Fysiikka 6 - Sähkö - luku 1.1, tasavirta

Sähkön historiaa

Ennen vanhaan sähköankeriasta ja – rauskua käytettiin reuman hoitoon. Kalan päällä seistiin rantavedessä, kunnes jalat muuttuivat lähes tunnottomiksi. Tämän uskottiin lievittävän reumaattisia kipuja.

Englantilainen fyysikko Joseph John Thomson löysi elektronin vuonna 1897 ja protonin löysi englantilainen fyysikko Ernest Rutherford.

Sähkövirta

Jo 50mA:n sähkövirta kehossa on hengenvaarallinen ihmiselle. Paristo on jännitelähde, jossa kemialliset reaktiot synnyttävät napojen välille jännitteen. Kun virtapiiri avataan (esim toinen johdin irrotetaan paristosta), siinä ei kulje sähkövirtaa. Virtapiiri on suljettu, kun siinä oleva jännitelähde ylläpitää sähkövirtaa. Sähkövirta voi kulkea vain suljetussa virtapiirissä.

Sähkövirran lämpövaikutusta käytetään hyväksi esim vedenkeittimissä ja saunan kiukaan vastuksissa. Sähkövirralla on myös magneettinen vaikutus. Kun sähkövirta kulkee johtimessa, sen ympärille syntyy magneettikenttä.

Sähkövirta aiheuttaa elektrolyyseissä kemiallisia reaktioita. Elektrolyytti on aine, joka johonkin liuottimeen liuenneena johtaa sähköä. Galvanointi on menetelmä, jossa kappale pinnoitetaan sähkökemiallisen prosessin avulla. Esim galvanointi sinkin avulla estää rautanaulan ruostumisen. Sähkövirran avulla voidaan myös hajottaa vettä ja näin valmistaa happea ja vetyä.

Metallit ja suolaliuokset johtavat hyvin sähköä. Tällaisia aineita kutsutaan johteiksi. Esim posliini ja muovi ovat eristeitä, koska ne eivät johda sähköä. Puolijohteiden sähkönjohtavuutta voidaan muuttaa esim valon avulla. Sähkövirta on varauksisten hiukkasten liikettä.

Sähkövirralla on suunta ja suuruus. On sovittu, että sähkövirran suunta on plusnavasta miinusnapaan. Sähkövirtaa sanotaan tasavirraksi, jos sähkövirta kulkee virtapiirissä koko ajan samaan suuntaan ja vaihtovirraksi, jos sähkövirran suunta muuttuu jaksollisesti.

Sähkövirran mittaaminen

Sähkövirran mittaamiseen käytetään ampeerimittaria. Ampeerimittari kytketään virtapiirin osaksi aina siten, että mitattava virta kulkee mittarin läpi sen plusnavasta miinusnapaan. Jos virtapiiri ei ole haarautunut, kaikkialla piirissä kulkee sama sähkövirta. Kirchhoffin 1.lain mukaan virtapiirissä haarautumispisteeseen tulevien sähkövirtojen summa on yhtä suuri kuin haarautumispisteestä lähtevien sähkövirtojen summa.

Sähkövirran mikromalli

Sähkövirta metallijohtimessa on sähkökentän aiheuttamaa elektronien liikettä. Kun metallijohdin kytketään jännitelähteeseen, johtimen sisälle syntyy sähkökenttä, jonka suunta on jännitelähteen positiivisesta kohtiosta kohti jännitelähteen negatiivista kohtiota. Sähkökentän synnyn seurauksena vapaat elektronit alkavat liikkua kohti jännitelähteen positiivista napaa.

Johtimessa kulkeva sähkövirta on I = Q/t, jossa Q on ajassa t johtimen poikkipinnan läpi siirtyneen varauksen suuruus. Sähkövirran yksikkö on 1 C/s eli 1 A (ampeeri).