6. Likströmskretsar

6. Likströmskretsar 

L9

6.1 Elektrisk ström, I Elektrisk ström har definierats som laddade partiklars  rörelse ­ mer specifikt som den laddningsmängd som  rör sig genom en area på en viss tid. Elström kan bestå  av både positiva och negativa laddningar, men  vanligtvis är det elektroner som rör sig i strömkretsar,  som består av ledare och olika komponenter.

För att ström skall uppstå behövs ett elfält som orsakar  en potentialskillnad i kretsen. Denna potentialskillnad  skapas av en spänningskälla. 

I strömkretsar går ström, då kretsen är sluten. I en  öppen krets går ingen ström. En krets öppnas och  sluts med hjälp av en brytare.

Elström är osynligt för blotta ögat, men kan påvisas  genom sina verkningar:

En strömkrets kan beskrivas med ett  kopplingsschema, där de olika delarna  har olika symboler.

 ­ strålningsverkan ­ lampor lyser då ström går genom dem.  ­ värmeverkan ­ lampan blir varm.  ­ magnetisk verkan ­ runt en strömkrets uppstår ett magnetiskt fält.  ­ kemisk verkan ­ elström används t.ex vid ytbeläggning av      metaller (galvanisering) och sönderdelning av vatten till     väte och syre.

6.2. Mätning i strömkretsar:

L9

Ström

Man har kommit överens om att strömmen går  från spänningskällans pluspol till dess minus­ pol. Strömstyrkan mäts med en amperemätare,  och ALLTID så att strömmen går genom  mätaren (seriekoppling). Strömstyrkan är en  grundstorhet i SI­systemet, och dess enhet är  Ampere, [I] = A. Spänning Eftersom spänningskällan mellan sina poler  skapar en potentialskillnad som orsakar  elströmmen, och potentialen sjunker då man  går från pluspol till minuspol, kan vi också  mäta spänningen (potentialskillnaden) över  komponenter i kretsen. Detta görs med en  voltmätare, och ALLTID så att mätaren kopplas  parallellt med komponenten man vill mäta  spänningen för. Spänningens symbol i SI­ systemet är U, och dess enhet är  [U] = V (volt).

Amperemätaren kopplas i serie med andra  komponenter, strömmen går genom den.

Voltmätaren kopplas parallellt med den  komponent man undersöker, ingen ström går  genom den.

6.3 Elström i ledare Man kan påvisa att om en strömledare delar på  sig och sedan återförenas igen, kommer det lika  mycket ström ut ur korsningen som det går in i  den gemensamma ledaren;  Detta är Kirchhoffs första lag:

"Summan av de strömmar som kommer till en förgreningspunkt är lika stor som  summan av de strömmar som kommer ut ur den."

Matematiskt: I = I1 + I2 + I3 +...+ In 

(31)

Ex. 14 

L9

Hur stor ström lämnar korsningen? Åt vilket håll  rör sig elektronerna i ledaren?

6.4 Spänningskällan

L9

För att elström skall gå i kretsen krävs alltid en  spänningskälla ­ den kan vara ett batteri, en  ackumulator eller någon annan typ av spänningskälla.  Spänningskällor kan även kopplas i serie för att öka  den totala spänningen ­ som i vissa ficklampor, bland  annat. Källspänning E:

Varje spänningskälla har en bestämd förmåga att  skapa spänning, som kallas källspänningen E.  Detta är spänningen mellan spänningskällans poler  då den inte är kopplad till någon komponent. För  batterier kan källspänningen vara ex. 1.5 V, 9 V etc.

Polspänning U: Då spänningskällan kopplas till en komponent i en krets och ström går i kretsen,  sjunker dess förmåga att producera spänning en aning. Den effektiva spänningen  över polerna, polspänningen, är mindre än källspänningen (Orsaken är  spänningskällans inre resistans ­ mer om det senare).

7. Motstånd i kretsen

L9

7.1 Ohms lag Vi har konstaterat att det behövs en spänning för att elström skall flyta i en ledare.  Experiment visar att för ledare av olika material behövs olika stor spänning för att  uppnå samma strömstyrka. Detta beror på att olika material gör olika mycket  motstånd mot elektronrörelsen. Vi kan utföra en mätning av spänning och ström genom en ledare. Vi får en rät  linje i vårt (I,U)­koordinatsystem. Med andra ord: Förhållandet mellan spänningen  och strömstyrkan är konstant! Ett sådant konstant (linjärt) förhållande mellan två  storheter definierar en ny storhet vars storlek bestäms av riktningskoefficienten för  den räta linjen. 

 Vi kan alltså definiera en ny storhet, resistansen R, som kvoten mellan spänningen  U och strömstyrkan I:  (32)

Resistansens enhet är V/A, som kallas  Ohm och betecknas med Ω.

Uttryck 32 kan omskrivas: (33)

 eller (34)

Detta (34) är Ohms lag ­ spänningen över en  komponent i en krets är lika stor som produkten  av komponentens resistans och strömmen  genom den. Ohms lag gäller strängt taget bara  för metalledare vid konstanta temperaturer,  samt för vissa metallegeringar också då  temperaturen ändras. Sådana material kallas  ohmiska.

Resistansen beskriver hur stor spänningsförändring som behövs för en viss  strömförändring. Ett annat sätt att säga det är att resistansen anger hur mycket  ledarens material gör motstånd mot strömmen.  Uppgifter: Läs sid. 10­24 (hoppa över laborationer, läs exempel!) Lös uppgifter 1­8, 1­15 (lampor gör motstånd mot ström och orsakar  potentialminskning), 1­22,1­23, 1­25