|
Elektriciteit, in de volksmond vaak stroom genoemd, is een begrip uit de natuurkunde waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen statische elektrische ladingen, die worden bestudeerd in de elektrostatica, en bewegende elektrische ladingen (stroom), die worden bestudeerd in de elektrodynamica. Elektriciteit omvat niet alleen verschillende, gemakkelijk te herkennen verschijnselen zoals bliksem enstatische elektriciteit, maar ook aanverwante fenomenen zoals elektromagnetisch velden en inductie.
Elektriciteit als verschijnsel[bewerken]
Elektriciteit is genoemd naar elektron, het Griekse woord voor barnsteen. Statische elektriciteit kan namelijk worden opgewekt door met een wollen lap over een stuk barnsteen te wrijven. Een oude puristische benaming voor elektriciteit is dan ook barnsteenkracht[1]of barnkracht.
Elektriciteit heeft zeer veel technische toepassingen. In de elektrotechniek wordt de elektriciteitsleer dan ook tot de uiterste grenzen verkend en verder ontwikkeld. In tegenstelling tot veel andere natuurkundige verschijnselen zijn veel van de verschijnselen die met elektriciteit te maken hebben, uiterst nauwkeurig te meten en vooraf te berekenen.
Net als vuur is elektriciteit een natuurlijk verschijnsel. Het bekendst is het optreden van bliksem, die ontstaat door eenpotentiaalverschil in de atmosfeer. Sommige vissen, zoals de sidderaal, zijn ook in staat elektriciteit op te wekken. Daarnaast werkt het dierlijke en menselijke zenuwstelsel met elektrische signalen.
Lang voordat er kennis was over elektriciteit, waren mensen zich al bewust van het gevaar hiervan door het contact met elektrische vissen.
Dat werd millennia later ook door de oude Griekse, Romeinse en Arabische natuuronderzoekers en artsen vermeld. Verschillende oude schrijvers, onder wie Plinius de Oudere en Scribonius Largus, onderzochten het verdovende effect van elektrische schokken vanmeervallen en de Torpediniformes (een roggensoort). Ook wisten ze al dat zulke schokken zich alleen kunnen verplaatsen via geleidende voorwerpen. Patiënten die leden aan aandoeningen als jicht of acute hoofdpijn, werden behandeld door hen elektrische vissen te laten aanraken, in de hoop dat de krachtige schok hen zou kunnen genezen.
Enkele oude culturen rond de Middellandse Zee hadden al enige kennis van statische elektriciteit. Ze wreven met barnsteenstaven over een vacht en trokken met de staven lichte voorwerpen, zoals een veer aan. Rond 600 v.Chr. maakte Thales van Milete enkele opmerkingen over statische elektriciteit. Hij was ervan overtuigd dat barnsteen, in tegenstelling tot andere mineralen (zoals magnetiet), magnetisch werd door wrijving.
Franklin'svliegerexperiment tijdens een onweersbui
In 1600 publiceerde de Engelse arts William Gilbert een uitgebreide studie over elektriciteit en magnetisme. Hij onderscheidde het natuurlijk magnetisch effect van dat van statische elektriciteit opgewekt door over barnsteen te wrijven. Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray en Charles du Fay werkten en onderzochten elektriciteit verder. In de 18e eeuw deed Benjamin Franklin uitgebreid onderzoek naar elektriciteit. In 1752 voerde hij zijn bekende experiment met de vlieger uit, waarmee hij bewees dat bliksem een vorm van elektriciteit is.
In 1791 publiceerde Luigi Galvani zijn ontdekking van dierlijke elektriciteit, waaruit bleek dat zenuwcellen elektriciteit gebruiken om signalen door te geven aan onze spieren. Alessandro Volta's batterij, de Zuil van Volta, gaf de wetenschappers een meer betrouwbare energiebron in vergelijking met de elektriseermachines die ze eerder gebruikten. In 1820 ontdekte Hans Christian Ørsted het verband tussen elektriciteit en magnetisme. Hij demonstreerde hoe een geleider waardoor een elektrische stroom loopt, in staat is een kompasnaald te beïnvloeden.André-Marie Ampère hoorde van Ørsteds ontdekking en herhaalde het experiment onder gecontroleerde omstandigheden. Nog geen week later had hij de wet gevonden die bepaalt hoe, en in welke richting de naald wordt beïnvloed.
Michael Faraday vond in 1821 de elektromotor en de dynamo uit, en Georg Ohm analyseerde in 1827 het elektrische netwerk met wiskundige methoden.
Aan het einde van de 19e eeuw zou de grootste vooruitgang geboekt worden. Dankzij Thomas Edison, Nikola Tesla, Werner von Siemens,Alexander Graham Bell en Lord Kelvin werd elektriciteit essentieel in de moderne samenleving. Mede dankzij hun bijdragen ontstond er eind 19e eeuw een tweede industriële revolutie. In de 20e eeuw slaagde men erin de dragers van elektrische lading, het elektron en het proton, te identificeren als bestanddelen van het atoom.
Elektrische stroom[bewerken]
De kleinst mogelijke elektrische lading wordt gevormd door twee zogenaamde elementaire deeltjes, het proton (dat positief genoemd wordt) en het elektron (datnegatief genoemd wordt). Andere geladen deeltjes zijn bijvoorbeeld ionen.
In het algemeen brengt lading op een voorwerp dit voorwerp op een zekere elektrische potentiaal. Statische elektriciteit bestaat uit ladingen die zich niet verplaatsen.
Als twee voorwerpen een verschillende potentiaal hebben (er is een elektrisch potentiaalverschil), en ze worden door een geleider verbonden, loopt er eenelektrische stroom van het voorwerp met de hogere potentiaal naar dat met de lagere potentiaal. Dit kan echter in werkelijkheid ook betekenen dat negatieve lading zich in de tegengestelde richting beweegt.
Stroom kan gelijkstroom (DC) zijn, maar ook wisselstroom (AC). In beide gevallen gaat het om de richting waarin de elektriciteit stroomt. Gelijkstroom wordt onder andere gebruikt in auto's en schepen, terwijl thuis wisselstroom uit het elektriciteitsnet komt.
Met behulp van elektrische stroom kunnen elektriciteitsleveranciers huishoudens van elektrische energie voorzien. Wat geleverd wordt, is niet elektrische lading (want ieder voorwerp heeft al lading), maar het potentiaalverschil (elektrische spanning) dat in stand gehouden wordt tussen twee polen van een stopcontact, zodat op elk gewenst moment een stroom van elektrische lading door een apparaat kan lopen. In de volksmond is dit vaak afgekort tot "stroom", en dit spraakgebruik is zelfs door elektriciteitsleveranciers overgenomen. Zo wordt gesproken van "groene stroom". Het woord stroom wordt daardoor bij gebruikers wel opgevat in de zin van "elektriciteit".
Er is ook een potentiaalverschil tussen de pool van een stopcontact waarop de zogenaamde fase staat en de aarde.
In de atmosfeer kan een potentiaalverschil ontstaan tussen het aardoppervlak en een wolkenmassa. Wanneer de spanning zo groot wordt dat lucht wordt geïoniseerd, ontstaat er een ontlading in de vorm van bliksem.
Gevaren van elektriciteit[bewerken]
Als elektriciteit door het lichaam stroomt heeft het daarop een effect. Bij de tabel moet opgemerkt worden dat frequentie maar zeker ook de tijd (in seconden ofmilliseconden) bepalend zijn voor de gevolgen.
| Stroomsterkte |
Invloed op het menselijk lichaam |
Uithoudingstijd |
| 0,5 mA |
voelbaar, schrikeffect |
onbepaald |
| 1 mA |
goed voelbaar |
onbepaald |
| 2 mA |
begin van kramp |
onbepaald |
| 5 mA |
sterke kramp |
onbepaald |
| 10 mA |
loslaten kost veel moeite |
onbepaald |
| 15 mA |
loslaten is niet mogelijk en pijnlijke kramp |
15 seconde |
| 20 mA |
+ hevige pijn |
<15 seconde |
| 30 mA |
ondraaglijke pijn |
1 seconde |
| 40 mA |
bewusteloosheid, levensgevaar |
0,2 seconde |
- 40 - 200 mA: Het hart stopt met werken, de bloedsomloop valt stil, levensgevaarlijk.
- 200 mA - 1 Ampère: brandwonden in weefsels, spieren en zenuwen.
- >1 Ampère: Vergiftiging van de nieren.
Elektriciteit opwekken met een kerncentrale heeft voor en nadelen. We zetten de belangrijkste op een rijtje.
Voordelen:
- Een kerncentrale stoot geen broeikasgassen uit
Als een kerncentrale elektriciteit produceert, zijn er nauwelijks emissies. Afgezien van kleine hoeveelheden edelgassen zoals xenon en tritium stoot een kerncentrale niets uit, dus ook geen probleemgassen zoals CO2, SO2 of NOx. Kernenergie is dus een schone manier om elektriciteit op te wekken.
- Een kerncentrale produceert veel elektriciteit met maar weinig brandstof
Een klein beetje uranium levert heel veel elektriciteit op. Een tabletje splijtstof bevat genoeg energie om een gezin een jaar lang van elektriciteit te voorzien. In de reactor van de kerncentrale zitten ruim zes miljoen tabletten! Uranium is volop in de aardkost aanwezig.
- Een kerncentrale gaat lang mee
Een kerncentrale is weliswaar duur om te bouwen, maar hij gaat lang mee. Tot wel zestig jaar. Bovendien is de brandstof uranium erg goedkoop. Je kunt een investering dus uitsmeren over een lange productietijd, terwijl de variabele brandstofkosten geen groot onderdeel zijn van de kostprijs.
- Kernenergie is betrouwbaar
Een kerncentrale is een betrouwbaar en zeker productiemiddel. Het productieproces is erg voorspelbaar en stabiel. Dat betekent dat de leveringszekerheid van een kerncentrale erg groot is. De beschikbaarheid van een kerncentrale is hoog, hij draait vaak onafgebroken vollast en is dus op de vrije markt een gewilde leverancier van MegaWatts.
- Kernenergie is veilig
Een kerncentrale is een veilig productiemiddel. Het klinkt misschien paradoxaal, maar juist omdat de gevolgen van een kernongeluk zo groot kunnen zijn, is er permanent veel aandacht voor de veiligheid. Dat begint al bij het ontwerp van een kerncentrale dat helemaal in het teken staat van een veilig proces. Verder zijn er allerlei waarborgen die ervoor zorgen dat er geen ongelukken ontstaan of als ze ontstaan: ze in de hand kunnen worden gehouden. Er zijn tal van extra veiligheidssystemen en er is onafhankelijk toezicht op de exploitatie van de kerncentrale. Van de reactorongelukken die er geweest zijn (waarvan Fukushima in 2011 één van de ergste was) wordt internationaal veel geleerd. Kennis en ervaring worden internationaal gedeeld waarna kerncentrales volgens laatste inzichten worden verbeterd.
- Kernenergie levert weinig afval op
Wat de één een nadeel vindt, noemt de ander een voordeel: het kernafval. Feitelijk gaat het om vrij weinig afval, enkele kubieke meters hoogradioactief afval per jaar in Borssele. Technisch is dit afval bijzonder goed hanteerbaar. Er zijn allerlei voorzieningen in Europa aanwezig om dit afval te bewerken en te conditioneren. Omdat het zo weinig is, kan het gemakkelijk centraal worden verzameld en beheerd (COVRA, Vlissingen). Hoe je het verder wendt of keert: het moet natuurlijk wel heel lang buiten het milieu worden gehouden. Het is technisch mogelijk om het voor duizenden jaren te isoleren uit het milieu.
Nadelen:
- Een ongeluk kan grote gevolgen hebben
De gevolgen van een kernongeluk kunnen groot zijn. Niemand zal ontkennen dat de gevolgen van de twee belangrijkste kernongelukken (Tsjernobyl 1986; Fukushima 2011) groot zijn voor de wijde omgeving. Net als voor heel veel industriële activiteiten moeten voordelen dus worden afgewogen tegen de nadelen. Dat betekent dat soms moet worden besloten om af te zien van kernenergie, bijvoorbeeld als we vinden dat een centrale niet langer veilig is en deze moet worden gesloten. In andere gevallen kunnen voordelen van kernenergie opwegen tegen de nadelen, bijvoorbeeld als andere brandstoffen schaars zijn en duurzame bronnen nog onvoldoende opleveren. Wat de keuze ook is: de kans op een nucleair ongeluk moet zo klein mogelijk worden gemaakt. Daarnaast moeten er voorzorgsmaatregelen genomen worden dat als er onverhoopt een nucleair incident plaatsvindt, de gevolgen kunnen worden beheerst.
- Radioactief afval
Kernenergie levert in ons land een kleine hoeveelheid radioactief afval op waar we weinig mee kunnen. Dit is beslist een nadeel. Sommige radioactieve reststoffen blijven duizenden jaren stralen. Vooralsnog is het beleid om deze stoffen langdurig buiten het milieu te houden. In Nederland doet de COVRA dat voor een interim periode van 100 jaar. Daarna is de overheid van plan radioactief afval op te slaan in geologisch stabiele aardlagen. Dit gebeurt terugneembaar: mochten inzichten veranderen, dan kan het worden teruggehaald. Het nadeel kan deels worden opgeheven door de levensduur van het nucleair afval te bekorten. Dat kan door het afval opnieuw in een reactor te doen, het verandert dan in korter levende radioactieve afvalstoffen. Dit gebeurt nu op laboratoriumschaal, er zijn plannen om kerncentrales te maken die geschikt zijn voor deze techniek.
- Uraniumwinning en verwerking zorgt voor milieubelasting
Net als andere ertswinning en -verwerking, levert uraniummijnbouw milieubelasting op. Er is de laatste decennia veel aandacht voor milieubelasting en arbeidsomstandigheden, er gelden strenge regels en wetten. De Nederlandse nucleaire sector vindt het belangrijk dat deze worden nageleefd en dat daarop onafhankelijk (overheids-)toezicht is. Door deze ketenverantwoordelijkheid wordt er goed gekeken naar de herkomst van uranium en de wijze waarop de grondstoffen worden verwerkt en behandeld. Ook de reststoffen die deze industriële activiteiten opleveren, worden zorgvuldig behandeld. Mijnbouwreststoffen worden zorgvuldig verwerkt in het landschap, uraniumreststoffen krijgen een specifieke bestemming of worden als radioactief afval behandeld en opgeslagen. Er is dus wat betreft milieubelasting weinig verschil met andere vergelijkbare industriële activiteiten.
- Kernenergie is nooit honderd procent veilig
Het klopt dat een kerncentrale nooit honderd procent veilig zal zijn. Dat geldt overigens voor het hele leven op aarde. In ons land geldt dat bijvoorbeeld in het bijzonder voor wonen onder zeeniveau achter de deltawerken: niet honderd procent veilig. Of algemeen voor: vliegreizen, tanktransporten, de gezondheidszorg of (chemische) industrie. Honderd procent veilig bestaat niet. In Nederland hebben we afgesproken dat deze activiteiten veilig zijn, mits aan voorwaarden is voldaan. Daarop houdt de overheid toezicht en bij een onveilige situatie wordt er ingegrepen met wettelijke middelen. Ook bij kernenergie hebben we als maatschappij vastgesteld aan welke voorwaarden moet zijn voldaan om een kerncentrale te mogen exploiteren. Dat is geregeld in de kernenergiewet die democratisch tot stand is gekomen. De op basis hiervan verleende kernenergiewetvergunning beschrijft aan welke voorwaarden een kerncentrale moet voldoen om in bedrijf te mogen. Als inzichten veranderen, dan worden de wet en/of de vergunning daarop aangepast.
|
