Spenning, strøm, resistans og effekt
Innleding
I dette kapittelet skal vi gå gjennom grunnleggende el-lære. Vi blir kjent med betegnelsene spenning, strøm, resistans og effekt. Vi skal også finne ut hvordan de ulike betegnelsene henger sammen med hverandre (en forbindelse som heter Ohms lov).
Spenning
Alt som driver et elektrisk og elektronisk apparat er en spenningskilde. Et batteri er en type spenningskilde. En USB-port er en annen type spenningskilde, og en stikkontakt er en tredje type.
Hva spenning er kan beskrives med et klassisk skoleeksperiment der et snøre brukes til å transportere vann. Ved å forbinde to begre med et snøre (eller sammenrullet tørkepapir) og fylle det ene begeret med vann, kan vi se hvordan vannet flytter seg fra det ene begeret til det andre.
Etter en lang stund har vannivåforskjellen mellom begrene jevnet seg ut. Da slutter vannet å renne.
Et batteri har to poler: en plusspol og en minuspol som strømmen går mellom. De to polene tilsvarer vannlignelsen, og spenningen beskriver forholdet mellom de to polene. Spenning måles i volt (V) og angis med bokstaven U i formler (fra det tyske ordet "unterschied", som betyr forskjell).
| BETEGNELSE | Enhet |
|---|---|
| spenning (U) | volt (V) |
Ulike spenningskilder har ulike spenninger. Et alkalisk AA-batteri har f.eks. spenningen 1,5 V når det er helt nytt. En mobillader med USB-kontakt har spenningen 5 V, og stikkontakten i veggen har spenningen 230 V. Det er altså større forskjell (høyere spenning) mellom de to polene i stikkontakten enn polene på et alkalisk AA-batteri.
Vanlige håndvifter drives vanligvis av to AA-batterier. Når håndviften er i gang, utlades batteriene. Det får batterienes spenning til å synke. Den synkende spenningen gjenspeiles tydelig i viftens hastighet. Når batteriene er nye er spenningen høy, og viften snurrer raskt. Når batteriene begynner å gå tomme er spenningen lav, og viften snurrer langsomt.
Samme fenomen vises tydelig med lommelykter. Sammenlign hvor sterkt en lommelykt lyser med nye i forhold til gamle batterier. Før i tiden kunne man også merke dette fenomenet på bærbare kassettspillere. Når batteriene begynte å ta slutt, snurret kassettbåndene langsomt og lyden ble dempet.
Strøm
I vannlignelsen symboliserer vannivåforskjellen spenningen. I samme lignelse tilsvarer strømmen vannet som renner mellom begrene. Hvis ikke begrene (polene) er forbundet med hverandre, finnes det en spenning, men ingen strøm. Når begrene (polene) forbindes med hverandre, sluttes kretsen og en strøm begynner å gå mellom polene.
I elektrisk sammenheng måles strøm i ampere (A) og angis med bokstaven I i formler (fra fransk "intensité de courant", som betyr strømstyrke).
| BETEGNELSE | Enhet |
|---|---|
| strøm (I) | ampere (A) |
AC og DC
Det finnes to typer spenning: likespenning og vekselspenning. Spenningen på et batteri er det tydeligste eksempelet på likespenning. Kjennetegnet for likespenning er nemlig at det finnes en fast plusspol og en fast minuspol. Strømmen fra en likespenningskilde kalles likestrøm, som forkortes DC (fra engelsk "direct current"). Likestrøm går alltid i samme retning (fra pluss til minus).
Vekselspenning, motsetningen til likespenning, er spenningstypen i stikkontakten. Den kalles vekselspenning fordi den veksler frem og tilbake mellom de to polene. Vekselspenningen gir i sin tur opphav til en vekselstrøm, som forkortes AC (fra engelsk "alternating current"). Vekselstrøm veksler retning frem og tilbake.
Siden de fleste elektroniske apparater drives med likespenning, må spenningen fra stikkontakten omformes. Det en av grunnene til at mange elektroniske apparater drives med strømadaptere. I tillegg til å justere spenningen vil strømadaptere også vanligvis omforme strømnettets vekselspenning til likespenning, som driver apparatene.
Resistans (motstand)
Viftemotoren i håndviften utgjør en resistans (en motstand). Det er viften som forhindrer at kretsen kortslutter, og den begrenser strømmen som går fra pluss- til minuspolen. I en tradisjonell lommelykt er det en liten lyspære som har tilsvarende funksjon.
Resistans måles i ohm, som forkortes med den greske bokstaven stor omega (Ω). I formler angis resistans med bokstaven R.
| betegnelse | Enhet |
|---|---|
| resistans (R) | ohm (Ω) |
I vekselspenningssammenheng finnes det også andre typer motstand. Les mer om dem i el-delen av Hvordan virker det?-serien.
Ohms lov
Spenning, strøm og resistans henger sammen på en vakker måte. Så lenge to av faktorene er kjente, kan den tredje regnes ut. Sammenhengen kalles Ohms lov (oppkalt etter fysikeren Georg Ohm). Ohms lov sier at spenningen (U) er resistansen (R) multiplisert med strømmen (I).
Hvis for eksempel strømmen er 0,012 A og resistansen er 1000 Ω, kan spenningen regnes slik:
Selvsagt kan man snu på regnestykket og finne strømmen når spenningen og resistansen er kjent:
Det finnes et klassisk "juksetriangel" som viser hvordan formelen skal stilles opp. Den ser ut som følger. Ved å holde en finger over enheten som skal regnes ut, viser triangelet hvordan utregningen skal gjøres. Hvis vi holder en finger over R (resistansen), ser vi at resistansen er spenningen (U) delt på strømmen (I).
Effekt
Effekt er et begrep vi tenker på daglig. Når vi varmer opp lunsjen i mikrobølgeovnen, lurer vi på hvilken effekt vi skal stille inn mikrobølgeovnen på. Jo høyere effekten er, desto raskere går det å varme opp maten. Mange tenker også på effekten når de velger TV. Jo høyere effekt TV-en har, desto mer koster det å ha den slått på. Effekten sier imidlertid ikke alt om kostnaden, da den også avhenger av hvor mye (eller hvor lenge) et apparat brukes. En vannkoker har veldig høy effekt, men er likevel energibesparende, siden den koker opp vannet veldig raskt.
I likespenningssammenheng er effekten ganske enkelt det vi får hvis vi multipliserer spenningen med strømmen. Resultatet (produktet) er effekten angitt i watt (W). I formler angis effekt med bokstaven P.
| BETEGNELSE | Enhet |
|---|---|
| effekt (P) | watt (W) |
Effektberegning
Siden effekt, spenning og strøm henger sammen kan en av faktorene regnes ut hvis de andre to er kjente. Hvis spenningen er 12 V og strømmen er 2 A, kan effekten beregnes slik:
Siden effektformelen er bygd opp på samme måte som Ohms lov, går det an å stille opp et lignende triangel for enkel utregning:
Det går også an å kombinere effektberegningsformelen med Ohms lov og bygge et "juksehjul" med alle mulige kombinasjoner:
SI-prefiks
I el- og elektronikksammenheng er det ikke alltid praktisk å snakke om hele volt og hele ampere. Da brukes SI-prefikset til å angi eksempelvis tusendeler eller tusentall av noe. 0,025 A skrives vanligvis som 25 mA (på samme måte som at 0,025 m kan skrives som 25 mm og 2500 g kan skrives som 2,5 kg.
Her er en oversikt over de vanligste SI-prefiksene.
| T | tera | x ∙ 1012 | 1 000 000 000 000 | stora T |
|---|---|---|---|---|
| G | giga | x ∙ 109 | 1 000 000 000 | stor G |
| M | mega | x ∙ 106 | 1 000 000 | stor M |
| k | kilo | x ∙ 103 | 1 000 | liten k |
| grunnenhet | x ∙ 100 | 1 | ||
| m | milli | x ∙ 10-3 | 0,001 | liten m |
| μ | mikro | x ∙ 10-6 | 0,000 001 | liten gresk my |
| n | nano | x ∙ 10-9 | 0,000 000 001 | liten n |
| p | piko | x ∙ 10-12 | 0,000 000 000 001 | liten p |
Kontrollspørsmål
Spørsmål 6a
Beregn spenningen ut fra følgende spesifikasjoner:
- strøm: 25 mA
- resistans: 360 Ω.
Spørsmål 6b
Alice har et 12 V-batteri. Hun kobler det til en komponent med resistans på 24 Ω. Hvor mye strøm flyter det gjennom kretsen?
Spørsmål 6c
Bob har koblet et alkalisk 1,5 V-batteri til en lyspære som trekker 20 mA. Hvilken resistans utgjør pæren?
Spørsmål 6d
Beregn effekten når spenningen er 4,5 V og strømmen er 20 mA.
Spørsmål 6e
Beregn spenningen når du kjenner til resistansen (50 Ω) og effekten (8 W).
Se fasiten i kapittel 36 Fasit. (se fasiten her)
Bli medlem og få ekstra bra medlemspriser, poeng på alt du handler og 100 dagers åpent kjøp. Medlemskapet ditt er helt digitalt – praktisk og kortløst!
Les mer