Elektrisiteit: die vonke en die strome

’n Blits klief die lug. ’n Donderslag volg. Voordat die mens elektrisiteit begryp het, het hy hierdie natuurverskynsels met groot ontsag gevrees. Maar ook die vonkies wat uit jou hande kan skiet wanneer jy aan metaal raak nadat met jou skoene oor ’n tapyt geskuifel het, is elektrisiteit. Wat meer sê, ’n Van De Graaff- elektrostatiese opwekker kan selfs jou hare orent laat staan soos dié van voëlverskrikker!

Weerlig: NOOAA    Meisie met elektrostaties geaktiveerde hare: NASA
Animasies: MSKARG

Lees ook hierdie verwante  Mieliestronk-artikels:
 
 •   Elektrisiteit — die kragtige verhaal van die krag wat ons moderne wêreld aan die draai hou
 
 •   Gevare van die kragdrade en -toestelle in en om die huis
 
 •   Weerlig en donderstorms
 
 •   Laslappie: Magnete en magnetisme

ELEKTRISITEIT kan óf “staties” wees óf in ’n stroom vloei.

Alle materie bestaan uit uiters klein eenhede wat atome genoem word. Die atome bestaan op hul beurt uit elektrone, protone en neutrone. Elektrone het ’n negatiewe lading; die lading van protone is positief. Neutrone het geen lading nie.

Die volgende vergelyking gee ’n mens ’n idee van hoe verskriklik klein die atoomdeeltjies is: As jy ’n miljoen elektrone langs mekaar in ’n reguit lyn oor die kop van ’n kopspeld sou kon span, sou hulle skaars die afstand dek.

Hoe ook al, alle materie is dus saamgestel uit enorme hoeveelhede positiewe lading en negatiewe lading in volmaakte ewewig. Anders gestel: atome het  in die reël ewe veel elektrone as protone en is dus elektries neutraal, of die netto elektriese lading staan gelyk aan nul, aangesien die ladings mekaar uitkanselleer. As ’n atoom egter sekere elektrone bykry, raak dit negatief gelaai. Indien dit elektrone verloor, raak dit positief gelaai. (In albei gevalle is die atoom geïoniseer).

Wanneer teenoorgestelde ladings in dieselfde rigting vloei, het ons fisiese beweging.  Sodra die teenoorgestelde hoeveelhede lading gedwing word om in twee verskillende rigtings te vloei, het ons ’n elektriese stroom. Wanneer die teenoorgestelde hoeveelhede lading van mekaar geskei word, is die netto elektriese lading nie langer nul  nie en manifesteer die verskynsel wat bekend staan as statiese elektrisiteit.

Die elektrisiteit wat ons daagliks vir ons ligte, masjiene, rekenaars en baie ander dinge gebruik, is stroomelektrisiteit.

Tog moet ons nie aan elektrisiteit dink as twee soorte, te wete stroom- en statiese elektrisiteit nie. Elektrisiteit is immers elektrisiteit. Dit is maar net in die manifestasies waarin die verskil lê.
 

DIE klein, blou vonkies wat jy partymaal sien wanneer jy jou hare in die donker kam, of die dowwe gekraak wat jy kan hoor wanneer jy jou nylon-trui uittrek, is vanweë statiese elektrisiteit.

In sekere omstandighede kan negatiewe ladings op die oppervlak van ’n voorwerp opbou. As hierdie ladings skielik wegvloei, is daar ’n vonk. Dit word ontlading genoem.

Jy kan statiese elektrisiteit laat opbou deur ’n ballon teen jou trui te vryf. Die elektrone in jou trui word versteur en sekere van hulle kleef aan die oppervlak van die ballon.

As jy die ballon teen die muur hou, word hierdie ekstra ladings aangetrek na teenoorgestelde ladings aan die muur, en die ballon bly daar sit. Die ladings sal uiteindelik geneutraliseer word en die ballon sal afval.

Net soos stowwe met teenoorgestelde ladings mekaar aantrek, stoot dié met dieselfde lading mekaar af. Jy kan dit sien gebeur deur ’n ballon te laai en dit agter aan ’n stoel vas te maak. Laai nog ’n ballon en hou dit naby die eerste een. Die eerste sal van die ander een af wegspring.

BENEWENS weerlig is daar baie ander vorms van elektrisiteit in die natuur.

Dit is byvoorbeeld betrokke by baie van ons liggaamsprosesse. Elektriese impulse laat die hart ritmies klop, en die "boodskappe" wat in ons senuwees beweeg, word deur elektriese strome oorgedra.

Die krag wat plantwortels in staat stel om voedingstowwe uit die grond te onttrek, is ook elektries.

Sekere diere gebruik elektrisiteit as ’n navigasiehulp, om hul prooi te vang en hulself te verdedig. Die sidderaal van Suid-Amerika kan byvoorbeeld ladings van tot 650 volt opwek—genoeg om ’n mens katswink te skok, maar hy gebruik dit darem eintlik om visse en paddas dood te maak.

LINKS Suid-Amerika se sidderaal (Engels “electric eel”), Electrophorus electricus, is ’n skokkende vis in die letterlikste sin van die woord. Hy kan venynige elektriese skokke toedien, wat hy sowel vir jag as selfverdediging gebruik. Die spanning neem toe namate die vis groei en bereik ’n maksimum (tot 650 volt is al gemeet) wanneer hy sowat ’n meter lank is. Party sidderale raak nagenoeg drie meter lank.                       Foto: NOAA

 

WEERLIG is ’n reuse-vonk in die lug. Donderwolke bevat ’n menigte klein waterdruppeltjies en ysdeeltjies. Tydens ’n donderstorm bots dié teen mekaar en kry elektrone by of verloor dit. Hulle raak dus elektries gelaai.

Die ligter druppeltjies en deeltjies verkry ’n positiewe lading en styg na bo in die wolk. Dié wat swaarder is, raak negatief gelaai en val na onder in die wolk. Die onderkant van die wolk is dus negatief gelaai bokant die grond. As ’n baie sterk lading daar opbou, vind dit ’n pad ondertoe deur die lug en ontlaai as weerlig. Dit staan bekend as wolk-tot-grond-weerlig.

Weerlig kan ook binne-in ’n wolk voorkom, tussen twee wolke en tussen ’n wolk en die lug.

Maar waarom is daar ’n donderslag? Weerlig is baie warm en verwarm die omringende lug, sodat dit skielik en kragtig uitsit en teen die koel lug daarnaas bots. Dit veroorsaak klankgolwe wat ons as ’n donderslag hoor.
  

WANNEER ’n stroom deur ’n gloeilamp vloei, word sekere van die elektriese energie in hitte-energie omgeskakel en die gloeilamp gloei witwarm. Dit is omdat die wolframdraad in die gloeilamp teen die kragstroom weer­stand bied.

Alle elektriese komponente bied ’n sekere mate van weerstand, afhangende van hul lengte en breedte en die stof waarvan hulle gemaak is. Hoe dunner en langer ’n geleier is, des te hoër is sy weerstand.

Stowwe wat min weerstand bied, word geleiers genoem; dié met groot weerstand is isolators.

Weerstand word in eenhede genaamd ohms (R) gemeet, genoem na die negentiende-eeuse fisikus Georg Simon Ohm.

Sekere kringe het ’n weerstand-komponent, waarmee die stroom wat daardeur vloei, beheer word. Party apparate het ’n verstelbare weerstand-komponent, waarmee ’n mens die weerstand na willekeur kan wysig.

Die snelheid van ’n elektriese trein word byvoorbeeld met ’n verstelbare weerstand verander.
 

SELLE en batterye is ’n gerieflike bron van elektrisiteit. Die krag wat hulle verskaf, kom van ’n chemiese reaksie tussen verskillende stowwe daarin. Word slegs een hoeveelheid stowwe gebruik, noem ons dit ’n sel. ’n Battery is ’n reeks aaneengeskakelde selle. (Dit is dus meer korrek om van byvoorbeeld ’n flits-sel te praat as van ’n flitsbattery.)

Die droë sel is die volopste opwekker en word in honderde dinge van wekkers tot persoonlike stereo’s gebruik. Daar is verskillende soorte droë selle, elk met ietwat verskillende bestanddele. Een van die mees algemene soorte bevat sink, ’n metaalgeleier en ’n elektroliet soos kaliumhidroksied.

Elektroliete is stowwe wat onder die invloed van ’n elektriese veld in beweging kom sodat dit geleidend word.

WANNEER jy ook al elektrisiteit gebruik—of jy nou ’n battery-aangedrewe kassetspeler aanskakel of met ’n rekenaar werk wat by die kragnetwerk ingeprop is—is jy besig om ’n stroomkring te voltooi.

Illustrasie: NASA

’n Kring is ’n pad vir elektrisiteit, of elektriese stroom, wat begin en eindig by die kragbron. Die kragtoevoer het twee eindpunte, genaamd pole of terminale. Elektrisiteit vloei tussen hulle deur middel van drade van ’n metaal soos koper. Stowwe soos dié wat elektrisiteit “dra”, word geleiers genoem.

Hoewel dikwels gesê word dat ’n stroom deur ’n kring “vloei”, vloei dit nie werklik nie, want die werkinge is blitsvinnig. ’n Stroom is ook onsigbaar. ’n Draad lyk dieselfde en het dieselfde massa of dit nou ’n stroom dra of nie. Die enigste manier waarop ’n mens dus kan agterkom of daar ’n stroom is, is om na sy uitwerkinge te kyk.

Dit is eintlik baie interessant om te let op die wyse waarop die elektrone in ’n elektriese stroom beweeg. Hulle nael nie rêrig soos naellopers deur die kragdraad waarin hulle voorkom nie, maar hulle maak eerder soos die deelnemers aan ’n afloswedren.  Hulle spring naamlik van die een atoom af na die volgende, en in die proses stoot hulle ander elektrone voor hulle uit.

 Dis asof hulle die stok (elektriese energie) van die een atoom na die ander aangee. Die elektrone beweeg self nie so vinnig nie, maar die elektriese energie wat hulle aangee, blits voort met die snelheid van lig!

AS jy lig met, sê, ’n flits-sel opwek, maar nog ’n gloeilamp by ’n eenvoudige stroomkring voeg, word die weerstand verdubbel. Dit beteken dat die beskikbare energie vir elke gloeilamp gehalveer word, wat die lig dowwer maak. Hoe meer gloeilampe jy byvoeg, hoe flouer sal die liggies wees. As een van die lampies breek, word die stroom verbreek en die ander lampies gaan ook dood. Hierdie soort stroomkring word serieskakeling genoem.

DIE ligte in die huis bly helder, selfs al skakel jy almal gelyktydig aan. Dit is omdat hulle van ’n ander soort stroomkring gebruik maak, naamlik parallelle skakeling. ’n Parallelle baan bestaan uit twee of meer afsonderlike stroomkringe wat van hul geleiers deel. By parallelle skakeling skyn twee gloeilampe ewe helder, maar jou flits-sel sal twee keer so vinnig gedaan raak as met die seriebaan.
  

•   In Suid-Afrika kom weerlig die meeste voor in die bergagtige dele van Lesotho, KwaZulu-Natal en die suidelike gedeeltes van Mpumalanga. Weerlig kom selde in die westelike kusgebiede voor.

•   Die meeste weerligstrale is wolkstrale wat nie die grond tref nie. Gemiddeld tref slegs een uit elke ses strale die grond.

•   ’n Mens kan ’n goeie idee kry hoe ver ’n donderstorm van jou af is deur die sekondes te tel vandat jy die weerligstraal sien totdat jy die donderweer hoor. Elke drie sekondes is gelyk aan een kilometer.

•   Indien jy tydens ’n donderstorm heeltemal alleen op ’n oop stuk veld staan en jou hare staan regop en jou vel begin tintel—’n teken dat weerlig gaan slaan—staan op jou knieë, buig vooroor en sit jou hande op jou knieë. Moenie plat op die grond gaan lê nie.