Elektrisk Strøm 1

Indledning | Hvad er elektrisk strøm? | Spænding eller spændingsforskel | Strømstyrke | Modstand | Effekt | Diagrammer | Spændingskilder | Batterier | Generatorer | Andre elektricitetskilder | El-forsyning | Kraftværker | Transport af elektricitet

Opgaver mv. til El-strøm 1: 
El-energi i boligen | Elektriske Ugens Lyse Idé | El-strøm 1 LærervejledningBilen som kraftværk | Sådan bruger du et amperemeter | Sådan bruger du et voltmeter

 

 

Indledning
Elektrisk strøm i moderne forstand har mennesker kun kendt i omkring 150 år, og alligevel synes vi ikke, vi kunne undvære den. Overalt i de industrialiserede lande er elektriciteten nerveimpulserne og energien, der sørger for at det hele virker:

bullet

kommunikationen over større afstande foregår med telefon, fax, TV, radio osv.

bullet

utallige apparater og maskiner fungerer ved hjælp af strøm

bullet

styring af fabrikkernes og hjemmenes maskineri foretages af elektriske og elektroniske apparater, fx små computere

bullet

elektrisk belysning sørger for, at det moderne menneske knapt kender til mørke

 

Hvad er elektrisk strøm?
Elektricitet, der strømmer, naturligvis! Elektricitet - de elektriske partikler - kan i det store hele kun strømme gennem metaller, halvledere, kul (grafit) og særlige væsker (elektrolytter). Også gasser kan dog gøres ledende under særlige omstændigheder (høje spændinger).


Strøm i luft, metal og væske

Der er tre vigtige typer elektriske partikler:

bullet

elektroner, det er dem, der strømmer i faste stoffer: Metaller, grafit og halvledere

bullet

+ioner og -ioner, det er dem, der strømmer i væsker og luft (i luft kan det også være elektroner)

 


Strøm gennem væsker 

Strøm går ikke lige godt gennem alle stoffer.
Dem, den går bedst i, kalder vi gode ledere (fx metaller og saltopløsninger).

Metalledninger

Nogle er betydelig dårligere, det er halvledere (stoffer, der bruges til fremstilling af dioder, transistorere mm. til elektroniske apparater).

Her er et par eksempler på halvledere:

Halvledere

 

Her er de pillet ud af gamle radioer og lignende.

 

Endelig er der dem, der praktisk taget ikke kan lede strøm, dem kalder vi isolatorer (fx glas og plast)


Isolatorer

 

Spænding eller spændingsforskel
eller..... hvad der får partiklerne til at strømme
Der skal noget til at presse de elektriske partikler rundt i ledninger og gennem luft eller væsker - en slags pumpe. Det er batteriet eller generatoren (dynamoen).
Det pumpetryk, et batteri eller en generator presser med, måles i Volt (V) med et voltmeter. Vi kalder også pumpetrykket for spændingen eller spændingsforskellen.


Voltmeter

Strømstyrke
Hvor mange partikler i sekundet?
Hvis man sætter stort tryk på el-partiklerne (forøger spændingen), vil de strømme hurtigere, og der vil gå flere gennem ledningen. Hvor meget "strøm", der går gennem, kan vi måle i ampere (A) med et amperemeter.


Amperemeter

 

Modstand
Det kan være svært for partikler at komme rundt
Nogle ledninger/materialer går strømmen knapt så godt igennem. Vi siger, at de yder større modstand mod strømmen. Der skal mere pres på (flere volt, større spænding) for at få en passende strøm eller strømstyrke (ampere). Modstanden i et materiale måles i ohm(
W).


Ohmmeter

 
Som regel bruger man et multimeter, både når man skal måle spænding, strøm og modstand. Ved at dreje på en knap kan man bestemme, hvad man vil måle. Så kan man klare sig med ét instrument til det hele.

 

De tre grundlæggende enheder i forbindelse med elektricitet:
bulletSpænding kaldes U og måles i volt (V).
bulletStrøm kaldes I og måles i ampere (A).
bulletModstand kaldes R og måles i ohm (W)

Mellem de tre begreber er der en nøje sammenhæng: Ohms lov

 

 


Effekt
På en pære eller et elektrisk apparat står der måske 60 W eller 600 W. Vi kalder det apparatets effekt. Det fortæller noget om, hvor meget el-energi, det bruger på en vis tid, når det er sluttet til stikkontakten. Enheden er watt (W)


 

Et 600 W apparat vil forbruge 10 gange så meget strøm (el-energi) som en 60 W pære på den samme tid.

 

Diagrammer
eller... spagetti er ikke til at styre!

Når vi arbejder med strøm og elektriske opstillinger, er det besværligt hver gang at tegne alle apparater og ledninger og dimser, som de virkelig ser ud. I stedet laver vi diagrammer:

 

Som du kan se, har vi et tegn (= et diagramsymbol) for alle dele af opstillingen (kredsløbet).
Samtidig tegner vi næsten altid ledninger med vinkelrette bøjninger i stedet for som den "spagetti", vi normalt har liggende foran os på bordet, når vi laver forsøg. 
De enkle symboler og de lige og vinkelrette ledninger gør selv komplicerede kredsløb overskuelige.

Eks. på diagram

De vigtigste diagramsymboler:

 

Spændingskilder
eller ... hvad der findes af "elektricitetspumper"

Batterier
Ingen kan være i tvivl om, at vi bruger et utal af batterier: I legetøj, walkman,
lommelygter........
Batterier har altid en + pol og en - pol, og vi siger, at strømmen går fra plus til minus. 
Et enkelt batteri er i regelen på 1-2V. Sætter man flere efter hinanden i række (serieforbundne), skal man lægge antal volt for de enkelte sammen. F.eks. giver fire almindelig batterier 4 x 1,5V = 6V.
Til elektroniske apparater bruger man ganske små batterier.

 

Fra en masse elektriske håndapparater - barbermaskiner, skruemaskiner, lommelygter, legetøj osv. osv. - kender vi det opladelige batteri. Efterhånden som det vrimler med små elektriske apparater, bliver det dyrt at forsyne dem med nye batterier. Derfor er det rart at kunne lade batterierne op igen og igen. De opladelige batterier har også den fordel, at de kan give en meget kraftig strøm (mange ampere) og dermed trække apparater, der kræver stor motorkraft (f.eks. skruemaskiner).

I biler har man brugt det opladelige batteri, blyakkumulatoren, i mange år. Bilens eget lille elektricitetsværk oplader batteriet, mens vi kører. Det betyder, at der er strøm til at starte på, næste gang, vi skal af sted.

I alle typer af batterier benytter vi os af, at kemiske processer kan fremkalde "spændingsforskel":

Kemisk energi ® el-energi

Generatorer
Batterier er gode til mange ting, men f.eks. til elektricitetsforsyningen i et hus er de ikke praktiske.
Den strøm, vi bruger her, kommer gennem ledninger og kabler fra el-kraftværkerne, hvor kæmpestore generatorer laver strømmen.

Om kraftværker: moderne kraftværk - lille kraftvarmeværk - gammelt kraftværk - vindkraftværk

Strømmen fra kraftværkerne er vekselstrøm. Det vil sige, at der ikke er et + og - i stikkontaktens "huller". Det skifter, veksler, lynhurtigt (50 gange i sekundet) mellem + og -.

Hjemme i stikkontakten er der 230V eller "kraft" til vaskemaskine, komfur mm., 400V.

Der er generatorer mange andre steder end på de store elkraftværker
bulletcykeldynamoen er en generator
bulletbil-generatoren er også
bulletkraftvarmeværket har en generator
bulletvindmøller 
bulletvandmøller (vandkraftværker)
bulletskibe har deres egen generator
bulletfly ligeså
bulletstore landbrug har deres egen nødstrømsgenerator til at koble til traktorens kraftoverføring

Generatorer

 

I alle typer af generatorer udnytter vi, at vi via magnetisme kan lave bevægelse om til strøm:

Bevægelsesenergi ® el-energi

 

Andre elektricitetskilder
Batterier og generatorer er de vigtigste strømkilder, vi har i dag, men andre spændende kilder kan komme til at betyde meget.
Alle kender solcellerne fx lommeregnere. Solceller kan måske blive en meget vigtig strømkilde i fremtiden. 
Endnu er de dyre at lave, men hele tiden falder prisen, fordi man bliver dygtigere og dygtigere til at lave dem og gøre dem mere effektive.


Om solceller: Fra lys til el

 

I "solpaneler" udnytter vi det, at lys kan frembringe elektrisk "spændingsforskel":

Lysenergi ® el-energi

 

Det kan også lade sig gøre at lave elektricitet direkte ud fra varme. Vi kalder det termoelektricitet. Det bruges endnu kun i specielle apparater, men måske kan det også engang blive en væsentlig strømkilde.

Varmeenergi ® el-energi (termoelektricitet)

I alle eksempler på elektricitetskilder vil du lægge mærke til, at det altid er sådan, at man laver en anden slags energi om til elektrisk energi. Men hver gang vi omdanner til en anden energiform, vil der være et energitab i form af Vi kan lave kemisk energi, bevægelsesenergi, lysenergi og varmeenergi om til elektrisk energi.
Du vil også lægge mærke til, at når vi siger, vi bruger strøm, er der egentlig bare tale om en energiomdannelse:
bullethåndmixeren laver el-energi til bevægelsesenergi
bulletskrivebordslampen laver el-energi til lysenergi og varme
bulletbrødristeren laver el-energi til varmeenergi 

 

El-forsyningen
Hele elforsyningen kan deles op i fire led:

1. Kraftværket, der hvor elektriciteten produceres


Kraftværk

 
2. Ledningsnettet (luftledninger og kabler) 
over det ganske land

Luft-ledninger...

...eller kabler 

 

3. Transformatorer, der skal sørge for, at spændingen i alle led er af passende størrelse
· brugerne, huse, byer og virksomheder

 

Transformatorer i landskabet:


Her laves 10.000 V om til 230 V og 400 V, 
som vi normalt bruger.


  Her laves 60.000 V om til 10.000 V.

4. Sidste led er brugerne: Byer, huse, virksomheder, dig og mig.

 

 
Det er en yderst kompliceret at styre el-forsyningen i et stort område.
Til det er der et ekstra led: El-selskaberne.

De sikrer stabil el-forsyning i deres område.

Her er det el-selskabet SFGHH med "kontrol-center" i Skive. De er fx blevet meget dygtige til at styre el-energien, selv om der er et væld af vindmøller i deres område (1/3 af al el-energi kommer her fra vind-energi).

 

Kraftværker
Over hele landet er der masser af kraftværker, hvor der produceres elektricitet, men langt den største del af den el, vi bruger, kommer fra nogle få kæmpestore kraftværker.
I de sidste 15-20 år (efter energikrisen i begyndelsen af 70'erne) er der imidlertid lavet tusinder af små kraftværker, nemlig vindmøller og kraftvarmeværker, hvor spildvarmen ved el-produktionen bruges til fjernvarme. Tilsammen dækker disse nye kraftværker kun en beskeden del af det samlede elforbrug i Danmark, men det er regeringens og Folketingets plan, at de skal dække en større del inden for de næste år.


Kraftvarmeværk ved Viborg

 

Transport af elektricitet
eller ..... vi flytter strømmen hen, hvor vi skal bruge den

Skal du have fat i hårtørreren for at få krøllerne blæst, er det praktisk, at du har strømmen lige i nærheden. 
Derfor har vi husinstallationer. Du stikker hårtørrerens han-stik i stikkontaktens hun og trykker på knappen - og den varmer og blæser. Alle stikkontakter og lampekontakter er forbundet med elkablet uden for huset gennem en el-måler, der sørger for at måle vort el-forbrug. 
Ledninger eller kabler følger veje eller går over marker, og bliver vi ved med at følge dem ender vi på det el-kraftværk, vi får strøm fra.
Alle ledninger og kabler er lavet af metaller, der leder strømmen rigtigt godt. Det er især kobber, man bruger. Til specielle højspændingsledninger bruger man også aluminium, fordi det er meget let.
Når strømmen skal transporteres den lange vej fra el-kraftværk til os, går der temmelig meget energi tabt i form af varme i de lange ledninger. Ved at lave højspænding på de længste strækninger, kan man formindske energitabet.
Det er dog sådan, at en betragtelig del af den energi, der er i det kul, man som regel varmer dampkedlerne op med på kraftværkerne, går tabt undervejs - ca. 65%!
Det problem kan man i nogen grad imødegå ved at lave decentrale kraftvarmeværker. I de sidste år er der skudt mange op rundt om i landet.
Vindmøller er også omtrent der, hvor strømmen skal bruges, så de giver kun et lille "nettab" (energitabet i el-nettet).