Ellära 2 Elektrisk ström, kap 23 Eleonora Lorek Ström Ström är flöde av laddade partiklar. Om vi har en potentialskillnad, U, mellan två punkter och det finns en lämplig väg rör sig laddade partiklar i den riktning som jämnar ut potentialskillnaden. Partiklarna rör sig så länge det finns en potentialskillnad. Ju högre potentialskillnad, desto högre ström. Jämför med en stav där de båda ändarna har olika temperatur. Energi flödar från den varmare änden till den kallare tills temperaturen är lika. Eller jämför med vatten i ett vattenfall. Det kommer att flöda dit där den potentiella energin är lägst (marken). I kretsar av metalltrådar är det elektronerna som utgör laddningsflödet. I vätskor kan både elektroner och joner flöda. Strömmens riktning defineras som det håll positiva laddningar skulle röra sig. Beslutet togs innan man kände till elektroner. Ström är laddning, Q, per tid, t (definition) Q I t och mäts i Ampere 1 A = 1 C/s.
En bana där elektroner kan flöda är en krets. För ett kontinuerligt flöde måste banan vara sluten, inga avbrott. En strömbrytare är ett exempel på ett avbrott. Övning Hur många elektroner passerar ett tvärsnitt av en ledare på en sekund när strömmen när 1 A? Spänningskällor För att producera en elektrisk ström krävs det alltså en potentialskillnad eller spänning. Spänningskällor: - Batteri är bra och ger en spänning under lång tid. - Elbolag Diskussion Varför kan en fågel sitta på en högspänningstråd utan att grillas? Elektriskt motstånd Mängden ström i en ledare beror inte bara på spänningskällan utan även på hur enkelt elektronerna flödar i ledaren konduktansen. Normalt pratar man istället om hur svårt det är för elektronerna att flöda, dvs. det elektriska motståndet eller resistansen. Motståndet mäts i ohm ( ). Faktorer som påverkar motståndet: - tjocklek: tjocka ledare har mindre motstånd än tunna (precis som vattenrör) - längd: längre ledare har större motstånd än korta - material: koppar har t. ex mindre motstånd än stål.
- temperatur: ju högre temperatur desto högre motstånd (oftast). Ohms lag Ohms lag (1826) beskriver hur strömmen genom en ledare beror på pålagd spänning och resistans Ju högre potentialskillnad destor högre ström. Ju större resistansen/motståndet är desto mindre ström. Elektrisk effekt U I R Laddning får elektrisk energi av en spänningskälla. I en ficklampa går denna energi över till värme när elektronerna som utgör strömmen krockar med atomer i glödtråden. Glödtråden värms så att ljus sänds ut. Ström kan också användas till att driva en motor och mycket annat. Hur mycket energi som omvandlas från elektrisk typ till en annan energiform i en apparat beskrivs av den elektriska effekten, P: P = U I (eller P = I 2 R) = energi/laddning laddning/tid = energi/tid Enhet är i Watt (J/s) Serie-/parallellkoppling Hewitts film. Seriekoppling Spänningen delas Resistansen adderas Strömmen sjunker Parallellkoppling Full spänning över varje lampa Samma ström genom varje lampa som vid enstaka lampa
Övning 1. Fem likadana lysande lampor är seriekopplade till spänningen 4,5 V. Strömmen genom den lampa som är närmast spänningskällans pluspol är 0,5 A. a. Hur stor är strömmen genom den lampa som är längst bort från spänningskällans pluspol? b. Hur stor är spänningen över varje lampa? c. Hur stor är lampans resistans då den lyser? 2. Tre likadana lampor är parallellkopplade till spänningen 4,5 V. Alla lamporna lyser, och strömmen genom var och en av dem är 0,5 A. a. Hur stor är spänningen över varje lampa? b. Hur stor är en lysande lampas resistans? c. Hur stor ström lämnar spänningskällan? Likström/växelström Direct Current, DC likström : Batterier, transformatorer... Alternating Current, AC växelström : elbolagen fixar denna strömtyp i våra hem då den innebär mindre energiförluster. Gör ingen skillnad i t.ex. en glödlampa i en ficklampa. Hewitts video om växelström. Hastighet hos elektroner Kabelradie = 1 mm tvärsnittsyta = 3.14 mm 2. Atomradie 1 Å 10 14 atomer/tvärsnittsyta.
Antag 1 ledningselektron/atom - 1,6 10-5 C/snittyta. Hoppar till nästa atom på en sekund - 1,6 10-5 A. Hoppar 100 000 steg /sekund 1,6 A. 100 000 steg = 2 10 5 atomradier 0.02 mm. 1A v 0.01 mm/s. Varför tänds lampor direkt när man tryckt på strömbrytaren om elektroner rör sig så här långsamt? Elektriska signaler går ungefär i ljusets hastighet, dvs. 3*10^8 (300 000 000) m/s eller 3*10^11 (300000000000) mm/s. Det är det elektriska fältet som etableras nästan direkt och som sen utövar en kraft på laddningarna då börjar röra sig.