Vad är elektrisk ström: grunderna

Lektioner i elektrisk ström innehåller:
Vad är elektrisk ström Strömenhet – ampere AC & DC

Elektrisk ström är ett av de mest grundläggande begreppen inom el- och elektronikvetenskapen – elektrisk ström är kärnan i elektricitetsvetenskapen.

Oavsett om det är en elektrisk värmare, ett stort elnätssystem, en mobiltelefon, en dator, en fjärrsensornod eller vad som helst, är begreppet elektrisk ström centralt för dess funktion.

Hur som helst kan strömmen som sådan normalt inte ses, även om dess effekter kan ses, höras och kännas hela tiden, och därför är det ibland svårt att få en uppfattning om vad den egentligen är.

Definition av elektrisk ström

Den elektriska strömmens storlek mäts i coulomb per sekund, den vanliga enheten för detta är ampere eller ampere som betecknas med bokstaven ”A”.

Ampere eller ampere används ofta inom elektrisk och elektronisk teknik tillsammans med multiplikatorer som milliampere (0,001A), mikroampere (0,000001A) och så vidare.

Strömhastighet i en krets betecknas normalt med bokstaven ”I”, och denna bokstav används i ekvationer som Ohms lag där V=I⋅R.

Vad är elektrisk ström: grunderna

Den grundläggande uppfattningen om ström är att det är elektronernas rörelse i ett ämne. Elektroner är små partiklar som existerar som en del av materialens molekylära struktur. Ibland hålls dessa elektroner fast inom molekylerna och andra gånger hålls de löst och kan röra sig relativt fritt i strukturen.

En mycket viktig punkt att notera om elektronerna är att de är laddade partiklar – de bär en negativ laddning. Om de rör sig så rör sig en mängd laddning och detta kallas ström.

Det är också värt att notera att antalet elektroner som kan röra sig styr ett visst ämnes förmåga att leda elektricitet. Vissa material tillåter strömmen att röra sig bättre än andra.

De fria elektronernas rörelse är normalt mycket slumpmässig – den är slumpmässig – lika många elektroner rör sig i en riktning som i en annan och som ett resultat av detta finns det ingen övergripande rörelse av laddning.

Om en kraft verkar på elektronerna för att förflytta dem i en viss riktning kommer alla att driva i samma riktning, om än fortfarande på ett något planlöst sätt, men det finns en övergripande rörelse i en riktning.

Kraften som verkar på elektronerna kallas och elektromotorisk kraft, eller EMF, och dess storlek är spänning mätt i volt.

För att få lite mer förståelse för vad ström är och hur den verkar i en ledare kan man jämföra det med vattenflöde i ett rör. Det finns begränsningar i denna jämförelse, men den tjänar som en mycket grundläggande illustration av ström och strömflöde.

Strömmen kan betraktas som vatten som rinner genom ett rör. När tryck sätts på den ena änden tvingar det vattnet att röra sig i en riktning och strömma genom röret. Mängden vattenflöde är proportionell mot det tryck som läggs på änden. Trycket eller kraften som läggs på änden kan liknas vid den elektromotoriska kraften.

När trycket läggs på röret, eller när vattnet tillåts rinna som ett resultat av att en kran öppnas, så rinner vattnet praktiskt taget omedelbart. Samma sak gäller för den elektriska strömmen.

För att få en uppfattning om elektronernas flöde krävs det 6,24 miljarder, miljarder elektroner per sekund för att flöda för en ström på en ampere.

Konventionell ström och elektronflöde

Det finns ofta en hel del missförstånd om konventionellt strömflöde och elektronflöde. Detta kan vara lite förvirrande till en början men det är egentligen ganska enkelt.

De partiklar som bär laddning längs ledare är fria elektroner. Det elektriska fältets riktning inom en krets är per definition den riktning som positiva testladdningar trycks åt. Dessa negativt laddade elektroner rör sig alltså i motsatt riktning mot det elektriska fältet.

Detta kom sig av att de första undersökningarna av statiska och dynamiska elektriska strömmar baserades på vad vi nu skulle kalla positiva laddningsbärare. Detta innebar att den tidiga konventionen för en elektrisk ströms riktning fastställdes som den riktning som positiva laddningar skulle röra sig i. Denna konvention har bestått och används fortfarande idag.

I sammanfattning:

• Konventionellt strömflöde: Det konventionella strömflödet går från den positiva till den negativa terminalen och anger den riktning som positiva laddningar skulle röra sig i.
• Elektronflöde: Elektronflödet går från den negativa till den positiva terminalen. Elektroner är negativt laddade och dras därför till den positiva terminalen eftersom olikartade laddningar dras till varandra.

Detta är den konvention som används globalt än i dag, även om den kan verka lite udda och föråldrad.

Hastighet för elektron- eller laddningsrörelse

Hastigheten för överföring av elektrisk ström skiljer sig mycket från hastigheten för den faktiska elektronrörelsen. Själva elektronen studsar runt i ledaren och gör möjligen bara framsteg längs ledaren med en hastighet av några millimeter per sekund. Detta innebär att vid växelström, där strömmen byter riktning 50 eller 60 gånger per sekund, når de flesta av elektronerna aldrig ut ur ledningen.

För att ta ett annat exempel, i det nära vakuumet inuti ett katodstrålerör färdas elektronerna i nästan raka linjer med ungefär en tiondel av ljusets hastighet.

Effekter av ström

När en elektrisk ström flyter genom en ledare finns det ett antal tecken som talar om att en ström flyter.

• Värme avges: Det kanske mest uppenbara är att värme alstras. Om strömmen är liten är den mängd värme som genereras sannolikt mycket liten och kanske inte märks. Om strömmen är större är det dock möjligt att en märkbar mängd värme genereras. En elektrisk eldstad är ett utmärkt exempel på hur en ström orsakar värmeutveckling. Den faktiska värmemängden styrs inte bara av strömmen utan även av spänningen och ledarens motstånd.
• Magnetisk effekt: En annan effekt som kan noteras är att ett magnetfält byggs upp runt ledaren. Om en ström flyter i ledaren är det möjligt att upptäcka detta. Genom att placera en kompass nära en tråd som leder en rimligt stor likström kan man se att kompassnålen böjs ut. Observera att detta inte fungerar med nätströmmar eftersom fältet växlar för snabbt för att nålen ska kunna reagera och de två trådarna (strömförande och neutrala) nära varandra i samma kabel upphäver fältet.
  Magnetfältet som genereras av en ström har god användning inom ett antal områden. Genom att linda en tråd till en spole kan effekten ökas och man kan göra en elektromagnet. Reläer och en mängd andra föremål utnyttjar effekten. Högtalare använder också en varierande ström i en spole för att få vibrationer att uppstå i ett membran som gör det möjligt att omvandla de elektroniska strömmarna till ljud.

Hur man mäter ström

En viktig aspekt av ström är att veta hur mycket ström som kan flöda i en ledare. Eftersom elektrisk ström är en så viktig faktor i elektriska och elektroniska kretsar är det mycket viktigt att veta vilken ström som flyter.

Det finns många olika sätt att mäta ström. Ett av de enklaste är att använda en multimeter.

Och även om det finns andra metoder för att mäta strömmen är detta den vanligaste.

Strömmen är en av de viktigaste och mest grundläggande delarna inom elektrisk och elektronisk teknik. Strömmen som flyter i en krets kan användas på en mängd olika sätt, från att generera värme till att få kretsar att växla, eller information att lagras i en integrerad krets.

Mer grundläggande elektronikbegrepp:
Spänning Ström Effekt Motstånd Kapacitans Induktans Transformatorer Decibel, dB Kirchoffs lagar Q, kvalitetsfaktor RF-brus
Varje gång tillbaka till menyn Grundläggande elektronikbegrepp . . .