Inzicht in elektrische stroomstromen in circuits
Voor de meeste mensen is elektriciteit een mysterieuze kracht die op de een of andere manier op magische wijze verschijnt wanneer we een lichtschakelaar omdraaien of een apparaat aansluiten. Maar hoewel de wetenschap achter de stroom van elektriciteit erg complex is, zijn de basisprincipes van elektrische stroom, of stroom, gemakkelijk te begrijpen als je enkele belangrijke termen en functies leert. Het helpt ook om de stroom van elektriciteit door draden te vergelijken met de stroom van water door buizen. Hoewel de analogie niet perfect is, zijn veel kenmerken van elektrische stroom in circuitdraden vergelijkbaar met de stroom water in een sanitairsysteem.
- 01
Bewegende elektronen
Wat we elektrische stroom noemen, vindt plaats op deeltjesniveau tussen de atomen van een geleidend materiaal - in een huishoudelijk circuit, dit is de koperen bedrading. In elk atoom zijn er drie soorten deeltjes: neutronen, protonen (die een positieve elektromagnetische lading dragen) en elektronen (die een negatieve lading dragen). Het belangrijke deeltje hier is het elektron, omdat het de unieke eigenschap heeft dat het zich van zijn atoom kan scheiden en naar een aangrenzend atoom kan bewegen. Deze stroom van elektronen zorgt voor elektrische stroom: de sprong van negatief geladen elektronen van atoom naar atoom.
Hoe generatoren werken
Wat stuurt de elektronen in beweging? De fysica is gecompliceerd, maar in wezen wordt elektrische stroom in circuitdraden mogelijk gemaakt door een nutsgenerator (een turbine aangedreven door wind, water, een atoomreactor of verbrandende fossiele brandstoffen). In 1931 ontdekte Michael Faraday dat elektrische ladingen ontstaan wanneer een materiaal dat elektriciteit geleidt (metaaldraad) wordt verplaatst binnen een magnetisch veld. Dit is het principe waarmee moderne generatoren werken: de turbines - of ze nu worden aangedreven door vallend water of stoom die door kernreactoren wordt gecreëerd - draaien enorme spoelen van metaaldraad in gigantische magneten, waardoor elektrische ladingen gaan stromen.
Nu dit enorme elektrische veld van positieve en negatieve ladingen tot stand is gebracht, komen de elektronen in de draden door het elektriciteitsnet in actie en beginnen ze in cadans met het elektrische veld te stromen. Wanneer u een lichtschakelaar omdraait of een lamp of broodrooster aansluit, tapt u in feite op een grote stroom van elektronen die in het hele elektriciteitsnet wordt getrokken en geduwd door elektriciteitsgeneratoren die zich honderden kilometers verderop bevinden.
Elektrische generatoren worden soms vergeleken met waterpompen: ze wekken geen elektriciteit op (net zoals een waterpomp geen water maakt), maar ze maken de stroom van elektronen mogelijk.
- 02
Stroom = stroom van elektriciteit
De term stroom verwijst naar de eenvoudige stroom van elektronen in een circuit of elektrisch systeem. U kunt elektrische stroom ook vergelijken met de hoeveelheid of het volume water dat door een waterleiding stroomt. Elektrische stroom wordt gemeten in stroomsterkte of ampère.
AC vs. gelijkstroom
Elektrische stroom bestaat in twee soorten: wisselstroom (AC) en gelijkstroom (DC). Technisch gezien vloeit gelijkstroom slechts in één richting, terwijl wisselstroom van richting verandert. In alledaagse termen is wisselstroom de vorm van door een generator gecreëerde elektriciteit die lampen, apparaten en stopcontacten in uw huis aanstuurt, terwijl gelijkstroom de vorm is van stroom die door batterijen wordt geleverd. Uw zaklampen zijn bijvoorbeeld gelijkstroomsystemen, terwijl de stopcontacten in uw huis een wisselstroomsysteem gebruiken.
Veel hernieuwbare energiebronnen, zoals zonne- en windgeneratoren, produceren gelijkstroom die wordt omgezet in wisselstroom voor gebruik in huis. De accu van een auto is een gelijkstroomsysteem dat wordt gebruikt om de motor te starten, maar zodra de motor is gestart, heeft het elektrische systeem van de auto een dynamo die wisselstroom begint te genereren om de verschillende systemen te laten werken.
- 03
Spanning = druk
Het helpt ook om de stroom van elektriciteit door draden te vergelijken met de stroom van water door buizen.Spanning, ook wel elektromotorische kracht genoemd, wordt vaak gedefinieerd als de druk van de elektronen in een systeem. Het kan worden vergeleken met de waterdruk in een buis. De standaardcircuits in uw huis voeren ofwel ongeveer 120 volt (het werkelijke voltage kan variëren van ongeveer 115 tot 125 volt) of 240 volt (het werkelijke bereik: 230 tot 250 volt). De meeste verlichtingsarmaturen en stopcontacten worden gevoed door circuits van 120 volt, terwijl drogers, reeksen en andere grote apparaten doorgaans circuits van 240 volt gebruiken.
- 04
Wattage = debiet
De term wattage verwijst naar de snelheid waarmee elektrische energie wordt gedissipeerd of verbruikt. De totale hoeveelheid verbruikte elektriciteit door het elektrische systeem in uw huis is te lezen via het nutsbedrijf de elektrische meter. Het wordt gemeten in kilowattuur of 1000 wattuur, en dat is hoe u wordt gefactureerd.
Elk elektrisch apparaat, zoals een verlichtingsarmatuur of apparaat, heeft een verbruik gemeten in watt. Een gloeilamp van 100 watt die 10 uur brandt, verbruikt bijvoorbeeld één kilowattuur elektriciteit.
Amps, volt en watt bestaan in een wiskundige relatie met elkaar, uitgedrukt als volgt: watt = volt x ampère
Als een apparaat een vermogen heeft van 120 volt en 10 ampère, verbruikt het maximaal 1200 watt wanneer het in bedrijf is: 120 volt x 10 ampère = 1200 watt.
- 05
Ohm = weerstand
Ohm is de meting van weerstand tegen de stroom van elektronen door een geleidend materiaal. Hoe hoger de weerstand, hoe lager de stroom elektronen. Deze weerstand zorgt ervoor dat er een bepaalde hoeveelheid warmte in het circuit wordt gegenereerd. De reden dat een föhn bijvoorbeeld hete lucht blaast, is de weerstand in de interne bedrading, die warmte afgeeft. En het is de weerstand in de kleine draadjes van een gloeilamp die ervoor zorgt dat hij opwarmt en gloeit met licht. Het is ook weerstand die een verlengsnoer oververhit kan raken als het wordt gebruikt op een apparaat dat te veel stroom verbruikt.
In circuitbedrading kan te veel weerstand een circuit overbelasten en een elektrische brand veroorzaken. Omdat slechte verbindingen veroorzaakt door zaken als losse schroefklemmen en corrosie waarschijnlijk de boosdoeners zijn, moeten elektrische verbindingen regelmatig worden gecontroleerd om de veiligheid in een elektrisch systeem te garanderen.
