Vad är elektricitet?

Vad är elektricitet?

Elektrisk laddning kan beskrivas som att det antingen finns ett under- eller­ ett­­överskott av elektroner i ett ämne. När två ämnen med skillnad i laddning arbetartillsammans kallas skillnaden spänning. I det ögonblick överskott­ och under­skott ­kopplas samman uppstår en ström ­mellan de båda ämnena.­ Strömmen är­ alltså ­elektroner som rör sig mellan över- och underskottspolerna.

Spänning (volt)

På bilden nedan finns två behållare. Den ena är fylld med vatten och står på en höjd. Den andra är tom och står nedanför. Dessa två behållare symboliserar ett spännings­förhållande med olika laddning, och kan jämföras med plus- och minuspolen på ett batteri. Om de kopplas samman med en slang kommer vattnet att börja rinna från pluspolen till minuspolen.

Ju större nivåskillnaden är mellan de två polerna, desto högre blir spänningen. I takt med att nivåskillnaden minskar gör spänningen likaså. Om pluspolen hamnar under minuspolen är batteriet laddat igen, men med en negativ laddning. Detta kallas polvändning.

Namn Mäts i Förkortas Bokstav i formler
Spänning Volt V U

Ström (ampere)

På bilden ovan är polerna sammankopplade. Spänningen (nivåskillnaden) lägger grunden för trycket i slangen. Vattnet som flyter mellan polerna motsvarar strömmen. Ju större vattenflödet är mellan de två polerna, desto högre är strömstyrkan.

”Batteriet” på bilden är kortslutet eftersom det inte finns någon komponent inkopplad. Det gör att det bara är slangen som begränsar strömflödet (vattnet) och batteriet kommer att tömmas snabbt.

Namn Mäts i Förkortas Bokstav i formler
Ström Ampere A I

Resistans eller motstånd (ohm)

När strömmen används för att driva något dyker det upp ett konkret motstånd. I det följande illustrerade fallet handlar det om en fläkt som är ansluten till batteriet. Fläkten utgör en resistans; den begränsar strömflödet så att batteriet inte töms direkt.

Fläktens hastighet går att reglera genom att ändra spänningen (nivåskillnaden). När spänningen ökar kommer fläkten att snurra snabbare. Strömmen i en krets begränsas av komponenterna som kopplas in och inte hur mycket strömkällan kan lämna. I exemplet  är det alltså fläktens tröghet som bestämmer hur mycket ström som flyter genom den.

Om en glödlampa avsedd för 230 V kopplas till ett 9 V-batteri kommer den inte att lysa. Detta beror på att lampan har ett för högt motstånd i förhållande till spänningen (trycket). Det utesluter däremot inte att en ström flyter genom den.

Namn Mäts i Förkortas Bokstav i formler
Resistans (motstånd) Ohm Ω (grekiska omega)
R

Sambandet – Ohms lag

Det finns ett samband mellan spänning, ström och resistans. Det är allmänt känt under namnet Ohms lag. Genom att känna till två av faktorerna går det att räkna ut den tredje. Sambandet är:

U = R ∙ I

Spänningen (U) är lika med resistansen (R) multiplicerat med strömmen (I).

Exempel - Beräkna spänning

Beräkna spänningen baserat på följande specifikation:
Resistans = 100 Ω
Ström = 0,2 A

U = R ∙ I

U = 100 ∙ 0,2

U = 20 V

Förenklad uträkning

För att undvika algebraiska omformuleringar finns det ett lätt sätt att komma fram till hur formeln ska vara uppbyggd.

Om bokstäverna skrivs enligt triangeln går det att få ut sambandet genom att hålla över den storhet som ska räknas ut. Om du vill veta resistansen håller du över R och får då reda på att spänningen dividerat med strömmen (U / I) ger svaret.

Vill du veta spänningen håller du över U och ser då att det är resistansen multiplicerat med strömmen (R ∙ I).

INSTUDERING

Övning: Ellära 1
Beräkna strömmen utifrån följande specifikationer:
Spänning: 9 V
Resistans: 360 Ω

Övning: Ellära 2
Kalle har ett 12 V-batteri. Det kopplas till en komponent som har resistansen 24 Ω. Hur mycket ström flyter genom kretsen?

Övning: Ellära 3
Klara har kopplat ett alkaliskt 1,5 V-batteri till en lampa som drar 0,02 A. Vilken resistans utgör lampan?

Facit till övningarna finns längst ned på sidan.


Enhetsprefix

I övning Ellära 3 (ovan) anges värdet 0,02 A, vilket är ett omständligt sätt att ange ström­styrkan på. Den kan istället anges i antalet milliampere (tusendelar av en ampere) då 0,02 A är detsamma som 20 mA. Tänk dock på att alltid räkna med grundenheterna när du använder formler, annars blir svaret fel. Var också noga med att använda rätt skiftläge på bokstäverna. Ett stort M och ett litet m har helt olika betydelse.

T Tera x * 1012 1 000 000 000 000 Stora T
G Giga x * 109 1 000 000 000 Stora G
M Mega x * 106 1 000 000 Stora M
k Kilo x * 103 1 000 Lilla k
Grundenhet x
m Milli x * 10-3 0,001 Lilla m
μ Mikro x ∙ 10-6 0,000 001 Lilla grekiska my
n Nano x ∙ 10-9 0,000 000 001 Lilla n
p Piko x ∙ 10-12 0,000 000 000 001 Lilla p

Exempel: 2 MΩ = 2 000 kΩ = 2 000 000 Ω. 4 kV = 4 000 V = 4 000 000 mV.

INSTUDERING

Övning: Ellära 4

Spänningen är 230 V och motståndet är 1 kΩ. Hur många milliampere motsvarar det enligt Ohms lag?


Sammanfattning

  • Spänning mäts i volt (V) och har bokstaven U i formler. I liknelsen med vatten­behållarna ­motsvarar spänningen trycket som är ett resultat av nivåskillnaden.
  • Ström mäts i ampere (A) och har bokstaven I i formler. I liknelsen med vatten­behållarna ­motsvarar strömmen vattenflödet genom slangen.
  • Resistans mäts i ohm (Ω) och har bokstaven R i formler. I liknelsen med vatten­behållarna motsvarar det motståndet som inkopplade komponenter utgör.
  • Ohms lag innebär att spänning, ström och resistans har ett samband mellan varandra. ­Sambandet är ”spänning = ström ∙ resistans”. Det gör att en okänd faktor kan räknas ut om de två andra är kända.

Effekt (watt)

Effekt är ett begrepp som man stöter på varje dag, exempelvis när mikrovågsugnen ska ställas in på en specifik effekt varje lunch eller vid byte av en glödlampa. Effekt finns överallt, men vad är det egentligen?

Effekt, som normalt anges i watt, kan förenklat beskrivas som den takt i vilken energi används. För elräkningen är det bra med apparater som är eleffektiva, vilket betyder att de utför likvärdigt jobb som motsvarande apparater men med lägre energiåtgång. En vattenkokare har en hög effekt men är ändå miljövänlig eftersom den tar kortare tid på sig att koka upp vattnet än en motsvarande värmeplatta (läs mer).

Namn Mäts i Förkortas Bokstav i formler
Effekt Watt W P (i elsammanhang)

Effektberäkningar

Effekten är spänningen multiplicerat med strömmen.

P = U ∙ I

Exempel - Effektberäkning

Beräkna effekten utifrån följande specifikation:

Spänning: 10 V
Ström: 2 A

P = U ∙ I

P = 10 ∙ 2

P = 20 W

Eftersom effektformeln är uppbyggd på samma sätt som Ohms lag går det att ställa upp en liknande triangel för enkel uträkning:

Vill du veta spänningen så håller du över U och ser att det är effekten dividerat med strömmen.

Det går även att kombinera Ohms lag med effektberäkningsformeln. Om resistansen och strömmen är känd går det att räkna ut effekten.

U = R ∙ I

P = U ∙ I

P = (R ∙ I) ∙ I = R ∙ I²

En sammanfattning av alla formler som kan kombineras fram för beräkning av spänning (U), resistans (R), ström (I) och effekt (P).

INSTUDERING

Övning: Ellära 5
Beräkna effekten när spänningen är 4,5 V och strömmen är 20 mA.

Övning: Ellära 6
Beräkna spänningen när du känner till resistansen (50 Ω) och effekten (8 W).

Facit till övningarna finns längst ned på sidan.


Sammanfattning

Spänning mäts i V (volt). Bokstaven U används i formler.

Ström mäts i A (ampere). Bokstaven I används i formler.

Resistans mäts i Ω (ohm). Bokstaven R används i formler.

Effekt mäts i W (watt). Bokstaven P används i formler.

Lik- och växelspänning (DC /AC)

Det finns två olika typer av spänning. Likspänning/likström förkortas DC (eng. direct current) och innebär att det finns en fast plus- och minuspol. Batterier har likspänning och nästan alla elektroniska apparater drivs av likspänning.

Växelspänning/växelström förkortas AC (eng. alternating current). Växelspänningen­ byter ständigt polaritet och strömmen ändrar därmed riktning. Växelspänningens frekvens bestäms av hur många gånger per sekund spänningen byter polaritet. Jämför med nätspänningen från ett eluttag som byter polaritet 100 gånger per sekund (d.v.s. 50 Hz, 50 hela svängningar).

Frekvens mäts i hertz (Hz), Bokstaven f används i formler.

En sinuskurva med en utmärkt period.

Facit

Här presenteras facit till instuderingsfrågorna i kapitlet ovan.

Facit: Ellära 1

U= 9 V
R= 360 Ω

I = U / R = 9 / 360 = 0,025 A = 25 mA

Facit: Ellära 2

U = 12 V
R = 24 Ω

I = U / R = 12 / 24 = 0,5 A = 500 mA

Facit: Ellära 3

U = 1,5 V
I = 0,02 A

R = U / I = 1,5 / 0,02 = 75 Ω

Facit: Ellära 4

U = 230 V
R = 1000 Ω

I = U / R = 230 / 1000 = 0,23 A = 230 mA

Facit: Ellära 5

U = 4,5 W
I = 0,02 A

P = U • I
P = 4,5 • 0,02 = 0,09 W = 90 mW

Facit: Ellära 6

R = 50 Ω
P = 8 W

U = √R • P = √50 • 8 = 20 V

Senast ändrad: 2014-09-12

Meddelande från Kjell & Company

Din webbläsare är gammal, och vi kan inte lova att innehåll visas korrekt, eller full funktionalitet. Vår rekommendation är att du uppdaterar din webbläsare nu!

Meddelande från Kjell & Company

Javascript är ej aktiverat i din webbläsare! För full funktionalitet på siten rekommenderar vi att du slår på Javascript.

Meddelande från Kjell & Company

Cookies är avslaget i din webbläsare. För att kunna använda internetbutiken måste din browser stödja cookies (mer information).