Energie via elektriciteit

Fynn stelde deze vraag op 03 september 2019 om 21:47.

Quote

Hallo,

Voor een project, en ook uit eigen interesse, ben ik me al een tijdje aan het verdiepen in elektriciteit. Ik ben al vaak uitgekomen op deze website als ik moeite had om dingen te begrijpen. Nou denk ik dat ik het eindelijk een beetje door heb. 

Waar ik veel moeite mee heb/had is dat ik heel lang gedacht dat de elektronen een soort pakketje met spanning meekregen en deze afgeven aan een apparaat om dat ‘aan’ te zetten, en dan met een leeg pakketje weer terug naar de energiecentrale gaan (wisselspanning buiten beschouwing gelaten). Maar als ik het goed heb is het gewoon de snelheid waarmee een ketting van elektronen door een geleider gaat.     

Hieronder een voorbeeld van de energiecentrale naar een inductiekookplaat. Zouden jullie zo vriendelijk willen zijn dit door te lezen en mij vertellen of ik ergens denkfouten maak of verkeerd zit? Dank!

1. Steenkool wordt verbrand in een energiecentrale onder een boiler. Water verdampt in stoom. Onder hoge druk wordt de stoom langs de wieken van een turbine geduwd. Hierdoor gaan de wieken draaien. Aan de wieken zit een as die meedraait en uitkomt in een generator.

2. In de generator wordt elektriciteit opgewekt. Rondom de bewegende as zitten koperen spoelen en aan de as zit een magneet. Door het bewegen van de magneet wordt via inductie elektriciteit opgewekt in de spoelen. (dus een bewegend magnetisch veld creëert een elektrisch veld)

3. De spoelen van de generator staan via hoogspanningskabels in verbinding met het elektriciteitsnet. Zowel de spoelen als de hoogspanningskabels zijn gemaakt van geleidbaar materiaal. Dit betekent dat de elektronen van de atomen van het materiaal (of in ieder geval de buitenste atomen) zich vrij kunnen bewegen.

4. De generator in de energiecentrale bouwt spanning op (Volt). Dit betekent dat de generator de elektronen een zetje geeft in de geleider. Het daaropvolgende elektron geeft weer een zetje aan de volgende enzovoort. Hoe harder de generator draait, hoe meer Volt er wordt opgebouwd. En dus hoe sneller de elektronen “naar voren worden geduwd” in de geleider.

5. Ampère is de stroomsterkte. Bijvoorbeeld een geleider met een hele kleine diameter zal minder ampère hebben dan een hele dikke kabel.

6. Uiteindelijk komt via vertrapping van de hoogspanningskabels in het elektriciteitsnet de elektronen aan bij je huis. Of bij je inductie fornuis. Onder de kookplaat zitten ook weer spoelen. Hier schieten de elektronen doorheen. Op de kookplaat staat een pan met water met een (gedeeltelijk) magnetische onderkant. 

7. Doordat de elektronen door de spoel gaan wordt een magnetisch veld gecreëerd. Daarop ontstaat een wervelstroom, loodrecht op de spoel, die de elektronen van de pan aantrekken. Doordat door wisselspanning er voortdurend elektronen heen en weer gaan in de spoel worden de elektronen in de pan ook door elkaar gehusselt. Doordat het materiaal van de pan ook weerstand heeft wordt de onderkant warm en zal het water gaan koken. 

Simpel gezegd: hoe meer spanning er op de geleider staat hoe sneller de elektronen er doorheen gaan. En hoe sneller de pan met water warm wordt. Het is dus niet zo dat elektronen in de spoel hun lading afgeven en ongeladen weer doorgaan. 

Reacties:

Theo de Klerk
03 september 2019 om 23:00
Quote
>Ik ben al vaak uitgekomen op deze website als ik moeite had om dingen te begrijpen

Klinkt leuk, maar dan heb je er niet veel van begrepen.

>elektronen een soort pakketje met spanning meekregen
Nee, spanning is geen energie

>energiecentrale
zet warmte energie (in stoom) om in bewegingsenergie

>via inductie elektriciteit opgewekt
inderdaad

>generator staan via hoogspanningskabels
daar zitten nog transformators tussen want de inductie stroom heeft niet zo'n hoge spanning

>En dus hoe sneller de elektronen
Spanning indiceert een energieverschil voor geladen deeltjes tussen de lage en de hoge spanningsuiteinden. En dat zetten ze om in kinetische energie (beweging) voor zover dat overblijft na allerlei bijna-botsingen met andere atomen (draad wordt warm)

>Ampère is de stroomsterkte.
Nee, het is de eenheid van stroomsterkte en is per definitie zo

> Bijvoorbeeld een geleider met een hele kleine diameter zal minder ampère hebben dan een hele dikke kabel. 
Niet per se, dat hangt helemaal van het spanningsverschil af. Kleine diameter heeft wel meer weerstand en daarmee minder stroomsterkte bij gelijke spanning

>in het elektriciteitsnet de elektronen aan bij je huis
er komen er evenveel aan als dat er vertrekken. Bij verschil slaat de aardlekschakelaar af.

>wervelstroom
Ietwat plastisch geformuleerd, maar de wat random beweging die ook nog eens omdraait bij wisselstroom zorgt voor verhitting

>Het is dus niet zo dat elektronen in de spoel hun lading afgeven en ongeladen weer doorgaan.
Dat kunnen ze niet. De lading is een intrinsieke eigenschap van een elektron. Zonder lading is het geen elektron meer. Het feit dat ze een lading hebben maakt dat ze voor elektrische velden gevoelig zijn en daarin een energie kunnen hebben die ze kunnen afstaan (vergelijk een massa die een zwaartekracht veld "voelt" en daarin energie kan hebben). De lading houden ze altijd vast.

Fynn
04 september 2019 om 22:11
Quote
> Klinkt leuk, maar dan heb je er niet veel van begrepen.
Haha ja ik doe mijn best zullen we maar zeggen. Heb toch al aardig wat uren op het forum jullie antwoorden op andere vragen gelezen maar vind het echt ingewikkelt. 

Nou ik mijn verhaal terug lees heb ik sommige dingen ook niet heel handig beschreven. Alleen is me er dus nog steeds veel onduidelijk. 

Heb ik de volgende beweringen correct? 
- Elk elekron heeft dus een negatieve lading die altijd hetzelfde is. (-1,602 214·10-19 Coulomb) 

- Een energiecentrale kan door middel van inductie energie meegeven aan de elektronen. Er wordt daarbij een potentiaalverschil gecreëerd. Hoe groter het potentiaalverschil hoe groter de spanning (volt) op de geleider. Maar ook hoe meer energie de elektronen mee krijgen.
 
- De snelheid van een elektron is niet zo relevant, omdat je het kan zien als knikkers in een volle buis. Als je er 1 instopt komt er tegelijkertijd 1 uit.   

Theo de Klerk
04 september 2019 om 22:41
Quote
>Elk elekron heeft dus een negatieve lading die altijd hetzelfde is

Ja

> inductie energie meegeven 

Ja

>daarbij een potentiaalverschil gecreëerd

Wat bedoel je hier? Inductie veroorzaakt een potentiaalverschil. Daardoor krijgen elektronen een elektrische energie.   

>groter het potentiaalverschil hoe groter de spanning (volt)
Dat is hetzelfde als grotere stroom groter amperage.  Het ene is een grootheid, het andere een meet-eenheid. Een potentiaalverschil wordt in volt aangeduid.
Je zegt iets soortgelijks als "hoe meer massa, hoe meer kilo's".   Duhhhhh.

>De snelheid van een elektron is niet zo relevant
Stroomsterkte heeft niets met snelheid te maken. Vergelijk een waterstroom: een 100 m brede rivier die 1 m/s beweegt heeft een grotere stroomsterkte dan een slootje van 1 m breed dat 10 m/s beweegt. Het gaat om de hoeveelheid water (elektronen: het aantal dat tezamen een hoeveelheid energie transporteert) niet om de snelheid.



Fynn
05 september 2019 om 08:06
Quote
Oke duidelijk. Maar op wat voor manier transporteert een elektron de energie? Ergens anders op het forum lees ik dat een elektron geen energie bij zich draagt.

En wat gebeurt er in een spoel, bijvoorbeeld onder een inductiekookplaat, dat elektronen hun energie overdragen?
Theo de Klerk
05 september 2019 om 09:18
Quote
Aan het hebben van energie heb je niet veel. Pas als je het gebruikt (omzet via arbeid in andere vormen) dan heb je er wat aan. Een miljoen euro op de bank is leuk (energie), maar je hebt er pas wat aan als je het geld uitgeeft (arbeid levert) voor zaken die je wilt hebben of laten uitvoeren.

Energie heb je omdat je in een krachtenveld staat. Transport gaat omdat je beweegt door dit veld. Als je je door die kracht laat vervoeren dan transporteer je energie, maar je staat die ook steeds meer af (verricht arbeid of je zet het om in bewegingsenergie). Bijv. door een heuvel af te rollen. Beweeg je loodrecht op het krachtenveld (andere energie gebruik je hiervoor, bijv. brandstof)  dan verandert de zwaarte energie niet - bijv. door over de top van de heuvel te rijden en op dezelfde hoogte te blijven. 

Bij geladen deeltjes is het krachtenveld het elektrische veld. Dat ontstaat tussen twee punten met verschillende spanning. (Spanning is niks anders dan een maat voor de energie, E= qU  met q de lading en U het spanningsverschil). Alleen geladen deeltjes kunnen die elektrische energie krijgen - een neutraal stuk hout of papier niet. Elktrische deeltjes zijn ook gevoelig voor magneetvelden.

Een elektron heeft wel of geen energie. Dat hangt af van het feit of het zich in een kracht veld bevindt. Het heeft dan zwaarte-energie (elektron op het dak meer dan in de tuin) maar die is minimiem omdat het bijna geen massa heeft. Als het in een elektrisch veld staat heeft het elektrische energie. Tussen de twee uiteinden van een stopcontact waar 230 V spanning tussen zit, is die energie E= qU = 1,6 10-19 x 230 J. Niet veel voor 1 elektron, maar er zijn er heel veel. Zo'n 1019 elektronen hebben dan samen 1,6 x 230 J energie. Die kunnen ze afstaan aan bijv een lamp door via een draad van het ene gat van het stopcontact (230 V) via de lamp hun energie af te staan en via het andere gat (0 V) weer terug te gaan richting energiecentrale. 

De energie wordt getransporteerd EN af gegeven doordat elektronen bewegen door het elektrische veld. Ze kunnen die energie niet behouden - die moet afgegeven worden doordat tijdens de reis de spanning daalt. Afgifte gebeurt door omzetting in wrijving en bewegingsenergie.

De inductie kookplaat werkt ook op dit principe (zie https://nl.wikipedia.org/wiki/Inductiekookplaat). De stroom in de spoel varieert, daardoor ontstaat een wisselend magneetveld. De kookplaat blijft daarbij koud. In de bodem van een pan gaan de elektronen agv dit veld bewegen. Het magneetveld veroorzaakt een inductie dat leidt tot een spanningsverschil. Elektronen gaan door dit spanningsverschil bewegen richting laagste spanning. Dus ook in wisselende richtingen door het wisselende elektrische veld. Daarbij botst het voortdurend bijna tegen andere atomen aan en staat een deel van zijn energie daaraan af: de atomen trillen na na zo'n botsing en dat uit zich als warmte: de pan wordt heet. Zet de inductieplaat uit (spanningsverschil wordt 0 V ipv 230 V) en de elektronen in de spoel stoppen en wekken geen magneetveld meer op. De kookplaat is koud. De elektronen in de bodemplaat stoppen ook bij gebrek aan magneetveld. De pan wordt niet meer heter.

De energie van de spoel-elektronen komt uit het lichtnet (230 V) en wordt afgestaan door opbouw/afbraak van het inductieveld. De energie in dat veld wordt weer opgenomen door de bodemplaat elektronen die gaan bewegen. Ze staan hun energie weer af aan de bodemplaat atomen die gaan trillen en de plaat heet maken.
Fynn
08 september 2019 om 13:38
Quote
Bedankt voor de heldere uitleg Theo. Ik heb geloof dat ik het begrijp!

Plaats een reactie:


Bijlagen:

+ Bijlage toevoegen

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft twintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)