Ellära

Växelström, likström, spänning, motstånd, ampere, volt, watt, effekt, hertz o.s.v. Terminologiska begrepp ser för den ovane ut som ett enda virrvarr och är svåra att hålla isär. Vi ska med hjälp av enkla resonemang och beskrivande modeller försöka klargöra det mest grundläggande i ellära.

Ström och spänning

Ström är ett flöde av elektroner från en pol till en annan genom en ledare. För att flödet ska kunna uppstå, krävs en nivåskillnad mellan polerna. Nivåskillnaden kallas spänning och mäts i Volt. Några enkla bilder beskriver principen:

Den fulla och den tomma vattenbehållaren representerar plus- och minuspolen på ett batteri. I tillståndet på bilden finns det ingen ström eftersom de båda polerna inte är sammankopplade med varandra.

En ström börjar flyta först när vi leder vattnet från pluspolen till minuspolen. I elektriska sammanhang mäter man ström i ampere (A). I exemplet sker för övrigt en kortslutning mellan polerna. Det enda som hindrar flödet från att rusa i höjden är slangens (ledarens) egenskaper.

Om vi kopplar in en propeller i vattenflödet kommer strömmen mellan polerna att bestämmas av trögheten hos propellern. Det kan alltså aldrig flyta mer ström än vad det som är inkopplat begränsar det till så länge vattentrycket (spänningen) är konstant.

Om vi översätter resonemanget till elektronik betyder det att strömmen i en krets bestäms av det som kopplas in, inte av hur mycket källan kan lämna.

Om vi kopplar in en större propeller som kräver ett högre vattentryck för att få dess massa att snurra måste vi använda en vattenbehållarkonstruktion som lämnar högre tryck.

Vi överför resonemanget till elektroniken: Om vi kopplar in en glödlampa för 230V på ett 9 V-batteri kulle den inte lysa alls. Detta utesluter inte att det flyter en ström ändå, men det krävs ett högre "tryck" för att få glödtråden att börja glöda.

Kopplar vi in en glödlampa för lågspänning börjar det både att lysa och flyta en ström som alltså bestäms av lampan, inte av vad batteriet kan lämna. (Förutsatt att batterispänningen är konstant.)

AC/DC

Än så länge har vi bara talat om likspänning. Likspänning heter det just för att strömriktningen är den samma hela tiden. Likström förkortas DC från engelskans Direct Current.

Från ett vägguttag får vi en 230 Volts-spänning som byter riktning mellan polerna hela tiden, en s.k. växelspänning. Växelspänning förkortas AC (Alternating Current).

Nätfrekvens

Varje gång nätspänningen växlar riktning passerar den 0 Volt. För att då inte t.ex. en inkopplad lampa ska märkbart blinka, lägger man växlingen på en frekvens där ögat inte hinner uppfatta det. I Europa har vi vad man kallar en nätfrekvens på 50 Hertz (Hz) d.v.s 50 svängningar i sekunden. I USA är nätfrekvensen 60 Hz.

Inne i elektriska apparater för ljud och bild omvandlar man växelspänningen med hjälp av en transformator från 230 Volt till olika nivåer av växelspänning. Växelspänningen görs sedan om till likspänning med en likriktarbrygga. Nätfrekvensen kan dock användas som referens för t.ex. bilduppdateringsfrekvens i en TV.
50 Hz ger i ljudsystem i vissa fall upphov till ett dovt brummande. Läs mer om detta i vår KjellFakta om brum i hemmabioanläggningen.

Varför har vi växelspänning i vägguttaget i stället för likspänning?

Fördelen med växelspänning famför likspänning är att den är enklare att transformera om till andra spänningsnivåer.

Varför används högre spänning?

De långa el-transportvägar vi har från elkraftverk till vägguttag gör att en del av spänningen och därmed effekten går förlorad i ledningarna. Att lägga sig på en högre spänning gör att ledningsmotståndet i förhållande till anslutna elförbrukare blir mindre med resultatet att effekten hamnar där den ska och inte över kablarna.

Fas, nolla och skyddsjord

I växelspänningssammanhang finns det inte någon plus eller minus. Här heter det i stället fas och nolla. Kabelmärkningen brukar vara blå för nolla och brun för fas. Somliga apparater för nätspänning är skyddsjordade. Med detta menas att apparathöljet är anslutet via en kabel (gul/grön) till en gemensam jordpunkt i proppskåpet. Om, av någon anledning en skyddsjordad apparat skulle börja leda ström ut i höljet, leds strömmen vidare till proppskåpet och jordas där istället för genom någon som kommer i kontakt med höljet. Läs om hur man skyddar sig mot felströmmar i vår KjellFakta om jordfelsbrytare.

Resistans

Liknelsen med vattentankarna ovan brister på den biten att resistansen i ledningarna inte kommer med i resonemanget. Resistans är det fenomen som ger strömmen motstånd. Om vattnet hade bromsats på grund av friktion i slangarna hade det betecknat ledningarnas resistans.

Allt som leder elektricitet har en resistans, även ledningar. Den totala spänningen i en krets mellan plus och minus fördelar sig proportionellt över allt som har resistans. Ju högre resistans en komponent har desto mer spänning lägger det sig där.

Resistans orsakar friktion med värme som följd,
precis som friktion i allmänhet gör.
Ibland är värmen önskvärd men ganska ofta ses den som en förlust. Det mesta av energin i en glödlampa går bort i värme och endast en liten del blir till ljus. I ett lysrör är förhållandet avsevärt bättre.

Motstånd (eller resistorer) används som en av många byggstenar i elektroniska kretsar. Motstånd som enskilda komponenter finns med olika elektriska egenskaper. Några ändrar värde beroende på hur dom utsätts för t.ex. omgivande temperatur eller ljus, andra har konstant värde oberoende av yttre omständigheter. Det gemensamma för dom är att dom fungerar som spänningsdelare i sitt sammanhang.
Resistans anges i Ohm.

Ohms lag

Vi har berört spänning, ström och resistans. Är två av dom kända kan man räkna ut den tredje. Formeln kallas Ohms lag.

U=IxR

U = Spänning
I = Ström
R = Resistans

Exempel:
Om det ligger en spänning på 12 Volt över ett motstånd på 100 Ohm kommer strömmen att bli 0,12 Ampere (120 milliampere).

Effekt

Effekt betecknas med bokstaven W för Watt och är enkelt beskrivet en produkt av resistans och spänning enligt följande: Med en känd resistans och spänningen räknar vi ut vilken ström som genomflyter kretsen. Multiplicerar vi sedan spänningen med strömmen får vi effekten.

Exempel hittar du i vår KjellFakta om formler.