Elektriciteitsbegrippen

De energie die nodig is om de lamp en om het even welk elektrisch apparaat te doen werken wordt aangevoerd door de ladingen die erdoor stromen en door het elektrisch potentiaal van deze ladingen:

De energie die in een elektrisch apparaat wordt afgegeven door een elektrische lading staat in verhouding tot het elektrische potentiaalverschil dat wordt gemeten aan de in- en uitgang van het apparaat. De energie van een elektron i aan de uitgang van een batterij van 1,5 V is tweemaal zwakker dan aan de uitgang van twee batterijen van 1,5 .

De officiële eenheid van energie is de joule (J).

Op onze elektriciteitsfactuur staat de energie die wordt verbruikt over een bepaalde periode en afhangt van de verplaatsing van een bepaalde hoeveelheid ladingen en van het elektrisch potentiaal. Ons energieverbruik wordt berekend in kWh.

Opmerking: In een gloeilamp wordt de elektrische energie omgezet in lichtenergie en thermische energie (warmte). Er is niet echt sprake van energieverlies maar eerder van omzetting van de ene energie in een andere We spreken gewoonlijk echter van “energieverlies” als een deel van de energie niet wordt gebruikt voor de eerste functie van het apparaat. Hier zeggen we dat het lampje lichtenergie verliest ten voordele van warmte-energie. Het rendement van de lamp hangt af van de verhouding tussen de lichtenergie en de thermische energie. Hierop komen we later nog terug.

Een lamp op lage energie verliest minder warmte-energie: ze wordt immers minder warm.

Het vermogen van een elektrisch apparaat wordt gedefinieerd als het energiedebiet, d.w.z. de energie die wordt verbruikt per tijdseenheid. Het wordt uitgedrukt in watt (W).

Het vermogen van een verwarmingsapparaat is de hoeveelheid warmte die het apparaat kan leveren per tijdseenheid. Een elektrische oven van 2200 watt verbruikt per seconde 2200 joule energie.

Het vermogen van een apparaat dat wordt aangedreven door een motor geeft de arbeid aan die de motor kan leveren per tijdseenheid. Een boormachine van 500 W of 500 joule/seconde gaat moeizamer door een stenen muur dan een boormachine van 1000 W of 1000 joule/seconde.

Bij gelijkstroom wordt het vermogen bepaald door de spanning (V) en de stroom (I) op basis van volgende verhouding:

Bij wisselstroom ziet de berekening van het vermogen iets anders berekend: hier moet rekening worden gehouden met de faseverschuiving tussen spanning en stroom. Afhankelijk van het apparaat dat wordt gevoed (bijvoorbeeld een motor), zijn de twee grootheden niet altijd tegelijk maximaal. De formule wordt:

We zullen hierop terugkomen wanneer we beschrijven hoe de motoren werken…

Een voorbeeld: in onze zaklamp, onder een potentiaalverschil van 3 V (2 batterijen van 1,5 V), gaat er een stroom van 0,7 A door de lamp. Het vermogen bedraagt dus 2,1 W.
De lichtsterkte hangt af van het elektrisch vermogen.

Het vermogen wordt aangevoerd door de elektrische generator: de batterijen of de accu’s in de zaklamp, de alternator van de elektriciteitscentrales voor de luster en alle apparaten die zijn aangesloten op het net.

Vermogen van de batterijen en accu’s

Voor zaklampen worden vaak alkalibatterijen of accu’s gebruikt. Het vermogen van deze generatoren bedraagt enkele watt tot enkele tientallen watt.  Welk type batterijen of accu’ s gekozen wordt, hangt af van hun respectieve eigenschappen die moeten aangepast zijn aan wat we ermee willen doen.

Van de elektrische eigenschappen onthouden we hun spanning (in V), hun capaciteit (in mA.h) en de maximumstroom die ze kunnen leveren (in A). Andere eigenschappen zoals hun omvang en hun gewicht of, voor de accu’s, de zelfontladingstijd of het toegestane aantal ladings/ontladingscycli kunnen eveneens doorslaggevend zijn bij de keuze.

De eigenschappen van de batterijen en accu’s hangen vooral af van de aanwezige reactiestoffen.

Vermogen van het net

In 2004 bedroeg de productiecapaciteit in België meer dan 15 000 megawatt. (Bron: Synergrid)

Omdat elektriciteit niet kan worden opgeslagen moet de productie worden afgestemd op de vraag: ze moet in evenwicht zijn met het verbruik. De nationale transmissienetten voor elektriciteit zijn onderling gekoppeld of geïnterconnecteerd. Dankzij de interconnectie kan elk land snel het hoofd bieden aan onevenwichten tussen productie en verbruik: de landen wisselen onderling elektriciteit uit.

Opmerking: Elk onevenwicht tussen productie en verbruik vertaalt zich in een wijziging van de rotatiesnelheid van de alternatoren van de elektriciteitscentrales van de onderling verbonden netten.

Eenvoudig kan men stellen dat het evenwicht tussen de productie en het verbruik wordt gecontroleerd aan de hand van de frequentie (50 Hz in onze contreien). Een wijziging in de frequentie duidt op een onevenwicht: als de frequentie meer dan 50 Hz bedraagt, betekent dit dat de productie groter is dan het verbruik; daalt ze onder de 50 Hz dan is het verbruik groter dan de productie. Het evenwicht wordt vertaald door een zeer kleine schommeling van de frequentie. Om dit evenwicht te behouden wordt de snelheid van de alternatoren permanent aangepast door de rotatie van de turbines op te voeren of te verminderen.

We zullen hier uitgebreider op terugkomen in de animatie over de productie en het vervoer van de elektriciteit (Zie Traject van de elektriciteit).

Bij gelijkstroom is het verband tussen het elektrisch potentiaalverschil en de stroom in een materiaal de elektrische weerstand van het materiaal. Dat is de wet van Ohm:

Bij wisselstroom spreekt men niet van weerstand maar van impedantie. De wet van Ohm wordt dan:

De elektrische impedantie meet “de weerstand” die een elektrisch circuit biedt tegen de doorvoer van een sinusoïdale wisselstroom. We zullen hierop terugkomen in de animatie over motoren.

Voor eenzelfde potentiaalverschil bewegen de elektronen in alle materialen niet op dezelfde manier: een materiaal met een hogere weerstand laat de elektronen minder makkelijk door. Materialen zijn min of meer bestand tegen de doorvoer van stroom. In een resistenter materiaal botsen de elektronen meer tegen elkaar en bewegen ze trager. Ze verliezen hun energie. Deze verloren energie wordt gaat over op het materiaal in de vorm van warmte.

De weerstand van een materiaal hangt af van verschillende parameters, volgens de wet van Pouillet:

• De soortelijke weerstand (of de aard) van een materiaal: hoe groter de waarde, hoe meer het materiaal bestand is tegen de doorvoer van stroom
• De lengte: hoe groter de lengte, hoe groter de weerstand
• De doorsnede: hoe kleiner de doorsnede, hoe groter de weerstand

Afhankelijk van de toepassing zal men geleidende materialen zoeken met een lage of hoge weerstand.

Een lage weerstand is bijzonder belangrijk bij kabels die bijvoorbeeld grote elektrische huishoudtoestellen voeden: als de kabel een te hoge weerstand heeft (in de elektrische betekenis van het woord), kan het toestel oververhit geraken en eventueel elektrocutiegevaar (beschadiging van de isolatie!) en brandgevaar veroorzaken.

In de zaklamp is het energieverlies ter hoogte van de koperdraad bijzonder gering. Men moet wel de kwaliteit van de contacten tussen de batterijen en de draad controleren: bij een slecht contact kan de weerstand zo groot worden dat de stroom niet meer kan circuleren.

Het werkingsprincipe van gloeilampen is gebaseerd op het verlies van warmte-energie. Alles wordt in het werk gesteld om het verlies aan de gloeidraad zo groot mogelijk te maken:

• Hij bestaat uit wolfraam, een materiaal met een grotere soortelijke weerstand dan koper en een hoge smelttemperatuur (3410°C)
• Hij is vrij lang: de gloeidraad van wolfraam wordt opgewikkeld om de lengte en dus ook de hoeveelheid zichtbaar licht te verhogen
• Hij is heel dun (echter niet té dun anders smelt hij vlug tijdens de verhitting)

De gloeidraad heeft dus een weerstand tegen de doorvoer van de stroom. De elektrische energie wordt omgezet in warmte. De warmte is zo hevig dat zonder het luchtvacuüm in de lamp (of de aanwezigheid van een inert gas) de gloeidraad beschadigd zou worden en vuur zou vatten.

Een groot deel van de straling van de wolfraamgloeidraden wordt uitgezonden in infrarood … dat verwarmt zonder te verlichten

Slechts een beperkt percentage (5 %) van de elektrische energie wordt omgezet in zichtbaar licht ter hoogte van de gloeidraad. De rest gaat op in warmte. Gloeilampen zijn uiteindelijk eerder verwarmings- dan verlichtingsapparaten! Vandaag bestaan er andere soorten lampen die niet gebaseerd zijn op de warmteomzetting van energie (bijvoorbeeld spaarlampen, LED’s…) … We zullen hierop terugkomen in de animatie: Gebruik van de elektriciteit.

Tot hiertoe hadden we het enkel over elektriciteit die wordt geassocieerd met een gecoördineerde beweging van de elektronen maar er bestaat nog een andere vorm van elektriciteit: de statische elektriciteit waarvan de elektronen niet kunnen circuleren. Dat is het geval in de isolerende materialen (*): als deze materialen tegen elkaar worden gewreven worden de elektronen uit het ene materiaal losgerukt en door het andere materiaal gerecupereerd.

De hoeveelheid uitgewisselde ladingen hangt af van de materialen die met elkaar in contact worden gebracht, hun oppervlakte, hun vochtigheidsgraad … Sommige materialen ontladen of laden zich makkelijk en worden dus respectievelijk meer positief of meer negatief.

Materialen die eerder de neiging hebben om meer positief te worden dan negatief:  Konijnenbont – glas – nylon – wol – kattenhaar – katoen – zijde – dacron – pvc – polyethyleen – rubber – teflon.

Opmerking: De wrijving is niet nodig om een verplaatsing van de ladingen van het ene materiaal naar het andere te veroorzaken.  De wrijving versterkt enkel de verplaatsing van de ladingen die van nature gebeurt zodra twee materialen met elkaar in contact komen.

We nemen het voorbeeld van een ballon.

Als de ballon bijna onmiddellijk weer elektrisch neutraal wordt, spreekt men van elektrostatische ontlading.

Tijdens de ontlading wordt het potentiaal tussen de twee materialen met aanvankelijk verschillende spanningen gecorrigeerd door de opeenstapeling van positieve ladingen aan de ene kant en negatieve ladingen aan de andere kant.

We hebben nu enkele begrippen overlopen: stroom, geleidende en isolerende materialen, potentiaalverschil, energie en vermogen, weerstand, … Deze begrippen vindt men ook in het menselijk lichaam omdat wij op dezelfde manier functioneren als elektriciteit!

Het zenuwstelsel bijvoorbeeld is een prachtig elektrisch communicatienetwerk. De communicatie tussen de hersenen en het lichaam gebeurt aan de hand van elektrische en chemische signalen: het elektro-encefalogram registreert de elektrische activiteit van onze hersenen (EEG).

Het hart heeft gespecialiseerde cellen die automatisch elektrische impulsen genereren. Deze laatste liggen aan de basis van de elektrische activiteit in de verschillende hartcellen, waaronder de spiercellen die verantwoordelijk zijn voor de samentrekking van het hart. Het elektrocardiogram (ECG) registreert de globale elektrische activiteit van ons hart.

In een koperdraad ligt de beweging van de elektronen aan de basis van de elektrische stroom. In het menselijk lichaam dat grotendeels uit water bestaat, zijn het de ionen die deze rol vervullen. De transmissie van het elektrisch signaal van de ene cel naar de andere is het resultaat van een verschillende verdeling van de ionen tussen de binnen- en de buitenkant van de cellen.

Door een microsonde aan de binnenkant van de cel te plaatsen en een andere aan de buitenkant, kan een potentiaalverschil worden gemeten: in rust is de binnenkant van de cel negatiever dan de buitenkant (tussen -20 en -100 mV). Dat is het rustpotentiaal.

Afhankelijk van de stimulering van de cel gaan de ionen volledig, veel of helemaal niet door de celmembranen.  Het potentiaalverschil tussen de binnenkant en de buitenkant van de cel varieert met de verplaatsing van de ionen. Boven een bepaalde drempel ontketent de cel een actiepotentiaal.

De opwekbare cellen (zoals de neuronen, de hart- of de spiercellen) hebben het vermogen om de ionenconcentraties aan de binnen- en buitenkant van de cellen snel te doen variëren. Zo veroorzaken ze depolarisatie- en herpolarisatiecycli. Dit is het actiepotentiaal.  In het hierna geïllustreerde neuron verspreidt het actiepotentiaal dat in het lichaam van de neuron is ontstaan zich ter hoogte van het axon om de biceps te verwittigen dat hij zich moet samentrekken.

Voorbeelden van geleidingswaarden van de verschillende weefsels (Bron: Dawson et al, 1997)

Opmerking: Hoe groter de geleidbaarheid, hoe makkelijker het weefsel de stroom toelaat. De hiernaast vermelde waarden tonen aan dat de spieren goede geleiders zijn ten opzichte van bijvoorbeeld de beenderen.

Deze stroom zal inwerken op de spieren, net als de actiepotentialen: de spieren zullen samentrekken en zelfs verkrampen (*) zodat het slachtoffer de spanningsbron niet kan loslaten.

Ter hoogte van het hart kan de elektrisatie snel dramatisch worden, vooral als ze plaatsvindt op het moment van de T-golf. Het risico van ventriculaire fibrillatie is in deze periode immers zeer hoog, waardoor de bloedsomloop stilvalt. De ventriculaire fibrillatiedrempel bedraagt ongeveer 50 mA en wordt gedurende een seconde aangehouden.

Een ander gevaar van de elektrisatie is het risico van brandwonden: door zich onder het effect van het potentiaalverschil te verplaatsen produceren de ionen een verhitting, net als de elektronen in een wolfraamdraad.

De ernst van een elektrisatie hangt af van de stroomsterkte en ook van de duur van het contact, het huidtype en de huidvochtigheid.

Opmerking:  Door ons lichaam kan ook stroom gaan zonder dat wij het merken. Dat is de contactstroom. De stroom gaat door het menselijk lichaam tussen twee contactpunten (meestal een hand en een voet of tussen de twee handen / de twee voeten) met geleidende voorwerpen met verschillende potentialen (een machine en de grond, een kraan en de grond, een radiator en de grond, enz.) terwijl dit potentiaalverschil a priori niet evident is aangezien geen enkel voorwerp is verbonden met een spanningsbron.

De contactstroom heeft niets te maken met het contact met delen onder spanning (zoals het geval is tijdens een elektrocutie), noch met elektrostatische ontladingen.   Het is een stroom van 50 Hz die, in tegenstelling tot de stroom die een elektrisatie of elektrocutie veroorzaakt, ver onder de waarnemingsdrempel blijft: ze gaat door ons lichaam zonder dat wij het merken.   Naar deze contactstromen werd in onze onderzoeksgroep uitvoerig onderzoek gevoerd (zie pagina ingenieursteams op onze site).

De intensiteit van de contactstromen is meestal laag als de elektrische installatie goed ontworpen is en in een goede staat verkeert.

In tegenstelling tot wat velen denken, beschrijven de elektronen rond de kern geen elliptische beweging zoals die van de planeten rond de zon. De elektronen bewegen volgens de kwantummechanica. Dat betekent dat men de positie van de elektronen niet precies kan bepalen maar enkel de waarschijnlijkheid kent dat er zich een elektron in een bepaalde zone bevindt. Om de positie van de elektronen in deze elektronenwolk te bepalen spreekt men van atoomorbitalen. De theorie van de atoomorbitalen is ontstaan uit onderzoek in het domein van de kwantummechanica. Het atoommodel is in de loop der tijden geëvolueerd naarmate men de eigenschappen van de materie ontdekte.

In de Oudheid veronderstelde men dat de materie in kleine stukjes kon verbrokkelen tot er onscheidbare deeltjes werden gevormd, de atomen (de naam is afgeleid van het Griekse atomos, wat onscheidbaar, ondeelbaar betekent).

In 1897 beschreef JJ. Thomson de elektronen als deeltjes die zich van het atoom hadden afgescheiden. Het atoom wordt voorgesteld als een positieve bol bezaaid met negatieve lichaampjes (zoals pruimen in pudding … vandaar ook de naam ‘pudding’ voor dit model). Het geheel was neutraal. Omdat latere experimenten hebben aangetoond dat de positieve ladingen in feite geconcentreerd zaten in de kern, werd dit model opgegeven.

In 1911 stelde E. Rutherford het planetaire atoommodel voor: de negatieve elektronen zouden rond de positieve kern bewegen zoals de planeten rond de zon. Tussen de elektronen en de kern is er enkel een vacuüm. Zijn model steunt op de klassieke mechanica. Volgens de klassieke mechanica echter verliest een draaiend elektron energie. Het elektron zou zich dus geleidelijk aan in de richting van de kern moeten bewegen … tot het met deze laatste in botsing komt. En dan … is er niets meer!

In 1913 beschreef N. Bohr het waterstofatoom als bestaande uit een positief geladen kern en een elektron dat rond deze kern draait. Zijn model van waterstof blijft dus planetair, maar hij vult het aan door het elektron te situeren op elektronenschillen met constante energie. Het elektron behoudt dus zijn energie zolang het zich op een bepaalde baan bevindt. Het kan echter van de ene baan naar de andere gaan door energie te absorberen of uit te zenden. Aan de hand van dit model konden de waarnemingen op het waterstofatoom worden verklaard, maar niet de bewegingen van de elektronen in de atomen met meer dan één elektron.

Sinds de jaren 30 en het model van Schrödinger heeft de kwantummechanica het overgenomen. In het model van Schrödinger worden de welomschreven banen van Bohr waarschijnlijkheidswolken: de elektronenbanen. Zij geven de waarschijnlijkheid weer dat een elektron aanwezig is op een bepaalde afstand van de kern. In tegenstelling tot de klassieke mechanica is het moeilijk om zich een visueel beeld te vormen van de kwantummechanica. Daarom wordt vandaag nog steeds het planetaire model gebruikt.

Wie een beetje scheikunde heeft geleerd op school zal zich deze fameuze tabel zeker herinneren!

We spreken van een ‘periodieke’ tabel omdat ze is opgebouwd rond een bepaalde herhaling van de eigenschappen van de elementen. Dimitri Mendeljev voltooide zijn indeling van de 63 elementen die destijds bekend waren in 1863. De elementen, verdeeld over 8 kolommen naargelang hun toenemende atoommassa, hadden chemische, fysische en elektrische eigenschappen die kolom na kolom vergelijkbaar waren. De periodieke tabel van de elementen was geboren.

In de tabel van Mendeljev liet de atoommassa van bepaalde elementen echter niet toe om ze te klasseren bij elementen met vergelijkbare eigenschappen. In het begin van de 20ste eeuw bleek dat het atoomnummer de periodiciteit van de eigenschappen van de elementen nauwkeuriger bepaalde.  De atoommassa wordt berekend op basis van de massa van de kern die protonen en neutronen bevat. Die hebben elk een massa van 1 atoomeenheid (10^-24g ). De massa van de elektronen is zo klein dat ze als verwaarloosbaar wordt beschouwd: bij de berekening van de atoommassa wordt ze niet in aanmerking genomen.

Het atoomnummer duidt het aantal protonen aan van een bepaald atoom. Het eerste element, waterstof, bijvoorbeeld bevat één proton, koolstof 6, silicium 14, koper 29 … Een atoom is neutraal als het even veel protonen als elektronen bevat. Het atoomnummer duidt dus het aantal elektronen aan dat rond de kern beweegt.

De huidige periodieke tabel bevat meer dan 100 elementen, waarvan 92 natuurlijke (de overige worden kunstmatig geproduceerd door een kernreactie). De elementen zijn als volgt georganiseerd:

• De kolommen bevatten de elementen met hetzelfde aantal elektronen in de buitenste laag (de valentielaag) en
• De rijen bevatten de elementen naargelang het aantal elektronenlagen.

Om het verschil tussen een isolerend en een geleidend materiaal goed te begrijpen keren we even terug naar de kwantummechanica. Bij het atoommodel van Bohr en vervolgens dat van Schrödinger hebben we gezien dat de elektronen zich binnen een atoom enkel kunnen verplaatsen op bepaalde energieniveaus.

De elektronen die rond de kern draaien, zijn in verschillende lagen verdeeld volgens bepaalde regels (*). Als de atomen samen een materiaal vormen, beïnvloeden ze elkaar. Men spreekt dan niet meer van energielagen maar van energiebanden die gelden voor het hele materiaal.

Voorbeeld van een geleidend materiaal: koperdraad

Wanneer een batterij is verbonden met de uiteinden van de koperdraad, krijgen de randelektronen energie. Ze verplaatsen zich in de geleidingsband en dragen zo bij tot de geleiding van de stroom. Dat is mogelijk omdat de nodige energie niet zo belangrijk is (het energieniveau van Fermi zit in de geleidingsband), maar ook omdat de laatste band slechts één elektron bevat in het koperatoom. Er is dus nog ruimte voor nieuwe elektronen.

Voorbeeld van een isolerend materiaal:

In een isolerend materiaal zijn de valentiebanden volledig. De elektronen zijn sterk betrokken bij de verbindingen tussen de atomen en de geleidingsbanden zijn leeg. Bovendien is de verboden band erg breed. Een isolerend materiaal kan de stroom enkel geleiden als het een grote hoeveelheid energie krijgt, bijvoorbeeld door het te verhitten. In de praktijk zijn de nodige temperaturen zo hoog dat het isolerend materiaal zou smelten voordat het de stroom zou kunnen geleiden.

Halfgeleidende materialen hebben eigenschappen die het midden houden tussen geleidend en isolerend.

Germanium en silicium zijn voorbeelden van halfgeleidende materialen. Hun valentieband is niet volledig, ze bevat 4 elektronen en hun verboden band is vrij klein. Dat betekent dat de energie om van de valentieband naar de geleidingsband te gaan niet erg groot is. De elektronen kunnen de nodige energie verwerven. Dankzij de opgenomen energie breken de elektronen van de valentieband de covalente bindingen en gaan ze naar de geleidingsband. Eenmaal in de geleidingsband gedragen ze zich als de vrije elektronen van metalen: in aanwezigheid van een potentiaalverschil dragen ze bij tot de geleiding van de stroom. De energie kan worden aangevoerd door een temperatuurverhoging, lichtfotonen … Deze laatste spelen een rol in fotovoltaïsche panelen en maken de productie van een gelijkstroom mogelijk. Daar komen we later nog op terug.

De elektrochemische generatoren

Zij behouden een potentiaalverschil dankzij de chemische reacties die zich tegelijk voordoen aan de anode en de kathode. Wat betreft de elektrochemische generatoren hebben we het al gehad over batterijen. Die bieden echter het nadeel dat de reactiestoffen slechts in beperkte hoeveelheid aanwezig zijn. Wanneer ze zijn opgebruikt dan is de batterij niet meer bruikbaar.

Ook accu’s (of herlaadbare “batterijen”) zijn elektrochemische generatoren. Zij verhelpen aan het nadeel van de batterijen. De chemische reactie die de productie van elektronen op gang brengt, kan immers omgekeerd worden; de elektronen bewegen dan in de andere richting en de accu wordt opgeladen.

De fotovoltaïsche generatoren

Zij benutten de halfgeleidende eigenschappen van de materialen waaruit ze zijn samengesteld. De fotovoltaïsche zonnecellen zijn halfgeleiders die de lichtenergie onmiddellijk kunnen omzetten in elektrische stroom. Wanneer fotonen, d.w.z. lichtkorrels, in aanraking komen met een halfgeleidend materiaal kan de energie die zij aanvoeren ervoor zorgen dat de elektronen van de valentieband naar de geleidingsband gaan en dus de geleidbaarheid van het materiaal verhogen.

Halfgeleidende materialen zoals silicium hebben niet meteen de eigenschap dat ze elektrische stroom genereren. Ze moeten daarvoor immers onzuiverheden bevatten: men zegt dan dat ze gedopeerd zijn. Dat betekent dat ze elementen bevatten zoals fosfor die een globaal negatieve lading creëren (N gedopeerd) en andere zoals boor die een globaal positieve lading creëren (P gedopeerd).

Als de ene kant van de cel P gedopeerd is en de andere kant N gedopeerd veroorzaken de recombinaties van de vrije ladingen (elektronen en gaten) een intrinsiek potentiaalverschil. De elektronen, die terwijl ze de energie van de fotons ontvingen naar de geleidingsband zijn gegaan, worden van de cellen N aangedreven naar de cellen P. Hieruit ontstaat een elektrische gelijkstroom die kan worden gebruikt door elektrische apparaten (na doorgang in een ondulator die gelijkstroom omzet in wisselstroom).

De dynamo

Dat is een machine die gelijkstroom produceert op basis van beweging. Ze werd eind 19de eeuw uitgevonden door Zénobe Gramme. Ondanks de schijnbare gelijkenis mag deze dynamo niet worden verward met de dynamo die soms op fietsen wordt geïnstalleerd. Die levert immers wisselstroom.

Een joule is de energie die nodig is om een boek van 102 gram één meter op te tillen op onze goede oude aarde (*). Het is ook de energie die nodig is om de temperatuur van één gram water met één graad Celsius te verhogen.

Kortom, een joule is erg klein!

Energie neemt afhankelijk van het domein zo verschillende waarden aan dat de eenheid werd aangepast en we niet altijd beseffen dat we het over hetzelfde hebben. Bijvoorbeeld:

• In de voeding spreken we van calorieën of kilocalorieën (1 kcal = 4186 joule = 4,186 kJ). Per dag hebben we gemiddeld 2000 tot 2500 kcal nodig (8,4 tot 10,5 miljoen joule of megajoule, MJ). Het energieverbruik van een persoon met gemiddelde lichaamsbouw tijdens een halfuurtje rustig joggen bedraagt ongeveer 350 kcal (of ongeveer 1400 kJ).
• Met betrekking tot olie spreken we van ton olie-equivalent (1 tep = 42 miljard joule of gigajoule, GJ). Als u 50 liter per week tankt, gebruikt u ongeveer 7 liter per dag, d.w.z. 7 kep (ongeveer 250 MJ). De energie in 1 l benzine is ongeveer gelijk aan die van 1 l stookolie
• Met betrekking tot elektriciteit spreken we van kilowattuur (vermogen * tijd) (of kWh = 3,6 MJ). In België verbruikt een gezin van 4 personen gemiddeld 3500 kWh. Per dag verbruikt dit gezin 10 kWh (equivalent van 7 lampjes van 60 W die permanent branden), d.w.z. ongeveer 3,6 MJ elektrische energie.  De energie in 1 l benzine of stookolie is ongeveer gelijk aan 10 kWh.

Samengevat, in hoeveelheid energie …

1l benzine  = 1 kep = 35 MJ = 8000 kcal (8 Mcal) = 10 kW h

Op de markt zijn heel wat soorten batterijen en accu’s verkrijgbaar die elk hun eigenschappen hebben. Niet alle batterijen of accu’s zijn in elke situatie geschikt. Daarom moet men hun belangrijkste eigenschappen kennen voordat men het juiste materieel kiest.

Opmerking: Het geheugeneffect
Als een Ni-Cd-accu (en in mindere mate een Ni-MH-batterij) regelmatig wordt opgeladen als ze niet volledig ontladen is, bewaart ze de tussentijdse herlaaddrempel “in het geheugen”. Dat impliceert dat ze zich enkel zal ontladen tot aan deze drempel en geen extra energie zal leveren (onder de “in het geheugen opgeslagen drempel”) terwijl er toch nog energie beschikbaar is. Dit geheugeneffect doet de autonomie van het gevoede apparaat aanzienlijk dalen.   De Ni-Cd-accu’s moeten dus helemaal leeg zijn voordat ze opnieuw worden geladen.