Vad är elektricitet? En liten guide

Innan vi börjar reda ut vad elektricitet egentligen är, måste vi först definiera begreppet. Ordet “elektricitet” är ett samlingsnamn för en rad fysikaliska fenomen, som är närbesläktade men fungerar på olika sätt. Det man vill beskriva med begreppet är att materia kan ha en elektrisk laddning. Detta faktum leder till uppkomsten av företeelser som till exempel statisk elektricitet, blixtar under ett åskväder, elektromagnetiska fält och de små elektriska impulser som sker inuti våra kroppar. Det som vi främst fokuserar på i denna artikel är elektrisk ström, det som i vardagligt tal brukar kallas “el”.

Hur uppstår elektrisk ström?

En vanlig definition av elektrisk ström är att den är ett flöde av elektriska laddningar, och detta sker nere på atomnivå. Här har elementarpartikeln som kallas elektron en avgörande roll. En atomkärna omgiven av elektroner bildar en atom. Elektronen i sig är negativt laddad, medan till exempel protoner är positivt laddade.

Det finns två sorters elektriska laddningar, positiva och negativa. Om ett uppladdat föremål har ett underskott av elektroner, säger man att det är positivt laddat. Om föremålet istället har ett överskott av elektroner, säger man att det är negativt laddat. Den elektriska strömmen uppstår när två sådana föremål kommer i kontakt med varandra, tillsammans med ett ledande material. Olika sorters metall är vanliga exempel på ledande material.

Elektronerna strävar alltid efter jämvikt, så om de får kontakt med ett material med ett underskott av elektroner kommer de att försöka jämna ut skillnaden. Denna strävan efter jämlikhet får en rörelse att uppstå, och det är denna rörelse som vi kallar elektrisk ström. Elektronerna i sig innehåller inte energi, utan det är deras rörelse som ger upphov till den energi som vi utnyttjar som elström.

Elektrisk begreppsordlista

Nu ska vi gå igenom några vanliga begrepp som man använder för att tala om ström och hur den beter sig. För att kunna visualisera det hela kan vi tänka oss två behållare som står på ett bord. Mellan behållarna ligger ett snöre som förbinder dem båda. I den ena behållaren finns det vatten, den andra behållaren är tom. Om snöret är placerat så att det vidrör vattenytan i den fyllda behållaren, kommer vatten att sakta överföras via snöret till den andra behållaren där det inte finns vatten. Detta kommer att fortsätta tills det är lika mycket vatten i båda behållarna och jämvikt har uppnåtts. Samma princip går att applicera när vi ska tänka oss elektrisk ström. Ett batteri har en pluspol och en minuspol, som den elektriska strömmen färdas mellan. Man kan se behållaren med vatten som en pluspol, och den utan vatten som en minuspol. Med dessa vattenbehållare i åtanke kan vi visualisera begreppen här nedan.

Strömstyrka

Det vi kallar elektrisk ström är som vattnets rörelse i snöret, från den välfyllda behållaren till den med mindre vatten. Mätenheten för elektrisk ström i ledningar kallas ampere (A). Ampere anger hur många elektroner som flödar genom en ledning under en viss tid. I vattenliknelsen skulle det vara ett mått på hur fort vattnet flödar genom snöret.

Spänning

Spänning är ett mått på hur stor skillnad det är mellan de två vattennivåerna i behållarna. I ett batteri anger spänningen skillnaden mellan pluspolen och minuspolen. Spänning mäts i enheten volt (V). Batterier kan ha olika spänning. Ett vanligt AA-batteri har en spänning på 1,5 V när det är nytt och oanvänt. Allt eftersom batteriet används laddas det ur (vattennivåerna i behållarna jämnas ut) och spänningen mellan polerna sjunker. Det är därför som en batteridriven lampa lyser svagare när batteriet börjar bli gammalt, till exempel.

Krets

Begreppet krets beskriver det system som den elektriska strömmen uppstår i. Om snöret i vårt vattenexempel enbart är doppat i behållaren med vatten (pluspolen), men inte i den utan vatten (minuspolen), så finns det spänning men ingen ström. Det är först när snöret är förbundet med båda behållarna som kretsen sluts, och strömmen kan börja flöda.

Likström och växelström

Det finns två olika typer av elektrisk ström, likström och växelström. Skillnaden mellan dem är att elektronerna i likström hela tiden rör sig åt samma håll, rakt fram. I växelström däremot byter elektronerna riktning hela tiden. Man kan tänka sig likström som en rak linje och växelström som en vågform eller en sinuskurva.

Likström förkortas DC (från engelskans “direct current”) och är den typ av ström som finns i ett batteri. Att strömmen kan färdas i en och samma riktning beror på att man har satt stabila magneter längs tråden, som konstant driver strömmen framåt. Fördelen med likström är att den kan lagras för senare användning. När elektriciteten var en ny företeelse så var likström standard.

Växelström förkortas AC (från engelskans “alternating current”) och är den typ av ström som finns i ditt eluttag. En generator som producerar växelström har roterande magneter, som ständigt leder strömmens flöde i olika riktningar. Den stora fördelen med växelström är att den är billigare och effektivare att transportera över långa avstånd.

Likström kan omvandlas till växelström med hjälp av en växelriktare. Detta görs till exempel i en solcellsanläggning. Solcellerna producerar likström som skickas till en växelriktare, för att hushållet ska kunna använda den. De allra flesta moderna hushållsapparater går på växelström. Om du däremot ska ladda något, till exempel en bärbar dator, behöver du både växelström och likström. Växelströmmen från eluttaget konverteras till likström inuti laddkabeln, eftersom datorns batteri behöver likström. En apparat som konverterar växelström till likström kallas likriktare.

Resistans

Resistans betyder motstånd. I varje elektrisk krets finns ett motstånd som begränsar hur mycket ström som går från pluspolen till minuspolen. Ju högre resistansvärde en krets har, desto högre spänning krävs det för att driva en ström av en viss storlek genom den. I vårt exempel med vattenbehållare är resistansen någon typ av föremål som sitter i mitten av snöret, där vattenflödet sker. I en handfläkt är det fläktens motor som utgör en resistans, i en vanlig ficklampa är det istället en liten glödlampa som fyller den funktionen. Resistans mäts i enheten ohm (?).

Ohms lag

Strömstyrka, spänning och resistans hänger ihop på ett finurligt sätt. Så länge två av faktorerna är kända, kan man räkna ut den tredje. Det här sambandet kallas för Ohms lag och är uppkallat efter fysikern Georg Ohm. Om man vill räkna ut spänningen tar man resistansen multiplicerat med strömstyrkan. Det går att vända på uträkningen för att istället få fram strömstyrka eller resistans.

Effekt

Effekt mäts i watt (W) och används för att beskriva hur mycket elenergi som en elektrisk apparat använder under en viss tid. Ju högre effekt en apparat har, desto mer elektrisk energi (det vill säga ström) behövs för att driva den. Olika apparater har olika effekt, och ibland får man själv välja effekten, till exempel när man ska värma mat i en mikrovågsugn. Ju högre effekt, desto snabbare blir maten varm. En vattenkokare har hög effekt, men den förbrukar ändå en liten mängd energi eftersom den kokar upp vattnet så pass snabbt. En wattimme, förkortat Wh, är ett mått på hur mycket energi som går åt på en timme.

Vi har nu gått igenom flera vanliga begrepp som används för att beskriva elström och hur den fungerar. Nu är det dags att titta närmare på elhistoria, både allmänt och här hemma i Sverige.

Elektricitetens historia

När uppfanns el och vem uppfann el? Det är frågor som kan tyckas vara enkla att svara på, men sanningen är ganska komplicerad. Elektricitet som fenomen förekommer ju i naturen, så den uppfanns inte av någon. Detta naturfenomen togs sedan till en ny nivå för att ge oss människor värme och ljus under mörka nätter. För att komma fram till när elektrisk ström som vi känner till den uppfanns, och av vem, behöver vi göra flera nedslag i historien.

Från antiken till 1800-talet

Många tror att det var Benjamin Franklin som upptäckte elektricitet, men det stämmer inte riktigt. Det är sant att Franklin år 1752 utförde ett berömt experiment, där han gjorde ett hampasnöre strömförande med hjälp av en drake och en nyckel i ett åskväder. Men det Franklin egentligen gjorde här var blott att bevisa att blixten är en elektrisk urladdning. Hans experiment drev på forskningen kring elektricitet, men det var inte han som upptäckte den.

Redan de antika grekerna upptäckte år 600 f.Kr. att om man gnuggade djurpäls mot bärnsten, så kunde man få lätta föremål som hår eller damm att fastna på bärnstenen. Fenomenet man observerade är det som kallas statisk elektricitet. Det grekiska namnet på bärnsten, elektron, är ursprunget till ordet elektricitet. Ännu var man långt ifrån att tämja elektriciteten, men kanske var det här som nyfikenheten väcktes. Tusen år senare skrev antika romerska läkare om hur stötar från darrockan kunde få kroppsdelar att domna av. Redan då hade man någon uppfattning om att elstötar kunde färdas längs olika ledande material eller föremål.

År 1600 upptäckte den engelske läkaren William Gilbert den magnetiska induktionen. Gilbert anses vara den som grundlade läran om magnetism och elektricitet. På 1600-talet började vetenskapen på allvar intressera sig för statisk elektricitet, och de urladdningar och gnistor som den kunde producera. Man byggde maskiner som genererade statisk elektricitet och teoretiserande kring vad elektricitet egentligen var. På 1700-talet kom Benjamin Franklin fram till att det rörde sig om positiv och negativ laddning. Men hans experiment med draken 1752 var inte en sann produktion av elektrisk ström, då han endast lyckades leda vidare elektricitet som skapats i naturen genom åskvädret.

Det var först senare, omkring år 1780, som Alessandro Volta upptäckte att vissa kemiska reaktioner kan framkalla elektrisk ström. Hans galvaniska kondensator kan ses som början till den moderna elektriciteten och banade väg för många nya upptäckter. Enheten volt, som man använder för att ange spänning, är uppkallad efter honom.

Modern el

Nu börjar vi närma oss upptäckten av el som vi känner till den idag. År 1831 blev elektrisk ström användbar för teknik, tack vare Michael Faraday. Han uppfann då världens första generator som producerar likström, en så kallad unipolarmaskin. Denna generator gjorde det möjligt att för första gången producera en kontinuerlig elektrisk ström. Han uppfann också elektromagneten, som genererade ett magnetiskt fält med hjälp av elektricitet och kunde användas i olika typer av apparater.

Med avstamp i Faradays uppfinningar kunde andra vetenskapsmän och uppfinnare vidareutveckla elektriciteten. År 1878 presenterade Thomas Edison sin glödlampa för allmänheten. Andra hade uppfunnit glödlampan före honom, men Edison gjorde förbättringar som ledde till den sortens glödlampa för hemmabruk som vi känner igen idag. Vetenskapsmannen Joseph Swan uppfann också en glödlampa som använde likström för att driva elektrisk gatubelysning i New York. Dessa tändes för första gången i september 1882.

Under 1800-talets slut och i början på 1900-talet kom Nikola Tesla med många revolutionerande bidrag till den kommersiella elektriciteten. Det var Teslas arbete som lade grunden för modern växelströmsteknik. Teslas växelströmsmotorer banade väg för den tekniska revolutionen, där användningen av elektricitet fick ett enormt uppsving.

När Teslas växelström kom in på den amerikanska marknaden under 1800-talets slut påbörjades det så kallade “strömkriget” – kampen mellan likström och växelström. Likströmmen, som dominerade bland de tidiga elektriska installationerna, marknadsfördes av Thomas Edison. Men växelströmmen kunde transporteras långa sträckor och fick snabbt många förespråkare. Thomas Edison försökte svartmåla växelströmmen genom att avliva djur offentligt med hjälp av växelström. Trots detta var det i slutändan Teslas system som ansågs vara bättre, och idag använder i princip hela världen växelström.

Under 1940-talet utvecklas halvledartekniken och transistorer börjar tillverkas. Denna utveckling ledde till mer avancerade elektriska kretsar. Det var också vid den här tiden som de första solcellerna skapades. Solceller producerar likström med hjälp av ett halvledarmaterial, vanligen kisel.

Som vi har sett är det svårt att säga vem som verkligen uppfann el och när det skedde. När det kommer till elektrisk ström var det snarare så att många forskare och vetenskapsmän från olika skrån gjorde upptäckter som byggde vidare på varandra, framförallt under det sena 1700-talet fram till 1900-talets inledning.

Här nedan ska vi titta närmare på elektricitetens intåg i Sverige och hur den hjälpte till att forma landet.

Elektriciteten kommer till Sverige

I Sverige tändes för första gången elektriska bågljuslampor år 1876, vid sågverken Marma i Hälsingland och Näs i Dalarna. Med det nya elektriska ljuset kunde arbetstiden förlängas under de tidigare så korta vinterdagarna, vilket medförde att man kunde öka produktionen.

År 1878 beställde krögaren Theodor J. Blanch elektrisk belysning till sitt eleganta Blanch’s Café i Stockholm. Detta var första gången som en elektrisk ljuskälla installerades inomhus i Sverige. Människor kom från vida omkring för att beskåda lamporna och bländades av det starka ljus som de avgav. Till en början var el en lyxvara som få privatpersoner hade råd med. Stockholms första statliga elverk, Brunkebergsverket, invigdes 1892 och är ångdrivet. Då kostade en kWh 80 öre, mer än tre gånger en vanlig arbetares timlön.

Det var i städerna som utvecklingen gick snabbast, men även ute på landsbygden byggde man elverk. År 1893 fanns omkring 100 elektriska anläggningar i Sverige. Inledningsvis användes elektriciteten framförallt för att driva olika industrier. Hemma i bostäderna var det fortfarande fotogenlampan som var den vanligaste och billigaste belysningen, fram till 1910-talet. Det var inte förrän efter första världskrigets slut som Sverige började elektrifieras på allvar.

På 1930-talet byttes fotogenlamporna ut mot elektriska lampor i snabb takt. Allt eftersom levande ljus och fotogen ersattes med eldrivet ljus minskade brandrisken. Man blev mindre beroende av dagsljuset och människor kunde nu själva bestämma över sin egen dygnsrytm på ett annat sätt än tidigare. Det elektriska strykjärnet, som uppfanns redan 1910, blev för många den första elektriska hushållsapparaten.

Eltillgången ökade allt mer och en rad smarta uppfinningar blev tillgängliga för allmänheten. På 1950-60-talen blev eldrivna hushållsapparater allt vanligare. Elspisar, kylskåp, tvättmaskiner och dammsugare gjorde entré i de svenska hemmen. Arbetsuppgifter som tidigare hade tagit enormt mycket tid och kraft förenklades avsevärt med hjälp av dem. Nu började yrkeskategorier som pigor och hushållerskor försvinna och en husmor kunde ersätta deras insats med hushållsapparater. Efter andra världskriget började fler och fler kvinnor förvärvsarbeta utanför hemmet, och hushållsapparaterna spelade en stor roll i att möjliggöra detta.

Omkring år 2000 började vårt samhälle digitaliseras. Då slog Internet igenom på allvar och datorer och mobiltelefoner förbrukar allt mer el. Vår elanvändning har fördubblats sedan 1970-talet, och mycket tyder på att den bara kommer att öka. En stor del av ökningen beror på att vi börjar gå över till eldrivna fordon, vilket är positivt för miljön, men kräver att vi hittar fler och billigare sätt att alstra el.

Historiskt sett har Sveriges elbehov främst täckts med hjälp av vattenkraft och kärnkraft, men det blir allt vanligare med el producerad av vind- och solkraft.

Elskling kan hjälpa dig att sälja din el

Elektricitet har gått från att vara ett mystiskt naturfenomen till något som människan lyckats analysera och sedan tämja. Från att ha varit förbehållet samhällets toppskikt har den blivit en självklar del av allas vår vardag. Idag är det till och med möjligt att som privatperson vara mikroproducent av el, i och med solcellsanläggningar.

Har du en solcellsanläggning och vill sälja vidare ditt överskott av solel? Elsklings jämförelseverktyg låter dig jämföra vad flera olika elbolag kan ge dig i ersättning för din överskottsel. På så sätt blir det enkelt för dig att själv hitta ett pris som du känner dig nöjd med. Att jämföra är snabbt och kostnadsfritt.