elektrisk ström
elektrisk ström
elektrisk ström
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Elektriska kretsar
Kapitel 9: Elektriska kretsar<br />
Elektrisk <strong>ström</strong><br />
Batterier<br />
Elektrisk energi och effekt<br />
Lik<strong>ström</strong> och växel<strong>ström</strong><br />
Spänning, <strong>ström</strong> och resistans
Elektriska fält
Elektrisk energi och spänning<br />
Den <strong>elektrisk</strong>a energin E är<br />
lägesenergin hos en laddning Q.<br />
Spänningen U ges av U = E/Q.<br />
Enhet: Volt [V] (1 V = 1 J/C)<br />
Om en laddning Q flyttas mellan två<br />
punkter med spänningsskillnaden U<br />
omsätts energin E = Q·U.
Elektrisk <strong>ström</strong><br />
Spänningen mellan batteriets poler orsakar<br />
ett <strong>elektrisk</strong>t fält i glödtråden och påverkar<br />
laddade partiklar med en kraft som sätter<br />
dem i rörelse; en <strong>elektrisk</strong> <strong>ström</strong>.
Elektrisk <strong>ström</strong><br />
Det måste passera lika många laddade partiklar varje sekund i varje<br />
del av tråden. Vi definierar <strong>ström</strong>men, I, som den laddning, Q, som<br />
passerar ett tvärsnitt av ledaren under tiden t:<br />
I <br />
Q<br />
Enheten är 1 ampere, 1 A = 1 C/s.<br />
t
Jämförelse med <strong>ström</strong>mande vatten
Elektrisk <strong>ström</strong><br />
I ≈ 10 mA<br />
I ≈ 200 A<br />
En elektron har laddningen -e = -1,6·10 -19 C.<br />
Mobilbatteriet levererar en <strong>ström</strong> motsvarande 6·10 16<br />
elektroner per sekund.<br />
Bilbatteriet levererar en <strong>ström</strong> motsvarande 10 21 elektroner per<br />
sekund.
Strömriktning<br />
Strömriktning<br />
Strömriktningen är av konvention motsatt elektronernas<br />
rörelseriktning.<br />
Notera att det finns positiva laddningsbärare, även om det<br />
oftast är elektroner som utgör <strong>ström</strong>men.<br />
Elektronerna har en hastighet av någon mm/s.
Batteriet<br />
När elektronerna rör sig från den<br />
negativa till den positiva polen<br />
förlorar de <strong>elektrisk</strong> lägesenergi.<br />
Denna energi omvandlas till ljus<br />
(och värme) i glödtråden.<br />
Vad kommer elektronerna ifrån<br />
och varför tar de inte slut?<br />
Kemiska processer drar tillbaka<br />
elektroner från pluspolen till<br />
minuspolen.
Hur en batterikrets fungerar<br />
signal-circuit_en
Elektrisk energi och effekt<br />
Om en laddning Q flyttas mellan två<br />
punkter med spänningsskillnaden U<br />
omsätts energin E = Q·U.<br />
För en <strong>ström</strong> gäller att Q = I·t och<br />
därmed<br />
E = U·I·t.<br />
Eftersom effekt är energi per tidsenhet<br />
har vi att<br />
P = U·I.
Lik<strong>ström</strong> och växel<strong>ström</strong><br />
Alternating current/Direct current
Lik<strong>ström</strong> och växel<strong>ström</strong><br />
Ett batteri levererar lik<strong>ström</strong> (DC);<br />
laddningsbärarna rör sig i samma riktning hela<br />
tiden.<br />
Vägguttaget levererar växel<strong>ström</strong> (AC);<br />
<strong>ström</strong>riktningen ändras hela tiden.
Växelspänning<br />
Spänningen, och därmed <strong>ström</strong>men, från vägguttaget har en<br />
frekvens av 50 Hz (hertz).<br />
Den effektiva spänningen är 230 V.
Don’t try this at home<br />
En amperemeter mäter <strong>ström</strong>.<br />
En voltmeter mäter spänning.<br />
En multimeter kan mäta båda.
Strömmätning
Spänningsmätning
Spänning, <strong>ström</strong> och resistans<br />
Ohms lag: U = R·I<br />
Konstanten R är ledarens resistans (motstånd).<br />
Enheten för resistans R = U/I är 1 Ω (ohm) = 1 V/A.
Strömmen genom glödtråden hos<br />
en glödlampa är<br />
A. större än<br />
B. mindre än<br />
C. lika stor som<br />
<strong>ström</strong>men genom elkabeln till lampan.
Givet en kostant spänning, så minskar effekten<br />
som utvecklas i en glödlampa om lampans<br />
resistans<br />
A. ökar.<br />
B. minskar.
Givet en konstant <strong>ström</strong>styrka, så minskar<br />
effekten som utvecklas i en glödlampa om<br />
lampans resistans<br />
A. ökar.<br />
B. minskar.
Ungefär hur stor är <strong>ström</strong>men genom en 60 W<br />
glödlampa som ansluts till ett vägguttag med<br />
(effektiv-)spänningen 230 V?<br />
A. 0,26 A.<br />
B. 3,8 A.<br />
C. 13,8 kA.<br />
D. 60 A.
Hur förändras resistansen hos en bit metalltråd<br />
om vi viker den dubbel?<br />
A. Den är oförändrad.<br />
B. Den minskar till hälften.<br />
C. Den dubblas.<br />
D. Den minskar till en fjärdedel.<br />
E. Den fyrdubblas.
Elektrisk effekt i resistorer<br />
Elektrisk effekt: P=U·I<br />
Ohms lag: U=R·I<br />
Elektrisk effekt i resistorer:<br />
P =U·I= R·I 2 =U 2 /R
Resistans i metalltråd<br />
Lång tråd ger högre resistans.<br />
Liten area ger högre resistans.<br />
Olika material har olika resistans.<br />
R = ρ·l / A<br />
ρ är materialets resistivitet och mäts i<br />
ohm-meter [Ωm]. Resistiviteten beror<br />
på materialets temperatur.
Sammanfattning<br />
Ström är laddningsmängd per tidenhet: I = Q/t<br />
Ström mäts i ampere: 1 A = 1 C/s<br />
Strömriktningen är motsatt elektronernas<br />
rörelseriktning.<br />
Effekten i en <strong>elektrisk</strong> komponent ges av<br />
spänningen gånger <strong>ström</strong>men: P = U·I<br />
Resistansen (motståndet), R, i en komponent<br />
mäts i ohm, 1 Ω = 1 V/A<br />
Ohms lag: U = R·I<br />
Resistansen i en metalltråd är R = ρ·l/A