Hvad er elektricitet og hvordan fungerer den?
Elektricitet består af flere forskellige elementer, som står i relation til hinanden. Disse elementer er de samme for næsten alle forhold inden for elektronik.
Indhold
Hvad er forskellen mellem spænding, strøm og modstand?
| Spænding | måles i enheden volt | og betegnes U |
|---|---|---|
| Strøm | måles i enheden ampere | og betegnes I |
| Modstan | måles i enheden ohm | og betegnes R |
Der kan kun være strøm gennem et kredsløb, hvis der er spænding. Denne spænding opstår udelukkende, når der er modstand.
Ligningen til højre viser tydeligt, hvordan disse relationer forholder sig til hinanden.
Der er kun strøm (som mængden af vand, som løber gennem vandsystemet), hvis der er spænding i systemet (som tryk på vandet i systemet). Dette vandtryk opstår kun, når der er en vis modstand (som en åben eller lukket vandhane).
Forholdet mellem spænding, strøm og modstand beregnes med hjælp af Ohms lov. Formlen er således:
U (spænding) = I (strøm) x R (modstand)
En anden enhed er effekt. Denne enhed måles i watt og betegnes W og er et derivat af spænding og strøm. Gang spændingen med strømmen, og så får du resultatet af W. Effekten regnes i watt. En stikkontakt med en spænding på 230V/AC og en strøm på 16A giver på denne måde en maksimal effekt på 3680W. Bemærk! Hele enheder skal altid anvendes i Ohms lov. Dette betyder ampere, ikke milli ampere. Se konverteringstabellen.
Et konkret eksempel:
Et apparat arbejder med en spænding på 12V, som kræver en effekt på 24W. For at finde en velegnet strømforsyning skal du bruge Ohms lov, da du er nødt til at vide, hvor meget strøm enheden kræver. Du dividerer effekten med spændingen. Dette giver en strøm på 2 ampere. I dette tilfælde kan du derfor vælge en strømforsyning, som leverer en spænding på 12V, og som kan levere mindst 2 ampere. Modstanden i dette eksempel er 6 Ohm, men dette er ikke relevant for at finde en strømkilde. Når du skal vælge en modstand for et kredsløb, kan du beregnet denne, jf. eksemplet.
Vekselspænding og jævnstrøm
Inden for de elektriske kredse taler man om to typer af spænding, nemlig AC (vekselstrøm) og DC (jævnstrøm). Begge typer findes side om side og har forskellige egenskaber.
Vekselspænding (AC)
Sinus 230V vekselstrøm
Strøm, som veksler mellem en positiv og negativ ladning, kaldes vekselstrøm. Der er ingen tydelig plus- eller minuspol her. Dette er den strøm, som findes i stikkontakterne i dit hjem. Et kabel i hjemmeinstallationen består af tre tråde. En brun for fasen, en blå for neutral og en grøn-gul for jording. Topspændingen på 325V gennem den brune leder skifter polaritet mellem negativ og positiv 50 gange per sekund (50 hertz). Den blå ledning (neutral) er tilsluttet neutralpunktet i det elektriske system og dermed lukker kredsløbet. Dette giver en effektiv vekselspænding på omtrent 230V. I grafisk form ser det ud på følgende vis: Denne form kaldes sinus.
En anden type af vekselspænding er trefaset vekselstrøm (400 volt). Trefasesystemet er en trefasespændning (tre faseledninger i stedet for en) og anvendes ofte til eksempelvis induktionsmotorer in de industrie.
Jævnstrøm (DC)
Trefasespænding
Selvom strømnettet er konstrueret til vekselstrøm, fungerer det meste udstyr godt til jævnstrøm. Jævnstrømmen har en fast polaritet. Strømmen strømmer derfor altid i samme retning (fra plus til minus). Jævnstrøm fungerer godt ved lave spændinger og har nogle problemer ved høje spændinger. I de fleste tilfælde støder vi derfor hovedsageligt på jævnstrøm mellem 0,01V og ca. 24V. I branchen ser vi, at udstyr hovedsageligt opererer med 24V. Nogle eksempler på strømkilder, som leverer en jævnstrøm, er batterijen og akkumulatorer (køretøjets spænding i en bil er jævnstrøm). Solpaneler giver f.eks. også energi i form af jævnstrøm.
Strømkrigen
Vi ved nu, at der findes to former for spænding; vekselspænding og jævnspænding. Vi ved også, at udstyr hovedsageligt opererer med jævnstrøm. Men hvorfor findes der så vekselspænding?
Jævnspændingen opfandt Thomas Edison i slutningen af 1800-tallet. Denne type elektricitet havde imidlertid en stor ulempe. Den var ikke effektiv at transportere over længere strækninger. Omkring samme tid blev vekselspændingen opfundet. George Westinghouse og Nikola Tesla udviklede i samarbejde denne type elektricitet, så vekselstrømmen kunne transporteres over større afstande uden større energitab.
Efter en del postyr kom gennembruddet, da man så en fordel ved at mindske energitabet. Denne historie omtales i historiebøgerne som det, man kalder Strømkrigen. Lige siden da har vekselstrøm været førende i strømforsyningen. Med både fordele og ulemper.
Hvis du tilslutter udstyr (DC) til stikkontakten (vekselspænding) opstår der et problem. De fleste enheder kan kun håndtere strøm, der føres i én retning (DC). Hvis strømmen er den modsatte, fungerer enheden ikke og kommer tilmed til at tage skade.
Næsten alle vekselspændinger konverteres til jævnspænding. Dette sker i strømforsyningen (adapter), men i nogle tilfælde også i selve enheden. Ved at lægge en ensretter (en slags diode1) i kredsløbet, rettes strømmen i den lige retning, og jævnspændingen skabes. For at få en jævn sinuslignende kurve indlægges der ofte en anden kondensator2 hvilket giver en fin og flad DC-spænding.
[1] En diode lader kun strømmen løbe i én retning og blokerer den (ikke-ledende) del af strømmen i modsat retning.
[2] En kondensator lagrer og frigiver energi, hvilket muliggør lagring af spændingstoppe.
Omdannelse af vekselstrøm til jævnstrøm har en vigtig ulempe. Energi går tabt i denne proces. Moderne teknik muliggør jævnstrøm ved højspænding (HVDC – High Voltage Direct Current). En videre udvikling af denne teknisk skulle muliggøre transport af jævnstrøm over en længere afstand, uden energitab. Med den store fordel behøver du ikke længere at konvertere jævnstrømmen i hjemmet, og du kan derfor umiddelbart anvende spændingen direkte til dine solpaneler. Vi kommer uden tvivl til at høre mere om dette.
Konverteringstabel for elektriske enheder
| Spænding (volt) | Effekt (watt) | ||||||||
| Værdi | Faktor | Enhed | Symbol | Værdi | Faktor | Enhed | Symbol | ||
| 1.000.000 | 10-6 | mikrovolt | µV | 1.000.000 | 10-6 | mikrowatt | µW | ||
| 1.000 | 10-3 | millivolt | mV | 1.000 | 10-3 | milliwatt | mW | ||
| 1 |
|
volt | V | 1 |
|
watt | W | ||
| 0,001 | 103 | kilovolt |
|
0,001 | 103 | kilowatt | kW | ||
| 0,000001 | 106 | megavolt | MV | 0,000001 | 106 | megawatt | MW | ||
| 0,000000001 | 109 | gigavolt | GV | 0,000000001 | 109 | gigawatt | GW | ||
| 0,000000000001 | 1012 | terawatt | TW | ||||||
| 0,000000000000001 | 1015 | petawatt | PW | ||||||
| Motstand (in ohm) | Strøm (i ampere) | ||||||||
| Værdi | Faktor | Enhed | Symbol | Værdi | Faktor | Enhed | Symbol | ||
| 1.000 | 10-3 | milliohm | mΩ | 1.000.000 | 10-6 | mikroampere | µA | ||
| 1 | 100 | ohm | Ω | 1.000 | 10-3 | milliampere | mA | ||
|
103 | kiloohm | kΩ | 1 | 100 | ampere | A | ||
| 0,000001 | 106 | megaohm | MΩ | ||||||