Svenska ElektronikForumet

Tjena, har börjat en utbildning där bland annat praktisk ellära ingår och det har hittills varit riktigt kul och lärorikt. Jag är alltid så att jag måste ha svar på saker jag inte förstår fullt ut och jag har några frågor som min lärare inte lyckats förklara på ett speciellt tillfredsställande sätt:

1.Har inte fått det förklarat för mig, men jag antar att energin som omvandlas när strömmen går igenom en belastning är elektronernas rörelseenergi, stämmer detta?

2. Jag har förstått att det vid växelström inte är frågan om någon plus och minuspol som vid likström utan att strömmen hela tiden byter riktning. Om vi tar en enfasbelastning så går ju strömmen från fasen till nollan, för att sedan vända fram och tillbaka? Hur många gånger sker detta? (Tänker inte på frekvensen nu utan hur många gånger det är möjligt för samma elektroner att åka fram och tillbaka.) Eftersom en krets belastning omvandlar elektronernas rörelseenergi till t ex värme, tappar elektronerna bara successivt fart och försvinner slutligen ut genom nollan och hela vägen till jord, eller vad händer egentligen?

3. Vid en trefasbelastning utan en neutralledare, t ex en trefasmotor, så förstår jag att den växlar med 120 graders förskjutning och att faserna även "tar ut varandra", men var tar alla elektronerna slutligen vägen?

4. Förstår egentligen inte riktigt själva fenomenet med växelström då strömmens hela uppkomst väl beror på att naturen vill utjämna skillnader mellan två poler, varför växlar växelströmmens laddning utan att jämnas ut automatiskt?

Det är frustrerande att inte få någon klarhet i detta och en pedagogisk förklaring skulle vara mycket uppskattad.

1. Nej. Det är potentialen och strömmen. Om man jämför med vatten så är det flödet och trycket. Rörelseenergin finns inte.

2. Elektronerna tappar ingen energi. Energin kommer från spänningen som levererat från kraftverken. Det faktiska rörelsen på elektronerna är inte alls stor.

3. Det finns hela tiden lika mycket elektroner i ledningen. Tänk dig en vattenledning med eller utan tryck, vatten mängden skiljer inte. I trefas fallet rör sig strömmen fram och tillbaka i alla tre ledare.

4. Elen är så pass snabb (ljushastighet) att 50 växlingar per sekund är väldigt lite.

Jag hoppas att det gör det lite klarare.

Nipblaster skrev:Tjena, har börjat en utbildning där bland annat praktisk ellära ingår och det har hittills varit riktigt kul och lärorikt. Jag är alltid så att jag måste ha svar på saker jag inte förstår fullt ut och jag har några frågor som min lärare inte lyckats förklara på ett speciellt tillfredsställande sätt:

1.Har inte fått det förklarat för mig, men jag antar att energin som omvandlas när strömmen går igenom en belastning är elektronernas rörelseenergi, stämmer detta?

2. Jag har förstått att det vid växelström inte är frågan om någon plus och minuspol som vid likström utan att strömmen hela tiden byter riktning. Om vi tar en enfasbelastning så går ju strömmen från fasen till nollan, för att sedan vända fram och tillbaka? Hur många gånger sker detta? (Tänker inte på frekvensen nu utan hur många gånger det är möjligt för samma elektroner att åka fram och tillbaka.) Eftersom en krets belastning omvandlar elektronernas rörelseenergi till t ex värme, tappar elektronerna bara successivt fart och försvinner slutligen ut genom nollan och hela vägen till jord, eller vad händer egentligen?

3. Vid en trefasbelastning utan en neutralledare, t ex en trefasmotor, så förstår jag att den växlar med 120 graders förskjutning och att faserna även "tar ut varandra", men var tar alla elektronerna slutligen vägen?

4. Förstår egentligen inte riktigt själva fenomenet med växelström då strömmens hela uppkomst väl beror på att naturen vill utjämna skillnader mellan två poler, varför växlar växelströmmens laddning utan att jämnas ut automatiskt?

Det är frustrerande att inte få någon klarhet i detta och en pedagogisk förklaring skulle vara mycket uppskattad.

Spännande frågor att försöka svara på Får se om mina svar blir lika spännande
Jag ska inte upprepa ovanstående svar, men kanske försöka ge en annan förklaring. jag begriper inte alla detaljer själv så ta det inte för 100% sanning.



1) är elektronernas rörelseenergi. Fel. Rörelseenergi uppstår när föremål med massa rör sig. Elektronerna däremot bär på en mycket starkare energi än sin massa (de väger nästan ingenting, så rörelseenergin är helt försumbar). Det är elektrisk energi, eller laddning - alltså en annan energiform än en massa i rörelse. Elektronerna och atomerna de befinner sig i är ett medium som överför den elektriska energin. Hur detta fungerar i detalj är antagligen ganska komplicerat och istället för att fokusera på enstaka elektroner så talar man om elektrisk spänning och ström. Dessa begrepp underlättar en hel del, men förklarar givetvis inte vad som sker egentligen. Att det uppstår värme i en elektrisk ledare anses bero på "friktionen" när elektronerna rör sig. Om detta är en förenklad förklaring eller om det verkligen är så kan jag inte svara på.

Så här förklaras "elektrisk ström" på Wikipedia: "Elektrisk ström uppstår då en elektrisk laddning förflyttas. Ström definieras som laddning per tidsenhet. De laddade partiklarna är vanligtvis elektroner men kan även vara joner. I en elektrisk krets säger man av historiska skäl att strömmen går från högre till lägre potential även om elektronerna rör sig i motsatt riktning."

2) All ström uppstår på grund av en spänning mellan två punkter. Om dessa har olika potential så finns där en spänning. Detta kan uppkomma t.ex. på kemisk väg i ett batteri. Om man förbinder punkter med olika potential med en ledare (med en viss resistans) kommer det att flyta en ström. Det är främst elektrisk energi som förflyttas - inte elektroner rent fysiskt. I ett batteri har spänningen samma polaritet hela tiden, och kallas därför likspänning. Strömmen går därför bara åt ett håll (från plus till minus) (elektronerna vandrar långsamt från minus till plus). För att skapa växelström måste man använda en apparat som genererar en varierande spänning. Det sker i växelströmsgeneratorn.

3) Elektronerna är där de är - dvs. kvar i ledaren. De kanske hinner förflyttas någon millimeter åt ena hållet - sedan tillbaks igen (eftersom det är växelström). Om vi talar om elektrisk ström istället för elektroner så flyter strömmen från den eller de faser som har mest positiv potential för tillfället - till den eller de faser som har lägst potential. I varje givet ögonblick (och då spelar det ingen roll om det är likström eller växelström) är summan av alla strömmar lika med noll. (ström "in" räknas då som positiv, ström "ut" räknas som negativ.)

Ett bildexempel: Vi har 230 volt AC i varje fas. Sinuskurvan i de tre faserna ser då ut så här:



När som helst i tiden (dvs X-axeln på bilden) är summan av de tre kurvorna alltid noll!
Om vi tittar på kurvan exakt under ordet "fas1" så ser vi att fas1 står på "topp", fas2 och fas3 korsar varandra under noll-strecket. Mäter du avståndet med linjal vertikalt kommer fas1 = -fas2 -fas3. Så svaret är: när strömmen går in på ett ställe går den alltid ut någon annanstans... Den stannar inte i motorn... Detta kallas Kirchoffs lag: "Summan av alla elektriska strömmar som flyter till en nod är lika med summan av alla strömmar som flyter från noden",
eller:

4) " naturen vill utjämna skillnader mellan två poler, varför växlar växelströmmens laddning utan att jämnas ut automatiskt?"
Mycket bra fråga.
Du har rätt att naturen skulle ha jämnat ut potentialen så att strömmen till sist skulle ta slut. Det gör det ju med ett ficklampsbatteri till slut... Och strömmen går bara åt ett håll. Därför krävs det utifrån tillförd energi hela tiden för att generera växelströmmen. (se länken till generatorn ovan!). Eftersom generatorns ankare hela tiden roterar så ger den upphov till en spänning som beror på rotationen. Den skapar alltså ny spänning hela tiden, och på grund av generatorns roterande så kommer den att växla. Under den korta tid som spänningen är positiv, kommer det stt gå en ström åt ett håll, av den anledning du angav i början: naturen vill utjämna. Men när generatorn roterat en bit till så avtar den spänningen och blir till slut noll. Då finns ingen mer potential att utjämna, och det går inte heller längre någon ström (vi hoppar över teorin om induktiva och kapacitiva laster för tillfället - dessa laster kan lagra energin och kan därför skapa ström även om generatorn inte genererar en spänning! Så för enkelhetens skull talar vi bara om resistiva laster nu). Men generatorn roterar vidare i jän fart och ger därför upphov till en negativ spänning - och det går en ström åt andra hållet.

Hoppas jag var lite pedagogisk åtminstone...

Ang. fråga 1 och jesses svar så kan det vara intressant att jämföra krafterna som uppstår mellan två elektroner. De attraherar varan tack vare gravitationen och repellerar varan på grund av den elektriska kraften. Båda krafterna avtar med avståndet på samma sätt (kvadratiskt), så kvoten mellan dessa krafter är oberoende av var i universum elektronerna placeras. Storleken på kvoten är intressant, nämligen ca 4.1 x 10^42 (till den elektriska kraftens fördel), vilket är ett häpnadsväckande stort tal. Precis lite större än universums diameter räknat i antalet elektrondiametrar faktiskt.

Jag sa ju det: elektronens massa är försumbar
Försumbar i sådan grad att den är i princip icke-existerande

Stort tack för det utförliga svaret jesse!

Är det korrekt uppfattat att elektronerna vandrar hela vägen från minus- till pluspolen i en krets ansluten till ett batteri (är väl tack vare denna utjämning som batteriet laddar ur), men att de istället i en krets med växelström står relativt stilla, och istället överför elektrisk laddning? Hur skiljer sig det hela åt om vi tittar på likström? Jag antar att likriktaren gör växelströmmen till likström som går in i t ex en dator och ut, hela vägen till jord eftersom att strömmen nu inte växlar längre.

Vid en ansluten belastning - t ex en lampa - så möter de elektriska laddningarna alltså motstånd och omvandlas till t ex ljus och värme, men det är denna omvandling jag har svårt att greppa. Är det den elektriska laddningen som här omvandlas till strålningsenergi och termisk energi och på sätt upphör att existera? Jag vet att du skrev att det var ganska komplicerat att förstå exakt vad som egentligen sker, så jag kräver inget svar av dig.

Spänning är alltså potentiell energi(lägesenergi) och ström är elektrisk energi/ett flöde av elektriskt laddade partiklar. Elektrisk energi och rörelseenergi måste hur som helst vara väldigt lika varandra, dess relation till varandra förefaller ju vara ungefär likadan som lägesenergin och rörelseenergins.

Jag har grävt runt lite på wiki och hittade följande "Elektrisk energi är energi som representeras av coulombkrafter mellan flera laddningar. Mängden elektrisk energi i ett system definieras som det mekaniska arbete som tillförs för att flytta laddningarna från oändligt avstånd till det faktiska avståndet." http://sv.wikipedia.org/wiki/Elektrisk_energi
Den senare meningen där hade gärna fått vara utförligare förklarad.

Får sova på det hela.

Just hastigheten på elektronerna beror nog på materialet de rör sig i, samt spänningen, bland annat. Hastigheten har inget att göra med om det är växelström eller likström.
Här kommer exakta siffror: NEWTON AND ASK A SCIENTIST: speed of electrons

0.024 cm/sec vid 10 ampere.....

Vid växleström går de åt ena hållet under 1/100 sek, sedan åt andra hållet ilka långt under 1/100 sek. Det betyder att de viberar fram och tillbaks 0.0024 mm 50 ggr.sek.
Om det var likström istället så skulle elektronerna förflytta sig en meter i kabeln på 1 timme och 9 minuter.

Lägesenergi förutsätter både höjd och massa. Elektrisk energi förutsätter, spanning, ström och tid. Eller uttryckt på ett annat satt: spänning och laddning.

och lägesenergi är något helt annat än rörelseenergi.

"At the point that this electrical potential energy has been converted to another type of energy, it ceases to be electrical potential energy. Thus, all electrical energy is potential energy before it is delivered to the end-use. Once converted from potential energy, electrical energy can always be described as another type of energy (heat, light, motion, etc.)."
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_potential_energy

"Det finns ingen entydig och sammanfattande definition för energi, utan man använder olika definitioner för olika energiformer. Därför kan man formellt inte säga att den mekaniska energin är den samma som den elektriska energin, men det finns förstås ett samband. I den mekaniska energin innefattas energiformer som rörelseenergi och lägesenergi. Lägesenergin (potentiella energin) för ett objekt mäts relativt en annan energinivå. En vanlig definition på lägesenergin är arbetet som åtgår för att flytta objektet från oändligheten till position x."
http://sv.wikipedia.org/wiki/Energi

Inte blir man klokare av att läsa på wiki, ovan framgår det ju tydligt att det är en form av lägesenergi.


I princip allt jag har läst ger sken av att det är elektronernas flöde i sig som utgör strömmen, och det framgår nästan ingenstans att man skiljer på drifthastigheten och elektronernas individuella hastighet åt alla möjliga håll, det var först i den här tråden som jag fick veta det. Jag har fortfarande problem med att förstå vad denna elektriska laddning i sig utgörs av och hur detta fungerar mer i detalj på subatomär nivå, så om någon känner för att ge en kort pedagogisk genomgång så kan de börja med de här citatet:

"Elektrisk energi är energi som representeras av coulombkrafter mellan flera laddningar. Mängden elektrisk energi i ett system definieras som det mekaniska arbete som tillförs för att flytta laddningarna från oändligt avstånd till det faktiska avståndet."

det här är kanske lite svårsmält som nybörjare att ta till sig, men...

Elektronerna är ett media som används av de elektromagnetiska vågorna att vandra/surfa på precis som mekaniska vågorna på en vattenyta - tittar man på en enskild vattenpartikel så vandrar den i en cirkel på samma ställe i vattenmassa trots att energin i vågorna passerar rakt förbi. Samma sak händer med elektronerna i en kabel när energimängder passerar en kabel där enskilda elektronen bara vandrar fram och tillbaka en kort stycke på kabeln om frekvensen är så hög att elektronen inte hinner göra hela varv i kretsen.

Elektroden dras med av den passerande elektromagnetiska fältet så rycker det och drar det i atomerna som den hoppar mellan en aning - dom vibrationerna ökar på den redan existerande atomvibrationerna som också är känd som värme - och efter som elektronerna inte följer exakt efter elektromagnetiska fältet utan släpar efter en aning (dvs det är inte helt fjädrande studsar mellan atomerna) så dräneras den elektromagnetiska vågen på energi (precis som vågen på vattenytan minskar sakta i amplitud pga vattnets viskositet och/eller att det finns vattenväxter och annat som inte exakt följer vattnets rörelse och släpar efter en aning och därmed dämpar rörelsen sakta)


Faktum är att all elektrisk energi finns i utrymmet mellan ledarna i form av magnetiska fält och elektrostatisk fält samarbetande tillsammans (faktum att det ena kan inte vara utan det andra) - detta gäller även vid sk. DC-matning (som fortfarande är växelström på mycket låg frekvens eftersom det någon gång startas och stoppas under universums livstid) - elektronerna är bara ett media som styr riktningen på energiflödet genom att dra isär den elektrostatiska och den elektromagnetiska fasen 90 grader från varandra så att den följer den riktning elektronerna kan röra sig i (samma sak sker inne vattenvåg där det växlar mellan rörelseenergi och potentiell lägesenergi med 90 graders skift) men är inte nödvändig för elektromagnetiska energitransporten i sig då när elektromagnetiska fältet och magnetiska fältet är i fas så behöver det ingen media som elektroner utan strålas som elektromagnetiska vågor rakt fram - dvs. radiovågor.

en apparat som omvandlar elektrisk energi som följer en kabel där elektromagnetiska fältet är förskjutet 90 mot elektrostatiska fältet till att vara 0 grader skillnad och inte längre behöver en kabel för att transportera sig, kallas i folkmun för antenn...

Denna effekt märks allt mer (oftast ofrivilligt) när man går upp i frekvens och skall man göra antenn för DC eller lågfrekvens så krävs enorma strukturer - dock för 50 Hz så existerar det faktiskt i liten uträckning även i luften från strålning från alla ledningar (apropå enorma strukturer) - det är detta som ger brum i dina högtalare när du pillar med fingret på mittstiften i RCA-kontakterna...

Hur ovanstående hänger ihop makroskopiskt kan man utläsa av Maxwells ekvationer - dock förklarar maxwells ekvationer inte _varför_ det är så utan bara hur det verkar i lite större skala, funderar man på 'varför' så får man nog titta på kvantmekanik, medans maxwells ekvationer är utmärkta ingenjörsverktyg när man skall konstruera fungerande saker. I stort sett alla EM-simuleringsverktyg för RF-design av antenner mm (men också om man skall göra 400 kV kraftledningsgator vid 50 Hz) använder Maxwells ekvationer någonstans i botten.

Tack. Men elektromagnetism förmedlas ju av fotoner, alltså är det väl fotoner som utgör ström? Ström handlar alltså fundamentalt om en kedjereaktion av excitation och de-excitation där elektronerna är ett medium med låg drifthastighet som hoppar mellan högre och lägre energinivåer där energiskillnaden utgörs av en emitterad foton, korrekt?

Om ovanstående stämmer, är det då även det som skiljer olika materials förmåga att leda ström åt, dvs hur lätt materialets atomer exciteras?

Nipblaster skrev:
Inte blir man klokare av att läsa på wiki, ovan framgår det ju tydligt att det är en form av lägesenergi.

I princip allt jag har läst ger sken av att det är elektronernas flöde i sig som utgör strömmen, och det framgår nästan ingenstans att man skiljer på drifthastigheten och elektronernas individuella hastighet åt alla möjliga håll, det var först i den här tråden som jag fick veta det. Jag har fortfarande problem med att förstå vad denna elektriska laddning i sig utgörs av och hur detta fungerar mer i detalj på subatomär nivå, så om någon känner för att ge en kort pedagogisk genomgång så kan de börja med de här citatet:

"Elektrisk energi är energi som representeras av coulombkrafter mellan flera laddningar. Mängden elektrisk energi i ett system definieras som det mekaniska arbete som tillförs för att flytta laddningarna från oändligt avstånd till det faktiska avståndet."

Lägesenergi betyder bara att att man gjort något jobbigt, men kan få igen det arbetet vid ett senare tillfälle. T.ex. lyft upp en tung sten på en pall, eller flyttat in en elektron i ett elektriskt fällt. Det är ingen skillnad mellan gravitation och den elektriska kraften, förutom att de verkar mellan olika partiklar, och har olika tecken respektive storleksordning. Gravitationen är otroligt svag jämfört med den elektriska kraften. Båda kan ge upphov till vad man brukar kalla lägesenergi eller potentiell energi.

xxargs: mycket intressant inlägg som ger mig en helt ny bild av "elektricitet"... Skapar dock fler frågor än svar
Bland annat det här med fotoner.

Är din förklaring "en av förklaringarna" eller är det "den enda vedertagna sanningen"? Brukar ju finnas många alternativa modeller när man ska förklara den fysikaliska verkligheten. Som vågor/fotoner.

>Tack. Men elektromagnetism förmedlas ju av fotoner, alltså är det väl fotoner som utgör ström? Ström handlar alltså fundamentalt om en kedjereaktion av
>excitation och de-excitation där elektronerna är ett medium med låg drifthastighet som hoppar mellan högre och lägre energinivåer där energiskillnaden
>utgörs av en emitterad foton, korrekt?

Det där var inte många siffror rätt. Fotoner är _ljus_partiklar och är ett sätt att beskriva elektromagnetisk strålning.