Elektromagnetism

I inledningen nämnde jag att “positiv” och “negativ” bara är praktiska benämningar inom elektroniken. Det finns inget man tar av, inget som fattas, inget som blir negativt, som vid ett konto. Däremot vet man att “positivt” är motsatsen till “negativt”. Man kan också mäta spänning och finna den “positiv” eller “negativ”. Är det lika mycket positiv som negativ spänning, tar det ut vartannat: spänningen är då noll.

Likaså vet man att kompassnålen pekar mot norr. Men det är magnetens nordpol som pekar norrut. Eftersom lika poler repellerar varandra och olika attraherar varandra, är jordens magnetiska sydpol i norr. Man kan lika gärna kalla norr för “röd”, eftersom nordpolen på kompasser oftast målas röd.

Men lika lite som kvarkarna är röda, gröna och blåa finns det något som är “negativt” eller “norr”.

Då en elektrisk spänning går i en ledare, uppstår ett magnetfält. Man brukar identifiera magnetfältet med “högerhandsregeln”: man tänker sig att man lägger höger hand på ledaren: tummen pekar då i den riktning som strömmen går, medan fingrarna pekar i den riktning som magnetfältet går (mot “norr”).

Om man rör en ledare i ett magnetfält, uppstår på omvänt sätt elektricitet.

Då man hade uppfunnit telegrafen, stod man inför problemet att det var motstånd i ledningarna: signalen försvagades då den skickades långa sträckor. Detta löste man genom att koppla in reläer med jämna mellanrum. Telegrafen skickade signaler som 0 eller 1, eller rättare sagt olika långa nollor och olika långa ettor. Signalerna gick att reläa. Länk

Då Bell uppfunnit telefonen, hade han samma problem: signalen försvagades då den skickades långa sträckor. Reläer fungerade inte på telefonsignalerna, eftersom man sände med växelström. Bell stod inför ett problem: någon förstärkare var ännu inte uppfunnen på den tiden. Tesla hade uppfunnit transformatorn, men eftersom han konkurrerade med Bell om elektriska uppfinningar, kunde inte Bell nedlåta sig till att gå över till växelström. Bell klarade sig ändå, trots att han använde transformatorer, eftersom det var pulserande likström som telefonsignaler: med hjälp av transformatorer kunde han ändå förstärka signalerna.

På grund av att man avrättade folk med växelström i elektriska stolen, myntade Bell att växelströmmen var mycket farlig. I själva verket är det tvärsom: det är lämpligare att avrätta folk med likström. Bell vann tävlingen i prestige och ära mot Tesla. Men det var Tesla som vann slaget om elektrifieringen av järnvägen i USA: han kom på att nollan praktiskt taget är spänningslös vid trefas: man kan därför vid trefas-ström ha endast tre grova ledningar och en klen som nolla i stället för sex grova ledningar.

Inom parentes ska nämnas att Tesla var raderad i historieböckerna. Jag hittade honom inte i uppslagsverk från 60-talet. Jag fick upp ögonen för honom i en artikel i Illustrerad Vetenskap. Men nu, tack vare Internet, kan man leta upp en hel del. Ingen raderar i historieböckerna. Länk Länk Länk

I en elektromagnetisk våg (som innefattar allt från radiovågor, mikrovågor i en mikrovågsugn, infraröd värmestrålning, ljus, ultraviolett ljus, röntgenstrålning och gammastrålning - där det sistnämnda är detsamma som radioaktivitet), svänger alltid magnetfältet 90° mot det elektriska fältet.

Man har uppfunnit ett material, där “högerhandsregeln” inte gäller. Det är ett kompositmaterial som är framställt av små ringar och trådar av koppar. Än så länge fungerar det bara bland mikrovågorna. En konkav lins av detta material samlar mikrovågorna. För ljus gäller annars att en konkav lins sprider vågorna. Man får med detta materialet tänka sig att lägga vänster hand på en ledare i stället fört höger hand: tummen pekar i den riktning som strömmen går, medan fingrarna pekar i den riktning som magnetfältet går. Ref.: Ny Teknik 18/00.

Strömmens hastighet

Det kan vara intressant att veta att frekvensen på nätet, 50 eller 60 Hz, beror på ledningarnas längd. Det är alltså minsta möjliga motståndets lag, som lett till att vissa länder tycker 50 Hz är praktiskt, medan andra tycker att 60 Hz är praktiskt.
Elektronerna går nästan med ljusets hastighet i ledningarna. Detta förutsätter att de rör sig: de flesta elektroner står stilla i ledningarna. Eftersom elektronerna växlar riktning hela tiden, hoppar en och samma elektron fram och tillbaka i ledningen, men befinner sig på ungefär samma plats hela tiden: en generator i Norrland knuffar på elektronerna i ledningarna ända ner till Smygehuk; men det är inte samma sak som att en och samma elektron far hela vägen från Norrland till Smygehuk och tillbaka igen.

Ökar uttaget på nätet, minskar frekvensen: elproducenterna får öka effekten för att det antal producerade Hz ska hamna inom angiven tolerans. Hinner man inte med att reglera, får stora områden kopplas ur, för att förhindra att frekvensen på nätet skenar iväg.

För en liten generator är det enkelt att koppla in sig på nätet. Först ser man till att hålla ungefär korrekt hastighet mellan generator och nät, kanske lite i överkant: därpå kopplas generatorn in. Innan man hade sofistikerad reglerutrustning, hade personalen på ett litet kraftverk en glödlampa inkopplad mellan generator och nät: slutade glödlampan blinka, låg man i fas: först då kopplades generatorn in på nätet.

Ett vindkraftverk ger med aningen för högt varv ett tillskott av ström till nätet: man kan sälja ström. Kopplas ett vindkraftverk in med för låg hastighet, får man en behaglig fläkt till åkern i stället (fast dyr i drift). Vindkraftverken innehåller regleringsutrustning som automatiskt kopplar in på eller ut från nätet. Då vinden är för svag, får man köpa ström, om man inte har annan el-försörjning på platsen. Det finns två el-mätare på vindkraftverken i Sverige, då det är olika taxor för att köpa och sälja ström. I andra länder räcker det med en el-mätare, som snurrar framlänges eller baklänges, beroende på om vindkraftverket producerar ström eller ej.

Då vi ändå är inne på vindkraftverk, kan jag nämna att terrängen spelar stor roll: en svagt sluttande svacka från kusten är perfekt: där samlas vinden. För stor backe gör att vingen stigen för snabbt och missar ett vindkraftverk. En avkännare på vindkraftverkets topp ställer vingarna mot vinden, om avvikelsen är för stor. Eftersom vingarna följer horisonten runt, då vinden växlar, händer det i praktiken i Sverige att toppen snurrar medsols. Eftersom kabeln till toppen inte har någon släpringskontakt, tillåts toppen bara snurra två eller tre varv runt: därpå måste den snurra tillbaka kabeln. Innan man installerade något som höll reda på hur många varv toppen vridit sig, vreds kablarna av.

Då det gäller likström, vandrar elektronerna i samma riktning hela tiden i ledningarna. Man har beräknat att då det gäller en bil med normal användning tar det i genomsnitt två dagar för en elektron att vandra från batteriet, runt i ledningarna och tillbaka till batteriet igen. Som nämnt tidigare står de flesta elektroner stilla i en ledning. Det är inte heller säkert att en och samma elektron måste gå hela vägen runt.

Supraledare

Det är normalt ett visst motstånd i alla ledningar: det är därför en glödlampstråd blir så varm att den glöder. Emellertid fann man, att vissa legeringar blev motståndslösa vid mycket låga temperaturer. Tyvärr försvann motståndet först vid nära 0°K, den absoluta nollpunkten, som är -273°C. I och med man hade uppfunnit motståndslösa ledningar, kunde man mata på så mycket effekter, att man fick supramagneter: dittills hade ledningarna smält vid sådana försök. Det var då man uppfann svävande tåg: magneterna kunde göras så starka, att tåget svävade ovanför rälsen. Tyvärr fick spolarna till magneterna kylas ner ganska ordentligt, till exempel med flytande helium. Detta gick i och för sig att lösa för sväv-tågen, men då det gäller långa ledningar är nedkylningen opraktisk.

Man försöker då uppfinna legeringar, som blir supraledande vid högre temperaturer, helst vid rumstemperatur. Rekordet har en keramisk kopparoxid, som blir supraledande vid 77°K: denna kan kylas med flytande kväve, vilket är mycket lättare att framställa än flytande helium.

Ref.: Ny Teknik 11/01.