Elektrofysikk Can Sat Elektrisk ladning Det finnes 2

Elektrofysikk Can. Sat

Elektrisk ladning • Det finnes 2 forskjellige typer ladning • Kommer fra protoner og elektroner • Det virker krefter mellom 2 elektriske ladninger • Samme ladninger frastøter, motsatte tiltrekker • Men hva er egentlig en elektrisk ladning? 2

Elektrisk ladning • Vi må se nøyere på atomet! • Positive protoner, og negative elektroner • Normalt sett er et atom elektrisk nøytral • Kan gi fra seg elektroner, eller ta til seg elektroner • Negativt ladd = overskudd av elektroner • Positivt ladd = underskudd av elektroner 3

Elektrisk ladning • Charles Coulomb • Enheten for elektrisk ladning er coulomb • Symbolet for elektrisk ladning er Q • Sammenhengen har relasjon til elektronets elektriske ladning • Robert Millikan • Den elektriske elementærladningen 4

Elektrisk ladning • Helt positivt eller negativt antall elementærladninger • De fleste elementærpartiklene har ladning +e eller -e • Noen få partikler har +2 e eller -2 e I ladning • Disse er ustabile, og eksisterer i korte tidsintervall • Elementærladningen kommer fra kvarker 5

Elektrisk ladning • Elektrisk ladning er alltid bevart i enhver reaksjon • Den totalt ladningen vi starter med, er alltid lik den totale ladningen vi slutter med • Derfor kan vi si at: En elektrisk ladning kan verken skapes eller forsvinne • Dette gjelder for alle fysiske prosesser 6

Oppgaver • Kapittel 9 A: Ladning 7

Elektrisk strøm • Bevegelse av elektriske ladninger • Elektrisk strøm er også en fysisk størrelse • Vi definerer strøm som transportert ladning per tid • Gjelder bare for konstant likestrøm (DC strøm) • Enheten for strøm er Ampere 8

Elektrisk strøm • Ampere er grunnenhetene I SI-systemet for strøm • Fra formelen 9 kan vi se at 1 A = 1 C/s

Elektrisk strøm • Oftest er metaller faste stoffer ved rom temperatur • Atomkjernene er da ”låst” I et mønster • De ytterste elektronene kan bevege seg fritt • Disse kalles ledningselektroner 10

Elektrisk strøm • En strøm i en krets kommer fra en spenningskilde (ems) • En spenningskilde har en positiv og negativ pol • Det virker elektriske krefter på elektronene • Positiv strømretning er motsatt av elektronenes bevegelsesretning 11

Elektrisk strøm 12

Elektrisk strøm 13

Oppgaver • Kapittel 9 B: Strøm 14

Elektrisk spenning • En spenning er litt som en forskjell i potensiell energi: Ep = m*g*h • Fossefall som eksempel 15

Elektrisk spenning • I en ledning er det en ladning Q om beveger seg • Denne drives av en elektrisk kraft • Denne kraften utfører et arbeid W på ladningen • Arbeider varierer altså på hvor stor ladningen er • Arbeid per ladning derimot er alltid den samme 16

Elektrisk spenning • Arbeid per ladning er det vi kaller spenning • Spenning er målt i Volt (1 V = 1 J/C) • Spenning har symbol U (eller V eller E) 17

Oppgaver • Kapittel 9 C: Spenning 18

Resistans • Et materiale det går strøm gjennom, gjør en motstand mot strømmen • Elektronene kolliderer med atomene i materialet • Sammenhengen oppdaget av Georg Ohm • Eksperimenterte med kobbertråder og en konstant ems • Mål for motstand er resistans 19

Resistans • Resistansen bestemmer hvor strømmen blir • Resistansen R i en komponent er forholdet mellom spenningen U over komponenten og strømmen I gjennom komponenten: • Enheten for resistans er Ohm • 1 Ω er 1 V/A 20

Resistans • Ohm eksperimenterte med mye forskjellig • Han sammenlignet tykke og tynne kobbertråder • Han sammenlignet lange og korte kobbertråder • Resistansen R i en metalltråd er proporsjonal med lengden L av tråden og omvendt proporsjonal med tversnittarealet A av tråden: 21

Ohms lov • For en metallisk motstand med konstant temperatur er strømmen I gjennom motstanden proporsjonal med spenningen U over motstanden 22 U = R*I

Strøm, spenning og resistans Kan sees på som et vannrør 23

Strøm, spenning og resistans Kan sees på som et vannrør 24

Oppgaver • Kapittel 9 D: Resistans 25

Komponenter i en krets • Det finnes utrolig mange forskjellige kretskomponenter • De mest vanlige er: Spenningskilde 26 Resistans Strømkilde

Kobling av kretser • En krets må alltid være sluttet 27

Kobling av kretser • Kretser inneholder motstander • Serie og parallellkoblinger 28

Kobling av kretser • Kretser kan inneholde utrolig mange forskjellige deler 29

Måling av strøm og spenning • Målinger foregår som oftest i sluttede kretser med et multimeter • Trenger ikke en krets for å måle resistans 30 Volt måles over kretsen Strøm måles gjennom kretsen

Kirchhoffs lover • Brukes I mer kompliserte strømkretser • 1. lov: Summen av alle strømmene inn til et forgreiningspunkt er lik summen av alle strømmene ut fra et forgreiningspunkt. • 2. lov: Summen av alle de elektromotoriske spenningene rundt en lukket delkrets er lik summen av alle spenningene over motstandene i kretsen 31

Elektrisk energi og effekt • Sammenheng mellom elektrisk strøm og elektrisk energi • Sendte strøm gjennom en motstand senket I vann • Varmen som utstrålte var avhengig av resistansen • Den elektriske energien som blir tilført en leder er gitt ved W = U*I*t 32

Elektrisk energi og effekt • Elektrisk effekt • Med effekt mener vi arbeid per tid • Den elektriske effekten i en motstand er like spenningen over motstanden multipliser med strømmen gjennom motstanden • P = U*I (Watt = 1 J/s) 33

34