---
title: "Van centrale tot huis: de wisselstroomgenerator"
book: "Natuurkunde basisschool en onderbouw"
subject: physics
language: nl
chapter: 69
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/69-van-centrale-tot-huis-de-wisselstroomgenerator
---

# Hoofdstuk 69 — Van centrale tot huis: de wisselstroomgenerator

Een jaar aan kilowatturen is door je doorlichtingen gestroomd — maar waarvandaan? Volg de kabel het huis uit, onder de straat door, over de masten, en hij eindigt bij een machine die in een grote hal draait: de [wisselstroomgenerator](#def-g9-alternator-alternator). Haar geheim is de mooiste verrassing uit de elektriciteit van dit boek: de ontdekking van vorig jaar dat stroom magnetisme maakt, achterstevoren gedraaid.

## 69.1 Inductie: de werking omgekeerd

**Propositie 69.1 (Elektromagnetische inductie).**

Beweeg een [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) bij een gesloten kring — of beweeg de kring bij de [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) — en zolang de beweging duurt, verschijnt er een [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) die een stroom aandrijft: elektriciteit *geïnduceerd* door veranderend magnetisme. De regels, van de werkbank:

1. alleen *verandering* induceert: een [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) die stil naast de spoel ligt, niets — hoe sterk de [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) ook is;
2. snellere beweging, sterkere [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) , meer windingen in de spoel: een grotere geïnduceerde [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) ;
3. keer de beweging om en de geïnduceerde stroom keert om — naderen en terugtrekken drijven tegengestelde marsen aan.

Vorig jaar maakte een stroom magnetisme; dit jaar maakt bewegend magnetisme een stroom. De twee werkingen zijn één munt, van haar twee kanten gelezen — en de tweede kant voedt de beschaving.

**Methode 69.2 (Inductie op de werkbank).**

Een spoel met veel windingen, een staafmagneet, een gevoelige [meter](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/7-lengte-meten#def-g2-measuring-length-units) met de nul in het midden:

1. sluit de [meter](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/7-lengte-meten#def-g2-measuring-length-units) op de spoel aan; houd de [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) stil binnenin: de naald slaapt op nul — sterkte alleen induceert niets;
2. duw de [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) naar binnen: de naald schiet één kant op — en keert terug naar nul op het moment dat de beweging stopt;
3. trek hem eruit: een even grote schok, de andere kant op;
4. duw sneller: een grotere schok. Beweeg de [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) ritmisch in en uit, en de naald zwaait links, rechts, links — je draait met de hand een [wisselstroom](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/67-wisselstroom#def-g9-alternating-current-dcac) op.

![Inductie op de werkbank: alleen een bewegende magneet wekt de spoel — en de schok van de naald keert met de beweging om.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g9-alternator/fig-ccf711aab1aa.svg)

*Inductie op de werkbank: alleen een *bewegende* [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) wekt de spoel — en de schok van de naald keert met de beweging om.*

## 69.2 De wisselstroomgenerator

**Definitie 69.3 (Wisselstroomgenerator).**

Een *wisselstroomgenerator* is inductie die onvermoeibaar is gemaakt: een [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) die gestaag naast een vaste spoel wordt rondgedraaid (of een spoel die in een magnetisch veld wordt rondgedraaid). Elke halve slag brengt een pool naar de spoel toe en voert hem dan weer weg — verandering, eindeloos vernieuwd — dus zwaait de geïnduceerde [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) positief, negatief, positief: *wisselend*, van bouw, en ze tekent precies de soepele sinusoïde uit het oscilloscoophoofdstuk. Draai vijftig slagen per [seconde](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/8-tijd-meten#def-g2-measuring-time-second) en de uitgang wisselt op $50\,\mathrm{Hz}$: de [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) van het net *is* een draaisnelheid, door elke centrale op het netwerk in de pas gehouden.

**Voorbeeld 69.4 (De dynamo op je wiel).**

De fietsdynamo is een [wisselstroomgenerator](#def-g9-alternator-alternator) op zakformaat: het wiel draait een klein magneetje rond binnen een vaste spoel, en het [lampje](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/16-een-eerste-stroomkring#def-g3-first-electric-circuit-bulb) gaat branden — helderder en op hogere [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) naarmate je harder trapt, precies zoals de werkbankregels beloven (en flikkerend bij slakkengang, zoals het wisselstroomhoofdstuk opmerkte). Zijn prijs is eveneens eerlijk: de dynamo sleept — het [lampje](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/16-een-eerste-stroomkring#def-g3-first-electric-circuit-bulb) laten branden kost je benen echte inspanning. Inductie geeft geen [energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy); ze *zet* beweging om in elektriciteit, [joule](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/66-kinetische-energie-en-verkeersveiligheid#def-g9-kinetic-energy-safety-joule) voor [joule](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/66-kinetische-energie-en-verkeersveiligheid#def-g9-kinetic-energy-safety-joule), minus de belasting van de wrijving.

![Een waterkrachtcentrale: opgetild water stort omlaag, laat de turbines draaien, en de generatoren sturen de energie langs de draden weg.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g9-alternator/img-8443687dded2.jpg)

*Een waterkrachtcentrale: opgetild water stort omlaag, laat de turbines draaien, en de generatoren sturen de [energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy) langs de draden weg.*

## 69.3 Elke centrale is één machine

**Propositie 69.5 (De gemeenschappelijke kern).**

Vrijwel alle elektriciteit ter wereld wordt, wat er ook over wordt geadverteerd, op dezelfde manier gemaakt: iets laat een *turbine* draaien — een stevige molen van bladen — en de turbine laat een [wisselstroomgenerator](#def-g9-alternator-alternator) draaien. Centrales verschillen alleen in *wat de bladen duwt*:

1. thermische centrales koken water met brandende kolen of gas — stoomstralen drijven de turbine aan;
2. kerncentrales koken het water in plaats daarvan met de [warmte](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/34-warmte-en-isolatie#def-g5-heat-and-insulation-heat) van het splijten van atomen — opnieuw stoom;
3. waterkrachtdammen laten een bergmeer door de bladen vallen — de damketen uit je kindertijd, voltooid;
4. windturbines slaan de tussenpersoon over: de [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind) is de duw op de bladen, met een generator in elke gondel.

Eén uitzondering bevestigt de regel: zonnepanelen maken elektriciteit zonder ook maar iets te laten draaien — door een lichtwerking die bij de universitaire jaren hoort.

![Elke centrale, één keten: iets laat de turbine draaien, de turbine laat de generator draaien, en de inductie doet de rest. Alleen het eerste vakje verschilt van centrale tot centrale.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g9-alternator/fig-62ccc3a47e91.svg)

*Elke centrale, één keten: iets laat de turbine draaien, de turbine laat de generator draaien, en de inductie doet de rest. Alleen het eerste vakje verschilt van centrale tot centrale.*

**Voorbeeld 69.6 (Ketens, doorgelicht).**

Schrijf elke centrale als een energieketen uit je kindertijd, nu met vakwoordenschat. De dam: opgeslagen hoogte $\to$ beweging van vallend water $\to$ rotatie $\to$ elektriciteit — en de Zon, denk eraan, tilde dat meer omhoog door [verdamping](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/39-water-in-al-zijn-toestanden#def-g6-water-states-changes): waterkracht is uitgestelde zonneschijn in regenvorm. De kolencentrale: chemische voorraad $\to$ [warmte](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/34-warmte-en-isolatie#def-g5-heat-and-insulation-heat) $\to$ beweging van stoom $\to$ rotatie $\to$ elektriciteit — met bij elke pijl [warmte](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/34-warmte-en-isolatie#def-g5-heat-and-insulation-heat) die weglekt, zoals de pluimen van de koeltorens bekennen. [Wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind): bewegende [lucht](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-air) (door de Zon in beroering gebracht) rechtstreeks naar rotatie. Bronnen die de natuur bijvult — water, [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind), zonlicht — heten *hernieuwbaar*; de verbrande en gespleten voorraden zijn op menselijke tijdschaal voorgoed verbruikt.

**Opmerking 69.7 (Waarom de masten zoemen op 400000 volt).**

De laatste belofte van het wisselstroomhoofdstuk wordt opeisbaar. Een stad heeft, zeg, honderd miljoen [watt](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) nodig. Volgens $P = U I$ kan dat [vermogen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) reizen als een enorme stroom bij bescheiden [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) — of als een bescheiden stroom bij enorme [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage). Maar draden verwarmen met de *stroom* (de oude [warmtewerking](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/54-de-elektrische-stroom-en-zijn-werkingen#prop-g8-electric-current-effects-three)), en elke graad mastverwarming is betaalde [energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy) die aan de kraaien wordt verloren. Dus vervoert het net op adembenemende [spanningen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) — honderdduizenden [volt](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage), piepkleine stromen, minimaal verlies — en stapt het de [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) wijk voor wijk omlaag tot de tamme $230\,\mathrm{V}$ van je muur. De machine die dat afstapt, de *transformator*, is opnieuw twee spoelen en inductie — en ze werkt alleen op stroom die wisselt: het hele net spreekt [wisselstroom](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/67-wisselstroom#def-g9-alternating-current-dcac) omdat de transformator dat doet.

## 69.4 Oefeningen

**Oefening 69.1 ★.**

Formuleer de drie werkbankregels van de inductie. Wat induceert een sterke [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) *in rust*?

**Oplossing van Oefening 69.1.**

Alleen verandering induceert; snellere beweging, een sterkere [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) en meer windingen geven een grotere [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage); een omgekeerde beweging keert de stroom om. Een [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) in rust induceert, hoe sterk ook, precies niets.

**Oefening 69.2 ★.**

Waarom wisselt de uitgang van een [wisselstroomgenerator](#def-g9-alternator-alternator)? Koppel de tekenwisselingen aan de rotatie.

**Oplossing van Oefening 69.2.**

Elke halve slag van de rotor brengt een pool naar de spoel toe (die de ene kant op induceert) en voert hem dan weg (die de andere kant op induceert): de [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) moet bij elke halve omwenteling van teken wisselen — het wisselen zit in het draaien ingebouwd.

**Oefening 69.3 ★.**

Bij welke draaisnelheid voedt een [wisselstroomgenerator](#def-g9-alternator-alternator) een net van $50\,\mathrm{Hz}$? Waarover moet elke centrale op het netwerk het dus eens zijn?

**Oplossing van Oefening 69.3.**

Vijftig slagen per [seconde](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/8-tijd-meten#def-g2-measuring-time-second) (voor de eenvoudigste machine, die met twee polen). Elke centrale moet precies hetzelfde draairitme aanhouden — het hele netwerk draait in de pas en deelt één [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency).

**Oefening 69.4 ★.**

Noem de twee universele vakjes van elke centrale, en het ene vakje dat verschilt tussen kolen, atoom, dam en [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind).

**Oplossing van Oefening 69.4.**

De turbine en de generator. Alleen de duwer van de bladen verandert: de stoom van een vlam, de stoom van een atoom, een vallend meer, of de [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind).

**Oefening 69.5 ★.**

Schrijf de waterkrachtketen van bergmeer tot jouw lamp — en noem de hemelse machine die het meer vulde.

**Oplossing van Oefening 69.5.**

De opgeslagen hoogte van het meer $\to$ de beweging van vallend water $\to$ de rotatie van de turbine $\to$ de elektriciteit van de generator $\to$ transformator en net $\to$ lamp. De Zon vulde het meer: [verdamping](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/39-water-in-al-zijn-toestanden#def-g6-water-states-changes) tilde de zee op, regen bezorgde haar in de bergen.

**Oefening 69.6 ★.**

Waarom wordt trappen zwaarder op het moment dat het [lampje](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/16-een-eerste-stroomkring#def-g3-first-electric-circuit-bulb) van de dynamo aangaat? Welk beginsel verbiedt dat het anders zou zijn?

**Oplossing van Oefening 69.6.**

De [energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy) van het [lampje](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/16-een-eerste-stroomkring#def-g3-first-electric-circuit-bulb) moet ergens vandaan komen, en de enige voorraad op een fiets is de fietser: de dynamo zet beenwerk om in [licht](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/3-licht-en-schaduw#def-g1-light-and-shadows-source), dus verschijnen de [joule](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/66-kinetische-energie-en-verkeersveiligheid#def-g9-kinetic-energy-safety-joule) van het [lampje](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/16-een-eerste-stroomkring#def-g3-first-electric-circuit-bulb) als extra tegenstand. [Energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy) wordt omgezet, nooit getoverd — de oudste wet van de cursus.

**Oefening 69.7 ★.**

Sorteer in [hernieuwbaar](#ex-g9-alternator-chains) en niet: [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind); kolen; het meer van de dam; uranium; zonlicht. Wat bepaalt de sortering?

**Oplossing van Oefening 69.7.**

[Hernieuwbaar](#ex-g9-alternator-chains): [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind), het meer (de regen vult het bij), zonlicht. Niet: kolen, uranium — op menselijke tijdschaal voorgoed verbruikt. De sortering vraagt: vult de natuur de voorraad bij terwijl wij haar leegtrekken?

**Oefening 69.8 ★.**

Waarom verscheept het net zijn [vermogen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) op honderdduizenden [volt](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage)? Noem de formule die de keuze biedt en de werking die haar beslecht.

**Oplossing van Oefening 69.8.**

$P = U I$ laat één [vermogen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) reizen als hoge [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) met een kleine stroom; de [warmtewerking](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/54-de-elektrische-stroom-en-zijn-werkingen#prop-g8-electric-current-effects-three) laat het verlies in de draden met de stroom groeien. Kleine stroom, koele draden, gespaarde [energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy) — dus verscheept het net hoog en stapt het bij de voordeur af.

**Oefening 69.9 ★★.**

Een demonstratiegenerator die langzaam met de hand wordt rondgedraaid laat zijn [lampje](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/16-een-eerste-stroomkring#def-g3-first-electric-circuit-bulb) zwak en met zichtbaar geflikker branden; snel rondgedraaid helder en rustig. Verklaar beide veranderingen met de werkbankregels en het hoofdstuk over [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency).

**Oplossing van Oefening 69.9.**

Langzaam draaien: een kleine geïnduceerde [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) (regel twee) — een zwak [lampje](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/16-een-eerste-stroomkring#def-g3-first-electric-circuit-bulb) — bij weinig kringlopen per [seconde](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/8-tijd-meten#def-g2-measuring-time-second): zichtbaar geflikker, onder de samensmeltdrempel van het oog. Snel draaien: een grotere [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) — helder — en een [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) die het oog gladstrijkt. Twee knoppen, één slinger.

**Oefening 69.10 ★★.**

Een centrale levert $1 \times 10^{8}\,\mathrm{W}$. Vergelijk de benodigde stromen bij $230\,\mathrm{V}$ en bij $400\,000\,\mathrm{V}$ (wetenschappelijke notatie). Welke zouden echte kabels kunnen dragen?

**Oplossing van Oefening 69.10.**

Bij $230\,\mathrm{V}$: $I = 1 \times 10^{8} \div 230 \approx 4.3 \times 10^{5}\,\mathrm{A}$ — vierhonderdduizend [ampère](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/55-stroomsterkte-en-de-amperemeter#def-g8-intensity-ammeter-intensity): geen kabel op aarde. Bij $400\,000\,\mathrm{V}$: $I = 1 \times 10^{8} \div 4 \times 10^{5} = 250\,\mathrm{A}$ — gewone transportkabel. De zaak van de transformator, gesloten.

**Oefening 69.11 ★★.**

Thermische centrales en kerncentrales zijn in wezen ingewikkelde waterkokers. Verdedig die leus met hun ketens — en wijs de ene schakel aan waarin ze verschillen.

**Oplossing van Oefening 69.11.**

Beide ketens luiden: voorraad $\to$ [warmte](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/34-warmte-en-isolatie#def-g5-heat-and-insulation-heat) $\to$ kokend water $\to$ beweging van stoom $\to$ rotatie $\to$ elektriciteit — ingewikkelde waterkokers die turbines voeden. De ketens verschillen in precies één schakel: wat de [warmte](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/34-warmte-en-isolatie#def-g5-heat-and-insulation-heat) maakt — de scheikunde van brandende kolen, of het splijten van uraniumkernen.

**Oefening 69.12 ★★★.**

De grote rondreis, achterstevoren: vanavond gloeit jouw lamp op $230\,\mathrm{V}$. Volg haar [energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy) stroomopwaarts door elk vakje — transformator, masten, generator, turbine, en één primaire voorraad naar keuze — en noem bij elke etappe de vorm van de [energie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/29-energie-in-het-dagelijks-leven#def-g5-everyday-energy-energy) en de lekken onderweg. Beantwoord daarna de vraag uit je kindertijd met een zin van klas drie: waar komt het [licht](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/3-licht-en-schaduw#def-g1-light-and-shadows-source) in je kamer uiteindelijk vandaan?

**Oplossing van Oefening 69.12.**

Stroomopwaarts: de $230\,\mathrm{V}$ van de muur kwam door de wijktransformator ([spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) afgestapt), langs masten op honderden kilovolt (transportvorm: [wisselstroom](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/67-wisselstroom#def-g9-alternating-current-dcac) op hoge [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage), die een beetje [warmte](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/34-warmte-en-isolatie#def-g5-heat-and-insulation-heat) lekt), vanaf een generator (rotatie naar elektriciteit, door inductie), rondgedraaid door een turbine (de beweging van stoom of water), gevoed door een voorraad — zeg het opgetilde meer van de dam, opgetild door de [verdamping](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/39-water-in-al-zijn-toestanden#def-g6-water-states-changes) van de Zon. Vandaar de zin van klas drie: het [licht](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/3-licht-en-schaduw#def-g1-light-and-shadows-source) in je kamer is zonneschijn — opgeslagen, gevallen, rondgedraaid en verscheept.

## 69.5 Probleem: nachtdienst in de centrale

**Probleem 69.1.**

Weekendprobleem — nachtdienst in de waterkrachtcentrale; inductie, gelijke pas en de storm; het logboek van de ingenieur

Je loopt mee met de nachtingenieur bij de dam in het dal — het meer boven, de stad beneden, de generatoren zoemend ertussen.

**Deel I — De machinehal.**

1. De ingenieur opent een schuif: water dondert door turbine drie, en de [meters](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/7-lengte-meten#def-g2-measuring-length-units) van zijn generator ontwaken. Schrijf de energieketen van meer tot railstel.
2. Wat beweegt er binnen in de generator en wat staat stil — en waarom moet er überhaupt iets bewegen?
3. Het net draait op $50\,\mathrm{Hz}$ . De ingenieur kijkt naar een wijzer die turbine drie precies op de bijpassende rotatie houdt. Wat gaat er mis bij de verkeerde [snelheid](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/52-bewegingsgrafieken-en-gemiddelde-snelheid#def-g7-motion-average-speed-formula) ? (Wat zou de [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) van zijn [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) doen?)
4. Een leerling vraagt of een sterkere [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet) in de rotor “gratis” extra [vermogen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) zou geven. Corrigeer de droom met de eerlijke prijs van de dynamo.

**Deel II — De vraag van de stad.**

5. Om 03:00 trekt de stad $2 \times 10^{7}\,\mathrm{W}$ . Welke stroom verlaat de centrale bij de $200\,000\,\mathrm{V}$ van de transportlijn?
6. Hetzelfde [vermogen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) bij $230\,\mathrm{V}$ zou welke stroom vergen — en wat zegt de vergelijking over de taak van de transformator?
7. Om 07:00 ontwaken waterkokers en kachels: de vraag verdubbelt. Waarvan moet de ingenieur de turbines meer voeren, en wat zou er met de [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) van het net gebeuren als ze te weinig voedde? (De machines vertragen onder belasting, als een fietser op een helling.)
8. De zustercentrale — een windpark op de bergkam — valt uit wanneer de [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind) wegvalt. Welk vakje van haar keten faalde, en welke vakjes bleven volkomen gezond?

**Deel III — De storm.**

9. De bliksem doorbreekt een transportlijn; de automaten slaan af. De ingenieur leidt het [vermogen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) om langs naburige lijnen. Welke eigenschap van het net — één groot [parallel](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/30-serie-en-parallelschakelingen#def-g5-series-parallel-circuits-parallel) netwerk — maakt omleiden mogelijk?
10. Tijdens het geharrewar dimmen de lampen van een loods een minuut lang bruinig. Duid het: wat zakte er weg, en waaraan kregen de [motoren](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/41-stroomkringen-en-veiligheid#ex-g6-circuits-and-safety-motor) en lampen van de loods even te weinig?
11. Ochtendgloren: het logboek moet de leerlingen uitleggen waarom de elektriciteit van de hele nacht in oorsprong zonneschijn was. Stel de uitleg in twee regels op (meer, [verdamping](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/39-water-in-al-zijn-toestanden#def-g6-water-states-changes) , regen).
12. Laatste regel van het logboek, naar traditie: de natuurkunde van de nacht in één zin — met beweging, magnetisme en de ochtendwaterkoker van de stad erin.

**Oplossing van Probleem 69.1.**

**1.** De hoogte van het meer $\to$ de razende beweging van het water $\to$ de rotatie van de turbine $\to$ de geïnduceerde wisselspanning van de generator $\to$ het railstel van de centrale. **2.** De rotormagneet draait; de spoelen staan vast. Zonder beweging verandert het magnetisme door de spoelen niet — en zonder verandering geeft inductie helemaal niets. **3.** De [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) van de [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) kopieert de rotatie: verkeerde [snelheid](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/52-bewegingsgrafieken-en-gemiddelde-snelheid#def-g7-motion-average-speed-formula), verkeerde [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) — en een machine die uit de pas loopt met de $50\,\mathrm{Hz}$ van het net vecht tegen elke andere generator op het netwerk in plaats van ze te helpen. **4.** Een sterkere rotormagneet induceert inderdaad meer — en de turbine zwoegt onmiddellijk harder om hem tegen de stuggere magnetische tegenwerking in te laten draaien: meer elektriciteit eruit vraagt meer water erdoor, [joule](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/66-kinetische-energie-en-verkeersveiligheid#def-g9-kinetic-energy-safety-joule) voor [joule](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/66-kinetische-energie-en-verkeersveiligheid#def-g9-kinetic-energy-safety-joule). Het meer betaalt, niet de [magneet](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/6-magneten#def-g1-magnets-magnet). **5.** $I = 2 \times 10^{7} \div 2 \times 10^{5} = 100\,\mathrm{A}$. **6.** $I = 2 \times 10^{7} \div 230 \approx 8.7 \times 10^{4}\,\mathrm{A}$ — zevenentachtigduizend [ampère](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/55-stroomsterkte-en-de-amperemeter#def-g8-intensity-ammeter-intensity): onmogelijke kabel. De taak van de transformator is precies deze ruil — [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) omhoog, stroom omlaag, [vermogen](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) onveranderd. **7.** Meer water door de schuiven. Te weinig gevoed vertragen de belaste machines als een fietser op een helling — en zakt de [frequentie](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/62-geluid-snelheid-toonhoogte-luidheid#def-g8-sound-pitch-loudness-frequency) van het net onder de vijftig: alle klokken en machines op het netwerk voelen een hongerig net. **8.** Alleen het eerste vakje — de [wind](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/10-lucht-om-ons-heen#def-g2-air-around-us-wind), de duw op de bladen. Turbine, generator en transformator stonden er volkomen gezond bij, windstil. **9.** Het net is één groot [parallel](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/30-serie-en-parallelschakelingen#def-g5-series-parallel-circuits-parallel) netwerk: vele wegen verbinden elke centrale met elke stad, dus kan het aandeel van een doorbroken lijn via de overgebleven [takken](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/30-serie-en-parallelschakelingen#def-g5-series-parallel-circuits-parallel) stromen — parallelle onafhankelijkheid, op nationale schaal. **10.** De omgeleide, overbelaste lijnen lieten de geleverde [spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) een minuut lang onder nominaal zakken: de lampen van de loods dimden en haar [motoren](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/41-stroomkringen-en-veiligheid#ex-g6-circuits-and-safety-motor) draaiden lui rond — ondervoed, zoals elk apparaat onder zijn [nominale spanning](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-nominal) wel moet zijn. **11.** “Elke [watt](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/68-elektrisch-vermogen-en-energie#def-g9-electric-power-energy-power) van vannacht kwam uit vallend meerwater; de Zon verdampte de zee en de regen droeg haar naar onze bergen. Wij laten hier zonneschijn draaien — opgeslagen in een meer, via de hemel.” **12.** Bijvoorbeeld: “Beweging langs magneten maakte elke [volt](https://one-course.com/books/physics/1/nl/chapter/56-spanning-en-de-voltmeter#def-g8-voltage-voltmeter-voltage) van de nacht — en om zeven uur vroegen tienduizend waterkokers het meer een tikje sneller te vallen.”