Hoe Elektriciteit Werkt

{h1}

Elektriciteit omringt ons en kan op verschillende manieren worden gebruikt. Leer meer over de basisprincipes van elektriciteit, van generatoren en elektrische circuits tot spanningen en stromen.

Mensen hebben een intieme relatie met elektriciteit, tot het punt dat het vrijwel onmogelijk is om je leven van te scheiden. Natuurlijk, je kunt vluchten uit de wereld van kriskras door de hoogtelijnen en je leven helemaal uit het raster leven, maar zelfs in de eenzaamste hoeken van de wereld bestaat elektriciteit. Als het niet de stormwolken boven je hoofd oplicht of een statische vonk binnen je vingertoppen laat kraken, dan beweegt het door het menselijk zenuwstelsel en animeert de wil van de hersenen in elke bloei, ademhaling en onnadenkende hartslag.

Wanneer dezelfde mysterieuze kracht de aanraking van een geliefde, een bliksemflits en een George Foreman Grill activeert, volgt een merkwaardige dualiteit: we nemen elektriciteit een seconde als vanzelfsprekend en kijken de volgende dag naar zijn kracht. Meer dan twee en een halve eeuw zijn verstreken sinds Benjamin Franklin en anderen bleken dat bliksem een ​​vorm van elektriciteit was, maar het is nog steeds moeilijk om niet terug te deinzen wanneer een bijzonder gewelddadige flits aan de horizon oplicht. Aan de andere kant is niemand ooit poëtisch geworden over een oplader voor mobiele telefoons.

Elektriciteit drijft onze wereld en ons lichaam aan. Het benutten van zijn energie is zowel het domein van ingebeelde tovenarij en alledaags, het dagelijks leven - van keizer Palpatine toasten Luke Skywalker, tot de simpele handeling van het uitwerpen van de "Star Wars" -schijf van je pc. Ondanks onze bekendheid met de effecten, begrijpen veel mensen niet precies wat elektriciteit is - een alomtegenwoordige vorm van energie die het gevolg is van de beweging van geladen deeltjes, zoals elektronen. Bij de vraag stelde zelfs de veelgeprezen uitvinder Thomas Edison het alleen vast als "een modus van beweging" en "een systeem van trillingen".

In dit artikel proberen we een minder glad antwoord te geven. We zullen belichten wat elektriciteit is, waar het vandaan komt en hoe mensen het naar hun hand zetten.

Voor onze eerste stop reizen we naar Griekenland, waar nieuwsgierige ouden zich vergissen over dezelfde verschijnselen die je zappen als je een metalen voorwerp aanraakt nadat je op een koude, droge dag over het tapijt hebt geschuifeld.

Elektrostatica en de wet van Coulomb

Illustratie van Leidse pot

Illustratie van Leidse pot

Hoewel ze het niet volledig begrepen, wisten oude mensen over elektriciteit. Thales van Miletus, een Griekse filosoof die bekend staat als een van de legendarische zeven wijze mannen, was misschien wel de eerste mens die elektriciteit studeerde, circa 600 voor Christus. Door amber te wrijven - gefossiliseerde boomhars - met bont, kon hij stof, veren en andere lichtgewicht objecten aantrekken. Dit waren de eerste experimenten met elektrostatica, de studie van stationaire elektrische ladingen of statische elektriciteit. In feite komt het woord elektriciteit uit het Grieks elektron, wat barnsteen betekent.

De experimenten zouden niet doorgaan tot de 17e eeuw. Dat is wanneer William Gilbert, een Engelse arts en amateurwetenschapper, magnetisme en statische elektriciteit ging bestuderen. Hij herhaalde het onderzoek van Thales van Miletus, wreef voorwerpen tegen elkaar en laadde ze op door wrijving. Toen het ene voorwerp het andere aantrok of afstootte, bedacht hij de term 'elektrisch' om de krachten op het werk te beschrijven. Hij zei dat deze krachten zich ontwikkelden omdat de wrijvende actie een vloeistof of "humor" uit één van de objecten verwijderde, waardoor er een "effluvium" of atmosfeer achterbleef.

Dit concept - dat elektriciteit als een vloeistof bestond - hield aan in de 1700's. In 1729 merkte de Engelse wetenschapper Stephen Gray dat bepaalde materialen, zoals zijde, geen elektriciteit geleiden. Zijn verklaring was dat de mysterieuze vloeistof die door Gilbert wordt beschreven, door voorwerpen kan reizen of door reizen kan worden belemmerd. Wetenschappers bouwden zelfs potten om deze vloeistof vast te houden en de effecten ervan te bestuderen. De Nederlandse instrumentmakers Ewald von Kleist en Pieter van Musschenbroek creëerden wat nu bekend staat als een Leidse fles, een glazen pot met water en een spijker die een elektrische lading zou kunnen opslaan. De eerste keer dat Musschenbroek de pot gebruikte, kreeg hij een enorme schok.

Tegen de jaren 1700 begon de wetenschappelijke gemeenschap een duidelijker beeld te krijgen van hoe elektriciteit werkte. Benjamin Franklin leidde zijn beroemde vlieger-experiment in 1752 en bewees dat bliksem van elektrische aard was. Hij presenteerde ook het idee dat elektriciteit positieve en negatieve elementen had en dat de stroom van positief naar negatief was. Ongeveer 30 jaar later voerde een Franse wetenschapper met de naam Charles Augustin de Coulomb verschillende experimenten uit om de variabelen te bepalen die een elektrische kracht beïnvloeden. Zijn werk resulteerde in Wet van Coulomb, die stelt dat gelijke ladingen afstoten en tegenovergestelde ladingen aantrekken, met een kracht die evenredig is met het product van de ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand daartussen.

De wet van Coulomb maakte het mogelijk om de elektrostatische kracht te berekenen tussen twee geladen objecten, maar het onthulde niet de fundamentele aard van die ladingen. Wat was de bron van de positieve en negatieve beschuldigingen? Zoals we in de volgende paragraaf zullen zien, waren wetenschappers in staat om die vraag in de jaren 1800 te beantwoorden.

Elektriciteit en atomaire structuur

In een atoom

In een atoom

Tegen het einde van de 19e eeuw drong de wetenschap in een indrukwekkend tempo door. Auto's en vliegtuigen stonden op het punt om de manier waarop de wereld bewoog te veranderen, en de stroom kwam gestadig in steeds meer huizen terecht. Maar zelfs wetenschappers van die tijd beschouwden elektriciteit nog steeds als iets vaag mystieks. Het was pas in 1897 dat wetenschappers het bestaan ​​van elektronen ontdekten - en dit is waar het moderne tijdperk van elektriciteit begint.

Materie is, zoals je waarschijnlijk weet, samengesteld uit atomen. Breek iets af tot stukjes die klein genoeg zijn en je eindigt met een kern die in een baan is door een of meer elektronen, elk met een negatieve lading. In veel materialen zijn de elektronen stevig gebonden aan de atomen. Hout, glas, plastic, keramiek, lucht, katoen - dit zijn allemaal voorbeelden van materialen waarin elektronen aan hun atomen plakken. Omdat deze atomen zo terughoudend zijn om elektronen te delen, kunnen deze materialen elektriciteit niet zo goed geleiden, of helemaal niet. Deze materialen zijn elektrische isolatoren.

De meeste metalen hebben echter elektronen die zich van hun atomen kunnen losmaken en rond kunnen rippen. Deze worden genoemd vrije elektronen. De losse elektronen maken het gemakkelijk voor elektriciteit om door deze materialen te stromen, dus ze staan ​​bekend als elektrische geleiders. Ze geleiden elektriciteit. De bewegende elektronen zenden elektrische energie van het ene punt naar het andere.

Sommigen van ons bij WordsSideKick.com denken graag aan atomen als honden en elektronen als een geval van vlooien. Honden die binnen of binnen een omheind gebied leefden en daardoor die vervelende vlooien bevatten, zouden het equivalent zijn van een elektrische isolator. Vrijzwemmende straathonden zouden echter elektrische geleiders zijn. Als je één buurt van overdekte, verwende mopsen en een buurt van niet-omheinde bassethounds had die wild rondloopt, welke groep denk je dat een uitbraak van vlooien het snelst zou kunnen verspreiden?

Dus elektriciteit heeft een geleider nodig om te kunnen bewegen. Er moet ook iets zijn om de elektriciteit van het ene punt naar het andere te laten stromen door de conducteur. Een manier om elektriciteit te laten stromen, is door een generator te gebruiken.

Heilige elektriciteit

In de late 19e eeuw had elektriciteit echt een nobele of zelfs goddelijke reputatie - in de mate dat leden van de wetenschappelijke gemeenschap protesteerden tegen het idee van de elektrische stoel als een aantasting van zowel elektriciteit als de wetenschappelijke doorbraken die elektrocutie tot een crimineel mogelijk maakten. Wat hebben deze critici gedacht van moderne wonderen als de batterij-aangedreven mee-eterverwijderaar of de horror op de dansvloer die bekend staat als de elektrische glijbaan?

generatoren

Hoe elektriciteit werkt: naar

Als je ooit paperclips hebt rondgereden met een magneet of de tijd hebt verdraaid om metaalspaanders in een baard op een "Wooly Willy" -speeltje te schikken, dan heb je de basisprincipes achter zelfs de meest gecompliceerde elektrische generators uitgediept. Het magnetisch veld dat verantwoordelijk is voor het oplijnen van al die kleine stukjes metaal in een juiste Mohawk-haarsnit is te wijten aan de beweging van elektronen. Verplaats een magneet naar een paperclip en je dwingt de elektronen in de clip te bewegen. Evenzo, als je elektronen toestaat door een metaaldraad te bewegen, zal zich een magnetisch veld rond de draad vormen.

Dankzij Wooly Willy kunnen we zien dat er een duidelijk verband bestaat tussen de verschijnselen van elektriciteit en magnetisme. EEN generator is gewoon een apparaat dat een magneet in de buurt van een draad beweegt om een ​​constante stroom van elektronen te creëren. De actie die deze beweging dwingt, varieert sterk, variërend van handkrukken en stoommachines tot kernsplijting, maar het principe blijft hetzelfde.

Een eenvoudige manier om na te denken over een generator is om je voor te stellen dat het als een pomp werkt die water door een pijp duwt. Alleen in plaats van water te duwen, gebruikt een generator een magneet om elektronen mee te duwen. Dit is een lichte oversimplificatie, maar het geeft een goed beeld van de eigenschappen die aan het werk zijn in een generator. Een waterpomp verplaatst een bepaald aantal watermoleculen en oefent een bepaalde hoeveelheid druk op hen uit. Op dezelfde manier duwt de magneet in een generator een bepaald aantal elektronen mee en brengt een bepaalde hoeveelheid "druk" op de elektronen aan.

In een elektrisch circuit wordt het aantal elektronen in beweging de amperage of stroom, en het wordt gemeten in amps. De "druk" die de elektronen voortstuwt, wordt de Spanning en wordt gemeten in volt. Een generator die draait met 1000 omwentelingen per minuut produceert bijvoorbeeld 1 amp bij 6 volt. De 1 ampère is het aantal bewegende elektronen (1 amp fysiek betekent dat 6,24 x 1018 elektronen bewegen elke seconde door een draad), en de spanning is de hoeveelheid druk achter die elektronen.

Generatoren vormen het hart van een moderne energiecentrale. In het volgende gedeelte zullen we bekijken hoe een van deze stations werkt.

Faraday: patroonheilige van elektriciteit

De negentiende-eeuwse Britse fysicus en chemicus Michael Faraday heeft de weg geëffend voor onze moderne door elektriciteit aangedreven wereld. De beroemde uitvinder creëerde de eerste elektrische generator, de dynamo, evenals de eerste elektromotor. Lees voor meer informatie over de betrokken technologie Hoe elektromotoren werken en hoe elektromagneten werken.

Elektriciteit maken

Niagara Falls: Het heeft schoonheid en heel veel kinetische energie die we graag gebruiken voor hydro-elektrische energie.

Niagara Falls: Het heeft schoonheid en heel veel kinetische energie die we graag gebruiken voor hydro-elektrische energie.

In de generator van Michael Faraday produceren rollen koperdraad die tussen de polen van een magneet ronddraaien, een constante elektriciteitsstroom. Eén manier om de schijf te draaien, is door hem met de hand in te zwaaien, maar dit is geen praktische manier om elektriciteit te maken. Een andere optie is om de schacht van de generator aan een turbine te bevestigen en vervolgens een andere energiebron de turbine te laten voeden. Vallend water is zo'n energiebron, en in feite profiteerde de eerste grote fabriek ooit gebouwd van de enorme kinetische energie die door Niagara Falls werd geleverd.

George Westinghouse opende die fabriek in 1895, maar de principes van zijn werking zijn sindsdien niet veel veranderd. Ten eerste bouwen ingenieurs een dam over een rivier om een ​​reservoir met opgeslagen water te creëren. Ze plaatsen een waterinlaat bij de bodem van de damwand, waardoor water uit het reservoir en door een smal kanaal met de naam a kan stromen valdeur. De turbine - stel je een enorme schroef voor - zit aan het einde van de penstock. De as van de turbine gaat de generator in. Wanneer het water over de turbine beweegt, draait het, draait de as en draait op zijn beurt de koperen spoelen van de generator. Terwijl de koperen spoelen binnen de magneten ronddraaien, wordt elektriciteit opgewekt. Stroomleidingen aangesloten op de generator voeren elektriciteit van de energiecentrale naar woningen en bedrijven. De fabriek in Niagara Falls in Westinghouse kon elektriciteit vervoeren over een lengte van meer dan 300 kilometer.

Niet alle krachtcentrales vertrouwen op vallend water. Velen maken gebruik van stoom, die werkt als een vloeistof en daarom energie kan overbrengen naar een turbine en uiteindelijk naar een generator. De meest populaire manier om stoom te maken is om water te verwarmen door kolen te verbranden. Het is ook mogelijk om gecontroleerde kernreacties te gebruiken om water in stoom te veranderen. Je kunt lezen over de verschillende soorten krachtcentrales in Hoe waterkrachtcentrales werken, hoe windkracht werkt en hoe kerncentrales werken. Houd er gewoon rekening mee dat ze allemaal werken aan hetzelfde basisprincipe van het omzetten van mechanische energie - draaiende turbine - in elektrische energie.

Natuurlijk is het gebruik van een generator om elektriciteit te maken nog maar het begin. Nadat je je elektronen hebt laten meebewegen, heb je een elektrisch circuit nodig om er iets mee te doen. Ontdek waarom volgende.

Elektrische circuits

batterijen

batterijen

Wanneer u een batterij in een elektronisch apparaat plaatst, kunt u niet alleen de elektriciteit ontketenen en deze naar een taak sturen. Negatief geladen elektronen willen naar het positieve deel van de batterij reizen - en als ze onderweg je persoonlijke elektrische scheerapparaat moeten oprollen, doen ze het. Op een heel eenvoudig niveau is het net als water dat in een stroom stroomt en gedwongen wordt om een ​​waterrad te draaien om van punt A naar punt B te komen.

Of u nu een batterij, een brandstofcel of een zonnecel gebruikt om elektriciteit te produceren, drie dingen zijn altijd hetzelfde:

  1. De bron van elektriciteit moet twee terminals hebben: een positieve terminal en een negatieve terminal.
  2. De bron van elektriciteit (of het nu een generator, batterij of iets anders is) zal elektronen uit zijn negatieve pool bij een bepaalde spanning willen duwen. Eén AA-batterij wil bijvoorbeeld meestal elektronen naar buiten duwen met 1,5 volt.
  3. De elektronen moeten van de negatieve pool naar de positieve pool stromen via een koperdraad of een andere geleider. Wanneer er een pad is dat van de negatieve naar de positieve terminal gaat, hebt u een circuiten elektronen kunnen door de draad stromen.

U kunt elk type belasting, zoals een gloeilamp of motor, in het midden van het circuit bevestigen. De bron van elektriciteit zal de lading van stroom voorzien en de belasting zal elke taak uitvoeren die hij moet uitvoeren, van het draaien van een as tot het genereren van licht.

Elektrische circuits kunnen behoorlijk complex worden, maar in principe heb je altijd de bron van elektriciteit (zoals een batterij), een belasting en twee draden om elektriciteit tussen de twee te vervoeren. Elektronen bewegen van de bron, via de belasting en terug naar de bron.

Bewegende elektronen hebben energie. Terwijl de elektronen van het ene punt naar het andere gaan, kunnen ze werken. In een gloeilamp bijvoorbeeld, wordt de energie van de elektronen gebruikt om warmte te creëren, en de warmte creëert op zijn beurt licht. In een elektrische motor creëert de energie in de elektronen een magnetisch veld, en dit veld kan interageren met andere magneten (door magnetische aantrekking en afstoting) om beweging te creëren. Omdat motoren zo belangrijk zijn voor alledaagse activiteiten en omdat ze in essentie een generator zijn die in omgekeerde volgorde werkt, zullen we ze in de volgende sectie nader bekijken.

Elektrische motoren

Zie de grote hoefijzermagneet gebruikt door de Engelse fysicus en chemicus Michael Faraday, rond 1830.

Zie de grote hoefijzermagneet gebruikt door de Engelse fysicus en chemicus Michael Faraday, rond 1830.

Zoals we al hebben besproken, zet een generator mechanische energie om in elektriciteit. Een motor werkt op dezelfde principes, maar in de tegenovergestelde richting - het zet elektrische energie om in mechanische energie. Om dit te doen, heeft een motor een speciaal soort magneet nodig, bekend als een electromagneet. In de eenvoudigste vorm bestaat deze uit een ijzeren staaf gewikkeld in een draadspiraal. Als je een elektrische stroom door de draad passeert, wordt er een magnetisch veld gevormd in de ijzeren staaf en wordt het een magneet met duidelijke noord- en zuidpolen. Schakel de stroom uit en de magnetische eigenschappen verdwijnen.

Op zichzelf zijn elektromagneten nuttige dingen. Je kunt ze gebruiken om metalen objecten op te pakken, de voorwerpen ergens naartoe te dragen en ze dan te laten vallen door de stroom uit te schakelen. Dakdekkers gebruiken ze bijvoorbeeld om nagels te verzamelen die per ongeluk zijn gevallen op de tuin van een huiseigenaar. En sloopwerven hebben kranen met ingebouwde elektromagneten die sterk genoeg zijn om hele auto's op te pakken en te verplaatsen.

Elektromagneten zijn vooral handig wanneer ze op een as tussen twee stationaire magneten worden geplaatst. Als de zuidpool van de elektromagneet zich bevindt tegen de zuidpool van één stationaire magneet en de noordpool ervan tegen de noordpool van de andere stationaire magneet, zal de elektromagneet draaien totdat tegenovergestelde polen op één lijn komen. Dit zou niet erg nuttig zijn, behalve dat de polariteit van elektromagneten afhangt van de richting van de stroom. Leid elektrische stroom in één richting en de noordpool van de magneet bevindt zich aan de ene kant; draai de stroom om en de noordpool bevindt zich aan de andere kant. In motoren is een apparaat bekend als een commutator keert de stroomrichting van de elektrische stroom om. Terwijl de polen van de elektromagneet heen en weer klappen, kan de magneet zonder onderbreking roteren. Dit is natuurlijk een korte uitleg, dus misschien wil je lezen hoe Electric Motors werkt voor alle details.

Het blijkt dat de mechanische energie die wordt opgewekt in een elektrische motor op verschillende machines goed kan worden gebruikt. Veel gereedschap in je garage, apparaten in je huis en speelgoed kinderen spelen met vertrouwen op motoren. Sommige van deze motoren hebben een grote stroom nodig om te werken. Anderen, zoals kleine gelijkstroommotoren die worden gebruikt in robots en modellen, hebben zeer weinig spanning of stroom nodig om efficiënt te werken. We gaan door met ons gesprek over spanning en stroom in de volgende sectie.

Spanning, stroom en weerstand

Samen met spanning en stroom is weerstand een van de drie basiseenheden in elektriciteit. Zoals hieronder wordt besproken, kunnen we met de gloeiende gloeidraad in een gloeilamp de weerstand in actie zien.

Samen met spanning en stroom is weerstand een van de drie basiseenheden in elektriciteit. Zoals hieronder wordt besproken, kunnen we met de gloeiende gloeidraad in een gloeilamp de weerstand in actie zien.

Zoals eerder vermeld, wordt het aantal elektronen dat in beweging is in een circuit de stroom genoemd, en wordt het gemeten in ampère. De "druk" die de elektronen voortstuwt, wordt de spanning genoemd en wordt gemeten in volt. Als u in de Verenigde Staten woont, leveren de stopcontacten in de muur van uw huis of appartement elk 120 volt.

Als je de versterkers en volt weet, kun je de hoeveelheid elektriciteit bepalen die we meestal meten wattuur of kilowattuur. Stel je voor dat je een ruimteverwarming in een stopcontact steekt. Je meet de hoeveelheid stroom die van het stopcontact naar de kachel stroomt en komt uit op 10 ampère. Dat betekent dat het een 1200 Watt verwarmingselement is. Als je de volt vermenigvuldigt met de versterkers, krijg je het wattage. In dit geval is 120 volt vermenigvuldigd met 10 ampère gelijk aan 1.200 watt. Dit geldt voor elk elektrisch apparaat. Als je een lamp aansluit en een halve ampère trekt, is het een 60-watt gloeilamp.

Laten we zeggen dat u de ruimteverwarming inschakelt en vervolgens naar de vermogensmeter buiten kijkt. Het doel van de meter is om de hoeveelheid elektriciteit die in uw huis stroomt te meten, zodat het energiebedrijf u daarvoor kan factureren. Laten we aannemen - we weten dat het onwaarschijnlijk is - dat er niets anders in huis is, dus meet de meter alleen het elektriciteitsverbruik van de ruimteverwarming.

Je ruimteverwarming gebruikt 1.2 kilowatt (1.200 watt). Als u de kachel een uur lang laat aanstaan, gebruikt u 1,2 kilowattuur energie. Als uw energiebedrijf u 10 cent per kilowattuur berekent, brengt het energiebedrijf u 12 cent in rekening voor elk uur dat u uw ruimteverwarmingstoestel verlaat.

Laten we nu nog een factor toevoegen aan stroom en spanning: weerstand, die wordt gemeten in ohm. We kunnen de wateranalogie uitbreiden om weerstand te begrijpen. De spanning is gelijk aan de waterdruk, de stroom is gelijk aan de stroomsnelheid en de weerstand is vergelijkbaar met de buismaat.

Een eenvoudige elektrotechnische vergelijking, de wet van Ohm genaamd, geeft aan hoe de drie termen betrekking hebben. Stroom is gelijk aan de spanning gedeeld door de weerstand. Het is als volgt geschreven:

I = V / R

waar ik staat voor stroom (gemeten in ampère), V is spanning (gemeten in volt) en R symboliseert weerstand (gemeten in ohm).

Laten we zeggen dat je een tank met water onder druk hebt aangesloten op een slang die je gebruikt om de tuin water te geven. Als je de druk in de tank verhoogt, komt er meer water uit de slang, toch? Hetzelfde geldt voor een elektrisch systeem: het verhogen van de spanning zal resulteren in een grotere stroomsterkte.

Stel nu dat u de diameter van de slang en alle fittingen van de tank vergroot. Deze aanpassing zou ook meer water uit de slang halen. Dit is vergelijkbaar met het verlagen van de weerstand in een elektrisch systeem, waardoor de stroomsterkte toeneemt.

Wanneer u naar een normale gloeilamp kijkt, ziet u deze wateranalogie in actie. De gloeidraad van een gloeilamp is een extreem dunne draad. Deze dunne draad is bestand tegen de stroom van elektronen. U kunt de weerstand van de draad berekenen met de weerstandsvergelijking.

Stel dat u een 120 watt lamp op een stopcontact aansluit. De spanning is 120 volt en een lamp van 120 watt heeft er 1 ampère door. U kunt de weerstand van de gloeidraad berekenen door de vergelijking te herschikken:

R = V / I

Dus de weerstand is 120 ohm.

Naast deze fundamentele elektrische concepten, is er een praktisch onderscheid tussen de twee soorten stroom. Sommige stroom is direct, en sommige stroom is afwisselend - en dit is een zeer belangrijk onderscheid.

Gelijkstroom versus wisselstroom

Batterijen, brandstofcellen en zonnecellen produceren allemaal iets dat heet Gelijkstroom (DC). De positieve en negatieve aansluitingen van een batterij zijn altijd respectievelijk positief en negatief. Stroom vloeit altijd in dezelfde richting tussen die twee terminals.

De kracht die uit een energiecentrale komt, wordt daarentegen wel genoemd wisselstroom (AC). De richting van de stroom keert om of wisselt 60 keer per seconde (in de VS) of 50 keer per seconde (in Europa bijvoorbeeld). Het vermogen dat beschikbaar is op een stopcontact in de Verenigde Staten is 120-volt wisselstroom met 60 cycli.

Het grote voordeel dat wisselstroom zorgt voor het elektriciteitsnet is het feit dat het relatief gemakkelijk is om de spanning van de stroom te veranderen, met behulp van een apparaat genaamd transformator. Energiebedrijven besparen op deze manier veel geld, met behulp van zeer hoge voltages om vermogen over lange afstanden te verzenden.

Hoe werkt dit? Nou, laten we zeggen dat je een energiecentrale hebt die 1 miljoen watt aan vermogen kan produceren. Een manier om die kracht over te brengen zou zijn om 1 miljoen ampère te sturen op 1 volt. Een andere manier om het te verzenden zou zijn om 1 ampère naar 1 miljoen volt te sturen. Voor het verzenden van 1 ampère is slechts een dunne draad nodig en tijdens de overdracht gaat er niet veel energie verloren aan warmte. Het verzenden van 1 miljoen ampère zou een enorme draad vereisen.

Dus energiebedrijven zetten wisselstroom om naar zeer hoge voltages voor transmissie (zoals 1 miljoen volt), en laten deze vervolgens terugvallen naar lagere spanningen voor distributie (zoals 1000 volt) en uiteindelijk tot 120 volt in het huis voor de veiligheid. Zoals je je misschien kunt voorstellen, is het een stuk moeilijker om iemand te doden met 120 volt dan met 1 miljoen volt (en de meeste elektrische sterfgevallen worden tegenwoordig volledig voorkomen met behulp van GFCI-stopcontacten). Lees voor meer informatie over Power Roosters.

Er is nog één groot elektrisch concept over dat we niet hebben besproken: aarding.

Tesla, Topsy en Edison

Een bittere rivaliteit tussen op elektriciteit gebaseerde onderleggers klinkt misschien fictief, maar de spanning tussen Thomas Edison en Nikola Tesla was reëel. Tesla verdedigde wisselstroom, terwijl Edison erop stond dat het te gevaarlijk was. De enige slachtoffers in deze 'oorlog van stromingen' waren de dieren die Edison publiekelijk geëlektrocuteerd had met het hoogspanningssysteem van Tesla om zijn punt te bewijzen. De vroege slachtoffers waren honden en katten, maar Edison schakelde uiteindelijk een olifant uit genaamd Topsy [bron: Ruddick].

Elektrische grond

Voedingsdistributiesystemen maken vaak verbinding met de grond. Let op de draad die langs de zijkant van de pool in deze foto loopt.

Voedingsdistributiesystemen maken vaak verbinding met de grond. Let op de draad die langs de zijkant van de pool in deze foto loopt.

Wanneer het onderwerp elektriciteit opkomt, zult u vaak horen over elektrische aarding of gewoon aarding. Een elektrische generator zegt bijvoorbeeld: "Zorg dat u vóór gebruik op een aardeaansluiting klikt" of een apparaat waarschuwt: "Niet gebruiken zonder een geschikte ondergrond."

Het blijkt dat het energiebedrijf de aarde gebruikt als een van de draden in het energiesysteem. De planeet is een goede geleider en hij is enorm, dus het is een handige terugweg voor elektronen. "Aarde" in het elektriciteitsnet is letterlijk de grond die overal om je heen is als je naar buiten loopt. Het is het vuil, rotsen, grondwater enzovoort.

Als je naar een elektriciteitspaal kijkt, zul je waarschijnlijk een blote draad zien die langs de zijkant van de paal komt. Dit verbindt de aarddraad van de antenne rechtstreeks met de aarde. Elke nutspool op de planeet heeft een dergelijke draad. Als je ooit ziet hoe het energiebedrijf een nieuwe paal installeert, zul je zien dat het uiteinde van die kale draad wordt geniet in een spiraal aan de basis van de paal. Die spoel staat in direct contact met de aarde zodra de paal is geïnstalleerd en wordt ondergronds begraven op een diepte van 2 tot 3 meter. Als u een paal zorgvuldig onderzoekt, ziet u dat de aardingsdraad die tussen de polen loopt, aan deze directe verbinding met aarde is bevestigd.

Op dezelfde manier is er in de buurt van de stroommeter in uw huis of appartement een 2 meter lange koperen staaf in de grond gedreven. De aardingspluggen en alle neutrale stekkers van elk stopcontact in uw huis maken verbinding met deze stang. Ons artikel How Power Grids Work spreekt hier ook over.

Ontdek de links - op de volgende pagina om nog meer te leren over elektriciteit en zijn rol in technologie en de natuurlijke wereld.


Video Supplement: Elektriciteit - Introductie spanning, stroomsterkte en weerstand.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com