Elektriciteitsfeiten voor kinderen

Elektriciteit is de aanwezigheid en de stroom van elektrische lading. Met behulp van elektriciteit kunnen we energie overdragen op manieren die ons in staat stellen eenvoudige klusjes te doen. De bekendste vorm is de stroom van elektronen door geleiders zoals koperdraad.

Het woord “elektriciteit” wordt soms gebruikt om “elektrische energie” te betekenen. Dat is niet hetzelfde: elektriciteit is een transmissiemedium voor elektrische energie, zoals zeewater een transmissiemedium is voor golfslagenergie. Een voorwerp dat elektriciteit doorlaat, wordt een geleider genoemd. Koperdraad en andere metalen voorwerpen zijn goede geleiders, waardoor elektriciteit kan stromen en elektrische energie kan worden overgebracht. Plastic is een slechte geleider (ook wel isolator genoemd) en laat niet veel elektriciteit door, zodat het de overdracht van elektrische energie tegenhoudt.

Overdracht van elektrische energie kan op natuurlijke wijze gebeuren (zoals bliksem), of door mensen worden gemaakt (zoals in een generator). Het kan worden gebruikt om machines en elektrische apparaten aan te drijven. Wanneer elektrische ladingen niet bewegen, wordt elektriciteit statische elektriciteit genoemd. Wanneer de ladingen in beweging zijn, is er sprake van een elektrische stroom, ook wel “dynamische elektriciteit” genoemd. Bliksem is de bekendste – en gevaarlijkste – vorm van elektrische stroom in de natuur, maar soms zorgt statische elektriciteit er ook voor dat dingen in de natuur aan elkaar blijven kleven.

Elektriciteit kan gevaarlijk zijn, vooral in de buurt van water, omdat water een soort goede geleider is omdat er onzuiverheden zoals zout in zitten. Zout kan elektriciteit helpen stromen. Sinds de negentiende eeuw wordt elektriciteit in elk deel van ons leven gebruikt. Tot die tijd was het slechts een curiositeit die men zag in de bliksem van een onweersbui.

Elektrische energie kan worden opgewekt als een magneet dicht langs een metaaldraad gaat. Dit is de methode die door een generator wordt gebruikt. De grootste generatoren staan in elektriciteitscentrales. Elektrische energie kan ook vrijkomen door chemicaliën in een potje te combineren met twee verschillende soorten metalen staafjes. Dit is de methode die in een batterij wordt gebruikt. Statische elektriciteit kan worden opgewekt door de wrijving tussen twee materialen – bijvoorbeeld een wollen muts en een plastic liniaal. Hierdoor kan een vonk ontstaan. Elektrische energie kan ook worden opgewekt met behulp van energie van de zon, zoals in fotovoltaïsche cellen.

Elektrische energie komt via draden bij huizen aan vanaf de plaatsen waar ze wordt gemaakt. Zij wordt gebruikt door elektrische lampen, elektrische kachels, enz. Veel apparaten, zoals wasmachines en elektrische fornuizen, gebruiken elektriciteit. In fabrieken worden machines aangedreven door elektrische energie. Mensen die zich bezighouden met elektriciteit en elektrische apparaten in onze huizen en fabrieken worden “elektriciens” genoemd.

Hoe het werkt

Er zijn twee soorten elektrische ladingen die op elkaar duwen en aan elkaar trekken: positieve ladingen en negatieve ladingen. Elektrische ladingen duwen of trekken elkaar aan als ze elkaar niet raken. Dit is mogelijk omdat elke lading een elektrisch veld om zich heen maakt. Een elektrisch veld is een gebied dat een lading omgeeft. Op elk punt in de buurt van een lading wijst het elektrisch veld in een bepaalde richting. Als een positieve lading op dat punt wordt geplaatst, zal het in die richting worden geduwd. Wordt op dat punt een negatieve lading gezet, dan wordt die juist in de tegenovergestelde richting geduwd.

Het werkt als magneten, en in feite creëert elektriciteit een magnetisch veld, waarin gelijke ladingen elkaar afstoten en tegengestelde ladingen elkaar aantrekken. Dit betekent dat als je twee negatieven dicht bij elkaar zet en ze loslaat, ze uit elkaar zouden bewegen. Hetzelfde geldt voor twee positieve ladingen. Maar als je een positieve lading en een negatieve lading dicht bij elkaar zet, trekken ze naar elkaar toe. Een korte manier om dit te onthouden is de uitdrukking tegenpolen trekken elkaar aan en stoten elkaar af.

Alle materie in het heelal bestaat uit kleine deeltjes met positieve, negatieve of neutrale ladingen. De positieve ladingen heten protonen, en de negatieve ladingen heten elektronen. Protonen zijn veel zwaarder dan elektronen, maar ze hebben beide dezelfde hoeveelheid elektrische lading, behalve dat protonen positief zijn en elektronen negatief. Omdat “tegenpolen elkaar aantrekken”, blijven protonen en elektronen aan elkaar kleven. Een paar protonen en elektronen kunnen grotere deeltjes vormen, die atomen en moleculen worden genoemd. Atomen en moleculen zijn nog heel klein. Ze zijn te klein om te zien. Elk groot voorwerp, zoals je vinger, bevat meer atomen en moleculen dan iemand kan tellen. We kunnen alleen maar schatten hoeveel het er zijn.

Omdat negatieve elektronen en positieve protonen aan elkaar kleven om grote voorwerpen te maken, zijn alle grote voorwerpen die we kunnen zien en voelen elektrisch neutraal. Elektrisch is een woord dat “elektriciteit” betekent, en neutraal is een woord dat “evenwichtig” betekent. Daarom voelen wij niet dat voorwerpen van een afstand aan ons trekken en duwen, zoals het geval zou zijn als alles elektrisch geladen was. Alle grote voorwerpen zijn elektrisch neutraal omdat er evenveel positieve als negatieve lading in de wereld is. We zouden kunnen zeggen dat de wereld precies in evenwicht is, of neutraal. Wetenschappers weten nog steeds niet waarom dit zo is.

Elektrische stroom

De elektronen kunnen zich overal in het materiaal bewegen. Protonen bewegen nooit rond een vast voorwerp omdat ze zo zwaar zijn, althans vergeleken met de elektronen. Een materiaal dat elektronen laat bewegen wordt een geleider genoemd. Een materiaal dat elk elektron stevig op zijn plaats houdt, wordt een isolator genoemd. Voorbeelden van geleiders zijn koper, aluminium, zilver en goud. Voorbeelden van isolatoren zijn rubber, plastic en hout. Koper wordt heel vaak als geleider gebruikt omdat het een heel goede geleider is en er zoveel van in de wereld is. Koper komt voor in elektriciteitsdraden. Maar soms worden ook andere materialen gebruikt.

In een geleider stuiteren elektronen rond, maar ze blijven niet lang in één richting gaan. Als een elektrisch veld binnen de geleider wordt opgezet, zullen de elektronen allen beginnen zich in de richting tegengesteld aan de richting te bewegen het veld richt (omdat de elektronen negatief geladen zijn). Een batterij kan een elektrisch veld in een geleider opwekken. Als beide uiteinden van een stuk draad worden verbonden met de twee uiteinden van een batterij (elektroden genaamd), wordt de lus die is gemaakt een elektrisch circuit genoemd. Zolang de batterij in de draad een elektrisch veld opwekt, zullen er elektronen rond de stroomkring stromen. Deze stroom van elektronen rond de stroomkring wordt elektrische stroom genoemd.

Een geleidende draad die wordt gebruikt om elektrische stroom te vervoeren, wordt vaak omwikkeld met een isolator zoals rubber. Dit komt omdat draden die stroom geleiden zeer gevaarlijk zijn. Als een mens of een dier een stroomvoerende draad aanraakt, kan hij of zij gewond raken of zelfs sterven, afhankelijk van de sterkte van de stroom en de hoeveelheid elektrische energie die de stroom overbrengt. U moet voorzichtig zijn in de buurt van stopcontacten en blote draden waar stroom op kan staan.

Het is mogelijk een elektrisch apparaat op een stroomkring aan te sluiten, zodat er elektrische stroom door een apparaat gaat lopen. Deze stroom zal elektrische energie overbrengen om het apparaat iets te laten doen wat wij willen dat het doet. Elektrische apparaten kunnen heel eenvoudig zijn. Bijvoorbeeld, in een gloeilamp voert de stroom energie door een speciale draad, een gloeidraad, die de gloeilamp laat gloeien. Elektrische apparaten kunnen ook heel ingewikkeld zijn. Elektrische energie kan worden gebruikt om een elektromotor aan te drijven in een gereedschap zoals een boormachine of een puntenslijper. Elektrische energie wordt ook gebruikt om moderne elektronische apparaten aan te drijven, zoals telefoons, computers en televisies.

Hier zijn een paar termen die iemand kan tegenkomen wanneer hij bestudeert hoe elektriciteit werkt. De studie van elektriciteit en hoe het elektrische circuits mogelijk maakt, wordt elektronica genoemd. Er is een gebied van techniek dat elektrotechniek heet, waar men nieuwe dingen bedenkt met behulp van elektriciteit. Al deze termen zijn belangrijk voor hen om te weten.

• Stroom is de hoeveelheid elektrische lading die stroomt. Als 1 coulomb elektriciteit in 1 seconde ergens langs beweegt, is de stroom 1 ampère. Om de stroom op één punt te meten, gebruiken we een ampèremeter.

• Spanning, ook wel “potentiaalverschil” genoemd, is het “zetje” achter de stroom. Het is de hoeveelheid werk per elektrische lading die een elektrische bron kan verrichten. Wanneer 1 coulomb elektriciteit 1 joule energie heeft, zal deze 1 volt elektrische potentiaal hebben. Om de spanning tussen twee punten te meten, gebruiken we een voltmeter.

• Weerstand is het vermogen van een stof om de stroom te “vertragen”, d.w.z. om de snelheid te verminderen waarmee de lading door de stof stroomt. Als een elektrische spanning van 1 volt een stroom van 1 ampère door een draad laat lopen, is de weerstand van de draad 1 ohm – dit wordt de wet van Ohm genoemd. Wanneer de stroom wordt tegengewerkt, wordt energie “verbruikt”, d.w.z. omgezet in andere vormen (zoals licht, warmte, geluid of beweging)

• Elektrische energie is het vermogen om arbeid te verrichten door middel van elektrische apparaten. Elektrische energie is een “behouden” eigenschap, hetgeen betekent dat zij zich gedraagt als een stof en van plaats tot plaats kan worden verplaatst (bijvoorbeeld langs een transmissiemedium of in een batterij). Elektrische energie wordt gemeten in joules of kilowattuur (kWh).

• Elektrisch vermogen is de snelheid waarmee elektrische energie wordt gebruikt, opgeslagen of overgedragen. De stroom van elektrische energie langs elektriciteitsleidingen wordt gemeten in watt. Als de elektrische energie wordt omgezet in een andere vorm van energie, wordt dit gemeten in watt. Als een deel ervan wordt omgezet en een deel wordt opgeslagen, wordt het gemeten in volt-ampère, of als het wordt opgeslagen (zoals in elektrische of magnetische velden), wordt het gemeten in volt-ampère reactief.

Elektrische energie opwekken

Elektrische energie wordt meestal opgewekt op plaatsen die elektriciteitscentrales worden genoemd. De meeste elektriciteitscentrales gebruiken hitte om water tot stoom te koken, die een stoommachine laat draaien. De turbine van de stoommachine laat een machine draaien die “generator” wordt genoemd. Spiraalvormige draden in de generator draaien in een magnetisch veld. Hierdoor gaat elektriciteit door de draden stromen, waardoor elektrische energie wordt overgebracht. Dit proces wordt elektromagnetische inductie genoemd. Michael Faraday ontdekte hoe dit kon.

Er zijn vele warmtebronnen die kunnen worden gebruikt om elektrische energie op te wekken. Warmtebronnen kunnen in twee soorten worden ingedeeld: hernieuwbare energiebronnen waarbij de voorraad warmte-energie nooit opraakt en niet-hernieuwbare energiebronnen waarbij de voorraad uiteindelijk wordt opgebruikt.

Soms kan een natuurlijke stroom, zoals windkracht of waterkracht, direct worden gebruikt om een generator te laten draaien, zodat er geen warmte nodig is.

Images for kids

• 

  Thales, de vroegst bekende onderzoeker naar elektriciteit

• 

  Benjamin Franklin deed in de 18e eeuw uitgebreid onderzoek naar elektriciteit, zoals gedocumenteerd door Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, met wie Franklin een uitgebreide correspondentie onderhield.

• 

  De ontdekkingen van Michael Faraday vormden de basis van de elektromotortechnologie

• 

  Lading op een goud-bladelektroscoop zorgt ervoor dat de bladeren elkaar zichtbaar afstoten

• 

  Een vlamboog geeft een energieke demonstratie van elektrische stroom

• 

  Veldlijnen die uitgaan van een positieve lading boven een vlakke geleider

• 

  Een paar AA-cellen. Het + teken geeft de polariteit van het potentiaalverschil tussen de batterijpolen aan.

• 

  Magnetisch veld cirkelt rond een stroom

• 

  De elektromotor maakt gebruik van een belangrijk effect van het elektromagnetisme: een stroom door een magnetisch veld ondervindt een kracht loodrecht op zowel het veld als de stroom

• 

  De Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta toonde zijn “batterij” aan de Franse keizer Napoleon Bonaparte in het begin van de 19e eeuw.

• 

  Een elementaire elektrische schakeling. De spanningsbron V aan de linkerkant stuurt een stroom I door de schakeling, waarbij elektrische energie wordt afgegeven aan de weerstand R. Vanuit de weerstand keert de stroom terug naar de bron, waarmee de schakeling is voltooid.

• 

  Oppervlak gemonteerde elektronische componenten

• 

  Vroeg 20e-eeuwse wisselstroomdynamo gemaakt in Boedapest, Hongarije, in de stroomopwekkingshal van een waterkrachtcentrale (foto van Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

• 

  Windenergie is in veel landen van toenemend belang

• 

  De elektrische aal, Electrophorus electricus