Fagstoff

Elektrisk strøm, elektriske felt og krefter

Publisert: 14.09.2010
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Et moderne samfunn uten elektrisitet er ikke tenkelig, men elektrisitet er ikke noe som menneskene har oppfunnet. Det finnes overalt i naturen, men er ofte ikke synlig for oss. Vi kan se lyn, og vi kan kjenner når vi får støt, f.eks. når vi tar på metall etter å ha gått på et syntetisk gulvteppe. Men vi ser ikke at det i alle atomer og molekyler går negative ladninger i bane rundt en positivt ladd kjerne. Vi ser heller ikke at molekyler holdes sammen av elektriske krefter. Også i verdensrommet er elektriske felt og strømmer meget viktige.

Følgende fakta innen elektrisitetslæren er viktige. Elektrisitet er knyttet til elektriske ladninger – i ro eller i bevegelse. I romfysikken skal vi hovedsakelig konsentrere oss om ladninger i bevegelse. Elektroner og/eller ioner i bevegelse genererer en elektrisk strøm. Elektronene er negativ ladet, mens ioner kan være positive eller negative. Elektrisk ladning er alltid knyttet til partikler. For at det skal oppstå en elektrisk strøm, må det finnes lettbevegelig ladning – i metaller er det elektroner. I verdensrommet finnes det store mengder frie elektroner og positive ioner. Hvis elektronene og ionene beveger seg med samme fart og i samme retning, som f.eks. pga vinder i den øvre atmosfære – får vi ingen strøm. Elektrisk strøm (I) er ladning (q) pr tidsenhet (t) som strømmer gjennom et tverrsnitt: I=q/t. Vi måler strømmen i ampere (A), ladningen i coulomb (C) og tiden i sekunder (s). Av dette følger at1 C = 1 A·s. Vi bruker q som symbol for ladning. Er ladningen negativ setter vi inn den negative verdien for q.

Den minste ladningen vi kan måle er ladningen til et elektron og et proton. Vi kaller den elementærladningen. Elementærladningen som elektronet har skriver vi -e, den positive ladningen til protonet +e. Verdien er lik for begge, nemlig 1,60 · 10-19 C (coulomb), men fortegnet er forskjellig. Ladning er alltid et helt antall elementærladninger. Her har vi igjen et eksempel på et naturfenomen som er kvantisert – slik vi har sett det for lys som opptrer som lyskvanter.

 

Eksempel: Strøm i en kopperleder

Strømmen i en kopperleder er 1 A. Hvor mange elektroner strømmer da gjennom kabelen på 1 sekund?
Svar: I·t = C; dvs. 1A·1 s = 1C . Antall elektroner er x; dvs.

$x=\frac{C}{1,6 \cdot 10^{-19}} = 6,25 \cdot 10^{18}$

NB: Fordi elektronene er negative, har den elektriske strømmen motsatt retning av elektronene.