3.3 Elektrisitet og strømkretser

Elektrisitet og strømkretser

Du slår på lyset. Du lader mobilen. Du spiller på datamaskinen. Alt dette krever elektrisitet.

Men hva er egentlig elektrisitet? Hvordan får vi strømmen til å gå gjennom ledningene? Og hvorfor blir ting varme når det går strøm gjennom dem?

I dette kapitlet lærer du:
- Hva elektrisitet er og hvordan den beveger seg
- De tre viktigste størrelsene: strøm, spenning og motstand
- Ohms lov – den viktigste sammenhengen i elektrisitet
- Hvordan strømkretser fungerer
- Serie- og parallellkobling
- Sikkerhet rundt elektrisitet

Hva er elektrisitet?

Elektrisitet er bevegelse av elektrisk ladning.

Elektroner og ladning

Alt stoff består av atomer. Atomene består av:
- Protoner (positive ladninger, i kjernen)
- Nøytroner (ingen ladning, i kjernen)
- Elektroner (negative ladninger, beveger seg rundt kjernen)

Normalt er et atom nøytralt – like mange protoner som elektroner.

Men elektroner kan bevege seg fra atom til atom. Når elektroner beveger seg gjennom en leder (som en kobbertråd), har vi elektrisk strøm.

Strøm = bevegelse av elektroner

Tenk på elektrisk strøm som et elveleie:
- Elveleiet = ledningen (kobbertråd)
- Vannet = elektronene
- Vannets bevegelse = elektrisk strøm

Jo flere elektroner som beveger seg per sekund, jo sterkere er strømmen.

Strøm (I)

Strøm måler hvor mye elektrisk ladning som passerer et punkt per tidsenhet.

Definisjon av strøm

Strøm (I) er mengden ladning (Q) som passerer per tid (t):

$$I = \frac{Q}{t}$$

Enhet:
- Ampere (A)
- Oppkalt etter André-Marie Ampère

Typiske strømstyrker:
- Lommelykt: 0.5 A
- Mobiltelefon (lading): 1-2 A
- Hårtørker: 10 A
- Sikring i hus: 10-16 A

Hva betyr høy strøm?

- Høy strøm (mange ampere): Mange elektroner beveger seg raskt
- Lav strøm (få ampere): Få elektroner beveger seg

Viktig: Selv lav strøm kan være farlig hvis den går gjennom kroppen!

Spenning (U)

Spenning er "trykket" som driver elektronene gjennom ledningen.

Hva er spenning?

Tenk på spenning som vanntrykket i et rør:
- Høyt trykk → vannet strømmer fort
- Lavt trykk → vannet strømmer sakte

På samme måte:
- Høy spenning → elektronene drives hardt
- Lav spenning → elektronene drives svakt

Definisjon

Spenning (U) er energien per ladningsenhet:

$$U = \frac{E}{Q}$$

Enhet:
- Volt (V)
- Oppkalt etter Alessandro Volta

Typiske spenninger:
- Batterier (AA): 1.5 V
- Mobiltelefon (batteri): 3.7 V
- USB-lader: 5 V
- Stikkontakt (Norge): 230 V
- Høyspentledninger: 22 000 - 420 000 V

Spenningsforskjell

Spenning er alltid en forskjell mellom to punkter:
- Vi snakker om spenning over en komponent
- F.eks. "spenningen over lyspæren er 5 V"

Motstand (R)

Motstand bremser elektronenes bevegelse.

Hva er motstand?

Når elektronene beveger seg gjennom en leder, kolliderer de med atomene i materialet. Dette bremser elektronene.

Tenk på motstand som friksjon:
- Lav motstand = glatt overflate (lett å gli)
- Høy motstand = ru overflate (vanskelig å gli)

Definisjon

Motstand (R) måler hvor mye en komponent bremser strømmen.

Enhet:
- Ohm (Ω) (gresk bokstav omega)
- Oppkalt etter Georg Ohm

Typiske motstandsverdier:
- Kobberledning: 0.001 Ω (veldig lav)
- Lyspære: 100-500 Ω
- Varmeelement: 10-50 Ω
- Isolator: Millioner av ohm

Hva påvirker motstanden?

1. Materiale:
- Metaller: Lav motstand (gode ledere)
- Plast, gummi: Høy motstand (isolatorer)

2. Lengde:
- Lang ledning: Høy motstand
- Kort ledning: Lav motstand

3. Tykkelse (tverrsnitt):
- Tynn ledning: Høy motstand
- Tykk ledning: Lav motstand

4. Temperatur:
- Høyere temperatur: Høyere motstand (for metaller)

Ohms lov

Den viktigste sammenhengen i elektrisitet!

Ohms lov – formelen

$$U = R \cdot I$$

Der:
- U = spenning (volt, V)
- R = motstand (ohm, Ω)
- I = strøm (ampere, A)

Hva betyr Ohms lov?

Spenning = Motstand × Strøm

Ohms lov forteller oss:
- Høyere spenning → mer strøm (hvis motstanden er lik)
- Høyere motstand → mindre strøm (hvis spenningen er lik)

Omskriving av formelen

Du kan skrive Ohms lov på tre måter:

1. Finn spenningen:
$$U = R \cdot I$$

2. Finn strømmen:
$$I = \frac{U}{R}$$

3. Finn motstanden:
$$R = \frac{U}{I}$$

Huskeregel (UIR-trekanten)

Tegn en trekant med U øverst, R og I nederst:

``
U
----
R I
``

- For å finne U: Dekk til U → U = R × I
- For å finne I: Dekk til I → I = U / R
- For å finne R: Dekk til R → R = U / I

Strømkretser

En strømkrets er en lukket bane som strømmen kan gå gjennom.

Deler av en strømkrets

En enkel strømkrets består av:

1. Strømkilde:
- Gir energi til elektronene
- Eksempler: Batteri, stikkontakt

2. Leder:
- Lar strømmen gå gjennom
- Eksempler: Kobberledninger

3. Forbruker (komponent):
- Bruker elektrisk energi
- Eksempler: Lyspære, motor, varmeelement

4. Bryter:
- Kan åpne eller lukke kretsen
- Slår strømmen av og på

Lukket vs. åpen krets

Lukket krets:
- Bryteren er på (lukket)
- Strømmen kan gå hele veien rundt
- Lampen lyser

Åpen krets:
- Bryteren er av (åpen)
- Strømmen kan ikke gå gjennom
- Lampen lyser ikke

Enkel strømkrets

``
Batteri (+) → Leder → Bryter → Lyspære → Leder → Batteri (-)
``

Strømmen går fra pluss til minus (teknisk strømretning).

Viktig:
- Strømmen må ha en lukket bane for å gå
- Hvis det er et brudd i kretsen, stopper strømmen

Seriekobling

Seriekobling betyr at komponentene er koblet på rekke – strømmen går gjennom én komponent om gangen.

Hvordan ser det ut?

``
Batteri → Lampe 1 → Lampe 2 → Lampe 3 → Batteri
``

Alle komponenter er på samme "sti".

Egenskaper ved seriekobling

1. Strømmen er lik overalt:

$$I_{total} = I_1 = I_2 = I_3$$

Den samme strømmen går gjennom alle komponenter.

2. Spenningen fordeles:

$$U_{total} = U_1 + U_2 + U_3$$

Spenningen fra batteriet fordeles på komponentene.

3. Motstandene legges sammen:

$$R_{total} = R_1 + R_2 + R_3$$

Total motstand = summen av alle motstandene.

Fordeler og ulemper

Fordeler:
- Enkel å bygge
- Bruker få ledninger

Ulemper:
- Hvis én lampe ryker, slukker alle (ingen strøm kan gå gjennom)
- Lampene blir svakere jo flere du kobler til (spenningen deles)

Eksempel:
Gamle julelys brukte seriekobling – hvis én pære røyk, slukket hele lyset!

Parallellkobling

Parallellkobling betyr at komponentene er koblet side om side – hver komponent har sin egen sti til batteriet.

Hvordan ser det ut?

``
┌→ Lampe 1 →┐
Batteri ├→ Lampe 2 →┤ Batteri
└→ Lampe 3 →┘
``

Hver komponent har sin egen "sti" fra + til -.

Egenskaper ved parallellkobling

1. Spenningen er lik overalt:

$$U_{total} = U_1 = U_2 = U_3$$

Alle komponenter får samme spenning som batteriet.

2. Strømmen deles:

$$I_{total} = I_1 + I_2 + I_3$$

Total strøm = summen av strømmene gjennom hver komponent.

3. Motstandene:

$$\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}$$

Total motstand blir lavere enn den minste enkeltmotstanden.

Fordeler og ulemper

Fordeler:
- Hvis én lampe ryker, fungerer de andre fortsatt (hver har sin egen sti)
- Alle komponenter får full spenning (like lyssterk)

Ulemper:
- Bruker mer ledninger
- Trekker mer strøm fra batteriet

Eksempel:
Hjemme er alle stikkontakter koblet parallelt – hvis én lyspære ryker, fungerer de andre fortsatt!

Sikkerhet rundt elektrisitet

Elektrisitet er nyttig, men kan være farlig!

Farer ved elektrisitet

1. Elektrisk støt:
- Strøm som går gjennom kroppen
- Kan gi muskelkramper, brannskader, hjertestans
- Selv små strømmer (50 mA) kan være dødelige

2. Brann:
- Overoppheting i ledninger
- Kortslutning
- Gnister

3. Eksplosjon:
- Gnister kan antenne gass eller damp
- Lysbuer fra høyspenning

Sikring (sikkerhetssystem)

Sikring er en "svak lenke" i strømkretsen som brenner av hvis strømmen blir for høy.

Hvordan fungerer det:
1. For høy strøm → ledningen i sikringen blir varm
2. Ledningen smelter → kretsen åpnes
3. Strømmen stopper → brannen unngås

Automatisk sikring (automatsikring):
- Bryter automatisk hvis strømmen blir for høy
- Kan slås på igjen etter problemet er løst
- Brukes i moderne hus

Typiske sikringer i hus:
- 10 A – belysning
- 16 A – stikkontakter
- 20 A – komfyr, oppvaskmaskin

Jording

Jording kobler metalldelene av elektriske apparater til jorda.

Hvorfor?
- Hvis det blir en feil i apparatet, går strømmen til jorda i stedet for gjennom deg
- Beskytter mot elektrisk støt

Jordingskontakt:
- Den tredje pinnen på stikkontakten
- Kobler metalldelene til jord

Sikkerhetsregler

Aldri:
- Stikk fingrene i stikkontakten
- Bruk elektriske apparater med våte hender
- Bruk ødelagte ledninger eller apparater
- Åpne elektriske apparater uten kunnskap
- Rør ved høyspentledninger eller transformatorer

Alltid:
- Bruk apparater riktig
- Tørk av vann før du bruker elektrisitet
- Sjekk ledninger for skader
- Koble fra strømmen før reparasjon

Hvis noen får støt:
1. Ikke rør personen! (du kan få støt selv)
2. Slå av strømmen (på automatsikring eller trekk ut støpselet)
3. Ring 113
4. Start hjerte-lunge-redning hvis nødvendig