elektrisk strøm

Elektrisk strøm er elektrisk ladning i bevegelse. Strømmen beveger seg gjennom en leder og frakter energi fra ett sted til et annet. Strømretningen er definert som bevegelsesretningen for positive ladninger.

Det oppstår strøm i en leder når vi kopler den til en spenningskilde, for eksempel når vi slår på en kokeplate. I en leder med elektrisk strøm vil det avgis varme, og ved høy nok temperatur vil elektrisk energi omdannes til lys. Elektrisk strøm kan også utnyttes til å drive elektromotorer, som for eksempel i elbiler. Energi kan transporteres over store avstander ved hjelp av elektrisk strøm.

Strømstyrke er lik ladning som passerer et tverrsnitt av en leder per sekund. Enheten for ladning er coulomb, og  enheten for elektrisk strømstyrke er ampere, som er coulomb per sekund. Strømstyrke måles med et amperemeter

I fysikken brukes likninger for å uttrykke sammenhenger mellom ulike fysiske størrelser. En fysisk størrelse representeres ved en bokstav. For strømstyrke brukes I, for ladning Q og for tid t. Hvis det passerer en ladning dQ gjennom et tverrsnitt av en leder i løpet av et lite tidsintervall dt, er den elektriske strømstyrken I=dQ/dt.

Masse forårsaker et kraftfelt. Jordas kraftfelt kalles tyngdefeltet. Et legeme i et tyngdefelt påvirkes av tyngdekraft, eller som man også sier, av gravitasjonskraft. Når et legeme flyttes oppover i et tyngdefelt, får det økt stillingsenergi, som også kalles potensiell energi.

Newtons gravitasjonsteori kalles potensiell energi per masseenhet (per kg) for potensial. Forskjell i potensial er lik tyngdeakselerasjon ganger høydeforskjell. 

Elektrisk ladning forårsaker også et kraftfelt. Det kalles et elektrisk felt. En ladning i et elektrisk felt påvirkes av en elektrisk kraft. Dersom ladningen er positiv, virker kraften i samme retning som feltet, og dersom ladningen er negativ, virker kraften i motsatt retning. 

Å forflytte seg i feltretningen i et elektrisk felt svarer til å forflytte seg nedover i et tyngdefelt, og en forflytning mot feltretningen i et elektrisk felt svarer til oppover i et tyngdefelt. En positiv ladning faller i feltretningen, men et elektron, som er negativt ladd, faller mot feltretningen. Når en ladd partikkel beveger seg i eller mot feltretningen, endres partikkelens potensielle energi.

I et elektrisk felt er potensial definert som potensiell energi per ladningsenhet (per coulomb). Potensialforskjellen kalles for spenning. Spenning måles i volt.

Hvis en leder koples til en spenningskilde (for eksempel når vi slår på lyset), oppstår et elektrisk felt i lederen, rettet fra det høyeste potensialet, som kalles pluss, mot det laveste potensialet, som kalles minus.

I metalliske ledere er det mange elektroner som kan bevege seg fritt, mens positivt ladde ioner står fast. De frie elektronene danner en elektrongass hvor elektronene beveger seg raskt i forskjellige retninger, og gassen som helhet har en liten drifthastighet. Det betyr at det er oppstått en elektrisk strøm i lederen. Siden elektronene har negativ ladning, er drifthastigheten rettet mot feltretningen. Følgelig har den elektriske strømmen samme retning som det elektriske feltet: fra høyt potensial (pluss) mot lavt potensial (minus).  

Innenfor visse grenser er strømstyrken i en leder proporsjonal med spenningen, U, over lederens endepunkter. Denne sammenhengen kalles Ohms lov. Ohms lov innebærer at forholdet mellom spenning og strømstyrke i en leder er konstant. Denne konstanten kalles lederens resistans og betegnes med R.

Ohms lov  kan skrives på matematisk form U/R

Når det går en strøm, I, gjennom en leder, og det er en spenning, U, over den, får vi en effekt, P = UI, som måles i watt. Eksempel: Med en spenning på 220V og en strøm på 10A får vi en effekt på 2200W eller 2,2kW.

Omkring en strømførende leder dannes et magnetfelt med feltlinjer som er lukkede kurver og omslutter lederen.

Likestrøm er en elektrisk strøm som hele tiden har samme strømretning. Batterier produserer likestrøm. I vekselstrøm endres hele tiden strømretningen. 

På verdensbasis er praktisk talt all elektrisk energiforsyning basert på vekselstrøm. Årsakene til dette er at produksjon, overføring, transformering (endring av frekvens) og bruk av elektrisitet med vekselspenning er det mest økonomiske og teknisk enkleste.

I metaller består strømmen av frie elektroner som beveger seg når de utsettes for virkningen av et elektrisk felt i lederen. Det er den negative ladningen som beveger seg, mens den positive ladningen er bundet til atomene i metallets krystallgitter

I elektrolytter skyldes strømmen positive ioner som beveger seg i strømretningen og negative mot strømretningen.

I gasser kan strømmen dels skyldes elektronbevegelse, dels ionebevegelse. Som regel vil det her være elektronbevegelsen som dominerer fordi de lette elektronene beveger seg mye raskere enn ionene.

Elektrisk strøm kan også skyldes bevegelse av elektrisk ladede legemer, for eksempel små partikler i en væske- eller gasstrøm, og kalles da konveksjonsstrøm.

En halvleder er et stoff som leder strøm dårligere enn metaller og bedre enn isolatorer. Når et elektron i en halvleder «rives» løs fra et atom og blir fritt, sier vi at det er i ledningsbåndet. Det etterlater seg en tom plass som vi kaller et hull.

Eksempel: I rent silisium vil noen elektroner bli frie på grunn av termisk energi. De etterlater seg hull og faller tilbake til andre hull. Dermed vil det stadig være en vandring av elektroner og hull.

I en ren halvleder er det like mange frie elektroner som hull. Disse beveger seg tilfeldig i halvlederen. Men når det slås på en spenning over lederen, oppstår et elektrisk felt i den som vil tvinge elektroner mot feltretningen og hull i motsatt retning. Det går da en elektrisk strøm i halvlederen.

 

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

18. mai 2012 skrev Bjørn B. Larsen

Kan dere skrive noe om strøm i halvledere? Jeg tenker å henvise hit fra artikler om transistorer.

23. mai 2012 skrev Øyvind Grøn

Strøm i halvledere: En halvleder er et stoff som leder strøm dårligere enn metaller og bedre enn isolatorer. Når et elektron i en halvleder "rives" løs fra et atom og blir fritt, sier vi at det er i ledningsbåndet. Det etterlater seg en tom plass som vi kaller et hull.

I for eksempel rent silisium vil noen elektroner bli frie på grunn av termisk energi. De etterlater seg hull og faller tilbake til andre hull. Dermed vil det stadig være en vandring av elektroner og hull.

I en ren halvleder er det like mange frie elektroner som hull. Disse beveger seg tilfeldig i halvlederen. Men når det slås på en spenning over lederen, oppstår et elektrisk felt i den som vil tvinge elektroner mot feltretningen og hull i motsatt retning. Det går da en elektrisk strøm i halvlederen.

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.