Sähkövirta
Sivulta puuttuu 
Sähkövirta on useimmissa materiaaleissa sähköisten varauksenkuljettajien liikettä. Eristeessä tai tyhjiössä sähkövirta voi kulkea myös sähkövuon siirtymävirtana (engl. displacement current) eli kapasitiivisena virtana. Mittasuureena sähkövirran suuruus (tunnus I) tarkoittaa aikayksikössä siirtyvän sähkövarauksen määrää.
SI-järjestelmässä sähkövirran yksikkö, ampeeri (tunnus A), on yksi seitsemästä perusyksiköstä. Määritelmän mukaan yhden ampeerin sähkövirta kahdessa toisistaan metrin päässä samansuuntaisesti tyhjiössä kulkevassa äärettömän pitkässä ja ohuessa johtimessa aiheuttaa näiden johtimien välille 2·10-7 newtonin suuruisen voiman johdinmetriä kohti.
Jos sähkövirran voimakkuus ja suunta pysyvät vakioina, on kyseessä tasavirta. Vaihtovirta on sähkövirtaa, jonka voimakkuus ja suunta vaihtuvat jatkuvasti, käytännön sovelluksissa yleensä sinimuotoisesti.
Aineet voidaan jakaa johteisiin ja eristeisiin sen mukaan, missä määrin sähkövirta voi niissä edetä. Suprajohteita lukuun ottamatta kaikilla väliaineilla on kuitenkin resistanssia, minkä vuoksi sähkövirta kulkee vain, jos sitä ylläpitää jännite. Resistanssi määritellään jännitteen ja virran suhteeksi.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Varauksenkuljettajat
Varauksenkuljettajina voivat toimia elektronit, aukot tai ionit. Metallijohtimissa sähkövirta muodostuu liikkuvista negatiivisesti varatuista elektroneista: kun virta on 1 A, niin johtimen poikkipinnan läpi kulkee 6.2415·1018 elektronia sekunnissa. Sähkövirta voi kulkea myös muiden varauksenkuljettajien avulla: elektrolyyttisissä seoksissa virtaa kuljettavat varautuneet ionit, plasmassa sekä elektronit että ionit, puolijohteessa elektronit tai aukot, elektroniputkissa elektronit. Koska historiallisesti sähkövirta ajateltiin positiivisten varausten virtana, sähkövirta tänäkin päivänä määritellään vastakkaissuuntaiseksi elektronien liikkeen kanssa.
[muokkaa] Sähkövirran vaikutukset
Sähkövirran tärkeimmät vaikutukset ovat johtimen kuumeneminen, magneettikenttä sekä eräissä aineissa myös kemialliset reaktiot.
Väliaineen resistanssi saa aikaan, että sähköenergiaa muuttuu lämmöksi. Kehittyvä lämpömäärä aikayksikköä kohti on tällöin verrannollinen resistanssiin sekä sähkövirran neliöön:
- P = RI2
missä P on lämpöteho, R johtimen resistanssi ja I sähkövirta.
Sähkövirran lämpövaikutukseen perustuvat esimerkiksi sähkölämmitys, sähköliedet ja myös hehkulamput. Sähköenergian siirrossa lämmön kehittyminen on kuitenkin haitallista, sillä tehoa kuluu sen vuoksi hukkaan. Tämän vuoksi energian siirrossa pyritään käyttämään suurta jännitettä ja pientä virtaa, mikä vaihtovirtaa käytettäessä on saatavissa aikaan muuntajan avulla.
Sähkövirta saa aina aikaan ympärilleen pyörteisen magneettikentän, jonka magneettivuon tiheys (B) on suoraan verranollinen virtaan ja kääntäen verrannollinen etäisyyteen virtajohtimesta (r):
Toisaalta ulkoinen magneettikenttä vaikuttaa virtajohtimiin, mutta ei staattisiin sähkövarauksiin. Näin ollen myös kaksi lähekkäin kulkevaa sähkövirtaa vaikuttavat toisiinsa magneettisilla voimilla, joihin ampeerin nykyinen määritelmä perustuukin.
Elektrolyyteissä sähkövirta on positiivisten ja negatiivisten ionien liikettä. Niissä sähkövirta saa aikaan myös kemiallisia muutoksia, sillä kun ionit saapuvat elektrodeille, ne luovuttavat tai vastaanottavat elektroneja purkaen sähkövarauksensa. Monessa tapauksessa täten syntyneet varauksettomat atomit tai molekyylit reagoivat edelleen keskenään taikka liuottimen tai elektrodin kanssa.
Jos sähkövirta kulkee ihmisen kehon läpi, on kyseessä sähköisku.
[muokkaa] Sähkövirran mittaaminen
Sähkövirtaa mitataan tavallisimmin ampeerimittarilla. Analogisen ampeerimittarin toiminta perustuu sähkövirran johtimeen synnyttämään magneettikenttään. Sähkövirta voidaan mitata tämän magneettikentän voimakkuudesta: kenttä vääntää mittarin viisaria suhteessa sen aiheuttaneen virran suuruuteen. Pihtivirtamittarin toiminta perustuu myös virtaa kuljettavan johtimen ympärille muodostuvan magneettikentän mittaamiseen.
Sähkövirtaa voidaan mitata myös johtamalla virta pienen vastuksen (shunttivastuksen) läpi ja sitten mittaamalla jännitemittarilla (tai oskilloskoopilla) vastuksen yli vaikuttava jännite. Kun jännite ja vastus tunnetaan virta voidaan laskea Ohmin lain avulla.
Yleismittari on laite, jolla voidaan mitata sähkövirtaa jännitteen ja vastuksen lisäksi. Yleismittarissa virran mittaus perustuu herkkään virta- tai jännitemittariin.
