Hur fort färdas strömmen i en ledning?

**#31** » 07:58:19, 18-01-2022

Jag får inte ihop ekvationen riktigt. Om nu varje elektron har en fast laddning och ex 1 amp är ett fast antal elektroner. Vad är det då med detta antal elektroner som gör att dom kan utföra väldigt mycket olika arbete beroende på spänningen. Det är lättare att förstå med hjälp av vatten som modell men det haltar ju en del. Tex väger vatten så man kan lätt lägga till dess lägesenergi, det går ju inte med elektroner, det hjälper inte att hänga kabeln i nedförsbacke...

**#32** » 08:51:43, 18-01-2022

Ledningen är full av elektroner ökad spännig gör att flera rör på sig (ström).

**#33** » 09:16:03, 18-01-2022

Jo men nu var ju det ett ganska exakt antal som motsvarade en viss ström...

**#34** » 09:25:58, 18-01-2022

Precis, mera ström mera elektroner som flyttar på sig.

**#35** » 10:09:45, 18-01-2022

1 Ampère är inte ett fast antal elektroner, det är ett visst antal elektroner per tidsenhet. Ett visst bestämt antal elektroner motsvarar en Ampèresekund. Det är som att jämföra W med kWh; effekten kan vara enorm under ett överslag som bränner sönder en frånskiljare eller nåt, men energin, kWh, är kanske inte så imponerande, eftersom fenomenet inte håller på mer än nån tiondels sekund.

Men tänk på enklaste energiomvandlingen, eletrisk ström blir värme. Detta kan enklast beskrivas med en glödlampa. Strömmen genom glödtråden värmer upp den, så den börjar glöda. En viss tjocklek på tråden kräver en viss strömstyrka för att värmen ska stiga tills den börjar glöda. En kort tråd av en viss tjocklek kräver endast låg spänning för att den strömmen ska uppnås, eftersom resistansen är låg i en kort tråd. En längre tråd med samma tjocklek har högre resistans och då krävs högre spänning för att driva fram samma strömstyrka. Den omvandlar då en större energimängd, eftersom den har större yta och avger mer värme/glödljus, och effekten, som är spänning x ström, kommer att vara högre.

Fenomenet inne i tråden är precis samma genom hela tråden, dvs elektroner i påtvingad rörelse skapar värme. Ju längre tråd, ju mer energiomvandling blir möjlig och detta kan genomföras bara genom att öka effekten, dvs för att behålla den ström som krävs behövs högre spänning ju längre tråden är = mer effekt.

Fenomenet kan översättas till andra fall, som motorer etc. Det blir dock mer komplext att beskriva... Mycket enkelt kan man säga, att skapandet av ett magnetfält kräver ström genom en spole. Om nåt bromsar strömmen, krävs högre spänning för att driva fram strömmen och eftersom P=UxI så blir effekten högre.

Elektronernas hastighet inne i materialet har inget med spänningen att göra (däremot med temperaturen...), spänningen ger dock en fingervisning om huruvida det finns större eller mindre "överskott" av elektroner i ledaren.

**#36** » 19:15:11, 18-01-2022

Janson1 skrev:Jag får inte ihop ekvationen riktigt. Om nu varje elektron har en fast laddning och ex 1 amp är ett fast antal elektroner. Vad är det då med detta antal elektroner som gör att dom kan utföra väldigt mycket olika arbete beroende på spänningen. Det är lättare att förstå med hjälp av vatten som modell men det haltar ju en del. Tex väger vatten så man kan lätt lägga till dess lägesenergi, det går ju inte med elektroner, det hjälper inte att hänga kabeln i nedförsbacke...

Flera har gett förklaringar på lite olika sätt tidigare, jag gör också ett försök.

Om vi börjar med några grundbegrepp:

Arbete = Kraft x sträcka ( dvs om jag lyfter en vikt eller drar en släde (tex med kraften 10Newton = ca 1kg) en viss sträcka tex 10 m så har jag utfört arbetet 10N x 10m = 100Nm = 100Joule .....detta oavsett hur lång tid det tar.....)

Effekt = Arbete/tid = (Kraft x sträcka ) /tid ( dvs om jag dras samma vikt eller släde 10m och detta tar tex 10s så är arbetet som är utfört 100Nm/10s = 10 Nm/s = 10J/s = 10W

Energi = Utfört arbete över tid...eller lagrad förmåga att utföra ett arbete . (om jag tex vill hålla på att fortsätta dra samma vikt eller släde under en timma så behöver jag tillföra energi = 10Wh , Watt timmar = samma som kWh fast 1000 gånger mindre)

När du lägger på en spänning på en krets (elektrisk spänning = potential skillnad = "elektrisk lägesenergi" ) när sedan kretsen sluts (= elektronerna kan börja vandra för att jämna ut potentialskilnaden ) så bestäms strömmen ( ampere = hur många elektroner som passerar en vis punkt varje sekund ) av motståndet i kretsen .....lågt motstånd => hög ampere (= många elektroner rusar förbi ) => att potentialskillnaden snabbt jämnas ut ( = tex batteriet blir urladdat)

Det är därför som man anger kapaciteten ( Energin ) i tex ett 12v bilbatteri i Ah (tex 60 Ah, ampere timmar) batteriet har lagrad energi för att driva en ström på 60A i en timma eller 1A i 60timmar ( om man förenklar och skiter i urladdningskaraktäristik på batteriet mm)

12V x 60Ah = 720VAh = 720Wh = 0,72Kwh

:coffee:

**#37** » 21:13:09, 18-01-2022

Ja allt detta är solklart och lätt att förstå. Men hade högre spänning inneburit mer elektroner per tidsenhet eller mer laddning per elektron så hade ekvationen gått ihop. Men nu är ju både strömmen 1 amperé ett visst antal elektroner per sekund och varje elektron innehåller en fas laddning som inte kan eller går att ändra på. Va f*n går fel?

**#38** » 21:27:48, 18-01-2022

Då är vi ju överens :hurra:

Högre spänning innebär mer elektroner per tidsenhet genom samma motstånd!

Ohms lag
U = I x R (spänningen = strömmen x motståndet)

...men elektronens laddning ändras inte!

**#39** » 21:39:42, 18-01-2022

Men en sista fråga: (hoppas jag) Amperemätaren visar ju samma 1 Amp oavsett spänningen men ändå blir effekten högre ju högre spänning... Hur hänger det ihop?

**#40** » 21:55:53, 18-01-2022

Janson1 skrev:Men en sista fråga: (hoppas jag) Amperemätaren visar ju samma 1 Amp oavsett spänningen men ändå blir effekten högre ju högre spänning... Hur hänger det ihop?

Jag föreslår att du tittar igenom mitt exempel med glödtråden igen. Om du tänker dig en lampa på 12 V 60 W, som en helljustråd i en H4-lampa, så utvecklas den effekten därför att lampan drar 5 A ur 12 V, vilket beror på dess resistans när den lyser. Om du då seriekopplar 4 st sådana lampor, så kan du inte få upp strömmen till 5 A utan att höja spänningen till 48 V. Då har du 4 st lampor à 60 W = 240 W, som tillsammans drar 5 A (som den ensamma lampan i början av exemplet), men den totala effekten är 240 W eftersom det är 4 lampor. Och du behöver 4 gånger så hög spänning som med en lampa, för att kunna uppnå den strömmen. Det är den praktiska bilden av formeln P=UxI; samma ström men högre spänning eftersom det är högre resistans och den totala effekten är då också högre.

Det gäller att tänka på var effekten utvecklas. Om man bortser från ledningsresistanser och strömkällans inre resistans, så kommer all spänning att ligga över lasten (vad det nu är) och då kommer även all effekt att utvecklas i lasten. Spänningen över tilledningarna är i idealfallet försumbar, så den ström som flyter där kommer inte att utveckla nån effekt, eftersom det inte finns nåt "U" i ekvationen. Detta är såklart idealiserat, eftersom det inte finns supraledare att tillgå i normala installationer, men i praktiken kan man oftast jobba med det antagandet. Att det finns en spänning MELLAN tilledarna till en last betyder ingenting, dvs att det är typ 230 V mellan ledarna i en lampsladd har ingen betydelse, eftersom det inte flyter nån ström däremellan. I själva lampan sker däremot effektutveckling på grund av ström gånger spänning igenom lasten.

**#41** » 22:18:31, 18-01-2022

Jo, allt detta är självklart. Men jag saknar förklaringen varför på just elektron-nivå.

**#42** » 22:43:39, 18-01-2022

Jag vill inte verka dryg men vill väldigt gärna förstå på elektron-nivå vad som händer. Detta för att kunna hitta nån lätt och bra förklaring till mina elever och då måste jag förstå själv först. Själva matten runt kan jag ganska bra och har använt den i mer ä än 40 år. Om nu antalet elektroner är samma vid olika spänningar och varje elektron har samma laddning och elektronerna saknar lägesenergi. Laddningen i ledaren är ju högre vid högre spänning, det är det man mäter med voltmetern. Kan man säga att det är en statiskt laddning/tryck som är proportionellt mot dess spänning? Elektronerna har ju en laddning, kan en elektron få extra laddning av spänningen? Så varje elektron innehåller sin egna laddning som tydligen är en konstant och sen så läggs det på en laddning motsvarande dess spänning (potential)?
Eller så är det väl bara att ge upp här, det är ju aldrig för sent...

**#43** » 23:13:05, 18-01-2022

Dryg är nog ingen fara, men man får väl svar som man frågar, i viss mån...

Elektronerna i sig själva är ju elementarpartiklar. De är till sin natur oföränderliga och har en viss laddning. Om du kan matten och det fysiska/fysikaliska tänket bakom formlerna så tycker jag du ska lita till detta för alla praktiska fall. Vad gäller elektronerna och spänning, så måste man kanske föreställa sig att det finns en "elektronmpump" som är spänningskälla. Vid likströmsfall kan man tänka sig en elektrokemisk cell. Där äger det rum nån form av redoxreaktion, som skapar överskott av elektroner på ena elektroden. När överskottet (ett faktiskt antal, kan man tänka) uppnår en viss nivå, får elektroden (och tillkopplade ledare) en viss potential, som gör att arbetet med att "pumpa in fler elektroner" blir högre, än den kemiska miljön mäktar med. Då har man uppnått elektrisk jämvikt och reaktionen avstannar. Om elektronerna dräneras från överskottet och kan ledas tillbaka till den andra polen i systemet, kan en ström flyta, eftersom reaktionen då kan återstarta (mottrycket släpper). Så elektronpumpen skapar ett "elektrontryck", vilket i alla normala fall uttrycks som potential, eller spänning (U eller V). En kemisk cell kan knappast komma högre än 3-4 V, men om elektronpumpen är exempelvis en induktor, så kan dess EMK eller vad det numera kallas, vara betydligt högre, och därmed kan ett högre tryck (ett större elektronöverskott) skapas. Med en van der Graaf-anordning kan tiotusentals Volt skapas genom statisk uppladdning med mekaniska anordningar.

Men på "elektron-nivån" händer inte mycket alls. En ledare som har hög potential mot omvärlden (eller en annan ledare) innehåller elektroner som rör sig beroende på temperaturen etc i sina slumpmässiga banor och, om en ström flyter, åker de alla sakta mot strömmens riktning (enligt gällande konvention om elektrisk ström). Elektronerna i sig själva får inte högre energi, dvs de flyttar inte mellan skalen i atomerna, de får såvitt jag vet inte högre fart i sitt slumpmässiga rörelsemönster eller liknande. En negativt laddad kropp/ledare har ett överskott på elektroner, en positiv ett underskott. Hur stort detta överskott/underskott är, räknat i antal elektroner, beror på vilken spänning som existerar och på hur stora kropparna är.

En kondensator har stora ytor isolerade från varandra. Ytorna kan absorbera/avlämna ett antal elektroner, beroende på vilken spänning man lägger över kondensatorn. Jag tror att värdet en Farad innebär att kondingen kan innehålla en As per Volt, dvs man kan avgöra hur många elektroner som "fattas" i ena plattan som som vill över till den andra, om man laddar kondingen med 1 V.

Men elektronerna är endast valutan, de ändrar inte värde under transaktionen.

Sen är det en helt annan diskussion om elektroner i rörelse i vakuum. Då börjar det handla om olika rörelseenergier (elektronvolt) och hur de rör sig i elektriska fält, men det är inte riktigt vad man behöver räkna med om det rör sig om strömkretsar i ledare och komponenter.

**#44** » 00:14:14, 19-01-2022

Det vi i dagligt tal benämner som spänning, ström är egentligen förenklingar som är enklare att räkna på.
För fysiker är det Maxwell's ekvationer som gäller. Och där är det elektriska fält och magnetiska fält som ger upphov till det vi kallar ström och spänning.