Wat is elektriciteit en wat zijn elektronen?

Elektriciteit is overal aanwezig of je nu thuis bent of op je werk. We kunnen in onze Westerse wereld bijna niet zonder elektriciteit. Wanneer er geen elektriciteit meer zou bestaan zouden mensen in hun dagelijks leven ernstig beperkt worden. Computers, verlichting, wasmachines, drogers, koelkasten en andere machines en apparaten kunnen niet draaien zonder elektriciteit. Daarom is elektriciteit belangrijk.

Het begrip elektriciteit is afkomstig uit de natuurkunde. In de natuurkunde wordt een onderscheid gemaakt tussen elektrostatica en elektrodynamica.  Elektrostatica gaat over de bestudering van statische elektrische ladingen. Elektrodynamica gaat over bewegende elektrische ladingen. Elektriciteit draait vooral om de stroom die ontstaat doormiddel van elektronen.

Wat zijn  elektronen?
Elektronen draaien om de kern van een atoom. De kern van een atoom bestaat uit protonen en neutronen. De elektronen die om de kern van een atoom heen draaien zijn kleiner dan de kern van de atoom. De elektronen zijn niet per definitie vast aan een atoom verbonden. Verschillende materialen kunnen er voor zorgen dat een elektron los gemaakt kan worden van het atoom zodat het zich vrij kan bewegen tussen andere atomen door. De materialen waarin elektronen goed vrij gemaakt kunnen worden van atomen zijn goede geleiders.

De elektronen stromen namelijk door een materiaal dat goed geleid. Elektrotechnische bedrading in woningen is vaak gemaakt van blank koper dat ook wel elektrolytisch koper wordt genoemd. Elektrolytisch koper bestaat voor 99,95 procent uit koper. Dit hoge percentage koper is noodzakelijk om een optimale geleiding te creëren. Verontreinigingen van het koper zorgen er voor dat het geleidingsvermogen afneemt. Elektronen kunnen het beste stromen door een optimaal geleidend materiaal. Hoe beter het materiaal geleid hoe minder de weerstand.

Wat is elektrische stroom?
Elektrische stroom kan het beste worden vergeleken met een water stroom. Wanneer water door een bepaalde buis heen stroomt verplaatst het zich van een beginpunt naar een eindpunt. Door een bepaalde waterdruk kan iets in beweging worden gebracht. Hierbij kan gedacht worden aan een schoepenrad. De waterdruk zorgt er voor dat het schoepenrad gaat draaien. De stoomkring van water moet echter gesloten zijn. Anders raakt het water in een buis op en kan de druk van het water moeilijk worden geregeld.

Zo werkt het ook met de stroom van elektronen. Ook hierbij moet de stroomkring gesloten zijn. Denk hierbij aan een gloeilamp met een stekker. Er vindt een aanvoer van elektronen plaatst naar de gloeilamp. Het wolfraam draadje in de gloeilamp gaat gloeien. Dit komt door de grote weerstand die de elektronen ondervinden wanneer ze door het zeer dunne wolfraam draadje heen moeten. Wanneer de elektronen door het wolfraam draadje heen zijn geweest hebben ze hun ‘werk’ gedaan en stromen ze via een andere draad weer terug naar het stopcontact.

Watt, Ohm, Volt en Ampère
Bij het voorbeeld van de gloeilamp komen een aantal termen aan de orde die verband houden met elektrotechniek. Het aantal Watt is het vermogen dat moet worden geleverd om de lamp te laten branden. De weerstand van de elektrische bedrading en het wolfraam draadje wordt aangegeven in Ohm. Daarnaast moet er een bepaalde spanning worden gegeven om de elektronen door de bedrading te laten stromen. Deze spanning wordt aangegeven in Volt. Naast de spanning wordt ook gekeken naar het aantal elektronen dat per seconde door de bedrading stroomt. Dit is de sterkte van de stroom. De sterkte van de stroom wordt aangegeven in Ampère.

Wat is elektrotechniek en waarom is het belangrijk?

Elektrotechniek is een technisch vakgebied. Onder het vakgebied elektrotechniek valt de bestudering, de toepassing van elektromagnetische velden en elektriciteit zowel in theorie als praktijk. Elektrotechniek is bijna overal aanwezig in ons dagelijks leven. Zowel in een woning als in een bedrijf zijn veel machines, verlichting en apparaten aangesloten op een elektrisch netwerk dat ze van stroom voorziet. Zonder deze elektrische stroom kunnen bedrijven niet draaien en wordt het woongenot van mensen tegenwoordig ernstig beperkt. Ook ziekenhuizen zijn afhankelijk van elektriciteit omdat een groot deel van de systemen die daar aanwezig zijn niet zonder elektriciteit kunnen draaien. Ziekenhuizen en bedrijven zijn vaak zo sterk afhankelijk van elektriciteit dat ze speciale noodvoorzieningen hebben getroffen wanneer de stoom uit zou vallen. Elektrotechnici zijn nodig om er voor te zorgen dat netwerken worden aangelegd en meterkasten worden ingericht. Ook zoeken elektrotechnici naar storingen en onderhouden ze de netwerken die zijn aangelegd. Hieronder wordt informatie gegeven over elektriciteit, verschillende energievormen en de kans op werk in de elektrotechnische branche.

Elektriciteit vergelijkbaar met waterstroom
Elektriciteit wordt  wel vergeleken met een waterstroom. Door de druk van water kunnen schoepen van een rad in beweging worden gebracht. Daarvoor is wel een bepaalde druk nodig. Hoe groter de druk van het water hoe harder de schoepen in beweging kunnen worden gebracht. De schoepen en de waterleiding zorgen echter ook voor weerstand. Om voldoende waterdruk te creëren is een machine nodig waarmee de druk kan worden bepaald. Men heeft het dan over de ‘stroomsterkte’ van het water. De uitleg van de stroomsterkte van water is in grote lijnen van toepassing op elektriciteit. Binnen de elektrotechniek wordt gebruik gemaakt van een aantal algemene termen die tot de basiskennis behoren voor elektrotechnici. We beperken ons hierbij tot de termen: watt, ohm, ampère en volt. Wanneer we deze termen vergelijken met een waterstroom dan kunnen de volgende paralellen worden gemaakt:

  • Watt, is het vermogen dat wordt geleverd. Dit is vergelijkbaar met de druk die het water nodig geeft om een schoepenrad in beweging te brengen. De druk of het vermogen zorgt er voor dat het schoepenrad in beweging komt. Ook het gebruik van een machine wordt aangegeven in het aantal Watt of kilowatt per uur (KWH).
  • Ohm, is de geboden weerstand. Dit kan worden vergeleken met de diameter van een waterleiding. Hoe groter de diameter hoe meer water er door kan stromen. Een kleine diameter zorgt voor veel weerstand. Wanneer je een vergelijking zou maken met iets elektrotechnisch is een gloeilamp een goed voorbeeld. Het zeer dunne draadje dat gemaakt is van wolfraam bied zoveel weerstand dat het gaat gloeien.
  • Volt, is de geleverde spanning. Dit is de daadwerkelijke druk van het water dat door een waterleiding stroomt.
  • Ampère is de sterkte van de stroom. Wanneer dit wordt vergeleken met water is dit de hoeveelheid water die door een waterleiding stroomt per seconde.

Bovenstaande termen worden door elektrotechnici veelvuldig gebruikt. Er zijn verschillende formules ontwikkeld door de jaren heen om: Watt, Volt, Ampère en Ohm te berekenen. Elektrotechnici hebben voor deze berekeningen wiskundig inzicht nodig.

Elektriciteit
Hiervoor werd aangegeven dat elektriciteit belangrijk is voor onze maatschappij en werd de algemene werking van elektriciteit aan de hand van een voorbeeld geschetst. We kunnen eigenlijk niet meer zonder elektriciteit. Het proces waarbij elektriciteit wordt opgewekt tot aan de eindgebruiker is interessant en voortdurend onderwerp in het nieuws. Elektriciteit wordt opgewekt en kan niet zoals olie, kolen en gas worden gedolven. Daarnaast kan elektriciteit niet worden opgeslagen en dat vormt een groot probleem.  Elektriciteit is zoals eerder aangegeven geen delfstof maar kan wel uit delfstoffen worden gewonnen wanneer delfstoffen worden verbrand, zoals bijvoorbeeld in kolencentrales gebeurd. Kolencentrales worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit door het verbranden van kolen. Dit is echter zeer milieubelastend. Daarom wordt gezocht naar andere middelen om elektriciteit te winnen.

Schone energie
Windenergie en zonne-energie winnen terrein op de energiemarkt. Deze ‘schone’ energie zorgt er voor dat er minder delfstoffen worden verbrand en minder CO2 wordt uitgestoten. Bij deze energiewinning is de mens voor een groot deel afhankelijk van de natuur. Daarnaast moet voor de fabricage en productie van windmolens en zonnepanelen energie worden verbruikt. Ook voor de sloop van kapotte zonnepanelen en windmolens moet energie worden verbruikt en ontstaat er restafval. De vraag blijft wat meer milieubelastend is: een kolencentrale of zogenoemde duurzame, ‘schone’ energie.

Kernenergie
wanneer gebruik wordt gemaakt van kernenergie speelt ook nog het radioactieve afval een belangrijke rol in de afweging om voor die energietechniek te kiezen. Radioactief afval is zeer schadelijk voor mens en milieu. Daarnaast is er de kans op een kernramp door een menselijke fout of door een natuurramp zoals een aardbeving. Dit zorgt er voor dat veel mensen terughoudend zijn met het gebruik van kernenergie en het plaatsen van een nieuwe kerncentrale. De ramp die in Japan plaatsvond toont aan dat een mens machteloos is bij een enorme natuurramp in combinatie met een kernramp.

Elektrotechniek is divers
Elektrotechniek wordt in onze samenleving breed toegepast. Elektrotechnici kunnen zowel breed onderlegd zijn als specialist. Daarnaast kunnen ze nieuwe elektrotechnische systemen en bedrading aanleggen maar ook ingezet worden in service, storing zoeken en renovatie. Elektrotechniek is een wereld van technologie en innovatie. Er worden per jaar over de hele wereld verschillende nieuwe systemen ontwikkeld voor industriële elektronica. Ook domotica, meet- en regeltechniek en bijbehorende bedieningsapparatuur worden regelmatig voorzien van nieuwe elektronica en softwaresystemen. Elektrotechniek is zeer divers en is daarnaast gebonden aan veiligheidsrichtlijnen. Elektrotechnici moeten daarom voortdurend cursussen en trainingen volgen om over voldoende kennis te beschikken om de werkzaamheden goed en veilig uit te voeren.

Werk in elektrotechniek
Omdat elektrotechniek een breed vakgebied is zijn er verschillende functies die elektrotechnici en elektromonteurs kunnen uitoefenen. De enorme hoeveelheid aan elektrotechnische systemen die onze maatschappij rijk is zorgen er voor dat er altijd behoefte zal blijven aan ervaren elektrotechnici. De behoefte aan personeel in een bepaalde elektrotechnische functie kan door een economische crisis wel tijdelijk teruglopen. Het is belangrijk dat iemand met elektrotechnische opleiding wat met zijn kennis doet. Theoretische kennis over de elektrotechniek moet in de praktijk worden toegepast. Daarnaast is het belangrijk dat deze kennis up-to-date blijft. Met verouderde kennis over elektrotechniek is het moeilijk om aan een baan te komen in deze branche. Ook veiligheidscertificaten zoals VCA en NEN 3140 zorgen voor meerwaarde op het cv.