www.stroomopwaarts.be Š Stroom-Opwaarts 2010 Concept en realisatie: Link Inc, www.linkinc.be Š Illustraties: Sam De Buysscher Grafische vormgeving: Zeppo, www.zeppo.be ISBN 9789081398206 NUR 231, 257 Stroom-Opwaarts is een campagne van Vormelek op initiatief van zijn sociale partners om jongeren de weg te laten vinden naar de elektrotechnische sector. Verantwoordelijke uitgever: Hilde De Wandeler, vzw Vormelek, Marlylaan 15, 1120 Brussel Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.
akken gekregen, jongere p te k ic k o tr k le E Je hebt ek voor elke o b e o d o tr k le e e t. het geweldig iteit de mĂ x vind ic tr k le e ie d 4 1 n tussen 9 e
1
Maxim Elektrokick trakteert jou op toffe proefjes waar je heel wat van opsteekt op mega-interessante info en keileuke weetjes over alles wat met elektriciteit te maken heeft
Met Elektrokick doe je waar JIJ zin in hebt lees het van voren naar achteren of van achteren naar voren kijk alleen naar de prentjes, als je dat het fijnste vindt doe de proefjes en anders niks bekijk alleen de pagina’s waar iets roods op staat draai de bladzijde om, altijd als je het woordje ‘moeten’ tegenkomt ...
duinen, om te een boek om in te gras Kortom, Elektrokick is te maken. en en om plezier mee et ni ge te n va om n, verslinde
2
Op jouw boeiende ontdekkingstocht tussen elektronen, kerstboomlichtjes en ‘elektrische’ kippenmest krijg je het gezelschap van het driekoppige elektroteam, Maxim, Lisa en Arthur.
arthur
lisa
Maxim, Lisa en Arthur gaan samen met jou aan het experimenteren ontrafelen voor jou de geheimen achter elektriciteit stellen je voor aan coole vrouwen en mannen die van elektriciteit hun vak gemaakt hebben trekken speciaal voor jou in hun tijdscapsule naar het verleden op zoek naar ontdekkingen en uitvindingen ...
Waarschuwin g
!
Lach nooit m et Maxim. Hij bedoelt h et écht goed.
3
Kan een ballon licht maken ? Ja! Dan moet die wel elektrisch geladen zijn en contact maken met een andere geladen ballon. Ga mee op ontdekkingsreis in de boeiende wereld van de statische elektriciteit en je zult het helemaal begrijpen.
4
t i z t i e t i c i r t Elek r u u t a n e d n i r a a m o z n) acte
pcont o t s in n e e ll a us niet
(en d
Al eens meegemaakt? Je raakt een auto aan en – au! – een schok. Of je kamt je haren en plotseling staan die steil overeind. Dat zijn twee voorbeeldjes van statische elektriciteit. Wat voor iets is dat nou? Wel, je haren, de kam en de auto bevatten atomen. Die bestaan uit een kern waarrond energiedeeltjes, elektronen heten die, razendsnel vliegen. Als twee voorwerpen tegen elkaar wrijven, verhuizen elektronen van het ene naar het andere voorwerp. We zeggen dan dat ze elektrisch geladen worden. Als ze elektronen kwijt zijn, hebben ze een positieve lading. Negatief zijn ze geladen als ze er elektronen hebben bij gekregen. Positieve en negatieve Ik zie geen voorwerpen trekken elkaar Tuurlijk niet, Maxim. Die zijn piepklein. Zo’n elektronen? aan, gelijke ladingen stoten elduizend miljard elektronen op een rijtje zijn nog kaar af. Dat verklaart waarom korter dan de breedte van een speldenkop. je haren van elkaar ‘weglopen’, 10 quadriljard* elektronen wegen samen 1 gram. en de kam je haren aantrekt.
* Wist je dat je 27 (!) nullen nodig hebt om 1 quadriljard te schrijven? Voor 1 miljoen, toch ook al een groot getal, volstaan 6 nullen ...
5
ET DOE H
ZELF
Zoek de volgende spullen bijeen: ballon trui of wollen doek een waterkraan
n e g e w e b Laat water llon a b n e e t e m
1
Voer deze 4 stappen uit 2
1
Blaas de ballon op. 2 Wrijf met de ballon over je trui of over de wollen doek. 3 Laat de kraan zachtjes lopen. 4 Breng de ballon langzaam naar het waterstraaltje. Als de ballon het waterstraaltje nadert, er loopt het water niet me n. verticaal naar benede van t kan de ’ Het ‘stroomt dus akt de ballon op en ma een boogje.
Je hebt de ballon langs je trui of met een wollen doek opgewreven. Hierdoor is de ballon statisch geladen. Het water voelt zich door die lading aangetrokken en stroomt daarom niet meer recht naar beneden.
6
3
4
BLIKSEM
er hangt elektriciteit in de lucht
Donderwolken zitten tjokvol ijskristallen en waterdruppels, die hevig heen en weer bewegen. Daardoor ontstaat wrijving en ontwikkelt zich statische elektriciteit. Als al die opgebouwde elektrische energie vrijkomt, krijg je bliksem. Meestal volgt er nog een stevige donderslag.
Bij onweer ga je snel door de knieĂŤn! Je bent buiten en plotseling steekt er een onweer op. Wat doe je? Zorg ervoor dat de bliksem jou niet uitkiest als bliksemafleider. In een stad loop je nauwelijks gevaar, maar in een open vlakte of op een waterplas is dat anders. Zoek een veilige plaats op (dus zeker geen boom!). Als die er niet is, ga je snel op je hurken zitten, je legt je armen rond je knieĂŤn, houdt je hoofd omlaag en vermijdt zoveel mogelijk contact met de grond.
De technicus bliksembeveiliging Grotere gebouwen, zoals bedrijven, fabrieken, ziekenhuizen, bejaardentehuizen en hotels, worden goed beschermd tegen blikseminslag. Dat gebeurt onder andere met systemen die de bliksem te slim af zijn. De technicus bliksembeveiliging weet perfect hoe hij die moet installeren en afstellen.
7
Stel je voor dat elektriciteit niet bestond
5 7 –5 6
Je maakt je huiswerk bij kaarslicht. Gezellig. Maar achteraf lekker ontspannen tv kijken of wat chatten, vergeet het maar. Geen probleem, denk je, dan ga je toch gewoon naar de voetbaltraining. Leuk in de zomer, maar vervelend in de winter, wanneer het al vroeg donker is. Probeer dan maar eens een goede pas te geven.
Elektriciteit heeft haar naam gekregen van de oude Grieken oude Griek Thales van Milete was een wijze Hij ontdekte die rond 600 voor Christus leefde. andere lichte dat een bepaalde steen haren en t is opgewreven. voorwerpen aantrekt, als hij eers n, in het Grieks stee De naam van deze steen: barn
Zin in een uitdaging? Ga na bij welke van je activiteiten op een doordeweekse dag elektriciteit nodig is. Hoe zou je leven eruitzien zonder elektriciteit? Wat kun je blijven doen, wat moet je anders aanpakken en wat moet je helemaal opgeven?
elektron genoemd. n dat statische Vele eeuwen dachten de geleerde bij enkele elektriciteit alleen maar voorkwam ide het ingroe w eeu 16e steensoorten. Pas in de h kunnen trisc elek zicht dat bijna alle voorwerpen worden geladen.
8
n e e t s r o o h c s s k e i r b a De f n e d u o h n schoo In heel wat schoorstenen hangt een elektrisch geladen draad. Als de rook door de schoorsteen omhoog stijgt, trekt de draad de deeltjes naar zich toe, veroorzaakt polarisatie en kan zo beletten dat ze de buitenlucht vervuilen.
Zin in een lekker potje polarisatie? Neem een kam, jouw haren (of een wollen doek als je je kapsel niet wilt verknoeien) en enkele kleine stukjes papier.
Laad de kam elektrisch op door hem door je haar te halen of er met een wollen doek over te wrijven. Ga met de kam langs de stukjes papier.
Als het papier licht genoeg is, wordt ĂŠĂŠn kant van de snippers aangetrokken door de kam. Handig, want zo kun je met de kam alle stukjes oprapen.
Je hebt net kennisgemaakt met het verschijnsel polarisatie.
Door al dat gekam of gewrijf is de kam negatief geladen. Wanneer de kam in de buurt komt van de papiersnippers, duwen de negatieve ladingen (kam) de elektronen (papier) weg. Gevolg: alle positieve ladingen komen op een hoopje te zitten aan die kant van het papier die het dichtst bij de kam zit. Het papier is niĂŠt geladen, want de totale lading is niet veranderd. Wel is er nu een scheiding van ladingen. Die noemen we polarisatie. Het deel dat positief geladen is, voelt zich nu onweerstaanbaar aangetrokken door de negatieve kam.
9
Ik vind polarisatie een heel mooi woord. Persoonlijk gebruik ik het een paar keer per dag. Een leven zonder polarisatie zou ik me niet kunnen voorstellen.
AI!
De verfspuit maakt gelijkmatig verven poepsimpel
De veiligheidshelm Lekker stoer, zo’n helm. Maar vooral superveilig. Elektriciens werken vaak op werven, dat zijn plekken waar er gebouwen worden opgetrokken. En net daar komen al wel eens stenen of andere zware voorwerpen naar beneden gedonderd. Elektriciens zijn wijze mensen en nemen geen onnodige risico’s. Altijd helmpje op dus als ze op een werf aan de slag gaan.
In de verfspuit zit een pienter mechanisme: het oppervlak dat je moet verven, krijgt een elektrische lading mee, en de verf net de tegenovergestelde lading. Positief en negatief trekken elkaar aan. Gevolg: de verfdruppeltjes worden mooi gelijk verdeeld. 10
Hoe komt het dat een ballon licht kan maken? Blader eens terug naar pag. 5 (Elektriciteit zit zomaar in de natuur) en neem er de uitleg over de bliksem (pag. 7) nog eens bij. Dan vind je het antwoord op deze vraag zeker. Zal ik je helpen? Wel, een ballon die je over je trui wrijft, wordt opgeladen. Hou die tegen een andere opgeladen ballon. Dan ontstaan kleine vonkjes.
Tip!
emakkelijk Dit kun je g een donkere uittesten. In k, eens zo leu kamer is dit kjes un je de von want dan k goed zien.
? u n t e h e snap j 11
Een bananenbatterij, bestaat dat? Nee! Nogal wiedes dat een bananenbatterij niet bestaat. Zink-, lood-, cadmium- of kwikbatterijen, diĂŠ bestaan. En niet te vergeten, de citroenbatterij.
12
e i m e h c t u e h c s e k n i fl t i Een e t i c i r t k e l e r o o v t g r zo Elektronen die op stap gaan noemen we elektriciteit.. Wrijving is ĂŠĂŠn manier om elektronen in beweging te zetten. Chemie is een andere. Een chemische reactie is niks anders dan stoffen die met elkaar in de clinch gaan. Hun elektronen beginnen rond te toeren en we krijgen stroom. Anders gezegd: chemische energie wordt omgezet in elektrische energie. En dat is precies wat in een batterij gebeurt. De metalen in een batterij, zoals kwik en cadmium, reageren op elkaar. Daardoor komen aan de min-pool elektronen vrij, aan de plus-pool worden elektronen gebonden. Dat het er wild aan toegaat in een batterij, merk je pas als je ze in een apparaat steekt, een zaklamp bijvoorbeeld: de elektronen kunnen nu naar hartelust van de min-pool naar de plus-pool stromen en laten de lamp branden.
Ik heb net flink gebakkeleid met een kwikelektron. Cool!
13
ET DOE H
ZELF
Zoek de volgende spullen bijeen: 1 citroen een stukje koperdraad of een muntje van 5 eurocent een stukje ijzerdraad of een paperclip een koptelefoon (geen draadloze!)
e j e o h f l e z Ontdek t i u t i e t i c i r t elek st r e p n e o r t i c een 1
Voer deze 3 stappen uit 1
Steek de koperdraad en de ijzerdraad in de citroen. 2 Zet de koptelefoon op je hoofd. 3 Hou de plug van de koptelefoon tegen de twee draden.
2
Je hoort nu ge
kraak.
Om een led-lampje te laten branden, heb je drie citroenen nodig.
3
Voor een iPod 33 000 citroenen. En voor een laptop moet je 650 000 citroenen in huis halen.
14
Het zuur van de citroen en de twee metalen, koper en ijzer, werken op elkaar in en veroorzaken een chemische reactie. En er ontstaat stroom! Vandaar dat gekraak.
Batterijen steken
overal hun neus in
Er zit een batterij in je horloge, in je gsm, in de afstandsbediening, in het hoorapparaat van je opa, in laptops, in iPods, ... kortom, in alle apparaten en toestellen die stroom nodig hebben en niet (voortdurend) met een stopcontact verbonden zijn. Batterijen heb je in alle soorten en gewichten. Zo zijn er platte knoopbatterijtjes voor je horloge. Met stevige, zware exemplaren kun je dan weer je draagbare radio laten spelen.
Zeg niet zomaar batterij tegen een accu.
Een batterij en een accu doen net hetzelfde: chemische energie omzetten in elektriciteit. Maar ze zijn samengesteld uit andere materialen.
15
Gooi lege batterijen nooit in de vuilbak! Ondertussen heb je wel begrepen dat een batterij tjokvol metalen zit, zoals cadmium en kwik. Van een chemische reactie zou anders geen sprake zijn. Lege batterijen horen dus niet bij het gewone afval maar bij het klein chemisch (of gevaarlijk) afval.
AI! 1800 1
1800 1
Wat dode kikkers met batterijen te maken hebben
In 1800 wist signor Volta al hoe hij elektriciteit kon opwekken. Maar eigenlijk snapte hij niet zo goed waar hij mee bezig was.
Italiaan die Luigi Galvani (1737-1798) was een het dat hij op kikkers bestudeerde. En zo kwam dode kikvors in een dag het zenuwstelsel van een ende metalen. contact bracht met twee verschill verklaring Warempel! De poten bewogen. Zijn triciteit. “Onelek tten hiervoor: dode dieren beva ook al een 27), zin�, zei Alessandro Volta (1745-18 had alles te maItaliaan. Dat die poten bewogen, ar aanraakten. ken met de twee metalen die elka Hij begon lustig De kikker deed er verder niet toe. se te bewijzen. te experimenteren om zijn hypothe toch niet er kikk Maar algauw merkte hij dat de maar vies hij d onbelangrijk was. Dode kikkers von vochtig schijfje en daarom verving hij ze door een van de batterij watten. Met succes! Het principe . 1800 ijven was ontdekt. We schr
16
Pas in 1916 bewijst ene mister Tolman dat elektrische stroom is samengesteld uit elektronen.
e r a b d a a l Her n e j i r e t t a b r naar huis an wee
n ga De elektrone
Hersteller van elektrische en elektronische apparatuur
Ik heb een fantàstisch plan. Ik ga een wegwerpbatterij opladen.
AA
AA
ALAKALINE BATTERY
ALAKALINE BATTERY
MN1500 LR6
MN1500 LR6
AA
ALAKALINE BATTERY
ALAKALINE BATTERY
MN1500 LR6
AA
MN1500 LR6
Oh nee! Het beeld van de tv valt weg. Net op het spannendste moment van de film. Wat nu? Roep hulp in, maar niet zomaar van om het even wie. Het is de hersteller voor elektrische en elektronische apparatuur die je moet hebben. Dat is de elektrotechnische superman die defecten opspoort én herstelt in alle mogelijke elektrische en elektronische apparaten die je bij je thuis aantreft: tv’s, wasmachines, vaatwassers, radio’s, koffiezetmachines, gsm’s, iPods, dvd-spelers, noem maar op. Elektronicasystemen kunnen onderling soms erg verschillen. Daarom specialiseert deze vakman zich vaak in bepaalde merken of in specifieke toestellen.
Als de chemische reacties in een batterij stoppen, zeggen we dat de batterij leeg is. Natuurlijk zitten alle chemische componenten er nog in, maar ze reageren onderling niet meer. In een herlaadbare batterij kun je weer leven krijgen: plaats ze in een batterijlader en steek die in het stopcontact. De elektrische spanning forceert de elektronenstroom nu in omgekeerde richting en de batterij geeft weer stroom.
17
Da’s een fantastisch slécht plan! Want grote kans dat je wegwerpbatterij dan explodeert.
r e t e m i t l u De m Bij de proef op pag. 14 heeft het gekraak in de koptelefoon ‘verraden’ dat er stroom door de citroen loopt. Je had het ook anders kunnen aanpakken. Met een multimeter bijvoorbeeld. Hou elk meetsnoer tegen één van de metalen elementen die in de citroen steken. Dan kun je meteen aflezen hoeveel stroom er vloeit.
In Oxford laten twee batterijen een bel
al bijna 170 jaar rinkelen
Ik gebruik mijn multimeter ook altijd om spanning en weerstand te meten. Dat vind ik toch zó gemakkelijk!
In de hal van een laboratorium van de universiteit van Oxford staat een bel. Die rinkelt al bijna 170 jaar. Onafgebroken. In 1840 is de bel aangesloten op twee krachtige zink-zwavelbatterijen. En die doen het nog altijd.
Al 170 jaar lijkt in Oxford de speeltijd nog maar nét te beginnen. Cool.
18
Bijt es in een banaan Proef je iets zuurs? Nee. Daarom kun je met een banaan geen batterij ineensteken. De zure smaak van citroenen, sinaasappels en sommige appelen komt van een stof die stevig reageert als ze in aanraking komt met metalen. De elektronen zetten zich in beweging ĂŠn we krijgen elektriciteit.
Chemie doet de auto starten Je stapt in de auto, draait de contactsleutel om en de motor slaat aan. Tenminste, als de accu opgeladen is. Maar hoe gebeurt dat eigenlijk, een auto-accu opladen? Simpel, door te rijden. Een accu loopt leeg van lichten die branden, een radio die speelt of de gps die de weg wijst. Maar wat als de accu van de auto leeg is? Dan kun je toch niet opladen door te gaan rijden, want de auto start dan zelfs helemaal niet. Geen paniek, pomp gewoon de energie over uit een andere auto-accu. Daarvoor gebruik je startkabels.
? u n t e h e j snap 19
Komt er elektriciteit uit kippenmest? Ja Natuurlijk denk je nu dat die stroom erg stinkt. Maar dat heb je lekker mis.
20
, e m s i t e n g a m n e t i e t i Elektric n e d n e i r v e k twee dik Wist je dat je elektriciteit kunt opwekken met een magneet? Nee? Da’s vreemd, want je hebt het zeker al eens gedaan. Door te fietsen. Hoog tijd om de dynamo van je fiets aan een onderzoekje te onderwerpen. Als je die uit elkaar haalt, merk je dat daar een magneetje in zit. Dat magneetje komt in beweging wanneer jij trapt en de wielen laat draaien. In de koperen spoel rond het magneetje ontstaat nu elektriciteit. Want het draaiende magneetje zet de elektronen in de koperen spoel nu in beweging. En wat is elektriciteit anders dan elektronen die bewegen? * er.
r alles ov
es je daa
.29 le * Op pag
magneet
Dit heet elektromagnetische inductie.
koperen spoel
21
Elektromagnetische inductie is niet hetzelfde als een ingewikkelde liposuctie.
ET DOE H
ZELF
t e e n g a m Maak een iteit c i r t k e l e p o 1
Zoek de volgende spullen bijeen elektrische 1 stalen nagel 1 batterij draad (4 m) 2 krokodil1 striptang 1 schroeen lenklemm een vendraaier stukje papier enkele plakband paperclips
Jij hebt een echte elektromagneet gebouwd! Proficiat! Als de draad rond de spijker met de batterij verbonden is, loopt er stroom door. Die stroom richt alle deeltjes in het metaal van de spijker op dezelfde manier. En dan krijg je magnetisme. Het magnetisch effect valt weg wanneer de stroom wegvalt.
Voer deze 5 stappen uit 1
Wikkel het papier rond de spijker en kleef het vast met plakband. Strip de elektrische draad aan de uiteinden (op 5 à 10 cm). Wikkel de draad rond de spijker (eerst van boven naar beneden, dan van beneden naar boven en nog eens van boven naar beneden). Begin bij 15 à 20 cm. Opgelet! Er mogen geen openingen zijn. Met de krokodillenklemmen verbind je de uiteinden van de draad met de batterij. Hou de paperclips nu vlak bij de spijker.
2
3
2
4
5
De paperclips worden – pats! – ! aangetrokken en blijven hangen Koppel de draad nu los van de de batterij. Wat merk je? Inderdaad, los. ct dire en paperclips kom
3
4
5
22
7
Elektriciteitscentrales doen het met
2 8
reuzendynamo’s
1
Elektriciteitscentrales zijn fabrieken waar stroom wordt opgewekt. Niet om één simpel fietslampje te laten branden, maar om àlle bedrijven, huizen, scholen en ziekenhuizen in de buurt van elektriciteit te voorzien. Toch werkt de centrale net zoals het fietslicht: met een dynamo. Deze dynamo is wel oneindig veel groter en heet ook anders: alternator of generator. En nee, er zitten geen duizenden mensen zich in het zweet te trappen om die reuzendynamo’s te laten ronddraaien. De bewegingsenergie is hier afkomstig van brandstof, zoals gas en aardolie.
3 4
5
Het geheim van de klassieke elektriciteitscentrale helemaal ontrafeld 1 De aangevoerde brandstof wordt verbrand. Zo ontstaat in de verwarmingsketel 2 grote hitte, die water omzet in stoom. Door de druk van de stoom begint de turbine 3 te draaien en wordt de generator 4 in gang gezet. De beweging van de generator wekt elektriciteit op. Die gaat door de transformator 5 en vindt via de elektriciteitsdraden de weg naar fabrieken, bedrijven, scholen en huizen. Om de afvalstoffen van het verbrandingsproces af te voeren heeft elke elektriciteitscentrale een schoorsteen 7 . Langs de koeltoren 8 verdwijnt de hitte van de stoom.
23
00 1 3 11888 331 0 11
Magneten ontketenen een revolutie!
Draai 60 minuten licht bij elkaar
nag in 1831 (al kan het eve Op een zonnige lented cht bra ) zijn t ees rfstdag gew goed een miezerige he in eet gn ma een Faraday de Engelsman Michaël magneet heen en weer. die og wo be een spoel en ël uit. ktriciteit!”, riep Micha “Jeetje, er ontstaat ele Hij had ontdekt dat = elektriciteit !
Ken je de dynamo-led-zaklamp? Da’s een zaklamp die licht geeft als jij er stevig in knijpt. De lamp werkt dus zoals je fietslicht: jij zorgt voor beweging (trappen op de fiets of knijpen in de lamp), daardoor gaat de magneet draaien en wordt elektriciteit opgewekt. Er bestaan ook zaklampen die licht geven als je aan een hendeltje draait. Eén minuutje draaien is goed voor één uur licht. Draaien maar!
beweging + magneet
ogeleid tot een heuse rev Zijn ontdekking heeft aal sch te idelijk hoe op gro lutie. Want nu was du ssant n geproduceerd. Intere rde elektriciteit kon wo . Al en nn ezi ook voor huisg voor de industrie, maar sche lgi Be de r geveer 1920 voo duurde het nog tot on die rd we st Eer . eit hadden gezinnen thuis elektricit aan s tje lle Sti g. verlichtin alleen gebruikt voor de istellen, zoals naaimach toe he isc ktr begonnen ele . en do te intrede nes en strijkijzers, hun
24
Residentieel elektrotechnisch installateur Residentieel komt van het Franse woord résidentiel. Et dat wil dire: ‘wat betrekking heeft op een woning’. Alors, een residentieel elektrotechnisch installateur is een elektricien die elektrische installaties legt in huizen en appartementen. De vakman dus die bij jou over de vloer komt, als nieuwe stopcontacten nodig zijn, als de installatie moet worden vernieuwd of als de zekeringkast beschadigd is. Het is een echte creatieveling die goed logisch kan nadenken. Want elk elektrisch probleem gaat hij eerst te lijf met zijn grijze hersencellen. Pas dan haalt hij zijn gereedschap boven om het defect te herstellen.
Wat is het tegengestelde van gelijkstroom?
Ongelijkstroom, natuurlijk!
Sufferd! Wisselstroom!
Over gelijkstroom en ongelijk... euh ... wisselstroom Op pag. 13 heb je geleerd dat er zoiets bestaat als een positieve en een negatieve lading en dat tegengestelde ladingen elkaar aantrekken. Nu gaan we nog een stapje verder: in een elektrische installatie met een vaste positieve en een vaste negatieve pool loopt de stroom altijd in dezelfde richting en ontstaat gelijkstroom. Als in de installatie de positieve en de negatieve pool variëren, krijgen we wisselstroom: de stroom verandert aldoor van richting. In een stopcontact is er wisselstroom: de polen veranderen wel 50 keer per seconde.
25
De striptang Heb je de proef op pag. 22 uitgevoerd? Dan heb je de striptang al vastgehad. Met deze tang verwijder je het omhulsel van een draad. Zonder striptang kan ik ĂŠcht niet leven.
Red onze planeet!
r en Gebruik wate
wind
Om elektriciteit te maken hebben we beweging nodig. In de klassieke elektriciteitscentrales komt die van verhit water, stoom dus, die opgewekt is door de verbranding van grote hoeveelheden gas of aardolie. Maar deze brandstoffen raken langzaam uitgeput. Gelukkig zijn er ook andere stoffen die bij verbranding hitte veroorzaken en die onuitputtelijk zijn. Huishoudafval bijvoorbeeld of suikerbieten. Dit zijn biobrandstoffen. En waarom zou alleen stoom beweging kunnen veroorzaken? De wind kan dat even goed. Water trouwens ook. Je moet het dan wel eerst opslaan met een dam.
26
Waarom komt er stroom uit kippenmest? Lees pagina 26 er nog eens op na. Ook kippenmest is biobrandstof. Zo komt het dus dat kippen het milieu een handje helpen telkens als ze gaan waar de keizer te voet gaat. *
Krokodillenklem
ier om te nte man a g le . e n wc gaan * Da’s ee naar het e z t a d n zegge
Wil je iets voor even vastklemmen, dan is dit precies wat je nodig hebt. GeĂŻnspireerd op het niet zo elegante, maar erg praktische gebit van onze vriend de krokodil.
27
Is elektriciteit krÊk hetzelfde als stroom? Nee Stroom is elektriciteit die rondjes draait. Er bestaat ook elektriciteit die stilstaat. Die noemen we statisch. Je hebt er al kennis mee gemaakt (van pag. 4 tot 11). Het is een leuk natuurverschijnsel, maar doet geen lampen branden of laadt geen gsm’s op. Elektriciteit waar beweging in zit, kan dat allemaal wel.
28
n a d s r e d n a s t e i n s i m n Stroo e n o r t k e l e e k j i l r u u t n o av Je weet ondertussen al dat er positieve en negatieve ladingen bestaan. Nu gaan we een stapje verder: elk voorwerp bestaat uit minuscuul kleine deeltjes, atomen. In zo’n atoom zit een kern waarrond een pak elektronen rondjes draaien. De kern is positief geladen, de elektronen hebben een negatieve lading. Tegengestelden trekken elkaar aan en dus blijven de atoomkern en de elektronen altijd gezellig samen. Behalve de elektronen die in de buitenste cirkel draaien: door de grotere afstand voelen ze zich net iets minder aangetrokken tot ‘hun’ atoomkern en zoeken ze al eens het gezelschap op van een ander atoom. Deze avontuurlijke elektronen noemen we vrije elektronen en zo’n troep rondreizende elektronen heet gewoonweg elektrische stroom. Begrijp je nu wat nodig is voor stroom? Inderdaad, een installatie die de vrije elektronen lustig laat rondtoeren: een stroomkring of circuit.
Yeah! Wat is het fijn om een vrije elektron te zijn. Ik ga en sta waar ik wil maar kijk wel uit voor de bananenschil.
29
ET DOE H
ZELF
Zoek de volgende spullen bijeen 1 stukje karton 1 paperclip 1 schroevenplakband 1 striptang draaier 3 geĂŻso1 lampenhouder iteitsdraric kt leerde ele ) cm 25 den (ca. en nn 2 splitpe men 2 krokodillenklem V 4,5 n va 1 batterij
Je hebt een circuit gebouwd met een stroombron (de batterij) en een stroomverbruiker (de lamp). Als de paperclip de splitpen aanraakt, kan de elektriciteit helemaal rondstromen via de draad. We zeggen dan dat het circuit gesloten is. Haal je de paperclip weg, dan is het circuit open en is er geen stroom meer. De paperclip is eigenlijk een aan-uitknop, of schakelaar.
t h c ĂŠ n e e w Bou n e t i u c r i c h c elektris branden laat de lamp Voer deze 5 stappen uit 1 2
Strip ongeveer 2,5 cm van de elektriciteitsdraad. Verbind batterij, lampenhouder en draden zoals op de tekening. Voor de verbinding tussen draden en batterij gebruik je de krokodillenklemmen. Duw de eerste splitpen door het karton. Maak een paperclip vast aan de tweede splitpen en duw die pen door het karton. Draai het karton om en wikkel een elektriciteitsdraad rond elke splitpen. Buig de splitpennen open en kleef ze met plakband tegen het karton. Duw het losse uiteinde van de paperclip op de kop van de andere splitpen.
1
2
3
4
3
5
ip De lamp brandt! Als je de papercl de gaat , pen split de van lt weghaa lamp weer uit.
4
5
30
Aan of uit:
Krijg je een uitbrander omdat je het licht wéér eens hebt laten branden? Zeg dan: “Sorry dat ik vergeten ben het elektrische circuit te openen.”
schakelaars in alle maten en gewichten In het proefje was onze schakelaar een paperclip. Een beetje een gekke vorm, niet? Ga in je omgeving eens op zoek naar de verschillende soorten schakelaars. Er zijn de typische lichtschakelaars. Je haardroger heeft een schuifschakelaar, waarmee je de temperatuur kunt regelen. Wasmachines zet je aan met een draaischakelaar. En de richtingaanwijzer in een auto is een mooi voorbeeld van een tuimelschakelaar.
Een elektrisch circuit zit vol symbolen Stroomkringen worden altijd uitgetekend. Anders raakt de elektricien algauw de weg kwijt in de wirwar van draden en stroomverbruikers. Bij deze uitgetekende circuits horen vaste symbolen. Dat maakt het tekenen en lezen van zo’n stroomschema veel eenvoudiger.
gelijkstroom
wisselstroom
schakelaar
contactdoos
lichtpunt
bel
wasmachine
koelkast
diepvriezer
kookfornuis
ventilator
vaatwasmachine
ON
OF
F ON
OFF
OFF
ON
ON
OFF OFF F ON OF ON
31
Als je weet dat O in het morsealfabet wordt voorgesteld met --en S met . . .
... sein dan met je zaklamp de noodkreet SOS uit
3 4 8 1 4
:
Schrijven met stroom de telegraaf
97kaan Samuel Morse (17 In 1844 kwam de Ameri en: pp pro de op tje lle toeste 1872) met een handig er een met de gsm nu, kon je de telegraaf. Net zoals een ren. De verzender had boodschap mee verstu elend stroom door te stu schakelaartje om afwiss ng kri de . Als er stroom door ren of tegen te houden re kant een elektromagde liep, drukte aan de an r. puntje in een rol papie neet een streepje of een , eep str ge t maakte een lan Een lange stroomstoo e ntj pu in kle liet maar een een korte stroomimpuls et ab alf een r zijn telegraaf achter. Morse had voo t met ters werden uitgedruk let e all bedacht waarbij nme en nd ko r die manie puntjes en streepjes. Op Al . ren stu ver n odschappe sen op grote afstand bo or do gen van ver n berichte snel werden de papieren n rde we len na sig ktrische radioberichten: de ele e alen (kortere en langer ign ios rad ar na omgezet . lde taa ver en rde tee er no biepjes) die de ontvang
Bij verkeerslichten helpen computers een handje Schakelaars doen ook verkeerslichten aanen uitspringen. Nee, niet met een knopje waarop iemand moet drukken. De ongelukkige met die job zou snel vingerkrampen krijgen en compleet tureluurs raken. Goddank bestaan er schakelingen waarbij computers het werk doen. 32
huizen of zieken n e w u o b orge seerde In kanto utomati oort gea s it d n ca. hete n immoti systeme
De technicus domotica/immotica Verlichting die elke avond automatisch aanspringt, rolluiken die op een vast uur naar beneden gaan of verwarming die uitvalt als je naar buiten gaat: het is allemaal domotica. De specialist die al deze snufjes installeert, is de technicus domotica. Niet te verwonderen dat hij ook kaas moet hebben gegeten van informatica. Want alleen via computerprogrammaatjes ‘weten’ de verschillende toestellen wanneer ze in actie moeten schieten of net moeten stoppen met werken.
HI HI
33
r a a k l e r e Acht r a a k l e t s a of na elingen chak
allels r a p n e erie
– over s
A
B
Heb je je al ooit afgevraagd waarom de héle kerstboomverlichting naar de maan is, als één lichtje stuk is, terwijl de lampen van de kroonluchter in hetzelfde geval dapper licht blijven geven? Het antwoord vind je in de manier waarop de stroomkring geschakeld is: serie of parallel. We zeggen dat toestellen in serie geschakeld zijn, als ze allemaal in een en dezelfde kring zitten. Toestellen die op verschillende kringen zitten, zijn parallel geschakeld. Vergelijk de tekeningen hiernaast en probeer uit te vissen of de lampjes in parallel of in serie geschakeld zijn. Het antwoord staat op zijn kop.
Antwoord De lampjes van de kerstboomverlichting zijn in serie (figuur A) geschakeld. Als eentje de geest geeft, kan de stroom niet door en geeft geen enkel lampje nog licht. De lampen in de kroonluchter zijn parallel (figuur B) geschakeld: ze krijgen elk elektriciteit via een ander kring.
34
Schroevendraaiers en tangen Een beetje elektricien heeft altijd een pak schroevendraaiers en tangen op zak. Bij elke klus haalt hij het meest geschikte exemplaar boven. Want met een minischroevendraaiertje een grote schroef te lijf gaan, begin er maar eens aan. Ook op het vlak van tangen is hij kieskeurig. Zo wil hij alleen met de striptang het omhulsel van een elektriciteitsdraad verwijderen, hij zweert bij de nijp- of trektang om spijkers uit hout te trekken en met de kniptang snijdt hij elektrische draden in stukken.
Als je voor elk karweitje het juiste materiaal gebruikt, wordt het werk een pak eenvoudiger.
Elektriciteit ≠stroom
De computer: diep vanbinnen een simpele jongen Met een computer kun je ingewikkelde dingen doen. Maar wist je dat onder dat stoere uiterlijk een simpele elektrische machine schuilgaat? De computer bestaat uit miljoenen schakelaars die korte stroomstootjes geven. Allemaal samen vormen ze een programma dat moeilijke berekeningen kan maken of jou meeneemt in een opwindend computerspel.
Om iets met elektriciteit te kunnen aanvangen, moet er beweging in zitten. De elektriciteit die zomaar voorhanden is in de natuur, heet niet voor niets statische elektriciteit: die staat helemaal stil. Toch heeft ze ook haar nut, want ze heeft uitvinders en wetenschappers geĂŻnspireerd om op zoek te gaan naar manieren om elektriciteit op te wekken en nuttig te gebruiken.
35
Kan zout een lamp doen branden? Absoluut! Zout is niet alleen lekker (op frietjes bijvoorbeeld), het is ook handig spul. Om ijs en sneeuw te laten smelten, maar ook om elektrische stroom door te geven. Maak in dit hoofdstuk kennis met geleiders en isolatoren en het wordt je allemaal duidelijk.
36
: d n a t s r e e w p o s m o s t i u n e r o Stroom st t a l o s i n e s r e d i e l e g r ove Heb je nog een stuk elektriciteitsdraad over van een van je proefjes? Trek er eens het plastic af. Wat krijg je te zien? Inderdaad, koperdraad. Koper is het ideale transportmiddel voor elektriciteit, want het is een goede geleider. Je herinnert je allicht nog dat stroom bestaat uit elektronen die zich los van hun atomen bewegen. Bij sommige stoffen lukt dat al beter dan bij andere. Bij koper, aluminium en zilver bijvoorbeeld gaat dat erg goed. Daarom zeggen we dat ze geleiders zijn: ze laten de elektriciteit gemakkelijk doorstromen. Stoffen waarbij in de elektronen nauwelijks ‘schwung’ te krijgen is, laten geen stroom door en noemen we isolatoren. Plastic is zo’n isolator. Vandaar de plastic omhulling bij een elektriciteitsdraad: die belet dat je wordt blootgesteld aan de elektrische stroom.
Isolatoren geleiden slecht en hebben dus een hoge weerstand.
Van een stof die goed geleidt, zeggen we dat haar weerstand laag is.
37
ELF
ET Z DOE H
e j f i u n s n e e Laat met n e d n a r b p m zout de la 1
Zoek de volgende spullen bijeen een r een glas met wate ripjes st 2 batterij van 4,5 V s lip metaal of paperc men m kle en ill od ok 2 kr i3 stukjes elektric n ee d aa teitsdr r de ou nh lampe een roerstaafje zout
Voer deze 4 stappen uit 1
2
Gebruik het 1e stukje elektriciteitsdraad om lampenhouder en batterij met elkaar te verbinden; zet de draad vast aan de batterij met de krokodillenklem. Met het 2e stukje draad verbind je de lampenhouder met 1 stripje metaal (of paperclip). Het 3e stukje draad wikkel je rond het 2e stripje metaal (of paperclip). Plaats de 2 metalen plaatjes (of paperclips) in een glas water ZONDER zout en verbind het 2e stripje metaal (of paperclip) met de batterij. Gebruik opnieuw een krokodillenklem. Check of de lamp begint te branden. Giet nu zout in het water.
2
3
3
4
. Het lampje begint nu te branden wat nog dan g Voe jou? bij zo Niet zout toe en roer goed.
Gevaar in de badkamer! Vaarders
Vaarders 1 kg
Dit proefje is safe zolang je het met een simpel glas water uitvoert. Ga vooral niet experimenteren met water in een badkuip of andere grote reservoirs.
1 kg
38
4
Water is geen goede geleider. Daarom brandt het lampje eerst niet. Maar met zout krijg je een ander verhaal: zout laat elektriciteit vlot doorstromen. Het lampje krijgt nu volop elektriciteit en begint te branden.
Dik laat lekker stromen Let buiten eens op de hoogspanningskabels aan elektriciteitsmasten. Die zijn een pak dikker dan dat flinterdunne draadje waarmee jij je proefjes uitvoert. Niet toevallig, want niet alleen de stof bepaalt hoe goed de stroom geleid wordt, ook de afmetingen zijn van tel. Hoe dikker de draad, hoe meer stroom kan vloeien. Die kanjers van draden beschermen met plastic lukt dan ook niet. Porselein en glas zijn voor deze topgeleiders wel prima isolatoren.
Industrieel elektrotechnisch installateur Dat de lopende band in de fabriek blijft rollen, hebben we te danken aan de industrieel elektrotechnisch installateur. Het woord ‘industrieel’ geeft het meteen aan: deze elektrotechnische specialist is van de partij als er in industriĂŤle gebouwen, fabrieken dus, aan elektrische installaties moet worden gewerkt. Dat zijn niet alleen rolbanden en andere machines, maar ook bijvoorbeeld poorten, verwarmingstoestellen en natuurlijk alle verlichtingsapparaten.
39
Ohm breekt de weerstand - en 1854) is een Duitse wis Georg Simon Ohm (1787Die is. md oe gen t een we natuurkundige naar wie zijn – de wet van Ohm. Bij oit no t he dt raa heet – je m Oh eer jnh mi lde ers ste onderzoek naar geleid eft van een stof invloed he d tan ers we de t vast da ijk en -sterkte. Aanvankel op de stroomspanning ngen zeer lauw gereawerd op zijn ontdekki grote wetenschappelijgeerd. Maar toen op een n de elektrische eenhede ke conferentie in 1881 l hij in de prijzen: werden vastgelegd, vie d werd Ohm (Ω) tan ers de eenheid voor we
18
8 0 1
gedoopt.
Wist je dat water meer dan de helft van jouw lichaamsgewicht uitmaakt?
Anders gezegd: het menselijk lichaam is een goede geleider en daarom moeten we goed uit onze doppen kijken als er elektriciteit in de buurt is. Raak bijvoorbeeld nooit een elektrotoestel aan met natte handen en kijk uit voor prikkeldraad die onder stroom staat.
En dat er in dat lichaamsvocht allerhande zouten zitten?
40
Na de superman, nu de supergeleider! Hoe hoger de temperatuur van een geleider, hoe meer de atomen trillen, en hoe moeilijker de elektronen het krijgen om te gaan rondtrekken. Hoe hoger de weerstand dus. Draai die redenering om en je begrijpt meteen dat sommige metalen bij extreme vrieskou heel goed gaan geleiden. Titanium bijvoorbeeld heeft bij een temperatuur van -272,8 °C niks, noppes weerstand. 0 Ohm dus. Wetenschappers zoeken uit alle macht naar nog meer supergeleiders. Die kunnen ervoor zorgen dat bij het stroomtransport over het kabelnetwerk veel minder elektriciteit verloren gaat.
Leg eens een diamant op je tong Stoffen die goed elektriciteit geleiden, geleiden – meestal – ook de warmte goed. Dat verklaart waarom een stoel van aluminium op een zomers terras al snel veel te heet is en ijskoud aanvoelt in de winter. Diamant is de uitzondering op de regel. Het is een goede isolator maar geleidt wel goed warmte. Snode vervalsers gebruiken al eens glas om er een mooie ‘diamant’ mee te maken. Maar een diamantair nemen ze niet in het ootje. Om de echtheid van een steentje te checken, legt hij het op zijn tong. Voelt het koud aan, dan is het echte diamant, in het andere geval is het een mooi stukje glas.
41
De lusterklem, lasdop en steekklem
Trek eens op onderzoek in de doe-hetzelfwinkel. Bestudeer er de gereedschappen in de tuinafdeling en dan in de elektroafdeling. Wat valt op? Inderdaad, je ziet veel meer plastic handgrepen bij het elektrische gerief. Want een elektricien gaat alleen maar aan de slag met geïsoleerde materialen.
Tijd om wat materiaal boven te halen waarmee je draden kunt verbinden. De lusterklem bijvoorbeeld. In de volksmond wordt die ook wel ‘suikertje’ genoemd. Andere handige spullen om draden mee te verbinden, zijn de lasdop en steekklem. De vorm van al deze verbindingsstukken is verschillend, maar ze hebben één ding gemeen: hun stevig geïsoleerde buitenkant. Veiligheid voor alles!
lusterklem 5
eu
ro
E
O D
steekklem
ET
H LF
ZE
DO
EH E
lasdop
42
TZ ELF
TANG
T A N G
Hoe kan het dat zout lampen laat schijnen?
Heb je het proefje op pag. 38 gedaan? Dan heb je gemerkt dat zout een prima geleider is. Zuiver water is een isolator, een soort muur dus die elektriciteit tegenhoudt. Maar los wat zout op in water, en de elektronen kunnen hun tocht weer vrolijk voortzetten. De stroomkring wordt gesloten en de lamp ... die gaat branden.
43
Kan elektriciteit smelten?
Nee Dat is onmogelijk. Maar door elektriciteit gaan soms wel andere dingen smelten. En dat kan gevaarlijk zijn. Verdiep je in de spannende wereld van kortsluitingen en zekeringen.
44
m o o r t s l e e v Te n e k a m n e k kan brok Elektriciteit in een circuit kun je vergelijken met water in een rivier: er kunnen veel of weinig elektronen door het circuit lopen, ze kunnen veel of weinig hindernissen tegenkomen op hun rondrit. En net zoals een kolkend bergriviertje veel gevaarlijker is dan een rustige beek, is een elektrisch circuit waar op korte tijd massa’s elektronen worden doorgejaagd veel linker dan een circuit waar de stroom kalmpjes doorvloeit. Loopt de hoeveelheid stroom te hoog op, dan spreken we van overstroom. Er ontstaat dan heel veel warmte waardoor de isolatie stuk raakt. Nu wordt het pas echt riskant: elektriciteitsdraden komen met elkaar in contact en er ontstaat kortsluiting. Gevolg: enorme hitte en brandgevaar. Gelukkig hebben slimme koppen systemen uitgedokterd om elektrische installaties te beschermen tegen overstroom en kortsluiting. Al blijven ongelukken nooit uitgesloten.
De hoeveelheid elektronen die bewegen, noemen we stroomsterkte. Eenheid: Ampère (A)
De kracht waarmee de elektronen worden rondgezwierd, heet spanning. Eenheid: Volt (V)
De tegenstand die elektronen onderweg tegenkomen, krijgt de naam weerstand. Eenheid: Ohm (â„Ś)
De kracht van de elektronenstroom (V) en de hoeveelheid elektronen (A) samen vormen het vermogen. Eenheid: Watt (W), met 1 W = 1 V x 1 A
51
45
Kortsluiting laat de kerstboomverlichting schitteren De lampjes van de kerstboomverlichting zijn in serie geschakeld. Als één lampje het begeven heeft, krijgen de andere dus geen stroom meer. Stom, hè. Gelukkig is er het kortsluitdraadje. Als het gloeidraadje de geest gegeven heeft, treedt in het lampje het kortsluitdraadje in actie. Die neemt de geleiding over en de andere lampjes kunnen branden.
1 5 17 2
De bliksemafleider en de pijnlijke vinger van Benjamin Franklin n Franklin (1706-1790) De Amerikaan Benjami mensen nog niet wisten leefde in een tijd dat de ht. or kortsluiting in de luc dat bliksem ontstaat do eit icit ktr ele al gev t in elk Zelf vermoedde hij da 2 als Benjamin liet in 175 agh Wa s. wa l in het spe met hij ar wa , op ger vlie i een tijdens een onweersbu Hij . had vastgebonden een touw een sleutel aan sleutel. Ja! De bliksem de hield zijn vinger vlak bij uit de sleutel sprong een sloeg in op de vlieger en zijn vinger. Reken maar enorme vonk over naar j: . Toch was Benjamin bli dat die vinger pijn deed na r jaa elektriciteit. Al een bliksem was dus écht g voor: hij trots zijn uitvindin lde dit experiment ste ksem bli e nd laa vangt de ins de bliksemafleider. Die boel een rdt wo de aarde. Zo op en geleidt die naar schade vermeden.
46
Waarom doet elektriciteit draden en andere dingen smelten? Als er te veel elektriciteit stroomt, loopt de temperatuur op. Stoffen die niet tegen warmte kunnen, beginnen te smelten. Dat kan knap gevaarlijk zijn, zeker als isolatiemateriaal beschadigd raakt.
47
atste knettergekke la er ll a n ee g o n n a En d leren ... vraag om het af te
Maakt stroom lawaai?
“Natuurlijk!”, roep jij nu. Want jouw stereo maakt lekker veel geluid. Tenminste, als hij elektriciteit kan tappen uit verse batterijen of, via de stekker, uit het stopcontact. Toch is elektriciteit diep in zijn hart een erg stille jongen.
Hoe kan elektriciteit dan toch muziek maken? Eerst moet je weten dat geluid eigenlijk uit trillingen bestaat. Een hoge toon zijn een heleboel trillingen op korte tijd, bij een lage toon ligt de frequentie van de trilling lager. De geluidsfrequentie wordt uitgedrukt in hertz (Hz), naar de Duitse fysicus Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894). Dat wij nu radio, telefoon en andere ‘lawaaimakers’ hebben, is te danken aan de ontdekking dat geluidsgolven kunnen worden omgezet in elektrische signalen en omgekeerd.
48
Ontdek nog meer avonturen van het elektroteam op www.stroomopwaarts.be > elektroclub. Mis er zeker de beroepenfilmpjes niet. Daarin volg je professionele elektriciens terwijl ze volop in actie zijn. Nog op de website: alle info over de studies en de toekomstmogelijkheden.
Stroom-Opwaarts is een campagne van Vormelek op initiatief van zijn sociale partners om jongeren de weg te laten vinden naar de elektrotechnische sector. Verantwoordelijke uitgever: Hilde De Wandeler, vzw Vormelek, Marlylaan 15, 1120 Brussel
ESF investeert in jouw toekomst.
Word lid via
9 789081 398213
9 789081 398206