Weerstand

Van belang is dat stroom altijd de weg van de minste weerstand zal nemen. Wanneer we een bepaald apparaat willen laten werken, moeten we er voor zorgen dat de stroom niet een kring kan maken met een veel mindere weerstand. Wanneer twee elektriciteitsdraden, waar een spanningsverschil tussen is, direct tegen elkaar komen te liggen zonder isolatiemateriaal, hebben we te maken met een dergelijke situatie. De stroom zal rechtstreeks van de ene draad naar de andere gaan, in plaats van eerst zijn weg door het apparaat te zoeken. Hierdoor kan de stroom te snel en eenvoudig zijn weg zoeken, zodat deze al snel in een te grote hoeveelheid rond kan gaan.

De weerstand die een draad heeft zal energie tegen houden, en die energie zal worden omgezet in warmte. Als die warmte gemakkelijk afgevoerd kan worden, doordat bijvoorbeeld het koper als een enkele draad open en bloot in de ruimte ligt, zal de hitte wel mee vallen.

Wanneer we stroom door een draad laten lopen zal deze van de draad weerstand ondervinden. Daardoor ontstaat dan tevens een spanningsverlies. Hoeveel weerstand de stroom ondervindt is afhankelijk van het soort materiaal. Ieder materiaal bezit een eigen weerstand, de zogenaamde soortelijke weerstand. Dit is een constante waarde die voor bijvoorbeeld koper, dat het meest gebruikte materiaal voor elektriciteitskabels is, 0,0175 bedraagt. Wanneer we de preciese weerstand van een kabel van een bepaalde lengte en dikte willen weten, moeten we de waarde van de soortelijke weerstand vermenigvuldigen met de lengte van een kabel (in meters) en delen met de doorsnede (in mm2).

Een voorbeeld: een koperen draad heeft een lengte van 10 meter en een dikte van 1 mm2, dan is de weerstand in die draad (10 x 0,0175)/ 1 = 0,175 Ohm. Om het spanningsverlies te kunnen bepalen moeten we gebruik maken van een formule, de zogenaamde Wet van Ohm. De Wet van Ohm luidt als volgt: U = I x R. Bij een stroom van 5 Ampère is het spanningsverlies 5 x 0,175 = 0,875 Volt. Dit is bij een spanning van 220 V zeer gering en nauwelijks merkbaar. Maar wanneer de stroomsterkte niet 5 maar 64 Ampère is wordt het verlies 64 x 0,175 = 11,2 Volt. Op dat moment hebben we te maken met spanningsverlies van meer dan 5 %. Een verlies van 2 % (= 4,4 Volt) is bij lampen al duidelijk zichtbaar. Bij het gebruik van kabels is het daarom van belang goed in de gaten te houden dat de juiste dikte en lengte gebruikt worden bij een bepaalde stroomsterkte en -spanning.

Voor de warmte, die door een electrische stroom in een materiaal dat weerstand geeft ontwikkeld wordt, geldt de Wet van Joule: Q = I2 . R . t ; waarbij Q de hoeveelheid warmte is, I de stroomsterkte, R de weerstand en t de tijdsduur. Van de factoren stroomsterkte, weerstand en tijdsduur hangt dus af hoeveel warmte zich ontwikkelt.

Maar de electriciteitskabels die in het theater gebruikt worden zijn normaal gesproken omgeven door een kunststof omhulsel dat de warmte juist vasthoudt. Daarnaast liggen die kabels dan ook nog vaak ergens in of onder, zijn ze ergens omheen gedraaid of opgewonden, en is de omgeving van zich zelf al tamelijk warm. Daarom kan het nogal eens gebeuren dat de temperatuur in een kabel kan oplopen tot boven 150 graden op het moment dat hij overbelast wordt. Bij zulke temperaturen zal het isolatiemateriaal smelten, zodat kortsluiting en brand kunnen ontstaan.

Ook weerstand die de stroom ondervindt door slechte contacten in het stroomcircuit, zoals bijvoorbeeld vuile of te dunne poten van stekkers, kunnen tot behoorlijke warmte-ontwikkeling leiden. Normaal gesproken worden de lengte en dikte van een kabel zodanig gekozen worden dat het spanningsverlies nooit meer dan 2 % is.