6. Likströmskretsar - mattliden.fi

6. Likströmskretsar
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:
­ 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.
L9
En strömkrets kan beskrivas med ett
kopplingsschema, där de olika delarna
har olika symboler.

6.2. Mätning i strömkretsar:
Ström
Man har kommit överens om att strömmen går
från spänningskällans pluspol till dess minuspol.
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 SIsystemet
är U, och dess enhet är
[U] = V (volt).
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:
L9
Amperemätaren kopplas i serie med andra
komponenter, strömmen går genom den.
Voltmätaren kopplas parallellt med den
komponent man undersöker, ingen ström går
genom den.
"Summan av de strömmar som kommer till en förgreningspunkt är lika stor som
summan av de strömmar som kommer ut ur den."
Matematiskt: I = I 1 + I 2 + I 3 +...+ I n
(31)

Ex. 14
L9
Hur stor ström lämnar korsningen? Åt vilket håll
rör sig elektronerna i ledaren?

6.4 Spänningskällan
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).
L9

7. Motstånd i kretsen
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:
Uttryck 32 kan omskrivas:
eller
(32)
Resistansens enhet är V/A, som kallas
Ohm och betecknas med Ω.
(33)
(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
L9