Elektriciteit is overal om ons heen, bijvoorbeeld in lampen, computers, smartphones en zonnepanelen. Maar ook in de natuur komt elektriciteit voor: denk aan bliksem. Zelfs het menselijke en dierlijke zenuwstelsel werkt met kleine elektrische signalen.
Op deze pagina lees je:
- Wat elektriciteit is en hoe het werkt
- Hoe elektriciteit ontstaat
- Welke toepassingen elektriciteit kent
Wat is elektriciteit?
Elektriciteit heeft twee betekenissen die dicht bij elkaar liggen:
- Elektriciteit is een verzameling natuurkundige verschijnselen die verband houden met de stroom van elektrische lading, elektrische velden en elektromagnetisme.
- Elektriciteit is een vorm van energie die voortkomt uit de beweging van elektronen.
Het woord elektriciteit is afgeleid van ‘elektron’, het Griekse woord voor barnsteen. Met zo’n steen kan door middel van wrijving statische elektriciteit worden opgewekt.
Hoe werkt elektriciteit?
Elektriciteit werkt pas als er een gesloten ‘stroomkring’ is. Die zit soms goed verborgen. Neem een televisie die met een kabel aan het stopcontact hangt: in die kabel zit de hele stroomkring, al kun je dat van buiten niet zien.
In een elektriciteitskabel zitten minimaal twee stroomdraden:
- Een om de elektrische stroom te transporteren naar de televisie (de aanvoerdraad van de stroom)
- En een draad om elektrische stroom weer terug te brengen naar het stopcontact (de afvoerdraad van de stroom)
In veel kabels zit ook een aardedraad. Die geeft stroom een veilige weg naar de aarde als er een defect optreedt, zodat de aardlekschakelaar de groep kan uitschakelen.
Het bewegen van elektrische deeltjes (elektronen) in een stroomkabel gaat razendsnel, maar als de elektronen niet kunnen rondstromen, heb je geen elektriciteit.
Elektronen zijn onzichtbare deeltjes met een negatieve elektrische lading. Ze stromen van een plaats waar veel elektronen zijn (de minpool) naar een plek waar juist weinig elektronen zijn (de pluspool).
In schema’s wordt de stroom meestal andersom getekend, van plus naar min. Dat heet de conventionele stroomrichting, een afspraak van voor de ontdekking van het elektron. Voor het rekenwerk maakt het niets uit, maar het verklaart waarom de pijl in een schema de andere kant op wijst dan de elektronen zelf gaan.
Hoe ontstaat elektriciteit?
Elektriciteit kan op verschillende manieren ontstaan, worden gemaakt of worden opgewekt. Een veelvoorkomende manier is door middel van een elektriciteitscentrale, bijvoorbeeld in een:
- Kolencentrale
- Gascentrale
- Oliecentrale, al komt die in Nederland nauwelijks voor
- Kerncentrale
- Biomassacentrale
Deze elektriciteitscentrales werken als volgt:
- In de centrales wordt een brandstof ingezet om warmte te genereren, bijvoorbeeld door het verbranden van gas of door middel van een kernreactie
- De warmte wordt gebruikt om water te verwarmen en zo stoom op te wekken
- De stoom bevindt zich onder zeer hoge druk en kan zo worden gebruikt om een turbine te laten draaien
- De bewegingsenergie van de turbine drijft een generator aan die de energie omzet in een elektrische stroom
Elektriciteit kan ook worden opgewekt op andere manieren, bijvoorbeeld met een windmolen of waterkrachtcentrale. Wind of water wordt dan als bewegingsenergie ingezet om stroom op te wekken. Dit gebeurt dan vaak met behulp van een dynamo, net als die op een fiets, maar dan groter.
In een zonnepaneel worden fotonen van de zon gebruikt om elektronen in beweging te brengen. Er ontstaat een positieve lading bovenop de zonnecel en een negatieve lading eronder. Deze gelijkstroom wordt vervolgens met een omvormer omgezet in wisselstroom.
Dat verschil zit zo. Bij gelijkstroom lopen de elektronen steeds dezelfde kant op, zoals in een batterij of een accu. Bij wisselstroom wisselt de richting vijftig keer per seconde, en dat is wat er uit je stopcontact komt. Wisselstroom is makkelijker over grote afstanden te transporteren, omdat je de spanning met een transformator omhoog en omlaag kunt brengen.
Natuur
Ook in de natuur kan elektriciteit ontstaan. Denk aan de bliksem. Een onweerswolk heeft als gevolg van allerlei processen in de lucht een positieve lading gekregen aan de bovenkant en een negatieve lading gekregen aan de onderkant. Dat verschil moet natuurkundig gezien worden opgeheven. Er vindt een ontlading plaats in de vorm van bliksem.
Welke toepassingen kent elektriciteit?
Tegenwoordig werkt bijna alles om ons heen op elektriciteit. Elektriciteit kan dan ook worden gebruikt voor allerlei verschillende toepassingen:
- Verlichting, bijvoorbeeld de straatverlichting of de lampen thuis
- Verwarming, bijvoorbeeld in je auto of met een straalkachel
- Koeling, bijvoorbeeld in een koelkast of met een airconditioning
- Voor het gebruik van huishoudelijke apparaten via het stopcontact, zoals een stofzuiger, wasmachine of droger
- Voor de stroomvoorziening van computers en machines
- Voor het opslaan van energie, bijvoorbeeld in de accu van je telefoon of in een elektrische auto
- Voor de stroomvoorziening van het openbaar vervoer, denk aan het trein- en metronetwerk
Rekenen met elektriciteit
In de elektriciteitsleer wordt onderscheid gemaakt tussen:
- De elektrostatica: de studie van statische elektrische ladingen
- De elektrodynamica: de studie van bewegende elektrische ladingen (stroom)
Je kunt op verschillende manieren rekenen met elektriciteit. Daarvoor zijn vier begrippen van belang.
Stroomsterkte
Zoals eerder besproken, gaat de elektrische lading in een gesloten stroomkring van het ene naar het andere punt.
De stroomsterkte wordt gebruikt om de grootte van een elektrische stroom uit te drukken. Het zegt iets over de hoeveelheid elektrische deeltjes die zich bewegen. De eenheid is de ampère, met symbool A. De grootheid stroomsterkte zelf krijgt in formules het symbool I.
Lees ook: uitleg over stroomsterkte en ampère
Spanning
Spanning, ook wel voltage, is het elektrische potentiaalverschil tussen twee punten: het verschil in potentiële elektrische energie per eenheid lading. Je kunt het zien als de duw achter de lading. Hoe groter die duw, hoe meer stroom er bij dezelfde weerstand gaat lopen. De eenheid is de volt, met symbool V. De grootheid spanning krijgt in formules het symbool U.
Weerstand
Ieder materiaal heeft een bepaalde weerstand. Dat zegt iets over de energie die nodig is om de elektronen ergens doorheen te laten bewegen, ofwel hoe goed een materiaal geleidt. Hoe groter de weerstand, hoe beter een materiaal isoleert. De eenheid is de ohm, met symbool Ω.
Spanning, stroomsterkte en weerstand hangen samen in de wet van Ohm: spanning (U) = stroomsterkte (I) x weerstand (R). Bij een gelijkblijvende spanning loopt er dus minder stroom naarmate de weerstand groter is.
Materialen die goed isoleren zijn bijvoorbeeld rubber, plastic, lucht, keramiek of glas. Metalen geleiden juist goed. Zilver geleidt het best, gevolgd door koper, goud en aluminium. In de praktijk liggen er koperen en aluminium kabels, want zilver en goud zijn daarvoor veel te duur.
Vermogen
Als de spanning en stroomsterkte bekend zijn, is het mogelijk om het vermogen te berekenen:
- Vermogen (in watt) = spanning (in volt) x stroomsterkte (in ampère)
Lees ook: voorbeelden van vermogen berekenen
Gevaren van elektriciteit
Elektriciteit kan erg gevaarlijk zijn als deze door het menselijk lichaam stroomt. Spieren kunnen verkrampen. Bij hogere amperages kan zelfs de hartspier verkrampen wat de dood tot gevolg kan hebben.
De vuistregel is dat stroom vanaf 10 mA en 45 Volt gevaarlijk is. Stroom vanaf 100 mA kan dodelijk zijn. Hoe gevaarlijk de elektriciteit daadwerkelijk is hangt echter af van een groot aantal andere factoren:
- Hoe je lichaam de stroom geleidt. Als je op een rubberen zool staat, geleidt de stroom minder goed. Is je lichaam nat, dan geleidt hij juist veel beter.
- Met welk oppervlak je contact maakt met een stroombron
- Hoe lang je contact maakt met een stroombron
Prijs elektriciteit vergelijken
Voor de elektriciteit die je thuis gebruikt, betaal je een prijs per kilowattuur (kWh).
Deze prijs is opgebouwd uit:
- Vaste leveringskosten (vastrecht)
- Variabele (kale) leveringskosten, het bedrag per kWh
- Energiebelasting per kWh
- Netbeheerkosten voor het transport van stroom naar je huis. Dat is een van de grootste vaste posten op de rekening
- De vermindering energiebelasting, een vast bedrag dat jaarlijks van je rekening af gaat
- Btw over het hele bedrag
Het loont om de prijs van elektriciteit te vergelijken bij verschillende energieleveranciers.