Elektrisiteit

Elektrisiteit is ʼn vorm van energie wat onder meer lig en warmte teweeg kan bring en opgewek kan word deur wrywing, induksie of chemiese veranderinge. ʼn Voorwerp wat die vermoë het om elektrisiteit te gelei, staan bekend as ʼn geleier van elektriese energie. Elektrisiteit word in Volt (V) gemeet. Elektriese energie kan maklik in ʼn ander vorm van energie omgesit word. ¹

Die eerste elektrisiteit

In Antieke Griekeland het wetenskaplikes – toe bekend as “natuurfilosowe” – ongeveer 2 000 jaar gelede met amber, ʼn gefossileerde boomhars wat deesdae gebruik word om juweliersware te maak, geëksperimenteer. Toe wetenskaplikes amber en pels teen mekaar gevryf het, het hulle gevind dat amber ʼn geheimsinnige vermoë verkry het om liggewigvoorwerpe soos vere aan te trek.

Die Griekse filosoof Thales (sowat 600 v.C.) het byvoorbeeld opgemerk dat as barnsteen (amber) met ʼn wollap gevryf word, dit die vermoë het om houtskaafsels aan te trek. William Gilbert, wat in die 16de eeu eksperimente met sulke stowwe uitgevoer het, het hierdie verskynsel elektrisiteit genoem, na die Griekse woord vir barnsteen. Vandag is dit ʼn aanvaarde feit dat talle stowwe (byvoorbeeld plastiekstowwe) ook die vermoë het om ander stowwe aan te trek nadat dit gevryf is. As droë hare met ʼn plastiek kam gekam word (veral in droë weer), hoor ʼn mens soms ʼn kraakgeluid; so ook wanneer ʼn nylonhemp of -trui uitgetrek word.

In droë klimaatstoestande gedurende die winter, kan die uittrek van klere wat van ʼn plastiekstof gemaak is, selfs ʼn aanskoulike vertoning van spattende vonkies in die donker afgee as dele van die plastiekstof oor mekaar skuif. ² Die Grieke het destyds nie geweet wat veroorsaak dat hul eksperiment van amber op hierdie manier reageer nie, maar hulle naam vir amber, elektron,  is verder as basis van die woord “elektries” gebruik. Vandag weet ons dat die amber hierdie aantrekkingskrag verkry wanneer dit met elektrisiteit gelaai word, of ʼn “elektriese lading” het.

Elektriese lading

Daar is twee soorte elektriese ladings, wat bekend staan as positief (+) en negatief (-). Elektriese ladings word “positief” en “negatief” genoem omdat hulle mekaar aantrek, byna soos die noord- en suidpool van ʼn magneet. Om te verstaan hoe ʼn voorwerp ʼn lading kry, is dit belangrik om iets van atome te weet: Alles in die heelal – elke plant en dier, elke gebou, elke planeet – bestaan uit klein eenhede, wat atome genoem word. In die middel van elke atoom, is ʼn kern. As ʼn atoom vergroot sou word totdat dit so groot soos ʼn sokkerveld is, sou die kern die grootte van ʼn druiwekorrel wees. Die kern bevat ook nog kleiner deeltjies, wat onderskeidelik protone en neutrone genoem word. Protone het ʼn positiewe lading en neutrone het geen elektriese lading nie. Die neutrone verhoed dat die protone mekaar wegstoot en uitmekaar vlieg.

ʼn Wolk van elektrone omring die kern. Elektrone het ʼn negatiewe lading en balanseer die positiewe lading van die protone. As geheel het atome ʼn “neutrale” lading. Dit beteken dat dit nie positief óf negatief gelaai is nie. Wanneer elektrone van een plek na ʼn ander beweeg, neem hulle hul negatiewe elektriese lading saam met hulle. Dié beweging is elektrisiteit.

Elektronbeweging

Die beweging van elektrone word ook ʼn elektriese stroom of stroomelektrisiteit genoem. Sommige stowwe laat elektrone vrylik beweeg – hulle word geleiers genoem en sluit die meeste metale in. Ander stowwe maak dit moeilik vir elektrone om te beweeg – hulle word isoleerders genoem en sluit onder meer rubber, plastiek en amber in. ¹

Statiese elektrisiteit

Elektrone kan op die oppervlak van isoleerders opbou. Dit staan bekend as elektrostatiese lading of statiese elektrisiteit. Voorwerpe wat elektrone bykry, word negatief gelaai en dié wat elektrone verloor, word positief gelaai. Wanneer jy verskillende stowwe teen mekaar vryf, vryf jy letterlik elektrone van een stof op ʼn ander af.

Toe die Antieke Grieke amber met ʼn stuk pels gevryf het, het hulle negatief gelaaide elektrone van die pels op die amber afgevryf. Die amber het bykomende elektrone op die oppervlak bygekry en dus ʼn negatiewe elektriese lading verkry. Ons weet dat soortgelyke ladings mekaar afstoot. Wanneer die amber dus naby ʼn veer gehou word, byvoorbeeld, druk dit die vere se elektrone weg. Die veer word positief gelaai en word deur die amber aangetrek. ¹

Weerlig

ʼn Weerligstraal is warmer as die oppervlak van die son en ʼn skouspelagtige voorbeeld van statiese elektrisiteit in die natuur. Tydens ʼn donderstorm bots druppels vog in ʼn donderwolk teen mekaar. Dit skep ʼn gebied van negatiewe lading aan die onderkant van die donderwolk, wat elektrone op die grond afstoot. Dit maak die grond positief gelaai, en ʼn sterk aantrekkingskrag vorm tussen die wolke en die grond. Soos wat die ladings opbou en die aantrekkingskrag sterker word, stel die wolk skielik sy lading vry, wat in die vorm van ʼn weerligstraal na die grond beweeg.

Die gerammel van die donderweer word veroorsaak deur skokgolwe soos wat die weerlig oorverhit en die lug laat uitsit. Jy hoor altyd die donderslag nadat jy die weerlig gesien het omdat donderweer teen die spoed van klank – sowat 300 meter per sekonde – beweeg, terwyl die weerligstraal teen die spoed van lig – ʼn ongelooflike 300 000 kilometer per sekonde – trek.

Batterye

Batterye is ʼn draagbare, goedkoop en gerieflike manier om elektrisiteit te produseer. Daar is ʼn groot verskeidenheid groottes en soorte batterye – van klein, ronde batterye wat horlosies laat werk, tot die groot, swaar batterye wat in motors en ander voertuie gebruik word. Die amptelike naam vir ʼn battery is ʼn elektriese sel. Twee of meer selle wat gekoppel is, word ʼn battery van selle genoem. Alle elektriese selle werk op dieselfde manier deurdat hulle chemiese energie berg en dit in elektriese energie omskakel.

Die ontdekking van batterye

Die eerste elektriese sel is in 1800 deur Alessandro Volta uitgevind. Sy uitvinding, die voltaïese (galvaniese) suil, het bestaan uit ʼn stapel afwisselende lae koper, lap geweek in soutwater en sink. Hierdie patroon is herhaal tot die stapel ongeveer 30 sentimeter hoog was. Die positiewe aansluiter was die koperskyf onder, en die negatiewe aansluiter die sinkskyf bo. Die reaksie tussen die verskillende stowwe het elektrone genereer by die negatiewe aansluiter. Wanneer ʼn koperdraad aan die twee punte van die suil geheg is, het dit ʼn stroombaan gevorm met ʼn elektriese stroom wat vloei. ¹

Elektriese stroombane

ʼn Elektriese stroom het twee elemente nodig om dit te laat vloei: Dit moet aangedryf word deur ʼn bron van elektrisiteit, soos ʼn elektriese sel, en dit benodig ʼn baan waarlangs dit kan vloei. Hierdie baan staan as ʼn elektriese stroombaan of kring bekend. ʼn Elektriese stroombaan is ʼn sisteem wat energie vervoer en is ʼn volledige en ongebroke baan vir elektrisiteit. ʼn Eenvoudige stroombaan bestaan uit verskillende komponente: ʼn bron van energie, geleiers en ʼn toestel en kan ʼn skakelaar bevat om dit aan en af te skakel. Elektriese stroombane kan deur simbole in stroombaandiagramme voorgestel word. ³

Van die kragstasies tot in jou huis

ʼn Battery het gestoorde energie wat in elektriese energie omgeskakel kan word, maar ons huise, skole, winkels en fabrieke kan nie met batterye werk nie. Die hoofbron van energie kom van kragstasies. Ons noem dit hoofstroomelektrisiteit.

Kragstasies gebruik verskillende maniere om krag op te wek. ʼn Kragstasie benodig ʼn bron van energie. In Suid-Afrika brand die meeste kragstasies steenkool om die energie te gebruik wat in die steenkool gestoor word. ³ Vanaf ʼn kragstasie word elektrisiteit deur transmissielyne, wat deur reusekragmaste ondersteun word, oorgedra.

Die transmissielyne vorm deel van die stroombaan wat die kragstasies met die plekke waar elektrisiteit benodig word, verbind. Die transmissielyne dra groot hoeveelhede elektrisiteit na die substasies in die stede en dorpe. Vanaf ʼn substasie word elektrisiteit in kleiner hoeveelhede na ʼn elektrisiteitboks vir ons huise gedra. Vanaf die elektrisiteitsboks beweeg die elektrisiteit deur drade na die sokpunte, ligskakelaars en ligte in ons huise.

Veiligheid en elektrisiteit

Ons gebruik elke dag elektrisiteit en kan amper nie meer ons lewens daarsonder indink nie. Tog is dit uiters belangrik om te onthou dat elektrisiteit baie gevaarlik kan wees en met groot versigtigheid hanteer moet word. Elektrisiteit kan vure, beserings en selfs dood veroorsaak.

Hier is ʼn paar reëls om elektrisiteit veilig te gebruik:

• Moenie enige iets in ʼn kragsok sit behalwe ʼn kragprop nie.
• Moenie aan die koord trek om die apparaat se kragprop uit te trek nie. Hou aan die prop vas, en trek dit uit nadat die skakelaar afgeskakel is.
• Droog jou hande af voordat jy ʼn kragprop insit of uittrek.
• Indien ʼn kragprop gebreek is of die koord gesny of beskadig is, moet dit nie gebruik word nie.
• Moenie muursokke oorlaai nie.
• Hou elektriese apparate weg van water af.
• Wanneer daar ʼn elektriese storm (met weerlig) woed, is dit veiliger om elektriese apparate soos ʼn televisie en rekenaar af te skakel en die muurprop uit te trek. Sou dit gebeur dat die huis deur weerlig getref word, kan dit die elektroniese komponente in hierdie apparate beskadig.
• Moenie aan enige kragdrade raak nie.
• Sommige kragdrade word ondergronds begrawe. Indien jy dalk in die tuin werk, spit en ʼn draad kry, moenie daaraan raak nie.
• Moet nie ʼn vlieër vlieg of ʼn boom naby ʼn kraglyn klim nie. ³
• Wees versigtig om nie tydens ʼn donderstorm in ʼn oop gebied te staan nie; weerlig kan iemand se dood veroorsaak. ¹
• In die geval van ʼn elektriese brand mag dit slegs met brandblussers geblus word wat koolstofdioksied (CO₂) of droë poeier bevat! Moet nooit ʼn elektriese vuur met water of ander chemikalieë blus nie.

Het jy geweet?

Jy kan daagliks “klein skokkies” voel

Ons ondervind miniweerligstrale in die alledaagse lewe. Soms bou oortollige elektrone aan jou liggaam op sonder dat jy dit besef. As jy byvoorbeeld rubberskoolskoene dra, kan jy elektrone van ʼn mat optel wanneer jy daaroor loop. Die elektrone op jou skoensole stoot mekaar af en versprei vanaf jou voete na bo. Hulle kan egter nie weer terug grond toe beweeg nie omdat die rubber ʼn isoleerder is. Die elektrone bly op jou liggaam totdat jy aan ʼn voorwerp soos ʼn metaaldeurknop raak. Die oortollige elektrone aan jou hand laai die metaal positief en jou elektrone “spring” na die deurknop. Dit skep in werklikheid ʼn klein elektriese stroom, en dit is hoekom ons ʼn klein “elektriese skok” in die vorm van ʼn vonkie voel. ⁴

Die meet van ʼn elektriese stroom

Elektriese stroom word in ampères of amp (A) gemeet. Een amp is ongeveer een miljoen biljoen elektrone per sekonde. Elektriese stroom word nie deur komponente in ʼn stroombaan “op gebruik” nie. Dit beteken dat presies dieselfde aantal elektrone elke komponent binnegaan en verlaat. ʼn Ammeter word gebruik om die vloei van elektriese lading of stroom te meet. Dit word altyd in serie gekoppel sodat die elektrisiteit daardeur kan vloei. Die simbool vir ʼn ammeter is die letter “A” met ʼn sirkel.

Spanning en volt

Volt is die meeteenheid vir die sterkte waarmee ʼn kragbron ʼn elektriese stroom om ʼn stroombaan dryf. Hoe groter die spanning (volt), hoe groter die aandrywing en hoe groter is die stroom. Batterye het gewoonlik ʼn spanning van tussen 3 en 12 volt (V). Die hoofstroomtoevoer van jou huis is ongeveer 240 V. ʼn Voltmeter word parallel in ʼn stroombaan gekoppel. Die simbool vir ʼn voltmeter is die letter “V” in ʼn sirkel.

Thomas Edison – veelsydige uitvinder wat ons wêreld helderder kon maak

Thomas Edison, gebore in 1847, was ʼn Amerikaanse uitvinder wat amper 1 100 uitvindings in sy leeftyd gepatenteer het. Een van sy belangrikste uitvindsels is die gloeilamp. Die gloeidraad van die vroeë gloeilampe was nie baie helder nie en het na ʼn paar ure uitgebrand. Edison het 4 700 eksperimente gedoen om ʼn beter materiaal te vind. In 1879 het hy koolstof probeer en ʼn gloeilamp geskep wat 1 500 uur kon brand.

Om Edison se uitvinding te gebruik, het mense elektrisiteit nodig gehad. Vervolgens het Edison ʼn manier uitgevind om elektrisiteit op te wek en dit met drade na huise en besighede te gelei. In 1882 het hy die eerste publieke kragstasie gebou, die Edision Electric Light Station in Londen, Brittanje. Agt maande later het hy Amerika se eerste kragstasie in New York gebou. In die 1890’s het honderde stede reg oor die wêreld Edison se kragstasies gehad, en elektrisiteit het spoedig vanselfsprekend geword. ⁵

Woordbank

amber	Amber is gefossileerde boomhars. Dit is ʼn isoleerder wat ʼn elektriese lading kan verkry. 6
induksie	Dit is die opwekking van ʼn magnetiese of elektriese veld of die wysiging van ʼn bestaande toestand in ʼn liggaam deur middel van ʼn naburige magneties of elektries gelaaide liggaam sonder dat daar aanraking plaasvind.

Kyk hierdie video’s om nog meer te leer oor elektrisiteit

Wat presies is elektrisiteit?

Inleiding tot elektrisiteit

Hoe werk elektriese transmissielyne?