Strøm / Resistans / EMSStrøm / Resistans / EMS

StrømDefStrømDef

dt

dQI

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 segi 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 lederer definert som netto ladning som passerer dette tverrsnittetpr tidsenhet.

Standard SI-enhet :Ampere A = C/s

StrømStrømtetthetStrømStrømtetthet dt

dQI

Strømtetthet(strøm pr areal):

Strømtettheten er avhengig av elektrontettheten n (= antall ledningselektroner pr volumenhet), elektronets ladning qog driftshastigheten vd.

A

IJ

d

d nqvdtA

dtvAnq

dtA

dNq

dtA

dQ

AdtdQ

A

IJ

StrømDriftshastigheti en kobberledning (Cu)

StrømDriftshastigheti en kobberledning (Cu)

A

IJ

s

m

Cm.

m

A

qn

d

I

qnAI

qn

Jv

qvnJ

AI

mmd

Cq

m.n

CuCuCud

dCu

Cu

3

28328

232

28

328

10152.0

106.11048

21002.1

67.1

2

67.1

02.1

106.1

1048

Ladning på ett elektron

Diameter av kobberledningen

Strømstyrke

Driftshastigheten til et elektron

Partikkelkonsentrasjonen i Cu (antall atomer pr m3)= Antall frie ladningselektroner pr m3

siden hvert Cu-atom bidrar med ett elektron

Strømtetthet

Bestemmelse av driftshastigheteni en kobberledning med diameter 1.02 mmtil en 200 W lampe med strøm 1.67 A.

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

dt

dQI

StrømResistivitetStrømResistivitet

A

IJ

J

E

Resistiviteten øker når temperaturen øker(unntak: Karbon, halvledere).

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 0C).Superledning forklares vha kvantefysikk.

Resistivitet er forholdet mellomElektrisk feltstyrke og strømtetthet

dt

dQI

00 1)( TTT

StrømResistansStrømResistans

A

IJ

A

LRRIV

RIIA

LL

A

ILJLEV

L

VE

JEJ

E

Antar at resistiviteten er uavhengig av E-feltet.

Ohms lov Resistans

A

LR

RIV

dt

dQI

StrømResistans i kobberledningStrømResistans i kobberledning

A

IJ

54.0

21004.2

1001072.123

8

m

mm

A

LR

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.

A

LR

StrømResistans - FargekoderStrømResistans - Fargekoder

A

IJ

StrømResistans ved enradiell elektrisk strøm i en nervefiber (axon)

StrømResistans ved enradiell elektrisk strøm i en nervefiber (axon)

En nervefiber har form som et sylinderrør.Med en potensialforskjell mellom rørets inner- og ytterveggVil det gå en radiell elektrisk strøm gjennom celleveggen.

Resistansen gjennom veggen er gitt ved:

a

b

LR

a

b

LdrrL

drLr

dRR

drLr

dR

b

a

b

a

b

a

ln2

ln2

1

22

2

A

LR

StrømElektromotorisk spenning - EMSBatteri

StrømElektromotorisk spenning - EMSBatteri

StrømElektromotorisk spenning - EMSBlybatteri

StrømElektromotorisk spenning - EMSBlybatteri

Pb PbO2

+-

H2SO4 Pb + PbO2 + 2H+ + 2HSO4- 2PbSO4 + 2H2O

Blybatteriet benytter hullete plater som fylles med pasta av rødt blyokid (Pb3O4, 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 PbO2 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.

Ved utlading vil blyoksidet bli redusert til blysulfat samtidig som blyet i de negative platene vil bli redusert til blysulfat.Den samme forbindelsen (PbSO4) 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.

Utlading:

StrømElektromotorisk spenning - EMSUlike generatorer for EMS

StrømElektromotorisk spenning - EMSUlike generatorer for EMS

StrømElektromotorisk spenning - EMSIndre resistans

StrømElektromotorisk spenning - EMSIndre resistans

Et batteri vil alltid ha en indre resistans r.Dette gir følgende sammenhengmellom batteriets elektromotoriske spenning (ems)og batteriets polspenning V:

rIV

r

StrømElektromotorisk spenning - EMSEnergi - Effekt

StrømElektromotorisk spenning - EMSEnergi - Effekt

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

IrIVIt

q

t

q

t

EP ab

r

StrømElektrisk kretsStrømElektrisk krets

Vi vandrer i strømretningen i kretsen:Potensialet går opp når vi går fra minuspoltil plusspol i batteriet.Potensialet går ned rInår vi passerer den indre motstanden.Potensialet går ned RInår 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.

RIVdt

dQI

0 RIrI

ENDEND