ELECTRICITEIT: wisselstroom en gelijkstroom.

[oktagon]

Bij de aanschaf van armaturen met Led-lampen en wrs. Led -electronica bij mijn nieuwe TV kom ik de volgende termen en vragen tegen:

a. Omvormer (in de stekker oa.) van wisselstroom 220Volt en 50Hertz naar gelijkstroom voor het laten functioneren van LED-electronica;
wat gebeurt er in de omvormer op electronisch gebied en waarvoor is die omvorming nodig. Is hier gelijkstroom voor nodig,omdat er de een of andere vorm van gas in de lamp de electronen (of wat dan ook) doet verlichten en het gasmedium weinig energie vergt en dus heel weinig warmte produceert in tegenstelling met gloeilampen,waarbij een metalen draad van speciale samenstelling tot gloeien wordt gebracht en veel onnodige warmte met ook licht verspreidt. Is hier de wisselstroom nodig wegens de aanwezige draad?

b.Als ik eens uitga van licht (fotonen,etc) met een snelheid van 300.000 km/sec dan kun je via -mij onbekende frequenties- de bijbehorende golflengtes berekenen.
Voor zover mij bekend is voor krachtstroom een hoog voltage nodig (zie bij spoortreinen op 20.000V);is dit gelijk-of wisselstroom.Houdt dit verband met het opwekken van warmte?

c. Bij radio's met diverse zenders in frequenties van ca. 400 Kh tot 1,300 Gh wordt er bij mijn weten gewerkt met wisselstroom;houdt dit verband met het vermogen van de mens om geluid op te vangen van ca.20 Hz tot ongeveer 20.000 Hz?
De voortplantingssnelheid van geluid is ca.340 m/sec en dat getal is weer de basis voor het berekenen van een golflengte bij het bekend zijn een bepaalde frequenties binnen het hoorbare gebied.

d. Onze zon heeft als energieproducent sinds miljoenen jaren levende materie op onze Aarde in staat gesteld om te leven en te sterven met gevolg oa. de vele olie en gas,die er werd gevormd en sinds een paar honderd jaar rijkelijk wordt gebruikt door de mensheid in steeds grotere hoeveelheden en het einde schijnt in zicht te zijn.

Deze in feite door de Zon gedane energiestralen werden omgezet in bruikbare materie waardoor wij kunstlicht,warmte en machinale energie kunnen gebruiken ;in feite een zeer snel consumeren van ingevoerde Zon-energie!

Directe opvang van zonlicht (energie) lijkt de meest efficiente vorm van bruikbare energie (in welke vorm dan ook) te zijn, zie in de buitenaardse ruimte het gebruik van panelen voor opvang van zon-energie en op Aarde zonnepanelen. Deze laatsten zijn wrs. nog in puberfase van ontwikkeling; mogelijk zijn er binnen een jaar of 30-40 energie-satellieten om de Aarde op enkele honderden of duizend km afstand, die opgevangen zon-energie naar grote, resp. kleine huiscentrales kunnen sturen ;gelijk aan radio-satellieten ed.

e. Voor TV werden glasvezelkabels ontwikkeld voor lichtsignalen-transport en voor energie-transport zijn we nog blijven steken in koper met alliages en mogelijke andere metalen.

Bij Wiki las ik uitleg mbt.hoogspanning en daar het gebruik van zowel gelijkspanning als wisselspanning; waarom deze twee (of meerdere ) variaties?

Graag wat exacte theoretische uitleg van ingewijden zou ik zeer op prijs stellen!

[Vitharr]

Ik denk dat het helder krijgen van de basisprincipes beter werkt dan antwoord geven op je vragen Oktagon. Ik zal proberen het uit te leggen.

Er zijn parallellen te trekken tussen elektrische stroom en bijvoorbeeld een vloeistofstroom. Het basisprincipe is aan mij ooit uitgelegd als elektronen die door een draadje rennen. Dit is de elektrische stroom, de grootheid is de Ampère en het gebruikte symbool is I.

De motivatie om te bewegen wordt veroorzaakt door een spanningsverschil, vergelijkbaar met druk bij vloeistofstromen. De grootheid is Volt en het symbool is U.

Bij die beweging worden de elektronen gehinderd door weerstand. De grootheid is Ohm en het symbool is R.

De onderlinge relatie tussen deze grootheden is vastgelegd in de formule U=I x R wat staat voor Spanning = Stroomsterkte x Weerstand.

Hoe werkt nu een ouderwetse gloeilamp? Het gloeidraadje is in feite een weerstand. De elektronen die hierdoorheen 'rennen' (= de stroom) ondervinden hier zoveel weerstand dat de gloeidraad zo warm wordt dat hij gaat gloeien in het zichtbaar licht spectrum. And then there was light...

Het verschil tussen gelijk- en wisselstroom zit hem in de beweging van de elektronen. Bij wisselstroom rennen ze heen en weer omdat de spanning continu van polariteit wisselt. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de meest eenvoudige wisselstroomgeneratoren zoals een ouderwetse fietsdynamo. Uit je stopcontact thuis komt ook wisselstroom, en daarom maakt het ook niet uit hoe je de stekker er in steekt.

Voor de ouderwetse gloeilamp maakt het niet uit of het wissel- of gelijkstroom is. Welke kant de elektronen ook op bewegen, ze ondervinden dezelfde weerstand en dus gloeit het draadje toch wel.

Vervelender wordt het als je een elektromotortje aandrijft met wisselstroom. In plaats van rond te draaien gaat het motortje dan namelijk heen en weer. Evenzo kun je er bijvoorbeeld geen accu mee opladen omdat er continu elektronen in en uit gaan en per saldo dus niets achterblijft.

Voor dergelijke toepassingen heb je gelijkstroom nodig. De eenvoudigste manier om van wisselstroom gelijkstroom te maken is met behulp van een diode. Een diode kun je vergelijken met een terugslagklepje in een vloeistofstroom. In de gewenste richting laat de diode elektronen door, in omgekeerde richting houdt hij ze tegen. Hierdoor loopt de stroom dus slechts in 1 richting, en vandaar de naam 'gelijkstroom'.

Wat je vraag m.b.t. de LED betreft kan ik dus heel kort zijn. LED staat voor 'Light Emitting Diode' en ik heb net uitgelegd dat een diode alleen met gelijkstroom werkt.

Je hebt ook opgemerkt dat er gesproken werd over een frequentie. Om dat te doorgronden grijpen we even terug naar de fietsdynamo. Zoals gezegd veroorzaakt die een wisselspanning. Om precies te zijn een wisselspanning van 6 volt. De frequentie heeft te maken met de manier hoe de spanning van polariteit wisselt. Even een plaatje ter illustratie:


Op de verticale as is de spanning weergegeven. Bij de fietsdynamo loopt de spanning van +6 Volt naar -6 Volt. Het spanningsverloop over tijd ziet er uit als de sinus op het plaatje. De frequentie is hier nu afhankelijk van het aantal rotaties per tijdseenheid van je dynamo.

Als we deze stroom gaan gelijkrichten, dan verdwijnt 1 helft van de sinus. Afhankelijk van de geplaatste richting van de diode dus het deel boven de X as of er onder. Wat resteert is een gelijkspanning van 6 Volt.

Stel nu dat de lengte van de getoonde sinus 1 seconde betreft. Als we de stroom dan gelijkrichten, dan hebben we 0,5 seconde een spanning die van 0 naar 6 Volt loopt en weer terug. Daarna hebben we 0,5 seconde niks.

Een dergelijke curve is killing voor de huidige elektronica. Stel je maar eens voor dat je water zo pulserend uit de kraan zou komen. Een halve seconde druk opbouwend en aflopend en dan een halve seconde niks. Dan klappen je kranen van de muur.

En dus vereisen sommige toepassingen transformatoren/voedingen die niet alleen wisselstroom naar gelijkstroom omzetten, maar tevens de spanning aanpassen aan het gewenste niveau en daarnaast die spanning stabiliseren tot een zo vlak mogelijke curve. Het liefst dus een streep in plaats van een sinus.

Is het zo wat duidelijker?

[oktagon]

Je geeft een logische uitleg; dat van het gevecht van die naar binnen dringende electronen,hoorde ik van mijn electronisch geschoolde vroegere buurman;hoe nauwer de doorgang,hoe meer gedrang en warmteproductie.
Deed me denken aan mijn discussie met een Haagse ambtenaar,die me wilde dwingen om een school-ontwerp aan te passen met een veel te kleine entree om ruimte te besparen.Met veel moeite kon ik dat uit zijn hoofd praten door het woord leerlingen-congestie bij een brand te gebruiken en toen ging de eigenwijze figuur overstag!

Een van mijn basis-vragen in deze topic was de reden van het gebruik van wisselstroom voor een apparaat,dan wel het systeem met gelijk stromende electronen. Is de wisselstroom nodig voor sneller opwarmen van elementen (strijkijzers,gloeilampen,ed).

Was die oude yankie met zijn kikkerproeven de grondlegger van wissel-,of gelijkstroom?

Nb: Via Google las ik in een topic de uitleg van wisselstroom ,waarom? (was mijn vraag):


http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... ijkstroom/

[Kwel]

Bij wisselstroom rennen ze heen en weer omdat de spanning continu van polariteit wisselt. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de meest eenvoudige wisselstroomgeneratoren zoals een ouderwetse fietsdynamo.

Wanneer de electronen heen en weer rennen bij wisselstroom , doen ze dat dan vanaf de dynamo tot aan het stopcontact ?? En waar blijven al die vrije electronen wanneer ze niet worden gebruikt en de dynamo maar electronen blijft sturen ?

[Vitharr]

Wanneer de electronen heen en weer rennen bij wisselstroom , doen ze dat dan vanaf de dynamo tot aan het stopcontact ??

Ik begrijp niet precies wat je bedoelt?

Je moet het als een cirkel zien. Bijvoorbeeld vanaf de electriciteitscentrale via je stopcontact naar een lamp en dan via het andere draadje weer helemaal terug naar de bron.

In datzelfde voorbeeld brandt de lamp vanwege de weerstand die de electrische stroom ondervindt. Die weerstand wekt warmte op, en dat leidt tot gloeien en dus licht. Wisselstroom is dan vergelijkbaar met een normale handzaag. De heen en weergaande beweging wekt hier wrijving op. Gelijkstroom is dan vergelijkbaar met een lint- of kettingzaag. De zaagtanden wekken nog steeds wrijving op, maar hebben continu dezelfde richting.

En waar blijven al die vrije electronen wanneer ze niet worden gebruikt en de dynamo maar electronen blijft sturen ?

'vrije electronen' is niet het juiste woord. Het lijkt meer op een newtonian swing. Als er geen electronen worden 'gebruikt' dan beweegt er in principe niets en levert de dynamo enkel spanning, maar geen stroom. Net als bijvoorbeeld een tuinslang. Houdt je je duim op de uitstroomopening dan heb je geen flow meer, maar wel druk.

[Kwel]

Als ik het een beetje begrijp zorgt een generator voor lading in de kabel, en deze kabel kan dat niet vrijgeven totdat er een verbinding komt met de tegenovergestelde geladen andere kabel. (?cirkel?) Is er verbinding dan wordt ea gevoed door de generator, toch ? Wanneer er geen verbinding is wat doe je dan met de lading die je opwekt ? Waar zet hij dat weg ? Ik krijg er maar geen beeld bij ? De geleider bevat toch meer electronen wanneer hij positief is en minder wanneer hij negatief is ? Dus als er wissel spanning is dan is er in mijn beeld stroom van electronen ? Waarschijnlijk haal ik dingen door elkaar maar ik hoop het hier duidelijk te krijgen.

[Vitharr]

Als ik het een beetje begrijp zorgt een generator voor lading in de kabel, en deze kabel kan dat niet vrijgeven totdat er een verbinding komt met de tegenovergestelde geladen andere kabel. (?cirkel?) Is er verbinding dan wordt ea gevoed door de generator, toch ? Wanneer er geen verbinding is wat doe je dan met de lading die je opwekt ? Waar zet hij dat weg ? Ik krijg er maar geen beeld bij ? De geleider bevat toch meer electronen wanneer hij positief is en minder wanneer hij negatief is ? Dus als er wissel spanning is dan is er in mijn beeld stroom van electronen ? Waarschijnlijk haal ik dingen door elkaar maar ik hoop het hier duidelijk te krijgen.

Je haalt een paar zaken door elkaar en daarom krijg je het waarschijnlijk niet helder. Je spreekt over lading, maar dat heeft hier in principe nog niets mee te maken.

Electrische stroom heeft analogieën met vloeistofstromen. Electronen zijn deeltjes die standaard bij normale moleculen horen. Dus bijvoorbeeld ook in de kopermoleculen van een koperdraad. Om de electronen in beweging te krijgen is een spanningsverschil nodig. De analogie met vloeistof is hier bijvoorbeeld de tuinslang gevuld met water. Zolang de druk aan beide zijden hetzelfde is, is er geen beweging.

Een generator is een apparaat wat voor spanningsverschil kan zorgen. Het spanningsverschil is dus vergelijkbaar met de druk die nodig is om de watermoleculen in de tuinslang in beweging te krijgen. Alleen beweegt een generator dus niet de gehele kopermolecule, maar enkel de electronen die deel uitmaken van die kopermolecule.

Dan, iets ingewikkelder, spreek je over lading. In principe bezit de koperdraad nooit een lading. Ook de generator niet. Een batterij bijvoorbeeld wel. Dus ook een accu, en een condensator. De werking verschilt, het effect is vergelijkbaar.

Moleculen kun je ioniseren. Standaard hoort bij een bepaalde molecule een vast aantal electronen. Moleculen kun je echter, afhankelijk van de soort, een overschot, of een tekort aan electronen geven. Dit is een hele kleine vorm van spanningsverschil. Electronen zijn namelijk negatief geladen, en een atoomkern positief, waardoor een normale molecule neutraal geladen is. Ioniseer ik een molecule, dan ontstaat er dus een spanningsverschil. En daarmee kun je weer een stroom opwekken.

In een batterij en een accu wordt op een chemische manier electrische energie van een generator opgeslagen via ionisatie. Daarom bezit een batterij en een accu lading. Een generator doet het alleen als je hem aandrijft. Hier is dus sprake van transformatie van bewegingsenergie naar electrische energie. En dat is geen lading.

Is dat duidelijk Kwel?

[Kwel]

Ik begrijp dat ik de verkeerde benaming gebruik. Het zal toch bibliotheek worden.

Die tuinslang begrijp ik wel maar dat is geen wisselstroom. Een apparaat wat wisselstroom opwekt begrijp ik gewoonweg niet. Denk dat de begrippen spanning en lading en meer van dat, bij mij een update nodig hebben.

Het blijft voor mij raar dat wisselstroom. 50 x per sec zit er links en rechts in het stopcontact meer electronen dan in de ander. En dat begint allemaal bij de bron. Hierdoor denk ik dat er beweging is van het begin van één draadje tot het eind.

Bedankt voor de moeite.

[Vitharr]

Ik begrijp dat ik de verkeerde benaming gebruik. Het zal toch bibliotheek worden.

Die tuinslang begrijp ik wel maar dat is geen wisselstroom. Een apparaat wat wisselstroom opwekt begrijp ik gewoonweg niet. Denk dat de begrippen spanning en lading en meer van dat, bij mij een update nodig hebben.

In de analogie met vloeistof is spanning gelijk aan druk, en lading gelijk aan de inhoud van een buffer. Het reservoir van je toiletpot bouwt een 'lading' op wanneer hij gevuld wordt. De 'spanning' die het reservoir van je toiletpot bezit wordt veroorzaakt door het hoogteverschil. En als je doorspoelt (=de kring sluiten) dan gaat er een 'stroom' lopen. 1 grote 'stroom' richting de pot, en 1 kleinere 'stroom' richting het reservoir.

Het blijft voor mij raar dat wisselstroom. 50 x per sec zit er links en rechts in het stopcontact meer electronen dan in de ander. En dat begint allemaal bij de bron. Hierdoor denk ik dat er beweging is van het begin van één draadje tot het eind.

Dat is bijna juist Kwel. Alleen de hoeveelheid electronen in je stopcontact verandert niet.

De clou zit in de manier van opwekken. In de centrale wordt bewegingsenergie met behulp van roterende magneten omgezet in electrische stroom. Wanneer je namelijk een geleider door een magnetisch veld beweegt gaat er een stroom lopen. Omdat de magneten in de centrale roteren, ontstaat er een continu wisselend magnetisch veld. Dit wisselt 50x per seconde, vandaar de 50Hz.

De stroom loopt van de generator, via je huis, terug naar de generator. Maar het is niet de hoeveelheid electronen in je stopcontact wat veranderd, maar enkel de richting.

Met wisselstroom zou je dus ook nooit een buffer als een accu op kunnen laden. Je stopt er namelijk net zoveel lading in als je er uit haalt.

Bedankt voor de moeite.

Graag gedaan hoor.

[oktagon]

Voor mij is de vraag,als die electronen alleen doorstromen ,weer retour naar de generator (in de centrale als ik begreep),dan hebben die electronen toch energie overgebracht in de vorm van licht ,beweging , warmte,etc.dus dat is dan de verwerkte energie uit electronen.

De electriciteitskabel is van koper en bevat dus koperatomen met de bijbehorende electronen,deze electronen verhuizen niet uit de koperatomen;hoe zit dat met het volgende:

Een uitleg die ik eens hoorde, was,dat bij vernauwing van de diameter van een koperdraad,er een stuwing in die draad plaats vond van electronen en daardoor wrijvingswarmte ontstond en als dat verhaal niet klopt dan de alternatieve vraag.

Als die electronen een freq. hebben van 50 Hz,hoeveel energie verliezen ze dan daaraan en wel door de mogelijkheid dat er verschillende hoeveelheden (in watts) kunnen worden afgenomen.

Het verbruik wordt blijkbaar op de meter gemeten van de hoeveelheid gepasseerde electronen of op een andere meetbare hoeveelheid?

Een gelijkstroom vloeit door en zou dus bij grotere vraag aan energie een hogere electronen snelheid kunnen (moeten) ontwikkelen,tenzij er per electron een variabele afname zou kunnen plaats vinden.

Electrotechniek is voor mij als simpel bouwtechneut (met veel statica-opvoeding) altijd een wazige materie geweest.

Wat betreft het bufferladen in een accu met wisselstroom,ik doe dat met behulp van een "druppelaar".Vormt deze een gelijkstroom naar de accu,Vitharr?