App Wereld Uitvindingen & Ontdekkingen

Net als vuur is elektriciteit geen menselijke uitvinding, de mens heeft stroom leren opwekken, gebruiken en beheersen.

Elektriciteit, in de volksmond vaak (elektrische) stroom genoemd, wordt onderscheiden in verschijnselen rond statische elektrische ladingen, die worden bestudeerd in de elektrostatica en bewegende elektrische ladingen (stroom), die wordt bestudeerd in de elektrodynamica. De oude Grieken wisten al dat sommige materialen zoals glas en barnsteen na wrijving met een doek of dierenvel kleine voorwerpen konden aantrekken. Naar het Griekse woord voor barnsteen: elektron, noemden ze dit een elektronkracht. Hiervan is het moderne woord elektriciteit afgeleid. Zover bekend hadden zij echter nog geen idee van de achterliggende oorzaken van deze vreemde kracht en waarschijnlijk ook geen apparaten om grotere ladingen te verzamelen. De elektriciteitsleer heeft zeer veel technische toepassingen mogelijk gemaakt. In de elektrotechniek wordt de elektriciteitsleer dan ook tot de uiterste grenzen verkend en verder ontwikkeld. In tegenstelling tot veel andere natuurkundige verschijnselen zijn de verschijnselen die met elektriciteit te maken hebben vaak uiterst nauwkeurig te meten en vooraf te berekenen. Net als vuur is elektriciteit geen menselijke uitvinding, de mens heeft stroom alleen leren opwekken, gebruiken en beheersen. Elektriciteit komt ook in de natuur voor, onder meer als bliksem. Sommige vissen, zoals de sidderaal, zijn ook in staat stroom op te wekken. In de 18e eeuw werd elektriciteit zeer populair, onder andere door de gevaarlijke maar spectaculaire experimenten met bliksem door de Amerikaan Benjamin Franklin (1706-1790).

Onder statische elektriciteit wordt elektriciteit bedoeld waarbij geen stroom loopt, maar wel een hoge (gelijk) spanning aanwezig is. Elektrische tegenpolen trekken elkaar aan. Dus als er geen stroom loopt is er toch een effect. Statische elektriciteit kan ook mechanisch worden opgewekt. Door wrijving van verschillende materialen kan statische elektriciteit opgewekt worden. In een elektriseermachine(apparaat waarin statische elektriciteit wordt opgewekt) wordt dat principe gebruikt. Personen kunnen statisch geladen worden door de wrijving tussen schoenzolen en vloerbedekking; het aanraken van metaal kan dan voor een ontlading zorgen. Een onweersbui is statisch geladen, en de bliksem is de ontlading van statische elektriciteit. In die periode vande 18e eeuw werden ook allerhande elektriseermachines ontwikkeld, waarmee allerlei ziekten en kwalen genezen zouden kunnen worden, maar waarmee ook amusement werd bedreven. Nog steeds is het spectaculair een persoon onder elektrische lading te zetten, zodat zijn (niet al te kort) haar alle kanten op gaat staan. De eerste "moderne" elektriseermachine werd gemaakt door Otto von Guericke in de zeventiende eeuw. Zijn eenvoudige apparaat bestond uit een bol van zwavel die door middel van een zwengel snel werd rondgedraaid. Als dan iemand zijn handen op de bol legde werd deze door de wrijving elektrisch geladen. Latere modellen gebruikten glazen bollen of glazen schijven. Met deze elektriseermachines was het voor het eerst mogelijk om elektrische lading doelbewust te manipuleren.

De Leidse fles is het eerste type condensator (is in staat elektrische lading op te slaan). Deze werd in 1746 in Leiden uitgevonden door Pieter van Musschenbroeck, die toen professor natuurkunde was aan de Universiteit van Leiden. Een jaar eerder was een dergelijke methode om elektrische lading op te slaan al uitgevonden door de Duitser Ewald Georg von Kleist, maar doordat Van Musschenbroek over zijn vondst publiceerde, heeft zijn vondst ook internationaal de naam Leidse fles gekregen. De Leidse fles bestaat uit een wijde glazen fles die van buiten met tinfolie is bekleed. De fles is gevuld met (geleidend, -zout-) water. Het glas van de fles isoleert en fungeert als diëlektricum (isolator). Aan de bovenkant van de fles zit een bolvormige elektrode die in verbinding staat met het water in de fles. Via de bol kan lading worden afgenomen of toegevoerd. Een Leidse fles kan worden opgeladen met een elektriseermachine zoals een Van de Graaffgenerator. Met de lading die opgeslagen is in een Leidse fles, kunnen spectaculaire (en gevaarlijke) experimenten gedaan worden. De Engelse natuurkundige William Watson verbeterde het ontwerp van de Leidse fles, door zowel de binnen- als de buitenzijde van metaalfolie te voorzien. Een aantal parallel geschakelde Leidse flessen wordt een batterij genoemd. Zo'n batterij heeft een grotere elektrische capaciteit en kan dus meer lading bevatten. Ze werd ter vermaak gebruikt in publieksexperimenten, waarin het publiek bij aanraking van de batterij een schok kreeg.

Luigi Galvani (1737-1798) was een Italiaans arts en natuurwetenschapper. In 1780 ontdekte hij dat de poot van een kikker kon laten bewegen met statische elektriciteit (een elektrische stroom doet spieren, bij mens en dier, samentrekken), een fenomeen dat later galvanisme genoemd zou worden. Met een verkregen elektriseermachine en een Leidse fles was Galvani begonnen met experimenteren van spierstimulatie via elektriciteit. Toen hij in 1786 de kikkerpoot die aan een metalen haak hing aanraakte met een ander metaal zag hij dat deze bewoog. Hij meende toen - ten onrechte - de dierlijke elektriciteit te hebben ontdekt, welke de levenskracht is die alles laat bewegen. Galvani wist ook spiersamentrekking teweeg te brengen door elektrostatische vonken in nabijheid van de kikkerpoot en ondervond dat dit effect sterker werd naarmate de zenuwen werden verlengd met lange metalen draden. Uit Galvani's experimenten zou later de batterij uitgevonden worden. Niet door Galvani, die ervan overtuigd was dat de elektriciteit afkomstig was uit de spieren en zenuwcellen, maar door zijn landgenoot Alessandro Volta. Als groot aanhanger zou zijn neef Giovanni Aldini ervoor zorgen dat Galvani's werkzaamheden wereldwijd bekend werden, onder andere door in heel Europa publiekelijk dierlijke en menselijke lichaamsdelen te elektrificeren, ofwel het laten bewegen van afgehakte lichaamsdelen door middel van elektrische stromen uit batterijen. Naar Galvani zijn vernoemd de galvanische cel, het galvanisatie proces en de galvanometer.



Elektriciteit, studie , kennis, toepassing

Graaf Alessandro Volta (1745-1827) was een Italiaanse natuurkundige die bekend is geworden door zijn ontdekking van de elektrische batterij ofwel de voltaïsche cel (de 'Zuil van Volta'). De eenheid van elektrische spanning, de volt (aangeduid met de letter V), werd in 1881 naar Volta genoemd. Het grootste probleem met de Volta-zuil was de korte gebruiksduur. De Daniell-element of Daniell-cel is een galvanisch element (batterij) die in 1836 is uitgevonden door de Britse scheikundige John Frederic Daniell. Ten opzichte van de Volta-zuil was dit element een grote verbetering, hij kon een veel hogere elektrische stroom leveren en hield het veel langer uit. Het Daniell-element werd op grote schaal toegepast in de beginjaren van de telegrafie in Europa en de Verenigde Staten. Door meerdere elementen achter elkaar in serie te schakelen kon men de uitgangsspanning verhogen en op die manier over steeds grotere afstanden berichten versturen. In de jaren 1860 vond de Fransman Armand Callaud een verbeterde variant van het Daniell-element uit zonder poreuze pot, maar met een glazen pot. Later zou professor Heinrich Meidinger uit Karlsruhe het principe van Callaud gebruiken om een eigen ontwerp te maken die eenvoudiger was in onderhoud. De eerste praktisch toepasbare herlaadbare accu op basis van lood en zuur (nat) werd in 1859 ontwikkeld door de Franse uitvinder Gaston Planté. Dit principe wordt nog steeds gebruikt in auto-accu's. In 1866 patenteerde de Fransman George Leclanche de natte koolstof-zinkbatterij. Hij werd veel gebruikt in de telegrafie en spoorwegsignalering.


In 1881 vond Carl Gassner de eerste commercieel succesvolle droge cel uit, een zink-koolstofcel. Batterijen op basis van zink en koolstof worden nog steeds gebruikt, hoewel zij tegenwoordig grotendeels vervangen zijn door alkalinebatterijen, die meer energie kunnen leveren. In 1899 vond Waldemar Junger de eerste herlaadbare nikkel-cadmiumbatterij uit, waar hij in 1901 patent op kreeg. In 1901 kreeg Thomas Edison eveneens patent op een nikkel-ijzerbatterij. In de Tweede Wereldoorlog ontwikkelden Amerikaanse onderzoekers een krachtigere batterij op basis van bruinsteen (het element mangaandioxide) en zink met een alkalische (tegenhanger van een zuur) elektrolyt (de verbinding tussen het bruinsteen en het zink). Dit leidde rond 1950 tot de introductie van kleine alkalinebatterijen voor algemeen gebruik. Een batterij heeft een + pool en een - pool. Bij aansluiting van een stroomkring ,bijvoorbeeld met een lampje, loopt een elektronenstroom van - naar + . De stroom is constant gelijk in één richting en noemen we daarom gelijkstroom. Als de stroom ophoudt, is de batterij uitgeput en niet meer bruikbaar. Een loodaccu is oplaadbaar, maar onpraktisch groot voor veel moderne toepassingen. De eerste kleine oplaadbare batterijen (eigenlijk dus kleine accu's) waren op basis van nikkel-cadmium (NiCd), nadeel het zeer giftige cadmium. De opvolger is de milieuvriendelijkere nikkel-metaalhydride(NiMH) oplaadbare batterij, die ook veel langer meegaat. De ontwikkeling gaat snel naar steeds kleiner formaat, tegelijk met die naar een steeds hogere opbrengst (bijv. voor de elektrische auto).

Batterijen en accu's zijn o.a. door hun formaat onpraktisch voor levering van grotere hoeveelheden elektriciteit, zoals nodig voor in huis en in bedrijf. Daarvoor bood de uitvinding van de generator uitkomst. Een generator is de algemene benaming voor een machine die mechanische energie, via een draaiende as, omzet in elektrische energie. Dit berust op het feit, dat wanneer een elektrische geleider door een magnetisch veld beweegt, er in die geleider een elektrische spanning wordt opgewekt en bij gesloten kring dus stroom gaat lopen. Er zijn twee soorten: de gelijkstroomdynamo (door een extra voorziening levert de feitelijk wisselstroomdynamo, gelijkstroom) en de wisselstroomgenerator. Beide vinden we in (heel) groot formaat in onze elektriciteitscentrales. Ze worden aangedreven door zeker zo grote machines, die we turbines noemen. Deze werken door het stoken van kolen of gas. De wisselstroomgenerator levert vervolgens de wisselstroom die we kennen van het stopcontact. Kolen en gas zijn niet onuitputtelijk en zijn slecht voor het milieu, daarom wordt naarstig gezocht naar alternatieve brandstof, zoals waterstof en biogas of windmolens waarvan de wieken een generator aandrijven. Ook zonne-energie en kernfusie worden steeds verder ontwikkeld. In het buitenland wordt ook water via een stuwmeer (daar moet dus de ruimte voor zijn) met succes toegepast in waterkrachtcentrales. Nikola Tesla (1856-1943) staat vooral bekend als de uitvinder van de wisselstroomgenerator, de wisselstroomelektromotor en van alle andere belangrijke componenten van het huidige elektriciteitsnet.



  Museum JoCas © (CC BY-SA 3.0 NL) CC: Creative Commons - Naamsvermelding - Niet-commercieel - Gelijk delen 3.0  Nederland , licentie en © Format: Cor Bastinck ism vml JoCas, Jeugd- en jongerenvereniging. © teksten zie Wikipedia en “Info” © foto’s algemeen zie “Info” en wanneer afwijkend zie onderschrift foto’s bij artikel.

Info Contact Home Alessandro Volta maakte deze elektrische batterij (de zuil van Volta). Foto: GuidoB. Bron: Tempio Voltiano in Como, Italy

+

+

+

+

+

+

+

+

TOP

Michael Faraday, uitvinder van de elektromotor.

Schilder:  Thomas Phillips (1842)

Franklin's vliegerexperiment tijdens een onweersbui. Wie heeft de eerste bliksem uit de wolken gevangen? - Dr. Franklin tapte eerst elektriciteit uit de wolken op zodanige wijze (door middel van een opgelaten vlieger en een Leidse fles) dat hij die kon onderzoeken, en bewijzen dat bliksem niets anders is dan elektriciteit.

Bron:Figure 272, an illustration labeled "Experience du cerf-volant electrique faite a Philadelphie, par Franklin, au mois de september 1752" from Les merveilles de la science, ou Description populaire des inventions modernes, 1867, by Louis Figuier, fig. 333. Typ 815.67.3922, Houghton Library, Harvard University

Leidse flessen, Museum Boerhaave, Leiden.

Foto:  Ellywa at nl.wikipedia

Alessandro Volta maakte deze elektrische batterij (de zuil van Volta).

Foto: GuidoB. Bron: Tempio Voltiano in Como, Italy

Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta met rechtsonder, op de tafel, zijn batterij: zuil van Volta.

Bron: http://www.anthroposophie.net/bibliothek/nawi/physik/volta/bib_volta.htm

Elektrische ontlading.

Foto: Matthias Zepper

Martinus van Marums grote elektriseermachine in Teylers Museum (Haarlem).

Foto: McSmit

Batterijen.

Foto: Onderwijsgek