Elektrisk ström – definition, formel (I = ΔQ/Δt) och enhet ampere
Lär dig vad elektrisk ström är, formeln I = ΔQ/Δt och SI-enheten ampere — enkel förklaring, exempel och praktiska tillämpningar för studier och jobb.
En elektrisk ström är ett flöde av elektrisk laddning. Ekvationen för strömmen är:
I = Δ Q Δ t {\displaystyle I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}} 
där
I {\displaystyle I}
är den ström som flyter.
Δ Q {\displaystyle \Delta Q}
är förändringen i elektrisk laddning.
Δ t {\displaystyle \Delta t}
är förändringen i tid.
Instantanström och medelvärde
Formeln ovan ger medelströmmen över en tidsperiod Δt. För att beskriva strömmen vid en viss tidpunkt använder man derivatan:
I(t) = dQ/dt, dvs. den momentana (instantana) strömmen är tidsderivatan av laddningen.
Om en ledare har konstant ström används ofta beteckningen likström (DC). Om strömmen varierar periodiskt, till exempel växelström (AC), beskrivs den som en funktion av tiden, t.ex. I(t) = I0 sin(ωt).
Laddningsbärare och riktning
Elektrisk ström uppstår när laddningsbärare förflyttar sig. I metaller är det oftast elektroner som rör sig genom materialet, medan i elektrolyter och plasman kan både positiva och negativa joner bära laddning.
Konventionell strömriktning definieras som riktningen en positiv laddning skulle röra sig (från plus till minus). Elektronerna rör sig i praktiken åt motsatt håll, eftersom de är negativt laddade.
På mikroskopisk nivå kan strömmen uttryckas som:
I = n q A v_d, där n är antalet bärare per volymenhet, q deras laddning, A tvärsnittsarea och v_d är deras drivhastighet (driftvelocity).
Enhet: ampere
SI-enheten för elektrisk ström är ampere (A). Den enklaste relationen är att en ampere motsvarar en coulomb laddning som passerar ett tvärsnitt per sekund: 1 A = 1 C/s.
Som referensvärden: små elektronikkomponenter använder ofta milliampere (mA, 10−3 A) eller mikroampere (µA, 10−6 A), medan kraftapplikationer och blixtar kan nå kiloampere (kA).
Observera att SI-systemet har uppdaterats: ampererelaterade storheter definieras idag via fundamentala konstanta (t.ex. elementarladdningen e) i modern SI-definition. För praktiska beräkningar räcker det dock i de flesta fall att använda A = C/s.
Typiska exempel och storleksordningar
- En liten LED kan dra runt 10–20 mA.
- Mobiltelefonladdning kan ge strömmar i hundratals milliampere under laddning.
- En vanlig hushållsapparat kan dra flera ampere.
- Blixturladdningar i naturen kan nå tiotusentals ampere (kA).
Exempel på beräkning: Om en lampa drar 0,5 A i 2 minuter (120 s) är den totala laddningen som passerat Q = I·t = 0,5 A · 120 s = 60 C.
Mätning och praktiska kopplingar
Ström mäts med amperemetrar eller multimeter i strömläge. En klassisk ammeter kopplas i serie med komponenten vars ström ska mätas. En klämmamperemeter (clamp meter) mäter ström utan att bryta kretsen genom att detektera magnetfältet runt ledaren.
I elektriska kretsar relaterar Ohms lag spänning, ström och resistans: V = I·R, vilket ofta används för att beräkna strömmen när spänning och resistans är kända.
Säkerhet
Ström genom kroppen kan vara farligt. Redan några tiotals milliampere kan orsaka allvarlig skada eller vara livshotande beroende på väg genom kroppen och kontaktförhållanden. Säkerhetsföreskrifter och isolering används för att minimera risker vid arbete med elektricitet.
Relaterade fenomen
- Ström–täthet (ström per area) kallas strömstyrka per tvärsnitt eller strömseparation, ofta betecknad J (strömstäthet).
- Jämförelse med laddningsflöde: ström är flödet (hastigheten) av laddning, medan laddning (Q) är den kumulativa mängden laddning.
- Ström i olika media kan orsaka värme (Jouleuppvärmning), kemiska reaktioner (elektrolys) eller magnetfält runt ledaren.
Ström finns i ledningar, batterier och blixtar. För mer detaljerade beräkningar och gränsfall kan man använda differentialformler, materialkonstansers påverkan och elektromagnetiska lagar såsom Maxwells ekvationer.
Källan till strömmen
I ledande material är vissa elektroner mycket löst bundna till materialets atomer. När stora mängder av dessa atomer möts uppstår ett slags elektronmoln som "svävar" nära materialets atomer. Om man undersöker ett tvärsnitt av det ledande materialet kommer elektronerna att röra sig mycket snabbt genom det. Denna rörelse orsakas av temperaturen, och elektroner som flödar i en riktning tenderar att vara lika stora som de elektroner som flödar i andra riktningen, så det är inte detta som orsakar att strömmen flyter. Elektroner flödar från en atom till en annan, en process som har jämförts med att skicka vattenhinkar från en person till en annan i en hinkbrigad.
När ett elektriskt fält sätts på tråden svarar elektronerna nästan omedelbart genom att driva något i motsatt riktning mot fältet. De får energi från fältet, som förloras mycket snabbt när de stöter på andra elektroner i materialet. Så länge fältet finns på plats kommer elektronerna dock att få tillbaka den energi de förlorat, och processen fortsätter. Denna "stöt" som elektronerna får från det elektriska fältet är källan till strömmen, inte det totala flödet av elektroner. Från denna diskussion kan vi se två saker som ström inte är ström:
- Det är inte ett verkligt "flöde" av elektroner i den vardagliga betydelsen av ordet: Om vi undersöker den hastighet som fältet ger elektronerna är den vanligtvis mycket liten, i storleksordningen millimeter per sekund. Det skulle ta en halvtimme för elektronerna att korsa ett 3 meter stort rum med denna hastighet. Eftersom en glödlampa tänds nästan omedelbart efter att man tryckt på strömbrytaren måste något annat vara på gång.
- Det är inte heller en "dominoeffekt", även om denna analogi ligger närmare än flödet. Eftersom elektronerna är så små är det inte ens när de rör sig mycket snabbt som de drivs av en stor kraft.
Ström i kretsar
När strömmen flyter i en trådkrets accelererar den när det inte finns något motstånd i kretsen. Motstånd används för att öka motståndet i kretsen så att strömmen saktas ner. Förhållandet mellan motstånd, ström och spänning (en annan del av kretsen) visas av Ohms lag.
Frågor och svar
F: Vad är en elektrisk ström?
S: En elektrisk ström är ett flöde av elektrisk laddning.
F: Vad är ekvationen för ström?
S: Ekvationen för strömmen är I = ΔQ/Δt, där I är strömmen som flyter, ΔQ är förändringen i elektrisk laddning och Δt är förändringen i tid.
F: Vilken måttenhet används för elektrisk ström?
S: Elektrisk ström använder SI-enheten ampere (A), som motsvarar en coulomb laddning per sekund.
Fråga: Var kan vi hitta exempel på elektriska strömmar?
S: Exempel på elektriska strömmar finns i ledningar, batterier och blixtar.
F: Vad står "I" för i ekvationen för ström?
S: I ekvationen för ström står "I" för mängden ström som flyter.
F: Vad står "ΔQ" för i ekvationen för ström?
S: I ekvationen för ström står "ΔQ" för förändringen av den elektriska laddningen.
Sök