Ellära Fysik 1 / A Översiktlig beskrivning av en del av innehållet i Ellära – Fysik A För djupare studier hänvisar jag till kurslitteratur som finns att låna.
Innehåll Laddning Ström Spänning Resistans Elektrisk effekt Elektrisk energi EMK Seriekoppling & parallellkoppling Lagar för beräkning Exempel
Laddning En partikel är elektriskt laddad om den har underskott eller överskott av elektroner. Negativ laddning innebär ett överskott av elektroner. Positiv laddning innebär ett underskott av elektroner. Mellan två lika laddningar finns en repellerande kraft och mellan två olika laddningar finns en attraherande kraft. Denna kraft kallas för elektormagnetisk kraft och styrs av: Coulombs lag: q är beteckningen på laddning och mäts i Coulomb [C]
Ström Ström har beteckningen I och mäts i enheten Ampere. Ström definieras enkelt som antal laddningar per sekund som passerar en given tvärsnittsyta av en ledning. [1A = 1C/s] där C står för Coulomb och är enheten för laddning.
Spänning Spänning definieras enkelt som Arbete per laddning. Vi kan alltså jämföra spänning med potentiell energi uppdelat på antalet laddningar. Spänning kan också jämföras med kraften i ett system, detta återkommer vi till senare. Beteckningen på spänning är U i svensk litteratur och mäts i enheten Volt. [1 V = 1 Nm/C]
Resistans Varje material har resistiva egenskaper. Dessa ger upphov till motstånd mot elektrisk ström. Ett objekts resistans beror på material, längd och tvärsnittsarea. Även temperatur påverkar resistansen, dock lite olika beroende på vilken typ av ledare det handlar om. Resistans påverkar strömmen i en krets. Ju högre resistans desto mindre ström, givet en konstant spänning vilket brukar vara fallet.
Elektrisk Effekt & Energi Elektrisk effekt är egentliga samma effekt som vi har behandlat inom mekaniken. D v s arbete per tidsenhet. Effekten är alltså ett mått på hur mycket energi som förbrukas per tidsenhet i en elektrisk krets. Elektrisk effekt är intressant för bl a lampor, element, motorer etc. Här kan vi direkt jämföra den elektriska effekten med upplevd mekanisk effekt.
EMK eller EMS EMK = Elektromotorisk kraft EMS = Elektromotorisk spänning Båda begreppen beskriver samma sak. D v s den spänning som ett batteri teoretisk kan leverera. Dock är den faktiska spänningen, polspänningen något lägre p g a inre resistans i batteriet. När ett batteri tappar spänning är det polspänningen som avses.
Kopplingar En enkel elektrisk krets kan byggas upp med seriekopplingar eller parallellkopplingar, eller olika kombinationer.
Kirchhoffs lagar Dessa två lagar beskriver hur spänningsdelning sker samt hur vad som gäller för strömmar som delar upp sig.
Ohms lag Ohms lag är viktig inom elläran och styr sambandet mellan spänning, ström och resistans.
Effektlagen Effektlagen beskriver sambandet mellan effekt, ström och spänning.
Seriekoppling av resistorer När vi seriekopplar t ex resistorer är det ibland nödvändigt att beräkna ersättningsresistansen som beskriver vilken resistans vi kan ersätta vår seriekoppling med. Se formel och exempel nedan.
Parallellkoppling av resistorer
Strömdelning genom två motstånd
Koppling av spänningskällor Spänningskällor som t ex batterier kan kopplas ihop för att uppnå högre spänning. Då skall de kopplas i serie enlig bild nedan. De kan också kopplas parallellt för att öka energimängden men behålla vald spänning. Då är det viktigt att alla batterier har samma spänning.
Exempel – Ohms lag & Kirchhoffs lag Beräkna resistansen R i kopplingen nedan. Lösning Parallellkoppling ger samma spänning över de båda kopplingarna, vilket innebär att 0,8A*5 = 4V (Ohms lag) I1+ I2 = I vilket ger att I2 = 0,44A (Kirchhoffs lag) I2*R = 4V 0,44A * R = 4V R≈9,1
Exempel - Ersättningsresistans
Exempel – Ohms lag och ersättningsresistans
Exempel - Effektlagen
Exempel – Kirchhoffs spänningslag Uppgift Vilken spänning ligger över motstånd nr 2? Lösning Enligt Kirchhoffs spänningslag delar spänningen upp sig så att högre spänning ligger över större motstånd. I det här fallet måste spänningen över motstånd nr 2 vara 14V. Se lag
Exempel - Strömdelning