FörberedandeFysik

FÖRFATTARE: Christer Johannesson och Lars-Erik Berg, KTH Fysik

Inledning

Elektricitet förekommer i två former:

• Statisk elektricitet
• Elektricitet som vi till vardags använder antingen från ett elektrisk nätverk, batterier eller liknande.

Historiskt sett är statisk elektricitet den typ av elektricitet som är längst känd. Under 1700-talet upptäcktes att elektrisk ström kunde påverka levande varelser. På 1800-talet kunde man göra strömkällor och började utforska sambandet mellan elektrisk ström och magnetism. Snart upptäcktes också växelströmmen och elektromagnetismens egenskaper.

De verkligt stora genombrotten för hur elektricitet och elektromangentism kunde användas i det vardagliga livet med tillgång för alla, kom under 1900-talet. Idag är det svårt att tänka sig ett liv utan radio, TV, mikrovågsugnar, elvärme, elektriskt ljus, mobiltelefoner, datorer mm.

De Elektromagnetiska vågorna som omger oss dagligen sedan tidernas begynnelse kommer från universum stjärnor och galaxer. Det finns elektromagnetiska vågor som beror på att material skickar ut vågor beroende på vilken temperatur de har, från urladdningar av statiskt elektrisk laddade föremål och elektromagnetiska vågor som har sitt ursprung från kommunikation, uppvärmning, belysning mm.

Den mest långvågiga strålningen vi genererar hör samman med radiosändningar. För ca 70 år sedan fanns det sändare som skickade ut radiovågor som var åtskilliga km långa. Frekvensen hos dessa vågor var i något eller några tiotal kHz. Dessa vågor användes för kommunikation på mycket långa avstånd. Vågorna följde jordens krökning genom reflexioner i atmosfären och kunde nå över Atlanten. Numera sker alltmer av kommunikation på långa avstånd med hjälp av sateliter.

För TV, radio, mobiltelefoni, mikrovågsugnar och radar är våglängden från några meter ner till cm-vågor. Värmestrålning har vågor som är mellan mm till µm långa. Därefter kommer elektromagnetisk strålning i det synliga området. Vågorna till UV-ljus och gammastrålning som härrör från processer hos atomkärnor är mycket kortare. Hur biologisk materia påverkas av strålning hänger samman med vilken våglängd vågorna har och hur stor intensiteten är.

För statisk elektricitet har vi laddningar som kan vara antingen positiva eller negativa. De negativa laddningarna fås då ett materials atomer som tillförts en eller flera elektroner eller att ledningselektroner är tillförd en metall genom uppladdning. För ett material som är positivt laddat är en eller flera elektroner bortförda. Uppladdning kan ske genom gnidning eller beröring med en ledare ansluten till en spänningskälla.

I denna kurs har elektricitet och elektromagnetism delats in i fem olika avsnitt.

1. Laddningar i rörelse, ledare och isolatorer

2. Elektriska kretsar, Ohms lag

3. Elektrisk energi och effekt

4. Växelström, induktans och kapacitans

5. Elektromagnetiska vågor och optik