Ström och spänning, vad är det?

Ström och spänning är begrepp som man ofta träffar på när man talar om elektricitet. Men vad betyder egentligen dessa begrepp, och hur mäter man egentligen ström och spänning?

I detta experiment kopplades, enligt blid 1, en krets till en lampa, en spänningsgivare samt en enhet som mätte spänningen över lampan samt strömmen.

Bild 1. Kopplingsschema.

Resultaten visas i bild 1 och 2. I grafen ses att strömmen ökar näst intill linjärt i förhållande till spänningen.

Bild 2. Graf över resultaten.

Bild 3. Tabell över resultaten. De värden som ska analyseras är de är U=3,82 och I=0,02 (punkt 57).

Formeln för elektrisk spänning lyder:

U = E/Q

Där U=spänningen, E=Skillnaden i elektrisk energi och Q=Laddningen. Enheten för energi är Joule (J) och enheten för laddning är Coulomb (C). Därmed blir enheten för spänning J/C uttalat Joule per Coulomb. I och med detta blir spänningens betydelse tydlig, nämligen att den är ett mått som visar hur mycket energi som krävs för att flytta en laddning i en krets från minuspolen till pluspolen.

Till exempel det ur tabellen ovan fås att spänningen över lampan vid en tidpunkt var 3,82V, vilket är detsamma som 3,82J/C. Då krävdes det alltså 3,82J för att flytta en laddning på 1C från pluspolen till minuspolen.

Ett annat begrepp som skulle redas ut var ström. Ström har enheten Ampere (A) och dess formel är:

I=Q/t

Där I=Strömmen, Q=Laddningen och t=tiden. Eftersom laddning har enheten Coulomb (C) och tid har enheten sekund (s) kan enheten Ampere skrivas om till C/s. Ström borde därmed ha något att göra med hur stor laddning som passerar per sekund.

Q kan i sin tur skrivas om enligt formeln Q=n*e där n=antalet laddade partiklar och e=elementarladdningen. Detta insatt i formeln för ström ger:

I=(n*e)/t

Därefter kan n lösas ut så att formeln istället blir:

n=(I*t)/e

Från tabellen ovan fås värdet på I vid en viss tidpunkt, dvs 0,02A. Värdet på e är 1,602*10^-19 och om t  sätts till 1s får man ekvationen:

n=(0,02*1)/(1,602*10^-19)

n=1,25*10^17

Vad detta betyder är att det på en sekund passerar 125000000000000000 st elektroner genom kretsen. Antalet elektroner som passerar i kretsen på 1 sekund är alltså nästan 13 miljarder gånger så många som det bor människor i Sverige!

Alltså; spänningen är ett mått på hur mycket energi som krävs för att flytta en laddning på 1C från pluspol till minuspol, och ström är ett mått på hur många laddade partiklar som passerar kretsen under en sekund.