Fakta om elektricitet for børn

Elektricitet er tilstedeværelsen og strømmen af elektrisk ladning. Ved hjælp af elektricitet kan vi overføre energi på måder, der gør det muligt for os at udføre enkle opgaver. Dens mest kendte form er strømmen af elektroner gennem ledere som f.eks. kobberledninger.

Også ordet “elektricitet” bruges nogle gange til at betyde “elektrisk energi”. De er ikke det samme: elektricitet er et transmissionsmedie for elektrisk energi, ligesom havvand er et transmissionsmedie for bølgeenergi. En genstand, som tillader elektricitet at bevæge sig gennem den, kaldes en leder. Kobberledninger og andre metalgenstande er gode ledere, som tillader elektricitet at bevæge sig gennem dem og overføre elektrisk energi. Plast er en dårlig leder (også kaldet en isolator) og tillader ikke meget elektricitet at bevæge sig gennem det, så det vil stoppe transmissionen af elektrisk energi.

Transmission af elektrisk energi kan ske naturligt (f.eks. lynnedslag) eller foretages af mennesker (f.eks. i en generator). Den kan bruges til at drive maskiner og elektriske apparater. Når elektriske ladninger ikke er i bevægelse, kaldes elektricitet for statisk elektricitet. Når ladningerne bevæger sig, er de en elektrisk strøm, som nogle gange kaldes “dynamisk elektricitet”. Lyn er den mest kendte – og farlige – form for elektrisk strøm i naturen, men nogle gange får statisk elektricitet også ting til at klæbe sammen i naturen.

Elektricitet kan være farlig, især i nærheden af vand, fordi vand er en form for god leder, da det indeholder urenheder som f.eks. salt. Salt kan hjælpe elektricitet med at flyde. Siden det nittende århundrede er elektricitet blevet brugt i alle dele af vores liv. Indtil da var det blot et kuriosum, der blev set i lynene i et tordenvejr.

Elektrisk energi kan skabes, hvis en magnet passerer tæt på en metaltråd. Det er den metode, der anvendes af en generator. De største generatorer findes i kraftværker. Elektrisk energi kan også frigøres ved at kombinere kemikalier i en krukke med to forskellige slags metalstænger. Det er den metode, der anvendes i et batteri. Statisk elektricitet kan skabes ved friktion mellem to materialer – f.eks. en uldhue og en plastiklineal. Dette kan skabe en gnist. Elektrisk energi kan også skabes ved hjælp af energi fra solen, som i fotovoltaiske celler.

Elektrisk energi kommer til husholdningerne gennem ledninger fra de steder, hvor den er lavet. Den bruges af elektriske lamper, elektriske varmeapparater osv. Mange apparater som f.eks. vaskemaskiner og elektriske komfurer bruger elektricitet. På fabrikker driver elektrisk energi maskinerne. Folk, der beskæftiger sig med elektricitet og elektriske apparater i vores hjem og fabrikker, kaldes “elektrikere”.

Hvordan det virker

Der er to typer af elektriske ladninger, der skubber og trækker på hinanden: positive ladninger og negative ladninger. Elektriske ladninger skubber eller trækker på hinanden, hvis de ikke rører hinanden. Dette er muligt, fordi hver ladning skaber et elektrisk felt omkring sig selv. Et elektrisk felt er et område, der omgiver en ladning. I hvert punkt i nærheden af en ladning peger det elektriske felt i en bestemt retning. Hvis en positiv ladning placeres i dette punkt, vil den blive skubbet i den retning. Hvis en negativ ladning anbringes i det punkt, vil den blive skubbet i den stik modsatte retning.

Det fungerer ligesom magneter, og faktisk skaber elektricitet et magnetfelt, hvor ens ladninger frastøder hinanden og modsatte ladninger tiltrækker hinanden. Det betyder, at hvis man sætter to negativer tæt sammen og lader dem gå, vil de bevæge sig fra hinanden. Det samme gælder for to positive ladninger. Men hvis du lægger en positiv ladning og en negativ ladning tæt sammen, vil de trække sig mod hinanden. En kort måde at huske dette på er sætningen modsætninger tiltrækkes ligesom frastødes.

Alt stof i universet er lavet af små partikler med positive, negative eller neutrale ladninger. De positive ladninger kaldes protoner, og de negative ladninger kaldes elektroner. Protoner er meget tungere end elektroner, men de har begge den samme mængde elektrisk ladning, bortset fra at protoner er positive, og elektroner er negative. Fordi “modsætninger tiltrækker hinanden”, hænger protoner og elektroner sammen. Nogle få protoner og elektroner kan danne større partikler, der kaldes atomer og molekyler. Atomer og molekyler er stadig meget små. De er for små til at kunne ses. Ethvert stort objekt, som f.eks. din finger, indeholder flere atomer og molekyler, end nogen kan tælle. Vi kan kun anslå, hvor mange der er.

Da negative elektroner og positive protoner hænger sammen for at danne store objekter, er alle store objekter, som vi kan se og føle, elektrisk neutrale. Elektrisk er et ord, der betyder “beskriver elektricitet”, og neutral er et ord, der betyder “afbalanceret”. Det er derfor, vi ikke kan mærke, at objekter skubber og trækker på os på afstand, som de ville gøre, hvis alt var elektrisk ladet. Alle store genstande er elektrisk neutrale, fordi der er den samme mængde positiv og negativ ladning i verden. Vi kan sige, at verden er nøjagtigt afbalanceret, eller neutral. Forskerne ved stadig ikke, hvorfor det er sådan.

Elektrisk strøm

Elektronerne kan bevæge sig rundt i hele materialet. Protoner kan aldrig bevæge sig rundt i en fast genstand, fordi de er så tunge, i hvert fald i forhold til elektronerne. Et materiale, der lader elektroner bevæge sig rundt, kaldes en leder. Et materiale, der holder hver enkelt elektron fast på plads, kaldes en isolator. Eksempler på ledere er kobber, aluminium, sølv og guld. Eksempler på isolatorer er gummi, plastik og træ. Kobber bruges meget ofte som leder, fordi det er en meget god leder, og fordi der er så meget af det i verden. Kobber findes i elektriske ledninger. Men nogle gange bruges der også andre materialer.

I en leder hopper elektronerne rundt, men de bliver ikke ved med at gå i én retning i lang tid. Hvis der etableres et elektrisk felt inde i lederen, vil elektronerne alle begynde at bevæge sig i den retning, der er modsat den retning, som feltet peger i (fordi elektroner er negativt ladede). Et batteri kan skabe et elektrisk felt inde i en leder. Hvis begge ender af et stykke ledning er forbundet med de to ender af et batteri (kaldet elektroderne), kaldes den sløjfe, der blev lavet, et elektrisk kredsløb. Elektroner vil strømme rundt og rundt i kredsløbet, så længe batteriet skaber et elektrisk felt inde i ledningen. Denne strøm af elektroner rundt i kredsløbet kaldes elektrisk strøm.

En ledende ledning, der bruges til at føre elektrisk strøm, er ofte omviklet med en isolator som f.eks. gummi. Det skyldes, at ledninger, der fører strøm, er meget farlige. Hvis en person eller et dyr rørte ved en nøgen ledning, der fører strøm, kunne de komme til skade eller endda dø, afhængigt af hvor stærk strømmen var, og hvor meget elektrisk energi strømmen overfører. Du bør være forsigtig i nærheden af stikkontakter og nøgne ledninger, der kan være strømførende.

Det er muligt at tilslutte en elektrisk enhed til et kredsløb, så der løber elektrisk strøm gennem en enhed. Denne strøm vil overføre elektrisk energi for at få enheden til at gøre noget, som vi ønsker, at den skal gøre. Elektriske anordninger kan være meget enkle. I en glødepære f.eks. transporterer strømmen energi gennem en særlig ledning, der kaldes en glødetråd, som får den til at gløde. Elektriske apparater kan også være meget komplicerede. Elektrisk energi kan bruges til at drive en elektrisk motor i et værktøj som f.eks. en boremaskine eller en blyantspidsemaskine. Elektrisk energi bruges også til at drive moderne elektroniske apparater, herunder telefoner, computere og fjernsyn.

Her er nogle få udtryk, som en person kan støde på, når han/hun studerer, hvordan elektricitet fungerer. Studiet af elektricitet, og hvordan den gør elektriske kredsløb mulige, kaldes elektronik. Der er et ingeniørområde, der hedder elektroteknik, hvor folk finder på nye ting ved hjælp af elektricitet. Alle disse termer er vigtige for dem at kende.

• Strøm er mængden af elektrisk ladning, der strømmer. Når 1 coulomb elektricitet bevæger sig forbi et sted på 1 sekund, er strømmen 1 ampere. For at måle strømmen på et punkt bruger vi et amperemeter.

• Spænding, også kaldet “potentialforskel”, er det “skub”, der ligger bag strømmen. Det er den mængde arbejde pr. elektrisk ladning, som en elektrisk kilde kan udføre. Når 1 coulomb elektricitet har 1 joule energi, vil den have 1 volt elektrisk potentiale. For at måle spændingen mellem to punkter bruger vi et voltmeter.

• Modstand er et stofs evne til at “bremse” strømmen, dvs. til at reducere den hastighed, hvormed ladningen strømmer gennem stoffet. Hvis en elektrisk spænding på 1 volt opretholder en strøm på 1 ampere gennem en ledning, er ledningens modstand 1 ohm – dette kaldes Ohm’s lov. Når strømgennemstrømningen er modsatrettet, bliver energien “brugt op”, hvilket betyder, at den omdannes til andre former (f.eks. lys, varme, lyd eller bevægelse)

• Elektrisk energi er evnen til at udføre arbejde ved hjælp af elektriske apparater. Elektrisk energi er en “bevaret” egenskab, hvilket betyder, at den opfører sig som et stof og kan flyttes fra sted til sted (f.eks. langs et transmissionsmedie eller i et batteri). Elektrisk energi måles i joule eller kilowatttimer (kWh).

• Elektrisk effekt er den hastighed, hvormed elektrisk energi anvendes, lagres eller overføres. Strømmen af elektrisk energi langs elkabler måles i watt. Hvis den elektriske energi omdannes til en anden form for energi, måles den i watt. Hvis noget af den omdannes og noget af den lagres, måles den i volt-ampere, eller hvis den lagres (som i elektriske eller magnetiske felter), måles den i volt-ampere reaktive.

Generering af elektrisk energi

Elektrisk energi produceres for det meste på steder, der kaldes kraftværker. De fleste kraftværker bruger varme til at koge vand til damp, som sætter en dampmaskine i gang. Dampmaskinens turbine drejer en maskine, der kaldes en “generator”. Spolede ledninger inde i generatoren er sat til at snurre i et magnetfelt. Dette får elektricitet til at strømme gennem ledningerne og transporterer elektrisk energi. Denne proces kaldes elektromagnetisk induktion. Michael Faraday opdagede, hvordan man kan gøre dette.

Der er mange varmekilder, som kan bruges til at generere elektrisk energi. Varmekilder kan inddeles i to typer: vedvarende energikilder, hvor forsyningen af varmeenergi aldrig løber tør, og ikke-fornyelige energikilder, hvor forsyningen til sidst vil blive opbrugt.

I nogle tilfælde kan en naturlig strøm, som f.eks. vindkraft eller vandkraft, bruges direkte til at dreje en generator, så der ikke er behov for varme.

Billeder for børn

• 

  Thales, den tidligst kendte forsker i elektricitet

• 

  Benjamin Franklin udførte omfattende forskning i elektricitet i det 18. århundrede, som dokumenteret af Joseph Priestley (1767) i History and Present Status of Electricity, som Franklin førte en længere korrespondance med.

• 

  Michael Faradays opdagelser dannede grundlaget for elmotorteknologien

• 

  Ladning på en guld-bladelektroskop får bladene til synligt at frastøde hinanden

• 

  En elektrisk lysbue giver en energisk demonstration af elektrisk strøm

• 

  Feltlinjer, der udgår fra en positiv ladning over en plan leder

• 

  Et par AA-celler. +-tegnet angiver polariteten af den potentielle forskel mellem batteripolerne.

• 

  Magnetiske feltcirkler omkring en strøm

• 

  Elektromotoren udnytter en vigtig effekt af elektromagnetismen: En strøm gennem et magnetfelt oplever en kraft vinkelret på både feltet og strømmen

• 

  Den italienske fysiker Alessandro Volta viser sit “batteri” til den franske kejser Napoleon Bonaparte i begyndelsen af det 19. århundrede.

• 

  Et grundlæggende elektrisk kredsløb. Spændingskilden V til venstre driver en strøm I rundt i kredsløbet og afgiver elektrisk energi til modstanden R. Fra modstanden vender strømmen tilbage til kilden, hvorved kredsløbet lukkes.

• 

  Overflademonterede elektroniske komponenter

• 

  Generator fra begyndelsen af det 20. århundrede fremstillet i Budapest, Ungarn, i elproduktionshallen i et vandkraftværk (fotografi af Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

• 

  Vindkraft er af stigende betydning i mange lande

• 

  Den elektriske ål, Electrophorus electricus