Elektrisk laddning, spänning, ström & resistans
Elektriska kretsar blir lättare att förstå när laddning, ström, spänning och resistans hålls isär. Laddning bevaras, ström beskriver laddningsflödet och spänning beskriver energi per laddning.
- Nivå 1b
Förstå → Se exempel → Träna
Förstå
Elektrisk laddning
Laddning mäts i coulomb och finns i positiva och negativa former. Lika laddningar repellerar och olika laddningar attraherar. I vanliga metalliska ledare är det elektroner som kan röra sig genom materialet.
Ström
Ström definieras som laddning per tid: I = ΔQ/Δt. Den konventionella strömriktningen är den riktning positiv laddning skulle röra sig, vilket i metall är motsatt elektronernas drift.
Spänning
Spänning U är skillnad i elektrisk potential och kan tolkas som energi per laddning: 1 V = 1 J/C. En spänningskälla kan ge laddningar möjlighet att överföra energi till komponenter i kretsen.
Resistans och Ohms lag
Resistans beskriver sambandet mellan spänning och ström. För en ohmsk komponent vid ungefär konstant temperatur gäller U = RI. Alla komponenter är inte ohmska; deras resistans kan bero på till exempel temperatur eller spänning.
Mikroskopisk bild
I en metall finns redan fria elektroner innan kretsen sluts. När ett elektriskt fält etableras får elektronerna en liten nettodrift ovanpå sin snabba slumpmässiga rörelse. Det förklarar varför en lampa kan tändas nästan omedelbart även om en enskild elektron inte färdas från batteriet till lampan med ljusets hastighet.
Exempel
Exempel: resistor
- En resistor på 100 Ω kopplas över en spänningskälla på 12 V.
- Strömmen blir I = U/R = 12/100 = 0,12 A.
- Det innebär ett konventionellt laddningsflöde på 0,12 C per sekund genom varje tvärsnitt i en enkel seriekrets.
- Effekten i resistorn blir P = UI = 12·0,12 ≈ 1,4 W.
Så gör du
- 1Markera vilken spänning som ligger över den komponent du analyserar.
- 2Bestäm strömriktning och om komponenten kan behandlas som ohmsk.
- 3Använd I = ΔQ/Δt, U = RI eller energisamband beroende på frågan.
- 4Sätt in värden med enheter och kontrollera storleksordningen.
- 5Skilj mellan vad som händer med laddningen och vad som händer med energin.
Vanliga misstag
Vanligt misstag
Ström förbrukas i en resistor.
Bättre
Laddning bevaras; resistorn omvandlar elektrisk energi till andra energiformer.
I en enkel seriekrets är strömmen lika stor före och efter resistorn.
Vanligt misstag
Ett batteri bestämmer en bestämd ström oberoende av resten av kretsen.
Bättre
Källans spänning och kretsens resistiva egenskaper tillsammans bestämmer strömmen.
En kortslutning kan därför ge mycket stor ström.
Fundera
Om strömmen genom en resistor fördubblas medan resistansen är konstant, hur förändras spänningen och den elektriska effekten?
Träna
Övning
47 Ω och 0,20 A. Beräkna spänningen.
Sammanfattning
- Laddning mäts i coulomb.
- Ström är laddning per tid.
- Spänning är energi per laddning.
- Ohms lag U = RI gäller ohmska komponenter under lämpliga förhållanden.
Relaterade genomgångar
Fortsätt med något som hänger ihop med den här genomgången.
Energi, arbete, effekt & verkningsgrad
Använd energiprincipen och sambanden för arbete, effekt och verkningsgrad.
Läs genomgångenVärme, temperatur & fasomvandlingar
Skilj temperatur från energi och beräkna energiflöden vid uppvärmning och fasövergångar.
Läs genomgångenElektriska kretsar
Analysera serie- och parallellkopplingar med ström, spänning, resistans och effekt.
Läs genomgången