For de fleste er elektrisitet en gåte. Vi ser og føler effekten når en elmotor snurrer, panelovnen blir varm – og i bilen går fjernlyset på. Men hva skjer egentlig?
Bildet øverst: I denne gamle Ford Granada sitter datidens rørende enkle elektriske system; i dag utvidet med en bråte elektroniske dingser – men de går da på strøm de også. (Tegning: Ford)
Av Stein Bekkevold
Elektrofaget er et av de mer kompliserte i teknikkens verden. Grunnen er de snodige enhetene og deres noe kompliserte innbyrdes forhold, pluss dette at du ikke kan se strømmen – du bare merker den. Godt. Skal vi forklare elektro i bil, må vi først ta den enkle versjonen.
Dette sier en eldre amerikansk lærebok i bilfag: «Vi kaller det strøm og det er riktig; en strøm av elektroner flyr gjennom lederen. I bilen flyter elektrisk energi gjennom en kabel fra batteriet til delen som skal drives, og tilbake til batteriet gjennom metallkarosseriet. Dette er koblet til batteriet med en tykk jordkabel.
I dette negative jordretursystemet flyter strømmen fra den positive batteripolen til delen som skal drives. Denne er som sagt jordet til bilens karosseri, som så er koblet til den negative polen på batteriet. Da har vi fått en krets, et jordet retursystem. Alt som er koblet til karosseriet er jordet.»
La oss sitere litt til:
Strømstyrke
måles i ampere (ampere A); trykket som driver strømmen rundt i kretsen er spenningen (volt). Biler har 12 volts batteri. Kapasiteten oppgis i ampere/timer A/h. Et 56 A/h batteri skal kunne levere 1 A i 56 timer, eller 2 A i 28 timer. Hvis spenningen faller, flyter det mindre strøm i anlegget, og til slutt er det ikke nok til å drive noe.
Strøm, spenning og motstand
Når en ledning motsetter seg strøm kalles det motstand, i ohm. Tynne ledninger leder dårligere enn tykke, det er mindre plass for elektron-strømmen. Ledningsevnen avhenger også av temperaturen, ved absolutt null (-274 grader C) går strømmen gjennom uten motstand, vi har superledning.
Energien som presser strømmen gjennom motstanden blir varme. Dette ser vi i den tynne glødetråden i en gammeldags lyspære, den blir hvitglødende. En bildel med høyt strømforbruk må ikke kobles med tynne kabler, for da blir det for varmt; du slår ut en sikring eller brenner ut elementet.
Elektriske måleenheter henger sammen: et strømtrykk (spenning) på 1 volt skyver 1 ampere gjennom en motstand på 1 ohm. Volt delt på ohm er lik ampere; en lyspære kjører 4 A gjennom en motstand på 3 ohm, i et 12 volt system. Den må altså kobles med ledninger som tåler 4 ampere. Ofte vil forbruket være oppgitt i watt, som vi finner ved å gange ampere og volt. Lampen i eksemplet bruker 4 ganger 12 = 48 watt.
En tidlig alternator, dette er en vekselstrømsgenerator fra 2. verdenskrigs mest berømte 4WD. (Foto: Jeep)
Mer teknisk
Elektrisitet strømmer fra batteriet i én retning, og visse deler virker bare hvis strømmen der går i samme retning. Dette er polaritet. I de fleste biler er den negative batteripolen jordet, og den positive mater det elektriske systemet. Vi har negativ jord.
Ved kjøp av elektrisk tilbehør må vi sjekke at det passer til bilens system. Montering av en ikke tilpasset komponent – en radio med feil polaritet – vil skade den, men ofte kan du snu polariteten. Og: Om du har en leder med feil tverrsnitt, eller den blir ødelagt eller frakoblet, kan dette gi kortslutning som passerer motstanden i komponenten. Strømmen blir for høy og smelter sikringer/elementer, eller gir brann.
Sikringene sitter i en egen boks, lokaliser den! En sikring er gjerne en tynn ledning i et varmefast hus – av glass eller et keram. Diameteren på ledningen er den tynneste som kan bære strøm i akkurat denne kretsen uten å brenne av, og angis i ampere. En brå bølge av uønsket høy strøm smelter tråden og bryter kretsen.
Serie- og parallell
En krets har ofte mer enn én komponent, som pærene i lyskretsene. Det er viktig om de er seriekoblet (etter hverandre), eller parallelt (side om side).
En hovedlyspære er bygget med en viss motstand slik at den trenger en viss mengde strøm for å lyse normalt – og gir ønsket mengde lysenheter (lumen/lux). Det er minst to hovedlys i kretsen. Hvis de sto i serie, måtte strømmen gå gjennom den ene for å komme til den andre. Strømmen ville da møte motstand to ganger, og den doble motstanden ville halvere strømmen, og pærene ville lyse svakere. Parallell kobling betyr at det går strøm til hver pære én gang.
Noen komponenter må kobles i serie. Senderen i drivstofftanken varierer motstand etter innholdet, og sender en liten målestrøm. De to komponentene står i serie slik at den varierende motstanden i senderen direkte viser nålens posisjon. Og drivstoffinnholdet.
Andre poenger
Startmotoren har sin egen tykke kabel. Tenningskretsen i en bensinmotor sender høyspentpulser til tennpluggene; og ladesystemet består av en vekselstrømsgenerator (alternator) som lader likestrømsbatteriet gjennom en likeretter. De andre kretsene kalles hjelpekretser (subsidiære). De fleste er koblet gjennom tenningsbryteren og går på når tenningen slås på. Dette hindrer at du lar noe være påslått slik at batteriet tømmes.
Side- og baklysene, som du kanskje vil ha påslått når bilen står parkert, er alltid koblet uavhengig av bryteren. Når du monterer ekstra tilbehør, som en bakrutevarmer som tar mye strøm, må du koble den gjennom tenningsbryteren. Noen komponenter kan drives uten at tenningen er slått på, ved å sette bryteren i «hjelpe»-posisjon. Radio og lignende er gjerne koblet slik at apparatet kan gå selv med bilmotoren av.
Alt dette og mye mer er eksempler på bilens smarte elektriske system. Les instruksjonsboken så slipper du surr.
Lykke til!
Litt vitenskap:
Elektrisitet er et sett fysiske fenomen koblet til nærvær og bevegelse av materie som bærer en elektrisk ladning. Det er relatert til magnetisme, og begge er en del av elektromagnetismen, beskrevet i Maxwells ligninger.
Vanlige elfenomen er lynnedslag, statisk elektrisitet, elektrisk oppvarming, elektriske utladninger o.a. Positiv eller negativ ladning skaper et elektrisk felt. Bevegelsen til elektriske ladninger er elektrisk strøm og skaper magnetfelt. Coulombs lov angir kraften som virker på en elektrisk ladning.
Elektrisk potensial er arbeidet som gjøres for å flytte en elektrisk ladning fra ett punkt til et annet i et elektrisk felt, det måles i volt.
Offisielle SI-enheter (lånt fra snl.no)
| Enhet | Sym-bol | Uttrykt i andre SI-enheter | Definert ved grunnenheter | Enhet for |
| ampere | A | .. | grunnenhet | elektrisk strøm |
| coulomb | C | s · A | s · A | ladning |
| volt | V | W/A | m²· kg · s⁻³ · A⁻¹ | spenning |
| farad | F | C/V | m⁻² · kg⁻¹ · s⁴· A² | kapasitans |
| siemens | S | Ω-1 | m⁻² · kg⁻¹ · s³ · A² | konduktans |
| ohm | Ω | V/A | m²· kg · s⁻³ · A⁻² | resistans |
| weber | Wb | V· s | m² · kg · s⁻² · A⁻¹ | magnetisk fluks |
| tesla | T | Wb/m² | kg · s⁻² · A⁻¹ | magnetisk flukstetthet |
| henry | H | Wb/A | m² · kg · s⁻² · A⁻² | induktans |
| joule | J | N · m | m² · kg · s⁻² | energi, arbeid |
| watt | W | J/s | m² · kg · s⁻³ | effekt |
| hertz | Hz | 1/s | 1/s | frekvens |
