Elektrisk strøm

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Merge-split-transwiki default.svg Sammenskrivningsforslag
Denne artikel er foreslået sammenskrevet med Elektricitet.   (Diskutér forslaget).
Hvis sammenskrivningen sker, skal det fremgå af beskrivelsesfeltet, at sammenskrivningen er sket (hvorfra og hvortil) eller af artiklens diskussionsside.
Elektromagnetisme
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet  Magnetisme

Elektrisk strøm er pr. definition bevægelsen af elektrisk ladning. Typisk er denne ladning i form af elektroner, men kan også udgøres af ladede atomer, dvs. ioner.

Størrelsen af en elektrisk strøm udtrykkes som den samlede ladning der flyttes pr. tidsenhed. SI-enheden for elektrisk strøm er ampere; ved en strømstyrke på 1 ampere flyttes der 1 coulomb, eller godt seks milliarder milliarder (6,25•1018) elektroner, hvert sekund.

Definition[redigér | redigér wikikode]

Størrelsen af den elektriske strøm er defineret som den tidsafledede af den elektriske ladning:

I = {dQ \over dt}

Formelt skrives dette som:

i(t) = {dq(t) \over dt} eller omvendt som q(t_0) = \int_{-\infty}^{t_0} i(t)\, dt

Mængden af ladning Q der flyder pr. tidsenhed t er I, som angiver intensiteten af strømmen.


Strømtæthed[redigér | redigér wikikode]

Strømtæthed er et mål for tætheden af elektrisk strøm. Den defineres som en vektor hvis størrelse er den elektriske strøm pr. tværsnitsareal. I SI-enheder måles strømtætheden i ampere pr. kvadratmeter.

Elektrisk strøm er en samlet værdi der siger noget om hele tværsnittet (f.eks. en ledning). Hvis man ønsker at beskrive fordelingen af strømmen, bruges strømtætheden:

\vec{J}=nq\vec{v_d}=\rho \vec{v_d} \!\

– hvor

\vec{J} \!\ er strømtæthedsvektoren (SI-enhed A/m²)
n \!\ er ladningsbærertætheden (antal pr. volumen; SI-enhed m-3)
q \!\ er ladningen af den enkelte ladningsbærer (SI-enhed coulomb)
\rho = nq \!\ er ladningstætheden (SI-enhed coulomb pr. kubikmeter)
\vec{v_d} \!\ er ladningsbærernes gennemsnitlige drifthastighed (SI-enhed meter pr. sekund)

Den samlede strøm gennem en flade S kan beregnes på følgende måde:

I=\int_S{  \vec{J} \cdot  d\vec{S}   }

– hvor strømmen er integralet af prikproduktet af strømtæthedsvektoren og det differentielle overfladeelement d \vec{S}, dvs. nettofluxen gennem fladen S af det vektorfelt der beskriver strømtætheden.

Strømtætheden er en vigtig parameter i Ampères lov (en af Maxwells ligninger), som viser det direkte link mellem strømtæthed og magnetisk feltstyrke.

Strømtæthed er en vigtig faktor i design af elektriske og elektroniske systemer. De fleste elektriske ledere har en endelig, positiv modstand, hvilket får dem til at danne varme. Strømtætheden skal derfor holdes lav nok til at forhindre lederen i at smelte eller brænde op, eller i at ødelægge isoleringen. I superledere kan en for stor strømtæthed få superlederen til at gå normal, dvs. spontant miste den superledende egenskab; først lokalt, men lynhurtigt i resten af superlederen pga. varmeudviklingen i det normalt ledende område.

Ledningsevne[redigér | redigér wikikode]

Metaller er kendetegnet ved, at de rummer mange elektroner som kan bevæge sig frit fra det ene atom i metallet til det næste, og derved blive en del af en elektrisk strøm. Tilstedeværelsen af disse såkaldt frie elektroner gør, at metaller generelt er gode elektriske ledere. Elektriske ledninger er gerne lavet af kobber, da det er en super elektrisk leder, overgåes dog af sølv, guld er en ret dårlig leder , men bruges tit som et beskyttende lag, da det ikke irrer.

Helt rent (demineraliseret eller ionbyttet) vand er i sig selv en dårlig leder, men tilsættes vandet en smule salt, skabes positive og negative ioner som kan fungere som ladningsbærere, og derved forøges vandets ledningsevne drastisk.

Hurtig strøm af langsomme partikler[redigér | redigér wikikode]

Når man tænder eller slukker for et elektrisk kredsløb, starter eller stopper den elektriske strøm i hele kredsløbet indenfor en brøkdel af et sekund – selve strømmen ("elektron-bevægelsen") udbreder sig igennem ledningerne med lige knap lysets hastighed. Men de enkelte elektroner (eller ioner) flytter sig i meget små "skridt" ad gangen, så de ender med at flytte sig meget langsomt; denne såkaldte driftshastighed er typisk mindre end en millimeter i sekundet.

For at forstå dette, kan man forestille sig en ledning som et (evt. gennemsigtigt) "rør", fyldt med kugler der passer ind i røret – disse kugler er de frie elektroner i ledningen. Hvis man nu skubber en ny kugle ind i den ene ende af røret, skubber kuglerne inde i røret til hinanden, og den yderste kugle i den modsatte ende skubbes ud af røret. Dette sker nærmest "med det samme" når man putter den nye kugle i, og det er forklaringen på at elektrisk lys tænder med det samme når man trykker på kontakten.

Hvis man nu "mærker" en af kuglerne, f.eks. med en afvigende farve, kan man se hvordan den enkelte kugle rykker én plads fremad for hver ny kugle. Først når der er puttet en hel del nye kugler ind efter den mærkede kugle, kommer den ud af den anden ende: Denne langsomme vandring igennem "lednings-røret" demonstrerer den lave driftshastighed.

Elektricitet og magnetisme[redigér | redigér wikikode]

Elektriske strømme er nært knyttet til magnetisme. Hans Christian Ørsted påviste i 1820 hvordan en elektrisk strøm påvirker magnetfeltet omkring lederen, og Michael Faraday demonstrerede, at et varierende magnetfelt skaber tilsvarende varierende strømme i elektriske ledere.

Mere præcist formuleret, skaber en ændring i den elektriske strøm en tilsvarende ændring i magnetfeltet, og omvendt skaber ændringer i magnetfeltet omkring en leder ændringer i strømmen i lederen.

Se også[redigér | redigér wikikode]

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]