elektrisk strøm

© John Fowlie

Elektrisk strøm. Figuren viser, hvordan de negativt ladede elektroner hopper fra atom til atom i en ledning med den positive pol til højre. Dette svarer til en bevægelse af positive ladninger den modsatte vej, hvilket betyder, at den elektriske strøm i figuren går fra højre mod venstre.

elektrisk strøm, bevægelse af elektriske ladninger; kan forekomme i ledere, halvledere og elektrolytter pga. af et påtrykt elektrisk felt. Elektrisk strøm måles i ampere (A), der i SI er en selvstændig elektrisk grundenhed, som definerer alle andre elektriske enheder.

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 vinkelret på feltretningen. 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, 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 meget stort.

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, som 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, efter ty. Induktion, i ledningen er bestemt ved Ohms lov U = RI, hvor R er ledningens resistans eller modstand.

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 P = RI². 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.

I stærkstrømsteknikken anvendes især vekselstrøm, hvor strøm og spænding varierer som en sinus-kurve, fx med en frekvens som i Danmark på 50 Hz; bl.a. USA anvender 60 Hz.

Fordelene herved 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 .

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.