Btn mobile menu gray

Elektriciteit, wat is dat eigenlijk?

Elektriciteit maakt deel uit van ons dagelijks leven. Als er geen elektriciteit was, zouden we 's nachts alleen bij kaarslicht kunnen zien, zouden we onze levensmiddelen niet in de koelkast kunnen bewaren en had je geen computer zodat je dit artikel niet zou kunnen lezen. Elektriciteit is een enorm handige manier om energie over te brengen: anders zou de energie die opgewekt wordt in een elektriciteitscentrale nooit aankomen bij je koelkast. Maar waaruit bestaat dat nou eigenlijk, die elektriciteit?

Allereerst moeten we even kijken naar de opbouw van atomen. Atomen, dat zijn de kleinste 'bouwstenen' waaruit alle materie om ons heen is opgebouwd. In dit artikel vind je een goede uitleg over atomen.

Je ziet dat een atoom bestaat uit een kern, bestaande uit zogenaamde 'neutronen' en 'protonen'. Om die kern heen bewegen de zogenaamde 'elektronen'. Dat zijn deeltjes die nog veel kleiner zijn dan protonen en neutronen.

'Elektriciteit' wordt vaak kortweg 'stroom' genoemd. Dat komt omdat de elektronen door een elektrische draad heen 'stromen', net zoals water door een tuinslang stroomt.

Vrije elektronen

De naam zegt het al een beetje: elektronen hebben alles te maken met elektriciteit. Een elektrische stroom is namelijk niets anders dan het bewegen van elektronen door een voorwerp (zoals een stroomkabel) heen. Maar wacht eens... een elektron was toch een deel van een atoom? Hoe kan dat dan los gaan bewegen?

Hier krijgen we te maken met het principe van vrije elektronen: elektronen hoeven niet per se 'vast' te zitten in een atoom. Er zijn genoeg materialen waarin een elektron van zijn atoom 'los' kan komen en vrij tussen alle andere atomen door kan bewegen.

Figuur 1: In een metaal liggen de atomen in een zogenaamd 'metaalrooster' gerangschikt, waardoor vrije elektronen er tussendoor kunnen bewegen. (Bron: Wikipedia)

Geleiders en isolatoren

Materialen waarin elektronen vrij kunnen bewegen, noemen we 'geleiders'. Alle soorten metaal zijn geleiders. Binnen de geleiders bestaan er natuurlijk ook nog verschillende soorten: in sommige materialen kunnen elektronen een stuk makkelijker bewegen dan in andere. Dat zijn dus betere geleiders. Materialen waarin elektronen helemaal niet vrij kunnen bewegen, noemen we 'isolatoren'. Hout en plastic zijn daar goede voorbeelden van.

Stroomkringen

Die bewegende elektronen worden dus gebruikt om energie te transporteren van een energiebron (bijvoorbeeld een batterij) naar een apparaat (bijvoorbeeld een lampje) om daar op één of andere manier werk te verrichten. Daarvoor moet de batterij verbonden worden met het lampje door stroomkabels. Eén kabel is hier niet genoeg: er zouden dan een paar elektronen van de batterij naar de lamp bewegen, en vervolgens niet verder kunnen, zodat er niets meer zou gebeuren. De elektronen moeten door de gloeidraad van de lamp heen stromen en vervolgens weer teruggaan naar de batterij, zodat de elektronen door kunnen blijven stromen. Met andere woorden: de stroomkring moet gesloten zijn. De energiebron werkt dan als een soort 'pomp' voor de elektronen, die rond blijven bewegen. Meer daarover lees je hier.

Figuur 2: Pas als beide polen van de lamp met de transformator verbonden zijn, kan de lamp branden.

Bewegende lading

Zoals je al in de uitleg over atomen hebt kunnen lezen, hebben elektronen een negatieve lading. Dat betekent niet dat die lading 'achteruit' loop of zoiets, het enige wat dat betekent is dat de lading van een elektron tegengesteld is aan die van een proton, dat een positieve lading heeft. Twee tegengestelde ladingen trekken elkaar aan, terwijl twee dezelfde ladingen elkaar afstoten; net zoals twee dezelfde magneten elkaar afstoten.

Aan de ene kant van de energiebron (de minpool) zijn er heel veel elektronen aanwezig, terwijl er aan de andere kant (de pluspool) juist heel weinig zijn. In onderstaand plaatje is dit wat duidelijker uitgelegd.

Figuur 3: het principe van bewegende lading

Dat elektronen een 'negatieve' lading hebben leidt er alleen wél toe, dat er iets raars gebeurt in een gesloten stroomkring: de elektronen bewegen namelijk van de pluspool van de batterij door de lamp heen naar de andere minpool. Daardoor gaat er negatieve lading weg van de minpool, en dat heeft hetzelfde effect als wanneer er positieve lading naar de minpool tóe zou bewegen, bij de pluspool vandaan. De lading 'beweegt' in een stroomkring dus in tegengestelde richting aan de elektronen. Je moet dus altijd zorgen dat je deze twee stromen uit elkaar weet te houden.

Dat de lading van elektronen 'negatief' is en die van protonen 'positief', komt puur door de afspraken die wetenschappers gemaakt hebben. Het had net zo goed andersom gekund (dan was er wat verwarring voorkomen) maar toen men er achter kwam dat elektronen voor stroom zorgen, was de afspraak nou eenmaal al gemaakt.