Fakta om elektricitet för barn

Elektricitet är närvaron och flödet av elektrisk laddning. Med hjälp av elektricitet kan vi överföra energi på sätt som gör det möjligt för oss att utföra enkla sysslor. Dess mest kända form är flödet av elektroner genom ledare som koppartrådar.

Ordet ”elektricitet” används ibland i betydelsen ”elektrisk energi”. De är inte samma sak: elektricitet är ett överföringsmedium för elektrisk energi, på samma sätt som havsvatten är ett överföringsmedium för vågenergi. Ett föremål som tillåter elektricitet att röra sig genom det kallas för en ledare. Koppartrådar och andra metallföremål är goda ledare som tillåter elektricitet att röra sig genom dem och överföra elektrisk energi. Plast är en dålig ledare (även kallad isolator) och tillåter inte mycket elektricitet att röra sig genom den, så den stoppar överföringen av elektrisk energi.

Transmission av elektrisk energi kan ske naturligt (t.ex. blixtnedslag) eller göras av människor (t.ex. i en generator). Den kan användas för att driva maskiner och elektriska apparater. När elektriska laddningar inte rör sig kallas elektriciteten för statisk elektricitet. När laddningarna rör sig bildar de en elektrisk ström, som ibland kallas ”dynamisk elektricitet”. Blixtar är den mest kända – och farliga – typen av elektrisk ström i naturen, men ibland får statisk elektricitet saker att hålla ihop i naturen också.

Elektricitet kan vara farligt, särskilt i närheten av vatten, eftersom vatten är en form av god ledare eftersom det innehåller orenheter som salt. Salt kan hjälpa elektricitet att flöda. Sedan 1800-talet har elektricitet använts i alla delar av våra liv. Fram till dess var den bara en kuriositet som man såg i blixten i ett åskväder.

Elektisk energi kan skapas om en magnet passerar nära en metalltråd. Detta är den metod som används av en generator. De största generatorerna finns i kraftverk. Elektrisk energi kan också frigöras genom att kombinera kemikalier i en burk med två olika sorters metallstänger. Detta är den metod som används i ett batteri. Statisk elektricitet kan skapas genom friktion mellan två material – till exempel en ullmössa och en plastlinjal. Detta kan ge upphov till en gnista. Elektrisk energi kan också skapas med hjälp av energi från solen, som i solceller.

Elektisk energi kommer till hemmen via ledningar från de platser där den framställs. Den används av elektriska lampor, elektriska värmare osv. Många apparater som tvättmaskiner och elektriska spisar använder el. I fabriker driver elektrisk energi maskiner. Personer som arbetar med elektricitet och elektriska apparater i våra hem och fabriker kallas ”elektriker”.

Hur det fungerar

Det finns två typer av elektriska laddningar som trycker och drar på varandra: positiva laddningar och negativa laddningar. Elektriska laddningar trycker eller drar på varandra om de inte rör vid varandra. Detta är möjligt eftersom varje laddning skapar ett elektriskt fält runt sig själv. Ett elektriskt fält är ett område som omger en laddning. Vid varje punkt nära en laddning pekar det elektriska fältet i en viss riktning. Om en positiv laddning placeras vid den punkten kommer den att tryckas i den riktningen. Om en negativ laddning placeras i den punkten kommer den att tryckas i exakt motsatt riktning.

Det fungerar som magneter, och i själva verket skapar elektricitet ett magnetfält, där liknande laddningar stöter bort varandra och motsatta laddningar attraheras. Det betyder att om man placerar två negationer nära varandra och släpper dem, så kommer de att flytta sig isär. Samma sak gäller för två positiva laddningar. Men om du placerar en positiv laddning och en negativ laddning nära varandra skulle de dras till varandra. Ett kort sätt att komma ihåg detta är frasen motsatser attraherar gillar repellerar.

Alla materia i universum består av små partiklar med positiva, negativa eller neutrala laddningar. De positiva laddningarna kallas protoner och de negativa laddningarna kallas elektroner. Protoner är mycket tyngre än elektroner, men båda har samma mängd elektrisk laddning, förutom att protoner är positiva och elektroner är negativa. Eftersom ”motsatser attraherar varandra” håller protoner och elektroner ihop. Några få protoner och elektroner kan bilda större partiklar som kallas atomer och molekyler. Atomer och molekyler är fortfarande mycket små. De är för små för att synas. Alla stora föremål, som ditt finger, innehåller fler atomer och molekyler än någon kan räkna. Vi kan bara uppskatta hur många det är.

Eftersom negativa elektroner och positiva protoner håller ihop för att bilda stora föremål är alla stora föremål som vi kan se och känna elektriskt neutrala. Elektriskt är ett ord som betyder ”beskriver elektricitet” och neutralt är ett ord som betyder ”balanserat”. Det är därför vi inte känner att föremål trycker och drar på oss på avstånd, vilket de skulle göra om allt var elektriskt laddat. Alla stora föremål är elektriskt neutrala eftersom det finns lika mycket positiv och negativ laddning i världen. Vi skulle kunna säga att världen är exakt balanserad, eller neutral. Forskarna vet fortfarande inte varför det är så.

Elektrisk ström

Elektronerna kan röra sig runt hela materialet. Protoner rör sig aldrig runt ett fast föremål eftersom de är så tunga, åtminstone jämfört med elektronerna. Ett material som låter elektroner röra sig runt kallas för en ledare. Ett material som håller varje elektron tätt på plats kallas en isolator. Exempel på ledare är koppar, aluminium, silver och guld. Exempel på isolatorer är gummi, plast och trä. Koppar används mycket ofta som ledare eftersom det är en mycket bra ledare och det finns så mycket av det i världen. Koppar finns i elektriska ledningar. Men ibland används andra material.

Inom en ledare studsar elektroner runt, men de fortsätter inte att gå i samma riktning länge. Om ett elektriskt fält sätts upp inuti ledaren kommer alla elektroner att börja röra sig i den riktning som är motsatt till den riktning som fältet pekar på (eftersom elektroner är negativt laddade). Ett batteri kan skapa ett elektriskt fält inuti en ledare. Om båda ändarna av en bit tråd ansluts till de båda ändarna av ett batteri (som kallas elektroder) kallas den slinga som skapats för en elektrisk krets. Elektroner kommer att flöda runt och runt kretsen så länge som batteriet skapar ett elektriskt fält inuti ledningen. Detta flöde av elektroner runt kretsen kallas elektrisk ström.

En ledande tråd som används för att leda elektrisk ström är ofta lindad i en isolator som gummi. Detta beror på att ledningar som leder ström är mycket farliga. Om en person eller ett djur rör vid en naken tråd som leder ström kan de skadas eller till och med dö beroende på hur stark strömmen är och hur mycket elektrisk energi strömmen överför. Du bör vara försiktig i närheten av eluttag och nakna ledningar som kan vara strömförande.

Det är möjligt att ansluta en elektrisk anordning till en krets så att elektrisk ström flyter genom en anordning. Denna ström kommer att överföra elektrisk energi för att få apparaten att göra något som vi vill att den ska göra. Elektriska anordningar kan vara mycket enkla. I en glödlampa till exempel överför strömmen energi genom en speciell tråd som kallas glödtråd, vilket får den att lysa. Elektriska apparater kan också vara mycket komplicerade. Elektrisk energi kan användas för att driva en elmotor inuti ett verktyg som en borrmaskin eller en pennvässare. Elektrisk energi används också för att driva moderna elektroniska apparater, inklusive telefoner, datorer och tv-apparater.

Här är några termer som en person kan stöta på när han eller hon studerar hur elektricitet fungerar. Studiet av elektricitet och hur den gör elektriska kretsar möjliga kallas elektronik. Det finns ett teknikområde som heter elektroteknik, där människor hittar på nya saker med hjälp av elektricitet. Alla dessa termer är viktiga för dem att känna till.

• Ström är mängden elektrisk laddning som flyter. När 1 coulomb elektricitet rör sig förbi någonstans på 1 sekund är strömmen 1 ampere. För att mäta strömmen vid en punkt använder vi en amperemeter.

• Spänning, även kallad ”potentialskillnad”, är den ”knuff” som ligger bakom strömmen. Det är den mängd arbete per elektrisk laddning som en elektrisk källa kan utföra. När 1 coulomb elektricitet har 1 joule energi kommer den att ha 1 volt elektrisk potential. För att mäta spänningen mellan två punkter använder vi en voltmeter.

• Motstånd är ett ämnes förmåga att ”bromsa” strömmen, det vill säga att minska hastigheten med vilken laddningen flödar genom ämnet. Om en elektrisk spänning på 1 volt upprätthåller en ström på 1 ampere genom en ledning är ledningens motstånd 1 ohm – detta kallas Ohms lag. När strömflödet motarbetas ”förbrukas” energi, vilket innebär att den omvandlas till andra former (t.ex. ljus, värme, ljud eller rörelse)

• Elektrisk energi är förmågan att utföra arbete med hjälp av elektriska apparater. Elektrisk energi är en ”bevarad” egenskap, vilket innebär att den beter sig som ett ämne och kan flyttas från plats till plats (t.ex. längs ett överföringsmedium eller i ett batteri). Elektrisk energi mäts i joule eller kilowattimmar (kWh).

• Elektrisk effekt är den hastighet med vilken elektrisk energi används, lagras eller överförs. Flöden av elektrisk energi längs kraftledningar mäts i watt. Om den elektriska energin omvandlas till en annan energiform mäts den i watt. Om en del av den omvandlas och en del lagras mäts den i voltampere, eller om den lagras (som i elektriska eller magnetiska fält) mäts den i voltampere reaktiv.

Generering av elektrisk energi

Elektisk energi framställs oftast på ställen som kallas kraftverk. De flesta kraftverk använder värme för att koka vatten till ånga som driver en ångmaskin. Ångmaskinens turbin driver en maskin som kallas generator. Spiralformade trådar inuti generatorn fås att snurra i ett magnetfält. Detta gör att elektricitet flödar genom trådarna och transporterar elektrisk energi. Denna process kallas elektromagnetisk induktion. Michael Faraday upptäckte hur man gör detta.

Det finns många värmekällor som kan användas för att generera elektrisk energi. Värmekällor kan delas in i två typer: förnybara energikällor där tillgången på värmeenergi aldrig tar slut och icke förnybara energikällor där tillgången till slut kommer att förbrukas.

Ibland kan ett naturligt flöde, som vindkraft eller vattenkraft, användas direkt för att driva en generator så att ingen värme behövs.

Bilder för barn

• 

  Thales, den tidigast kända forskaren om elektricitet

• 

  Benjamin Franklin utförde omfattande forskning om elektricitet under 1700-talet, Detta dokumenteras av Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, som Franklin förde en omfattande korrespondens med.

• 

  Michael Faradays upptäckter utgjorde grunden för elmotortekniken

• 

  Laddning på en guld-.blad elektroskop får bladen att synligt stöta bort varandra

• 

  En elektrisk båge ger en energisk demonstration av elektrisk ström

• 

  Fältlinjer som utgår från en positiv laddning ovanför en plan ledare

• 

  Ett par AA-celler. Tecknet + anger polariteten på potentialskillnaden mellan batteripolerna.

• 

  Magnetiska fältcirklar runt en ström

• 

  Elektromotorn utnyttjar en viktig effekt av elektromagnetism: En ström genom ett magnetfält upplever en kraft i rät vinkel mot både fältet och strömmen

• 

  Den italienska fysikern Alessandro Volta visade upp sitt ”batteri” för den franske kejsaren Napoleon Bonaparte i början av 1800-talet.

• 

  En grundläggande elektrisk krets. Spänningskällan V till vänster driver en ström I runt i kretsen och levererar elektrisk energi till motståndet R. Från motståndet återvänder strömmen till källan och kretsen sluts.

• 

  Oppvärmningsmonterade elektroniska komponenter

• 

  Genomgångsgenerator från början av 1900-talet tillverkad i Budapest, Ungern, i kraftverkshallen i ett vattenkraftverk (fotografi av Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

• 

  Vindkraft är av ökande betydelse i många länder

• 

  Elektroålen, Electrophorus electricus