Alle
stoffen die we kennen, zijn uiteindelijk opgebouwd uit een negentigtal
mogelijke bouwelementen : de atomen.
Deze elementen kunnen we niet verder delen.
Atomen voegen zich samen tot moleculen. Eén molecule water bezit nog alle
eigenschappen van water (H2O).
Als we deze molecule splitsen, dan krijgen we twee atomen waterstof (H)
en één atoom zuurstof (O). Deze
afzonderlijke atomen hebben zelf heel andere eigenschappen dan water.
(ill)
Een atoom bestaat zelf ook nog uit vele deeltjes. De belangrijkste voor ons zijn de kern en de elektronen.
Rond de kern, die bestaat uit protonen en neutronen,
vliegen de elektronen in verschillende banen met grote snelheid, net als de
planeten rond de zon. De uiterste
punten van de banen die een elektron volgt, zouden we kunnen verbinden en
voorstellen als een bol : dit noemen we een elektronenschil. Het zijn de elektronen op de buitenste schil
die het elektrisch gedrag van het atoom bepalen.
(ill)
Protonen en elektronen trekken elkaar aan omdat ze een verschillende lading hebben. Een proton heeft evenveel positieve lading als een elektron negatieve lading, ook al is een proton tweeduizend maal zo zwaar. De neutronen zijn elektrisch neutraal : ze hebben geen lading.
Het atoom zelf is neutraal, omdat de som van de
negatieve ladingen gelijk is aan de som van de positieve ladingen van de kern.
Door de aantrekkingskracht van de kern vliegen de
elektronen niet zomaar weg, maar vliegen rond in banen.
Daar protonen zeer klein zijn en geconcentreerd zijn
in een massieve kern en daar elektronen zelfs nog kleiner zijn en zich op enige
afstand van de kern rondbewegen, bestaat een atoom merkwaardig genoeg vooral
uit lege ruimte.
Elk element
heeft zijn eigen aantal protonen, neutronen, elektronen en
elektronenschillen. Zo heeft
waterstof (H) geen neutronen en slechts
één elektron dat om slechts één proton cirkelt. Een koolstofatoom (C) heeft zes protonen, zes neutronen en zes
elektronen.
Als een
atoom één of meer elektronen bijkrijgt, dan heeft dat atoom een negatieve
lading, vermits er nu meer elektronen dan protonen zijn. We noemen dit atoom dan een negatief ion.
Als een atoom één of meer elektronen verliest, dan
krijgt dat atoom een positieve lading, daar er nu meer protonen dan elektronen
zijn. We spreken van een positief ion.
Een ion is dus een elektrisch geladen atoom, omdat het teveel of te weinig elektronen heeft.
Een
elektrische stroom is een beweging van elektrische ladingen.
Gaat die door vaste stoffen, dan is het een beweging van elektronen. Gaat die door een vloeistof, dan is het een beweging van ionen.
Deze
beweging of verplaatsing van elektronen kan alleen als deze worden losgemaakt
op de buitenste elektronenschillen van de atomen. Dit kan bvb. door verhitting, bestraling of wrijving.
Een elektrische stroom is dus een verplaatsing van
vrijgemaakte of vrije elektronen doorheen een vaste stof.
Elektrische
lading krijgt in de elektriciteitsleer het symbool Q en de eenheid is de
Coulomb (afk. C), een maat voor de
hoeveelheid verplaatste elektronen.
Eén Coulomb vertegenwoordigt een verplaatsing van 1019/1,6
elektronen.
Geleiders bestaan uit een stof waarin gemakkelijk elektronen worden vrijgemaakt en waarin dus elektrische stroom kan vloeien.
De meeste metalen zijn goede geleiders omdat ze op
hun buitenste schil minder dan vier elektronen hebben, die gemakkelijk worden
losgemaakt, zodat ze door het metaal vloeien als er een spanning op wordt
uitgeoefend.
De beste geleider is zilver maar men neemt koper
voor het elektriciteitsnet, dat is goedkoper en het is ook een goede
geleider. Een isolator of niet-geleider
bestaat uit een stof waarin zeer weinig elektronen kunnen vrijgemaakt worden.
Het koper in een elektriciteitsdraad is een geleider
en het rubber of plastic omhulsel is een isolator.
(ill)
Hoe brengen we nu een elektrische stroom op gang, zodat we hem nuttig kunnen gebruiken voor de verlichting, de radio, enz. ?
Als A
positief en B negatief geladen lichamen zijn, dan trekken deze elkaar aan door
het verschil in lading.
(ill)
Er is een
spanning tussen A en B omdat de elektronen van B naar A willen, van een plaats
van teveel naar plaats van te weinig.
Als we nu A met B verbinden door een geleider, dan
zullen de elektronen van B naar A stromen tot er evenveel elektronen zijn in A
en B en de lading dus gelijk is. Op dat
moment is er ook geen stroom meer.
Een lamp kan alleen blijven branden als de stroom
blijft vloeien en de spanning of het ladingsverschil blijft bestaan. Dit kan alleen als er een kracht is die uit
A evenveel elektronen wegneemt en naar B terugvoert als dat er van B naar A
vloeien. Deze kracht noemen we de
elektromotorische kracht of E.M.K., letterlijk : de kracht die de elektronen
voortbeweegt.
Deze kracht duwt de vrije elektronen van het eerste
atoom opzij naar het volgende atoom, maar het kan ook één van de reeds
aanwezige elektronen zijn die wordt uitgestoten.
De stroom vloeit in een kring van A naar B, een
afspraak die binnen de natuurkunde
gemaakt werd naar analogie met andere natuurkundige verschijnselen.
(ill)
De
verbruiker zet de aangevoerde energie om in de gewenste vorm : licht, warmte,
beweging, enz.
De spanning (U) drukt men uit in Volt (V).
De
stroomsterkte (I) is de hoeveelheid elektrische lading (Q) die er per seconde
door de doorsnede van een geleider vloeit.
De eenheid is de Ampère (A).
Een stroomsterkte van l Ampère verplaatst een lading
van l Coulomb op l seconde tijd door een geleider.
Omdat men in
de elektriciteit veel werkt met veelvouden van eenheden zoals bvb. kiloVolt
(kV), milliAmpère (mA) e.a., vindt u hieronder een tabel met veel gebruikte
veelvouden.
(ill)
Elke stof biedt
weerstand aan de elektrische stroom. De
atoomkernen proberen immers hun elektronen vast te houden en om elektronen vrij
te maken, is er energie nodig.
De weerstand van een toestel is de verhouding tussen
de spanning over het toestel en de stroomsterkte door het toestel (Wet van
Ohm).
Hoe hoger men de spanning opvoert bij een bepaalde
weerstand, hoe groter de stroomsterkte.
Hoe kleiner de weerstand bij een bepaalde spanning, hoe groter de
stroomsterkte, enz.
De eenheid van weerstand is de Ohm, symbool W.
Een spanning van l Volt die een stroomsterkte van l
Ampère veroorzaakt, ondervindt een weerstand van de kring en de verbruiker van
l Ohm.
De
weerstand van stoffen hangt van allerlei factoren af, zoals het soort
materiaal, de doorsnede en de lengte van de geleider, de temperatuur, de
spanning, de verlichtingssterkte, de druk, de stroomzin, mechanische
vervorming, het magnetisch veld.
Een toepassing van een weerstand is de smeltzekering
:
(ill)
Elke
oorzaak die een lichaam dat in rust is, in beweging brengt, of aan een lichaam
dat al in beweging is, een verandering aanbrengt.
Kracht is gelijk aan massa maal versnelling. De eenheid is Newton (N).
Om eenzelfde snelheid te behouden, is er dus
theoretisch geen kracht nodig.
(ill)
Een kracht die
een lichaam doet bewegen, levert arbeid.
Arbeid is de verplaatsing van een kracht (F) over
een afstand, bvb. door duwen, trekken of tillen.
De eenheid is de Joule.
Als u een steen vasthoudt zonder hem te verplaatsen,
zegt de natuurkunde dus dat u geen arbeid verricht !
Arbeid kan zich
uiten in verschillende vormen. Energie
is het in staat zijn om voorwerpen te verplaatsen of om arbeid te verrichten.
Elektrische energie kan zich omzetten in warmte- of
lichtenergie, of in mechanische, magnetische of scheikundige energie. Ook het omgekeerde is mogelijk.
Een batterij zet chemische energie om in
elektrische. Een krachtstation zet
warmte-energie door verbranding van fossiele brandstoffen om in mechanische
energie in de turbine, die de generator aandrijft die elektrische energie
opwekt, waarmee we een boormachine kunnen gebruiken (mechanische energie) of
een licht aansteken (licht-energie).
Energie kan
men niet vernietigen, men kan ze alleen omzetten in andere energie. Dit is de wet van het behoud van energie.
Het vermogen van een toestel vertelt ons wat dit toestel aankan, hoeveel arbeid het kan leveren per tijdseenheid. Het is de energie die een spanningsbron moet leveren om een stroom te laten vloeien.
Het elektrisch vermogen (P) is evenredig met de
spanning (U) en de stroomsterkte (I).
De eenheid is de Watt.
Als u een stofzuiger heeft met een vermogen van
2200W bij een netspanning van 220V, dan zal deze maximaal 10A nemen.
Het
elektrisch energieverbruik is de arbeid (W) geleverd door een elektrische
stroom. Deze is rechtevenredig met het
vermogen en de tijd. De eenheid is de
Joule.
Een vermogen van lW dat geleverd wordt gedurende l
seconde, heeft een arbeid teweeggebracht (verbruik) van l Joule.
Daar de Joule een heel kleine eenheid is, gebruikt
men in de praktijk een andere eenheid, nl. de kiloWattuur (kWh) :
1
kWh = 1000Wh = 1000W.3600s = 3600000 J
Als we nu eens
één en ander op een rijtje zetten en een eenvoudige elektrische stroomkring
bekijken :
(ill)
1.
In
de bron, bvb. een accu, generator, enz., wordt een vorm van energie (chemische,
mechanische, magnetische,…) omgezet in elektrische energie.
Het verschil in lading van
de polen van de bron veroorzaakt een spanning U, uitgedrukt in Volt. De elektromotorische kracht zorgt ervoor dat
de spanning blijft bestaan, zodat er zowel binnen als buiten de bron een stroom
kan blijven vloeien.
2.
De
vrijgemaakte elektronen op de buitenste schillen van de atomen verplaatsen zich
door de
geleider, bvb. een koperdraad.
3.
Deze
elektrische stroom I, uitgedrukt in Ampère, kunnen we aanzetten of onderbreken
door een
schakelaar s en ze vloeit van + naar -.
4.
De
verbruiker zet de elektrische energie om in warmte, licht, mechanische, magnetische
of
chemische energie.
Een
verbruiker biedt weerstand (R) aan de stroom, uitgedrukt in Ohm. Ook de kring zelf biedt
altijd
een zekere weerstand.
Het
vermogen (P) van een verbruiker, uitgedrukt in Watt, vertelt hoeveel arbeid deze kan leveren
in een
bepaalde tijdsduur en is rechtevenredig met de spanning en de stroomsterkte.
|
Grootheid |
Symbool |
Eenheid |
Symbool |
|
|
|
|
|
|
lading |
Q |
Coulomb |
C |
|
stroomsterkte |
I |
Ampère |
A |
|
spanning |
U |
Volt |
V |
|
weerstand |
R |
Ohm |
W |
|
vermogen |
P |
Watt |
W |
|
arbeid |
W |
Joule |
J |
|
energie |
E |
Joule |
J |
|
kracht |
F |
Newton |
N |
|
tijd |
t |
seconde |
s |
|
verplaatsing |
s |
meter |
m |
|
massa |
m |
kilogram |
kg |
|
versnelling |
a |
meter/seconde/seconde |
m/s2 |
I = Q/t
U =
R.I R=U/I I = U/R
P = U.I
W = F.s F = m.a
P = W/t W = P.t
Bij gelijkstroom bewegen de elektronen in dezelfde zin : van – naar + in de bron en van + naar – in de kring. Gelijkstroom kort men af tot DC, uit het Engels ‘Direct Current’.
Bij wisselstroom vloeit de stroom in de kring ook
van + naar -, maar de polariteit van de klemmen van de bron wisselt
voortdurend. De elektronen bewegen zich
afwisselend voor- en achterwaarts langs de geleider. Wisselstroom kort men af tot AC, uit het Engels ‘Alternating
Current’.
Voor het
industrieel net gebruikt men wisselstroom, vooral omdat het gemakkelijk
transporteerbaar is zonder groot verlies in tegenstelling tot gelijkstroom en
omdat het makkelijk transformeerbaar is tot zeer hoge waarden (bvb.
honderdduizenden Volt) over lange afstanden.
Transformators verlagen die dan weer voor huishoudelijk gebruik.
Bij transport van 220V over lange afstanden, van de
centrale naar de woning, zouden de leidingen gloeiend heet worden en een groot
deel van de energie zou verloren gaan.
Mede daarom gebruikt men een zeer hoge wisselspanning met een veel
lagere stroomsterkte, waardoor dit verschijnsel niet optreedt.
Voorbeeld van een constante gelijkstroom (batterij) :
(ill)
De stroomsterkte van 5A blijft op elk willekeurig
moment hetzelfde.
Voorbeeld
van een wisselstroom (huishoudelijk net van 50Hz) :
(ill)
De periodetijd T is de tijd nodig voor l cyclus,
d.w.z. 1 stroomverandering van + naar -.
De frequentie f van een wisselstroom is het aantal
cycli per seconde, dus het aantal keer per seconde dat de stroomzin verandert
van + naar -. De frequentie drukt men
uit in Herz (Hz).
T = 1/f f = 1/T
De periodetijd van 1 cyclus bij 50Hz is dus
0,02s. De stroomzin verandert dus 50 keer
per seconde van + naar -.
Tegelijk met de wisseling van de stroomzin gebeurt
ook een spanningswisseling, die niet plotseling gebeurt, maar geleidelijk
verandert van bvb. –22OV naar +220V en terug.
Als we op
elk ogenblik in een cyclus telkens de stroomsterkte meten en de bekomen waarden
uitzetten op een grafiek met een X-as voor de tijd in seconde en loodrecht erop
een Y-as voor de stroomsterkte in Ampère, dan krijgen we een golvende lijn als
we alle waarden verbinden, de beroemde en gevreesde sinuslijn.
Als we wisselstroom of –spanning meten met een
Ampère- of Voltmeter, duidt het toestel steeds de effectieve waarde aan. Een gelijkstroom van 12A en een wisselstroom
met een effectieve waarde van 12A hebben hetzelfde effect op de verbruiker.
In werkelijkheid gaat een gloeilamp bij AC 100 maal
per seconde aan en uit, vermits de stroomsterkte in elke cyclus 2 maal het
nulpunt bereikt.
De weerstand bij AC noemt men impedantie. De weerstand van de geleiders en verbruikers
tegen wisselspanning is groter dan tegen gelijkspanning.
·
De cel of galvanisch element
:
Levert een constante
gelijkstroom. De cel zet chemische
energie om in elektrische energie.
Levert een stroomsterkte uitgedrukt in mA. Ook primaire cel genoemd.
·
Batterij :
Wordt gevormd door een
aantal in serie geplaatste primaire cellen.
(ill)
·
Dynamo :
Is een generator met vaste
elektromagneten. Zet opgewekte
wisselstroom om in pulserende gelijkstroom.
·
Generator :
Genereert of wekt
elektriciteit op. Een magnetisch veld
heeft de eigenschap om over een elektrische draad of spoel die zich in dat veld
bevindt, een spanning op te wekken, die een elektrische stroom
voortbrengt. Dit is het
werkingsprincipe van een generator.
Deze heeft meerdere spoelen
van draadwindingen, geplaatst zoals de spaken van een wiel en om ijzeren kernen
gewonden die zorgen voor een grotere concentratie van de magnetische
krachtlijnen, die ze snijden.
(ill)
·
Spoel of wikkeling :
Bestaat uit meerdere
windingen van een draad rond een cilinder of plaat, bvb. in een transformator
of een halogeenlamp.
·
Transformator :
Zet wisselspanning om van
hoge naar lagere waarden of omgekeerd d.m.v. spoelen. Tegelijkertijd zal hij de wisselstroom verlagen of verhogen.
·
Condensator
:
Bestaat uit twee geleidende
platen, door een isolator van elkaar gescheiden, waarop een zekere hoeveelheid
elektriciteit kan opgeslagen worden via een kortstondige stroom. Deze hoeveelheid elektriciteit is de
capaciteit van een condensator.
Het elektrisch veld tussen
de platen houdt de ladingen op hun plaats.
Men kan een condensator
gebruiken als kortsluiting voor hoge frequenties, bvb. in filters om hoge en
lage tonen te splitsen. In de
autotechniek worden ze gebruikt om vonken te vermijden. Men vindt ze ook in radio’s.
·
Oscillator :
Is een circuit, bestaande
uit een inductiespoel en een condensator, dat oscillaties of trillingen van
elektronen opwekt. Deze wisselende
stromen worden in een radiostation naar de zendantennes gevoerd voor het opwekken
van de draaggolven die men naar de ontvangstantenne wil uitzenden. Door de waarde van de spoel of de
condensator te veranderen, regelt men de frequentie.
In de plaats daarvan kan een
radio echter ook een kwartskristal bevatten, dat op een bepaalde frequentie
mechanisch trilt, naargelang de afmeting van het schijfje kwartskristal. Dit heeft het voordeel van een veel betere
weerklank voor de frequentie waarop het is afgestemd.
Aarding van de
elektrische installatie, gecombineerd met de verliesstroomschakelaars,
beschermt ons bij onrechtstreeks contact wanneer zich bij een toestel een
storing voordoet.
Elke elektrische leiding moet verplicht een
beschermingsgeleider bevatten, die we kunnen herkennen aan de geel/groene kleur
van de isolatie van de kabel.
Ook alle toestellen moeten op de aarding aangesloten
zijn.
Verder
maakt men een zgn. ‘equipotentiale verbinding’ tussen de hoofdaarding en alle
metalen delen van de woning, zoals geraamten, centrale verwarming, metalen
badkuipen, water- en gasinstallaties. Deze
voorkomt het ontstaan van een gevaarlijke spanning tussen twee massa’s die men
tegelijk zou kunnen aanraken.
De aarding heeft betrekking op de elektrische
toestellen en de equipotentiale verbindingen op alle metalen delen van de
woning.
Verder zijn er de automatische
differentieelschakelaars die de stroom uitschakelen als er zich een
stroomverlies voordoet in de kabels, draden, toestellen of naar een levend
wezen.
Rond de kern
van een atoom draaien elektronen, die zelf echter ook nog eens rond hun eigen
as wentelen. Hierdoor wordt het
magnetisme, de eigenschap van sommige stoffen om andere stoffen aan te trekken,
opgewekt.
Zo’n elektron noemen we een magnecule.
Natuurlijke
magneten vindt men bvb. terug onder de vorm van ijzererts. Magneetsteen is een vorm van zwart
ijzeroxide.
De meeste magneten worden echter kunstmatig
magnetisch gemaakt.
Klassieke
vormen zijn de staaf-, de naald-, de hoef- en de ringmagneet.
(ill)
Elektromagneten zijn magnetisch gemaakt d.m.v. elektrische stroom.
Als het
magnetisch gemaakte materiaal zijn werking behoudt, spreken we van permanente
magneten.
Ferromagnetische stoffen zijn stoffen die door een magneet worden
aangetrokken zoals bvb. ijzer, staal, nikkel, kobalt en hun legeringen.
Niet-magnetische stoffen zijn bvb. koper, mangaan, zilver, cadmium,
lood.
De bekendste toepassing van magnetisme is wel het
kompas.
Als we een
glazen plaat op een magneet leggen en we strooien ijzervijlsel op de plaat,
merken we een aantal zaken op :
(ill)
· Aan de uiteinden van de
magneet is de aantrekkingskracht het grootst.
Deze uiteinden noemen we de polen.
· Eén pool wijst altijd naar
het aardrijkskundige noorden : deze pool is de noordpool van de magneet. De andere pool wijst naar het
aardrijkskundige zuiden en is de zuidpool van de magneet.
· Beide polen hebben dezelfde
poolsterkte of magnetische massa. Er is
bijna geen magnetische werking in het midden van de staaf. De magnetische veld- of krachtlijnen lopen
buiten de magneet van noord naar zuid en erbinnen van zuid naar noord. Ze volgen de weg van de minste
weerstand. Het magnetisch veld breidt
zich uit om de hele magneet, dus driedimensionaal.
· Twee zuidpolen of twee
noordpolen stoten elkaar af; een zuidpool en een noordpool trekken elkaar
aan. Dit is de polariteit. Als we een magneet doormidden zagen,
ontstaan twee nieuwe magneten, elk met hun eigen noord- en zuidpool.
· Met een magneet kunnen we
een andere magneet maken door met een uiteinde van de magneet over het andere
materiaal bvb. een stuk ijzer, steeds in dezelfde richting te strijken.
Verhitten en schokken kunnen de magnetische werking vernietigen.
(ill)
Als we een
staafmagneet zo ophangen dat hij vrij kan bewegen, zal de noordpool zich altijd
naar het magnetische noorden van de aarde richten. De aarde is zelf een reusachtige magneet. De oorsprong van het magnetisch veld rond de
aarde kan men nog niet goed verklaren.
De pool van
de staafmagneet of kompasnaald die ‘het noorden zoekt’ wijst dus naar het magnetische
noorden van de aarde. Aangezien alleen
ongelijke polen elkaar aantrekken, betekent dit dat er eigenlijk een zuidpool
is op de plaats die men gemakshalve het magnetische noorden noemt.
Het magnetische noorden en zuiden vallen niet samen
met de aardrijkskundige noord- en zuidpool.
De hoek tussen de aardrijkskundige en magnetische meridiaan noemt men de
declinatie. Bovendien verandert de
plaats van de magnetische polen elk jaar.
Volgens
bevindingen van de Franse geleerde de Coulomb, is de kracht die twee
magneetpolen op elkaar uitoefenen afhankelijk van de poolsterkte (magnetische
massa m) van de magneetpolen, van de afstand tussen de twee polen en van de
doorlaatbaarheid van de middenstof waar ze zich in bevinden.
De aantrekkingskracht (F) drukt men uit in Newton en
de poolsterkte (m) in Weber. De
veldsterkte (H) drukt men uit in Newton/Weber.
De magnetische flux (F) drukt de sterkte uit van een magnetisch veld doorheen een oppervlakte. Men kan zich dit voorstellen als het totaal aantal veld- of krachtlijnen dat aan de noordpool buitengaat, zich in de ruimte verspreidt en terug aan de zuidpool binnenkomt.
De flux wordt bepaald door de veldsterkte (H), de
oppervlakte (A) en de absolute doorlaatbaarheid van de middenstof (m).
Naargelang de aard van de stof kan deze in meer of mindere mate de
magnetische krachtlijnen bundelen.
De inductie (B) is de sterkte van een magnetisch veld per vierkante meter.
De inductie in bvb. ijzer is veel groter dan die in
lucht, gezien de grotere doorlaatbaarheid van ijzer.
Magnetisch
materiaal kan ook verzadigd raken als men de veldsterkte opdrijft. Op dat moment kunnen er a.h.w. geen veld- of
krachtlijnen meer bij en is de maximale inductie bereikt.
Een oude eenheid voor inductie is Gauss (Gs) : 1T
(Tesla) = 10.000Gs.
|
Grootheid |
Symbool |
Eenheid |
Symbool |
|
|
|
|
|
|
Veldsterkte |
H |
Newton
per Weber |
N/Wb |
|
Flux |
F |
Weber |
Wb |
|
Inductie |
B |
Tesla |
T = Wb/m2 |
|
Aantrekkingskracht |
F |
Newton |
N |
|
Poolsterkte of magnetische massa |
m |
Weber |
Wb |
|
Oppervlakte |
A |
Vierkante meter |
m2 |
|
Absolute doorlaatbaarheid van de middenstof |
m |
Henry per vierkante meter |
H/m2 |
H = F/m
F = m.H.A
B = F/A = m.H.A/A = m.H
Als we rond
een stroomvoerende geleider ijzervijlsel strooien, dan vormt dit concentrische cirkels rond
de geleider in een vlak loodrecht op de geleider. Dit is de proef van Oersted.
(ill)
De
veldsterkte in een punt rond een lange rechtlijnige geleider waar elektrische
stroom doorvloeit, wordt bepaald door de stroomsterkte en de afstand van het
punt op een cirkelomtrek tot de geleider.
Hoe groter de stroomsterkte en hoe kleiner de
afstand tot de geleider, hoe sterker het magnetisch veld.
De
magnetische veldsterkte in een spoel is afhankelijk van de stroomsterkte, de
lengte en diameter van de spoel, en het aantal windingen van de spoel.
Hoe meer windingen op een spoel, hoe sterker het
magnetisch veld ! Elke winding is
a.h.w. een schijfvormige magneet.
(ill)
D.m.v. de
magnetische eigenschappen van elektrische stroom is het mogelijk elektrische
energie om te zetten in mechanische.
Het omgekeerde is echter ook mogelijk : mechanische
energie omzetten in elektrische. Zo
vond Faraday in de vorige eeuw de dynamo uit, nu generator genoemd, een
belangrijk element in de stroomvoorziening.
Hierbij
brengt men een geleider of een spoel in een magnetisch veld tussen de polen van
een magneet. Deze beweging of
fluxverandering veroorzaakt een spanning die in een gesloten stroomkring een
elektrisch stroom voortbrengt.
De grootte van de opgewekte spanning is afhankelijk
van het aantal windingen, de poolsterkte en de snelheid van de fluxverandering.
Het
natuurlijk magnetisme is te zwak om in de praktijk te kunnen gebruiken. Het elektromagnetisme wordt echter veel
gebruikt.
Enkele toepassingen vinden we bij de
elektromagnetische bel, hefmagneten, beveiliging, relais en contactoren,
luidsprekers, meetinstrumenten, de elektrische motor, de wisselstroomgenerator
en de gelijkstroomgenerator, die de opgewekte wisselspanning omzet in
gelijkspanning door een systeem van koperen lamellen.
Een
eenvoudige transformator bestaat uit twee afzonderlijke spoelen van geïsoleerd
koperdraad gewonden om dezelfde ijzeren kern.
Elke spoel behoort tot een afzonderlijk circuit.
(ill)
De
wisselstroom door de primaire spoel zorgt voor een magnetisch veld rond die
spoel. De secundaire spoel bevindt zich
in het magnetisch veld van de primaire spoel.
Dit veld induceert een wisselspanning.
De spanning is recht evenredig met het aantal
windingen. Heeft de secundaire spoel
100 keer zoveel windingen als de eerste, dan is de spanning ook 100 keer zo
groot, maar de stroomsterkte 100 keer zo klein als het vermogen hetzelfde blijft.
Op dit principe berust de stroomtoevoer van het
elektriciteitsnet. Een transformator
verhoogt de spanning waardoor de stroomsterkte vermindert, zodat de
elektriciteit vervoerd wordt zonder veel energieverlies door verhitting van de
geleiders. Aan het einde van de leiding
wordt de spanning weer verlaagd door andere transformatoren voor industrieel of
huishoudelijk gebruik.