Elektricitet är en grundläggande del av vårt dagliga liv och driver allt från små enheter som smartphones till stora system som stadsnät. När vi talar om ström elektricitet hänvisar vi till flödet av elektrisk laddning genom en ledare, till exempel en metalltråd, på grund av en potentialskillnad eller spänning över den. Detta flöde är det som driver våra elektriska enheter.
För att förstå nuvarande elektricitet börjar vi med den grundläggande laddningsenheten, som kallas elektronen . En elektrisk ström uppstår när elektroner rör sig genom ett material. Den riktning som konventionellt betraktas för flödet av elektrisk ström är motsatt riktningen för elektronrörelse, från den positiva till den negativa terminalen på en strömkälla.
Mängden elektrisk laddning som passerar genom en sektion av en ledare under en given tid kallas den elektriska strömmen , och den mäts i ampere (A). Matematiskt uttrycks det som:
\(I = \frac{Q}{t}\)där \(I\) är strömmen i ampere, \(Q\) är laddningen i coulombs och \(t\) är tiden i sekunder under vilken laddningen flyter.
Spänning , eller elektrisk potentialskillnad, är den drivkraft som driver den elektriska laddningen genom en ledare. Det mäts i volt (V) och kan ses som det elektriska trycket som får elektriska laddningar att röra sig.
Motstånd är motståndet ett material erbjuder mot flödet av elektrisk ström. Det beror på materialets egenskaper, samt dess längd och tvärsnittsarea. Motstånd mäts i ohm ( \(\Omega\) ). Förhållandet mellan spänning (V), ström (I) och resistans (R) ges av Ohms lag:
\(V = I \times R\)Denna ekvation visar att strömmen som flyter genom en ledare mellan två punkter är direkt proportionell mot spänningen över de två punkterna, och omvänt proportionell mot resistansen mellan dem.
I en seriekrets är komponenter anslutna ände till ände, så det finns bara en väg för ström att flyta. Om någon del av kretsen är bruten, slutar hela kretsen att fungera. Det totala motståndet för en seriekrets är summan av individuella motstånd:
\(R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + \ ... \)I en parallell krets är komponenter anslutna över gemensamma punkter eller korsningar, vilket ger flera vägar för ström att flyta. Spänningen över varje komponent i en parallellkrets är densamma. Den reciproka av det totala motståndet i en parallellkrets är lika med summan av reciproka av varje motstånd:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ ... \)Effekten hos en elektrisk krets är den hastighet med vilken elektrisk energi överförs av en elektrisk krets. SI-enheten för effekt är watt (W). Effekten kan beräknas med formeln:
\(P = V \times I\)Denna formel anger att effekten (i watt) är produkten av spänningen (i volt) och strömmen (i ampere).
Material som tillåter lätt flöde av elektrisk laddning kallas ledare . De flesta metaller, som koppar och aluminium, är bra ledare och används ofta i elektriska ledningar. Å andra sidan är isolatorer material som inte tillåter elektrisk laddning att flöda fritt. Exempel är gummi, glas och plast. Dessa material används för att belägga eller omge ledare för att förhindra oönskat flöde av elektricitet, vilket garanterar säkerheten.
En enkel elektrisk krets kan demonstrera principerna för nuvarande elektricitet. Tänk på en krets som består av ett batteri, ett motstånd och en glödlampa, alla anslutna i serie. När kretsen är sluten skapar batteriet en spänning som trycker elektroner genom kretsen. Motståndet begränsar flödet av elektroner och styr därigenom strömmen. Glödlampan omvandlar den elektriska energin till ljus, vilket illustrerar användningen av elektrisk kraft.
För att experimentellt verifiera Ohms lag kan man sätta upp en krets med variabel strömförsörjning, en amperemeter för att mäta ström och en voltmeter för att mäta spänningen över ett motstånd. Genom att variera spänningen och registrera motsvarande ström, finner man att spänningen över motståndet är direkt proportionell mot strömmen som flyter genom det, i enlighet med Ohms lag.
Strömelektricitet är ett stort område som omfattar många grundläggande begrepp, inklusive elektrisk ström, spänning, resistans, kretsar och elektrisk kraft. Att förstå dessa begrepp är avgörande för att förstå hur elektriska enheter fungerar och för säker och effektiv användning av el. Genom att tillämpa principer som Ohms lag och förstå beteendet hos serie- och parallellkretsar kan man förutsäga och kontrollera flödet av elektricitet i en mängd olika miljöer.
