Strøm / Resistans / EMS

Strøm

Def Når flyttbare elektriske ladninger blir utsatt for en elektrisk kraft (på figuren representert vha et elektrisk felt E), så vil positive ladninger bevege seg i samme retning som E-feltet, mens negative ladninger (f.eks. elektroner) bevege seg i motsatt retning av E-feltet.

Elektrisk strøm handler om elektriske ladninger i bevegelse.

Strømretningen er definert til å være i samme retning som E-feltet, dvs i samme retning som positive ladninger beveger seg.

Den elektriske strømmen gjennom et tverrsnitt av en leder er definert som netto ladning som passerer dette tverrsnittet pr tidsenhet.

I



dQ dt

Standard SI-enhet : Ampere A = C/s

Strøm

Strømtetthet

I



dQ dt

Strømtetthet (strøm pr areal):

J



I A

Strømtettheten er avhengig av elektrontettheten n (= antall ledningselektroner pr volumenhet), elektronets ladning q og driftshastigheten v d .

J



I A



dQ dt A



dQ A



dt



q



dN A



dt



q

 

n



A



v d A



dt



dt

 

nqv d

Strøm

Driftshastighet i en kobberledning (Cu)

I



dQ dt

Partikkelkonsentrasjonen i Cu (antall atomer pr m 3 ) = Antall frie ladningselektroner pr m 3 siden hvert Cu-atom bidrar med ett elektron Ladning på ett elektron Diameter av kobberledningen Strømstyrke

n Cu

 8

.

4  10 28

m

 3

Bestemmelse av driftshastigheten i en kobberledning med diameter 1.02 mm til en 200 W lampe med strøm 1.67 A.

q

 1 .

6  10 28

C d I

 1 .

02

mm

 1 .

67

A

Svar: Ca 1 m i løpet av 1.8 timer, betraktelig mindre hastighet enn termisk hastighet (1000 km/s).

Strømtetthet Driftshastigheten til et elektron

J



n Cu qv d v d I I



J n Cu q



A n Cu q

 

d

2

n Cu q

2  0 .

152  10  3

m s

1 .

67

A

 8

.

4     10 1 .

02 28

m

 10  3 2  1  3 .

6

m J

   2  10

I

28

A C

Strøm

Resistivitet Resistivitet er forholdet mellom Elektrisk feltstyrke og strømtetthet Resistiviteten øker når temperaturen øker (unntak: Karbon, halvledere).

 

E J

 (

T

)   0  1   

T



T

0  

Resistiviteten avtar til null når temperaturen avtar til en kritisk temperatur (superledere).

Elektronene går i kretsen uten elektrisk felt tilstede.

Enkelte stoffer kan oppnår superledning allerede ved 160 K (-113 0 C).

Superledning forklares vha kvantefysikk.

I



dQ dt J



I A

Strøm

Resistans

V R



RI

 

L A I



dQ dt

Antar at resistiviteten er uavhengig av E-feltet.



E E

 

E



J



V



J L

  

V



E



L

  

J



L

 

I A L

 

L I A



RI

Ohms lov Resistans

V



RI R

 

L A J



I A

Strøm

Resistans i kobberledning

R

 

L A

Vanlig kobberledning som i dag benyttes til strømtilførsel i våre hus har en diameter på 2.04 mm.

Bestem resistansen i 100 m av en slik kobberledning.

J



I A R

 

L A

 1 .

72  10  8 

m

 100

m

   2 .

04  10  3

m

2   2  0 .

54 

Strøm

Resistans - Fargekoder

J



I A

Strøm

Resistans ved en radiell elektrisk strøm i en nervefiber (axon)

R

 

L A

En nervefiber har form som et sylinderrør.

Med en potensialforskjell mellom rørets inner- og yttervegg Vil det gå en radiell elektrisk strøm gjennom celleveggen.

Resistansen gjennom veggen er gitt ved:

dR R

 

b a

 2   

r



L dr dR



b a

 2   

r



L dr

 2   

L b a

 1

r dr

 2   

L

ln

b a R

 2   

L

ln

b a

Strøm

Elektromotorisk spenning - EMS Batteri

Pb -

Strøm

Elektromotorisk spenning - EMS Blybatteri PbO 2 + Blybatteriet benytter hullete plater som fylles med pasta av rødt blyokid (Pb 3 O 4 , mønje) og svovelsyre eller blysulfat. Slike plater blir montert både som katode og anode før bruk. Platene stables og kobles sammen slik at det blir flere av de positive platene, dette for å minimalisere risikoen ved dannelse av hydrogengass ved overlading.

Det hele senkes i svovelsyre og lades. Ved opplading av et blybatteri vil de positive platene denne PbO 2 og de negative platene danne metallisk bly Pb med stor overflate. Stor overflate er viktig for å kunne ta ut mye effekt på kort tid.

H 2 SO 4 Utlading: Pb + PbO 2 + 2H + + 2HSO 4 -



2PbSO 4 + 2H 2 O Ved utlading vil blyoksidet bli redusert til blysulfat samtidig som blyet i de negative platene vil bli redusert til blysulfat.

Den samme forbindelsen (PbSO 4 ) dannes på begge polene samtidig som det forbrukes sulfat i elektrolytten.

Svovelsyra blir fortynnet og tettheten avtar.

Derfor kan en måle tilstanden til et blybatteri ved å måle tettheten til elektrolytten.

Strøm

Elektromotorisk spenning - EMS Ulike generatorer for EMS

Strøm

Elektromotorisk spenning - EMS Indre resistans



r

Et batteri vil alltid ha en indre resistans r.

Dette gir følgende sammenheng mellom batteriets elektromotoriske spenning



og batteriets polspenning V: (ems)

V

  

rI

Strøm

Elektromotorisk spenning - EMS Energi - Effekt



r

Effekten P (energi E pr tidsenhet t ) avgitt av batteriet til forbrukeren (indre og ytre resistans):

P



t E

  

q t

 

q t

 

I

 

V ab



rI

 

I

Strøm

Elektrisk krets

I V



dQ dt



RI

 

rI



RI

 0

Vi vandrer i strømretningen i kretsen: Potensialet går opp



når vi går fra minuspol til plusspol i batteriet.

Potensialet går ned rI når vi passerer den indre motstanden.

Potensialet går ned RI når vi passerer den ytre motstanden.

Et amperemeter (med liten indre resistans) måler strømmen ved å kobles inn i serie i en strømkrets.

Et voltmeter (med stor indre resistans) måler spenningen (potensialforskjellen) over en komponent ved å kobles i parallell med denne komponenten.

END