Hoe ontstaat elektrische spanning?

Elektrische spanning kan ontstaan op vele verschillende manieren. De hoofdreden waarom er spanning kan ontstaan is door de energie die afkomstig is van verschillende bronnen.

Door magnetische en mechanische werking

In een koperdraad die beweegt tussen de polen van een magneet, ontstaat spanning. Zo wordt magnetische energie omgezet naar elektrische energie. Zo'n roterende (bewegende) bronnen wordt generatoren genoemd. Zo heb je: de dynamo die gelijkspanning levert, de fietsmagneto die wisselspanning levert en de alternatoren van auto's en elektriciteitscentrales die driefasespanning levert.

Dit principe werd ontdekt door de Britse natuurkundige Faraday rond 1830. Hij ontdekte ook 'de kooi van Faraday.

Voorbeeld

De dynamo van een fiets. Als je het wieltje van de dynamo tegen de fietsband plaatst en je doet het wiel van de fiets draaien ontstaat er spanning in de fietsmagneto die zo de stroom levert voor de fietslampen die nu kunnen gaan branden.

Door warmtewerking

Twee verschillende metalen, bijvoorbeeld ijzer en constantaan, zijn aan een zijde aan elkaar gelast. Bij de verwarming van de las ontstaat tussen beide metalen een kleine spanning.

Hier gebeurt een omzetting van thermische energie in elektrische energie.

De bronnen noemt men thermokoppels of thermo-elementen. Ze zijn niet interessant genoeg voor de productie van elektrische energie maar wel als temperatuurvoeler. Zo kunnen met meettechnieken hoge temperaturen in ovens gemeten worden. Maar ook als regeltechnieken zijn ze nuttig in gaskachels. Stel dat de waakvlam uit valt, dan verdwijnt de spanning. Hierdoor verdwijnt het elektromagnetisme, waardoor de gasklep in ruststand kom en de gastoevoer afsluit.

Voorbeeld

Brand een kaars en houdt een thermokoppel boven de vlam. Aan de vrije uiteinden verbind je en millivoltmeter en je verwarmt het contactpunt. De mV-meter geeft enkele milli-volt aan.

Door lichtwerking

De stralen van de zon kunnen zonne-energie opleveren. De lichtenergie wordt door fotovoltaïsche cellen of zonnecellen omgezet in elektrische energie. Je vindt ze terug in zonnepanelen op daken, in de ruimtevaart, in meet- en regeltechnieken, horloges, rekenmachines,...

Door scheikundige werking

Tussen twee verschillende metalen, neem nu koper en zink, ondergedompeld in een zout of zuuroplossing ontstaat een gelijkspanning. Hierbij wordt een chemische energie omgezet naar elektrische energie. Zo wordt het mogelijk om elektrische energie op te wekken, in een beperkte kleine hoeveelheid.

Dit principe werd ontdekt door de Italiaanse geleerde Volta rond 1800.

Voorbeeld

Steek een stokje koper en een stokje zink in een citroen. De twee stokjes mogen elkaar niet raken. Sluit nu op elk stokje een meetsnoer aan van een DC-voltmeter. Zo duid de naald ongeveer 1 volt aan. Als dit niet zo zou zijn dan moet de je twee meetsnoeren verwisselen.

Overzetting van energiebronnen door middel van elektriciteit

Door scheikundige, mechanische, thermische of lichtwerking ontstaat een spanning en krijg je dus een elektrische bron. Deze spanning kan een elektrische stroom veroorzaken die op zijn beurt opnieuw een chemische, mechanische, thermische of lichtwerking kan veroorzaken of aansturen.

Ampère (definitie)

Symbool voor Ampère

Ampère is de eenheid van elektrische stroomsterkte. Deze wordt afgekort met de letter A. Dit fenomeen werd ontdekt door een Franse natuur- en wiskundige André-Marie Ampère (1775-1836).

Bij één van zijn vele experimenten ontdekt hij dat twee parallelle stroomdraden elkaar aantrekken als de stromen in dezelfde richting lopen, maar elkaar afstoten als ze in tegengestelde richting lopen. Hieruit concludeerde hij dat de draden zich gedroegen als twee staafmagneten waarbij gelijke polen elkaar afstoten en tegengestelde polen elkaar aantrekken. De richting van de stroom bepaalt de polariteit van het magnetisch veld.

Formule van de wet van Ampère

Hij ontdekte dat rondom een elektrische stroom een magneetveld wordt opgewekt, evenredig met de stroom. Zo bepaalde hij dat de kracht tussen de draden evenredig was met de beide stroomsterktes en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen de draden. Zo ontstond er een formule die de wet van Ampère wordt genoemd. En zo kan de kracht van stroom in hoeveelheden worden aangeduid.

Exacte definitie van Ampère
De absolute Ampère is de onveranderlijke elektrische stroom die in 2 rechtlijnige evenwijdige geleiders van oneindige lengte en verwaarloosbare cirkelvormige doorsnede, in het vacuüm geplaatst op een onderlinge afstand van 1 meter, per meter lengte aan kracht tussen de geleiders opgewekt, gelijk aan 2.10-7 Newton (1 kg/m/sec²).