekenen wat de kabeldiameter minimaal moet zijn:

4 Ohm bij 300Watt is een spanning van 35Volt. Bij 50m, 300W, 35V en 10% verlies levert dit een minimale diameter van 3.86mm2 voor de luidsprekerkabel.