elektrisk strøm

I en metallisk leder, fx en kobberstang, er atomerne så tæt pakket, at de yderste elektroner ikke er bundet til noget bestemt atom; de kan bevæge sig overalt i metallet og kaldes frie elektroner. Er der ikke noget elektrisk felt, er de frie elektroners bevægelser helt tilfældige ligesom molekylernes i en gas. Dette betyder, at der ikke er nogen nettostrøm af elektroner gennem noget tværsnit af lederen.

Med en elektromotorisk kraft, fx et batteri, forbundet mellem to punkter af lederen kan der opretholdes et elektrisk felt i denne. De frie elektroner påvirkes af feltet og får en ekstra, ordnet bevægelse overlejret den tilfældige. Det er denne drift af elektroner, som udgør den elektriske strøm, og som bevirker en transport af ladning gennem et tværsnit af lederen. Da elektronerne er negative, sker driften imod feltretningen, dvs. fra batteriets minuspol mod dets pluspol. Dette svarer dog helt til en bevægelse af positive ladninger i feltretningen, og man fastholder derfor, at strømmen går fra plus til minus.

Det hører med til dette billede af elektronernes drift, at de tilfældige bevægelser sker med hastigheder omkring 10⁶ m/s, dvs. ca. 1000 km/s, mens den nettohastighed, som elektronerne får i det elektriske felts retning er meget mindre; i en ledning til et husholdningsapparat er driftshastigheden ca. 0,1 mm/s (36 cm i timen). På trods af denne beskedne hastighed har elektrisk strøm markante virkninger, fordi antallet af elektroner, der bevæger sig, er kolossalt stort. Er strømmen i en ledning fx 1 ampere, passerer der ca. 6.25*10¹⁸ , dvs. 6.25 milliarder milliarder elektroner gennem et tværsnit af ledningen hvert sekund.

Det skal bemærkes, at elektronernes nettohastighed er helt forskellig fra den hastighed nær lyshastigheden, hvormed signaler eller energi udbreder sig i en ledning. En lampe tænder i samme øjeblik, som kontakten sluttes, fordi elektronernes bevægelse i den ene ende af ledningen presser elektroner ud af den anden ende, på samme måde som når vand i en allerede fyldt vandslange straks kommer ud af den åbne ende, når der åbnes for vandhanen.

I praksis fremkommer elektrisk strøm i ledninger, når der lægges en elektrisk spænding U mellem ledningens endepunkter. Strømmen I i ledningen er bestemt ved Ohms lov U = RI, hvor R er ledningens resistans eller modstand og U er spændingsfaldet mellem lederens endepunkter. Her måles U i volt, I i ampere og R i ohm.

Elektrisk strøm i en leder resulterer i virkninger, der er afgørende for anvendelsen af elektrisk strøm. Én sådan virkning er en varmeudvikling på grund af friktion i ledermaterialet, den såkaldte Joule-varme, som modsvarer en effekt målt i watt på P = RI² , med R i ohm og I i ampere. Varmeovne, kogeplader og glødelamper er blot nogle få eksempler på anvendelse heraf. I visse såkaldte superledende materialer (se superledning) er friktionen nul ved meget lave temperaturer, så her forekommer ikke Joule-varme og effekttab.

En anden afgørende ydre virkning er magnetfeltet frembragt af en elektrisk strøm. En lang, lige leder med strømmen I skaber således et magnetfelt, hvis feltlinjer er koncentriske cirkler om lederen. Den magnetiske feltstyrke i en vis afstand fra lederen er givet ved Ampères lov. I kombination med passende magnetiske materialer kan elektriske strømme frembringe magnetfelter af meget forskellig form og styrke, hvilket er grundlaget for elektrisk teknologi som generatorer, transformatorer og motorer.

Jævnstrøm er en tidsligt konstant spænding og strøm som fx den, man får fra et batteri. Jævnstrøm kaldes også DC, som er en forkortelse for det engelske Direct Current. Et elektrisk apparat kan fx angives til at skulle forsynes med 12V DC, dvs. 12 volt jævnspænding.

I stærkstrømsteknikken anvendes især vekselstrøm, hvor strøm og spænding varierer som en sinus-kurve, med en frekvens som i Europa er på 50 Hz, mens fx USA anvender 60 Hz.

Vekselstrøm kaldes også AC, som er forkortelsen for det engelske Alternating Current. Et elektrisk apparat kan fx angives til at skulle forsynes med 230V AC, dvs. 230 volt vekselspænding.

Fordelene ved vekselstrøm er enkel transformation af spændingen og enkle motorkonstruktioner. Vekselstrøm og -spænding angives ofte som effektive værdier, som er spidsværdierne for deres respektive sinuskurver divideret med kvadratroden af 2 (1.4142...).

I Danmark har vi fx det, vi kalder 230V AC, der over en elektrisk modstand vil afgive samme effekt som en 230V DC spænding. Men 230V AC svinger faktisk mellem ca. plus og minus 325V.

Er I og U effektive værdier for strøm og spænding ved en given belastning, bliver den afsatte effekt P = IU∙cos φ, hvor φ er fasevinklen mellem strøm og spænding.

• elektricitet