Kapitel 6,7 och 8 Flashcards
Elementarladdning, e
- Den minsta laddning som kan förekomma fritt i naturen.
- En elektron har laddningen -1e och en proton har laddningen +1e.
Laddning
Betecknas Q
SI-enhet: 1 C (Coloumb)
Ledare
Ämnen som har lättrörliga elektroner, så kallade ledningselektroner. T.ex metaller.
Isolatorer
Ämnen där alla elektroner är bundna till sina atomer. T.ex plast, glas, papper, luft.
Halvledare
T.ex kisel. Leder ström genom att elektroner exciteras av värme. Fungerar som en isolator vid låga temperaturer och som en ledare vid höga.
Influens
Påverkan utan direktkontakt. T.ex två oladdade metallkulor som blir laddade genom en positivt laddad plastbit. Kulan närmast plastbiten blir negativt laddad och den längst bort blir positivt laddad.
Influens kan även lada till en attraktionskraft mellan två föremål, trots att bara det ena föremålet är laddat.
Elektrisk fältstyrka
Ett mått på hur mycket ett föremål påverkas i ett fält. I jordens gravitationsfält motsvarar tyngdkonstanten g fältstyrkan.
E=F/Q
SI-enhet: 1 N/C
Den elektriska fältstyrkan mellan två motsatt laddade parallella plattor är:
E=U/d
SI-enhet: 1 V/m
Fältstyrkan inuti en jämntjock ledare är lika stor längs hela tråden och beräknas:
E= U/l
där l är trådens längd
Homogent gravitationsfält
Har samma storlek och riktning överallt. Visas genom att fältlinjerna är parallella med samma avstånd till varandra.
Hur påverkas Ep hos ett föremål som lyfts uppåt, dvs mot tyngdkraftens riktning?
Ep ökar
Hur påverkas Ep hos ett föremål som faller nedåt, dvs med tyngdkraftens riktning?
Ep minskar
Elektriska fält runt laddningar
- Enligt Coloumbs lag påverkar två laddningar varandra med en kraft (och en reaktionskraft).
- Med hjälp av fältmodellen kan detta istället beskrivas som att:
- Runt varje laddning skapas ett elektriskt fält som den andra påverkas av.
- Fältet runt en laddning är heterogent: Ju närmare laddningen, desto tätare linjer, desto starkare fält.
- Riktningen på ett elektriskt fält bestäms av hur en positiv testladdning skulle påverkas i fältet.
Elektriska fält mellan laddade plattor
- Mellan två parallella laddade plattor bildas ett homogent elektriskt fält.
- Fältets riktning bestäms av hur en positiv testladdning skulle påverkas.
Testladdning
Har en så liten laddning att den inte påverkar fältet.
Lägesenergi i ett elektriskt fält
Om en laddning flyttas mot den elektriska kraftens riktning krävs ett arbete.
⇒ elektriska lägesenergin ökar (ΔE)
Spänning
U=ΔE/Q
SI-enhet: 1 J/C = 1 V
Spänningen beror av ΔE (energiskillnad mellan “nivåer” i kretsen), vi måste alltså ha två mätpunkter. En voltmeter kopplas därför över komponenten (parallellkopplas). Vi säger att voltmetern mäter spänningen över en elektrisk komponent.
Ström
I=Q/t
SI-enhet: 1C/s = 1 A
Strömmen beror av den laddningsmängd Q som passerar ett visst ställe i kretsen, och vi behöver då mäta på just detta ställe, dvs i en enda mätpunkt. En amperemeter kopplas därför in i kretsen (seriekopplas), så att samma ström som går genom komponenten även passerar amperemetern. Vi säger att amperemetern mäter strömmen genom en elektrisk komponent.
Elektrisk energi
ΔE = UQ = UIt
Elektrisk effekt
P=ΔE/t = UI
SI-enhet: 1J/s = 1 VA = 1W
Strömmens riktning
Från + till -
Så som en positiv testladdning skulle påverkas.
Batteri
- Elektrisk ström innebär laddningar i rörelse. När vi kopplar ihop ett batteri och en lampa med ledande metalltrådar kommer elektroner att röra sig från minuspolen till pluspolen.
- Batteriets poler fylls på med laddningar via en kemisk process. Inuti batteriet lyfts elektronerna från + till -
I denna process ökar den el. Ep - I metalltråden faller elektronerna från - till +
I denna process minskar den el. Ep. - Detta pågår tills all kemisk energi i batteriet har omvandlats. Då är batteriet urladdat. OBS! ett laddat battero har ett lager av kemisk energi, inte ett lager av laddningar.
- Elektrisk ström är laddingar i rörelse. Dessa laddningar är ofta elektroner, men kan också vara t.ex positivt laddade joner.
DC
Likström (direct currant)
AC
Växelström (alternating currant)
Resistans
- Motstånd mot ström i ett material.
- På atomnivå uppkommer resistans pga kollisioner i materialet som strömmen rör sig genom.
- Finns i alla material i olika grad
Betecknas R och mäts i Ω (ohm)
Supraledare
Under särskilda förhållanden kan resistansen i en viss sorts ledare minskas till nästan noll.
Resistor
För att reglera (bromsa) strömstyrkan i en krets kan en komponent med en bestämd resistans användas. Denna komponent kallas en resistor eller ett motstånd.
Ohms lag
U=R*I
SI-enhet för resistans: 1 V/A =1 Ω
Seriekoppling
I (1)=I (2)=I (3)=I (4)
U = U(1) + U(2) + U(3)
Om en lampa går sönder: alla lampor slocknar pga I=0
R(ers) = R(1) + R(2) + R(3)
Ger störst ersättningsresistans
Parallellkoppling
I (1)=I (2)+I (3)+I (4)
U= U(1) = U(2) = U(3)
Om en lampa går sönder: övriga fortsätter att lysa.
1/R(ers) = 1/R(1) + 1/R(2) + 1/R(3)
Ger minst ersättningsresistans.
Öppnar nya vägar för strömmen att gå.
Elektronkanonen
När metallen i katoden blir tillräckligt varm avges elektroner (termisk emission). Dessa accelereras när de “faller” i ett elektriskt fält och får mycket hög fart. Elektronkanonen ger alltså en stråle av elektroner i en viss riktning med en viss fart.
Elektronvolt
Enhet för energi
1e * 1V = 1eV
1eV = 0,1602 aJ
Elektrisk potential
Vp = E/Q
SI-enhet: 1 J/C = 1V
Olika punkter i fältet har olika potential:
Högre upp - större potential - större Ep
Längre ner - mindre potential - mindre Ep
- Potentialen minskar med fältets riktning (från + till -)
- Potentialen ökar mot fältets riktning (från - till +)
- Vid nollnivån är potentialen noll, och föremålet har Ep=0
Naturlig nollnivå: minuspolen (neg platta)
Matematisk nollnivå: en jordad punkt
Potentialskillnad
Spänning är detsamma som potentialskillnad.
U = l ΔV l
Potentialvandring
- Den punkt i kretsen som jordas bestämmer den matematiska nollnivån. (Om ingen punkt jordas används den faktiska nollnivån, dvs minuspolen.)
- För att se hur stor potentialen är i olika punkter kan vi göra en potentialvandring. Detta kan jämföras med hur potentialen och lägesenergin ändras när vi går uppåt eller nedåt i en trappa.
- Lägesenergi på ett visst ställe i trappan beror av var nollnivån är satt. Skillnaden i lägesenergi för ett visst trappsteg är oberoende av nollnivån.
- På motsvarande sätt: Den elektriska potentialen beror av var nollnivån är satt, men potentialskillnaden, dvs spänningen, är oberoende av nollnivån.
