Mye av det som skjer i bilen, drives av strøm. Så hva er strøm? Jo, det er en egen form for energi, og energi er evne til arbeid. Og elektrisk energi skyldes elektriske krefter. Ja vel, og disse er?

Bildet øverst: Alt det vi små mennesker frigjør av elektrisk kraft på en dag utgjør bare milliondeler av den energien naturen utløser i et eneste lyn – eller to. (Foto: NASA)

Av Stein Bekkevold

Nettopp det er spørsmålet. Svar: Elektrisitet er fysiske fenomener som kommer av negativt eller positivt ladde partikler i ro – eller i bevegelse. Navnet kommer av gresk for rav, elektron – fordi de gamle grekerne så at rav gnistret (statisk) av å bli gnidd.

Vi sier elektrisitet når det handler om elektrisk strøm – som er ladninger i bevegelse. Mye i bilen drives av dette. Læren om el i ro, statisk elektrisitet, kalles elektrostatikk, mens læren om el i bevegelse, elektrisk strøm, kalles elektrodynamikk. Noe må det jo hete. Vi tar det fra begynnelsen:

En elektrisk ladning

kan være positiv (+) eller negativ (-). Et elektron har negativ elementærladning mens et proton har positiv. En partikkels ladning er summen av ladningene i partikkelen. Den er elektrisk ladd om den har et overskudd eller underskudd av elektroner – i forhold til antall protoner.

Er det flere elektroner enn protoner, er atomet negativt ladd. Med underskudd på elektroner er det positivt. Om kula har like mange elektroner som protoner, en den nøytral. Og det var dagens teorileksjon …

Som mange husker fra skolen, da vi puslet med magneter, vil ladninger med likt fortegn frastøte hverandre, mens de med motsatt fortegn tiltrekker hverandre. Raskt skjønner vi at det kreves energi – arbeid – for å skille positiv og negativ ladning.

Nå fatter vi nesten hva som skjer i en el-motor, eller i en glødelampe. Mye handler om Den elektromotoriske kraft (eller spenningen), den som gjør elektromotorisk arbeid. Vindusviskerne, startmotor, generator og kupevifte er utenkelig uten en sånn. For ikke å snakke om elbilen …

Først:

Når batteriet lades, får det energi fra generatoren, fulgt av kjemiske prosesser som separerer ladninger. Derfor får vi overskudd av positiv ladning på den positive polen – som kalles anode – og overskudd av negativ ladning på den negative – som like forvirrende heter katode. Typisk for elektrisk energi er at den må brukes i samme øyeblikk som den skaffes.

Lagring skjer bare ved omforming til noe annet –  kjemisk energi i et batteri eller statisk i en kondensator. Elektrisk energi er ikke tilgjengelig i naturen annet enn indirekte, fra vannfall, vind eller bølger. Og så forekommer den i rikt monn oppe i lufta, i sinte skyer der utladningene blir lyn. Med masse volt og watt.

I dette tettpakkede motorrommet sitter dusinvis av elektriske komponenter for titusenvis av kroner. De er et resultat av et antall geniers forskning, og vårt samfunn ville ikke fungert et minutt uten deres innsats. Heller ikke denne flotte BMW Z4 … (Foto: BMW)

Generator

Elektrisk energi skaffes i et kraftverk – i bilen en vekselstrøms-generator – og energien føres gjennom kabler. Mengden energi (E) bestemmes av elektrisk effekt (P) og medgått tid(t), så E = p ganger t. I det internasjonale SI-systemet er energi-enheten joule (J), men ofte brukes enheten wattsekund (Ws), og den avledede enheten kilowattime (kWh) – som ikke er en SI-enhet.  Om man skal være pirkete.

Det er jo det strikse SI-systemet som sier at en motors effekt IKKE skal oppgis i den gamle, upresise enheten HK men i kilowatt, der 100 kW er 136 hk.

Watt og volt

Og her er vi ved kjernen, det som gir oss rynker: Hva er watt, hva er volt, hva er ampere og ohm, og hvordan henger alt sammen?

Grunn-enheten er strømmen, den som får ting til å skje, den er oppkalt etter geniet Ampere. Og skrives A. Spenningen som dytter ladningene gjennom en kabel og blir til A i den andre enden, enten dette er en lampe, en elmotor eller noe annet, skrives V for volt – etter geniet Volta. Effekten av dette – arbeidet, det vi i en motor kaller kilowatt, skrives W etter geniet James Watt.

Watt er strengt tatt det samme som J/s, joulesekunder, der J er til minne om den energiske engelskmann J. P. Joule. Evnen til arbeid – energi – er altså joule, også skrevet newtonmeter Nm, der N er til minne om geniet Isaac Newton.

Nå har vi fastslått at det aller meste i denne mystiske teknologi er basert på geniers intense tenking. Ikke rart det er komplisert for oss andre …

Kabelnett

Strømmen – altså energien – i bilen går fra sol til drivstoff via forbrenning til generator og så til et akkumulatorbatteri. Det vet alle med førerkort. Og noen uten.

Men fordi det finnes to typer strøm, likestrøm og vekselstrøm*, må andre smarte komponenter inn i bildet: Du kan ikke lagre vekselstrøm i et batteri – den hopper jo hit og dit, den veksler. Samtidig er en vekselstrøm-generator den beste til å lage strøm.

Da må vi inn med en likeretter som gjør om hit-og-dit-strømmen til rettlinjet likestrøm som kan lagres. Om vi har strøm-mottagere ute i systemet som drives med vekselstrøm, må vi inn med en omformer som hakker opp likestrømmen og gjør den hoppende. Det er ikke måte på.

Dessuten må systemet jordes for å unngå overslag og brann, releer må inn for å slå ting av og på – mer eller mindre selvstyrt – og transformatorer må gjøre om sterk strøm til svakere som ikke brenner opp følsomme saker – som datamaskin (CPU), telefon, en masse infotainment og en bråte LED-pærer – lysende dioder.

Samtidig skal digre setemotorer ha alt det batteriet klarer å levere, gjennom tykke kabler ….  Så må alt kobles med ledere av diverse tverrsnitt alt etter hvor mye de skal transportere av A – og da må vi tenke på kapasitans som er farad etter det engelske geni Faraday – og som er det samme som C/V der C (ladning) står for enda et geni, monsieur Coulomb.

Mens kabelens ledningsevne måles i S for den kloke tysker W. Siemens og motstanden i ohm etter geniet Ohm – fra samme land. For ikke å snakke om alt det rare du finner av coiler og gnistrende plugger, og plugger som gløder, og jordede, gnistsikrede el-pumper som forsyner grådige sylindre med drivstoff.

Og fortsatt har vi ikke snakket om de elektriske bilene med alle deres underligheter.  Er det rart vi strevde med elektroteknikk – vi som bare hadde hatt tresløyd?

*Vekselstrøm. På verdensbasis går nesten all elektrisk energiforsyning med sinusformetvekselstrøm, fordi produksjon, overføring, transformering, omforming og bruk er det mest økonomiske og teknisk beste. Så det så.

 Les også: Direkte innsprøytning er kanskje ikke så nytt som du tror.