Kopplingsscheman och mätmetoder

För att få en överskådlig bild av en elektrisk krets kan ett kopplingsschema användas. Ett kopplingsschema är en figur med olika symboler som representerar olika elektriska komponenter.

Här ser vi symbolerna för några olika elektriska komponenter som är vanliga i gymnasiefysiken:

I symbolen för spänningskälla (t ex batteri) betyder det kortare strecket minuspol och det längre strecket betyder pluspol.

Med hjälp av dessa symboler kan vi rita ett kopplingsschema, som då kan se ut så här:

För att mäta strömmen används en amperemeter, som i ett kopplingsschema symboliseras av ett A inuti en cirkel. Amperemetern mäter hur stor laddningsmängd som passerar en viss punkt i kretsen varje sekund. Vi säger att amperemetern kopplas i serie (eller linjärt).

När vi mäter strömmen vill vi så klart inte att själva mätinstrumentet påverkar kretsen, därför är resistansen hos en amperemeter i princip noll. Strömmen kan alltså flöda i kretsen på samma sätt som innan amperemetern kopplades in.

För att mäta spänningen används en voltmeter, som i ett kopplingsschema symboliseras av ett V inuti en cirkel. Som vi sett i en tidigare lektion utgår elektrisk spänning alltid från två punkter. En voltmeter mäter energiförändringen (eller arbetet) mellan dessa två punkter i förhållande till laddningsmängden. Vi säger att voltmetern parallellkopplas, och mäter då spänningen över någon komponent i kretsen.

När vi mäter spänningen vill vi återigen inte att själva mätinstrumentet påverkar kretsen, därför är resistansen hos en voltmeter extremt stor. Strömmen kan alltså flöda i kretsen på samma sätt som innan voltmetern kopplades in.

Vi har tidigare sagt att elektrisk ström består av elektriska laddningar som färdas i en viss riktning. Detta kan vara positiva eller negativa laddningar, men i en elektrisk krets är dessa laddningar generellt elektroner som färdas inuti ett ledande material, t ex en koppartråd. Elektroner är negativt laddade och attraheras därför av den positiva polen hos spänningskällan i kretsen.

MEN grunden till definitionerna kring ström och strömriktning började ta form redan i mitten på 1700-talet, och då var varken elektronen eller dess laddning upptäckt ännu. Benjamin Franklin (amerikansk vetenskapsman, författare, filosof och politiker) utgick då från att ström bestod av ett flöde av positiva laddningar som rör sig från pluspol till minuspol. Det dröjde sedan nästan 150 år innan elektronen upptäcktes av J.J. Thomson (brittisk fysiker), och då hade många formler och standarder redan bestämts. Därför blev den ursprungliga definitionen kvar, vilket innebär att strömriktningen fortfarande utgår från hur positiva laddningar skulle färdas, dvs från plus till minus oavsett vilken typ av laddningar som strömmen faktiskt består av.

Strömriktningen i en krets markeras med en pil, som alltså alltid ska peka från plus och mot minus i kretsen.