Sähkön perussääntöjen osaaminen helpottaa kaikkea työskentelyä sähkölaitteiden parissa. Varsinkin sähkövikojen selvittämisestä tulee kertaluokkaa helpompaa, kun sähkön perusasiat ovat hallussa. Seuraavassa lyhyt yhteenveto sellaisista virtaan ja jännitteeseen liittyvistä asioista, joita autosähkökorjauksissa usein tarvitaan.
Useimmat epäilemättä muistavat kouluvuosilta, että sähkö on elektronien liikettä. Autosähkössä – ja sähköjärjestelmissä yleensäkin – elektronit laitetaan kulkemaan kuparista tehtyjä johtimia pitkin.
Kupari on valittu johtimen materiaaliksi ensisijaisesti siksi, että kupariatomien ympärillä on sopivasti vapaita elektroneja, jotka voivat liikkua helposti atomilta toiselle. Tämä on yhteistä monille muillekin metalleille, mutta kupari on vakiintunut johtimien raaka-aineeksi lähinnä siksi, että sitä on sopivasti saatavissa ja sen ominaisuudet kaikkiaan ovat tähän käyttöön sopivat.
Sähköjärjestelmässä virtalähde on kaiken toiminnan edellytys. Voidaan sanoa, että virtalähteessä toisella navalla on elektronien ylitarjonta ja toisella vastaavasti saman verran vajausta. Kun näiden napojen väliin tuodaan johdin, pääsevät elektronit liikkumaan johtimeen, jossa vapaat elektronit tuuppaavat toisiaan atomilta toiselle ja päätyvät lopuksi takaisin virtalähteeseen vastakkaisen navan kautta.
Akussa elektronien ylimäärä toisella navalla syntyy kemiallisen tapahtuman kautta. Laturissa sen sijaan elektronit saadaan liikkeelle pyörintäliikkeellä aikaansaadun nopean edestakaisen magneettikentän vaihtelun avulla.
Elektroneja ei laiteta liikkeelle huvin vuoksi, vaan elektronien liikettä – sähköä – pystytään käyttämään hyödyksi. Yksi hyödyllinen ominaisuus on se, että elektronien virta johtimessa, joka on kierretty sopivan rautakappaleen ympärille, aiheuttaa magneettikentän. Tähän perustuvat sekä sähkömagneetit että sähkömoottorit.
Toinen hyödyllinen ominaisuus ilmenee vaikkapa hehkulampussa. Se pitää sisällään lyhyen pätkän hyvin ohutta johdinta. Kun virtalähteestä tulevat elektronit saapuvat lampulle kohtaavat ne ahtaan kapeikon lampun sisällä olevassa ohuessa johtimessa eli hehkulangassa.
Ohuessa johtimessa ei mahdu kulkemaan niin suurta määrää elektroneja kuin paksummassa, vaan tuohon kohtaan syntyy suma, jossa elektronien liike on kiivasta ja samalla syntyy lämpöä. Tämä ilmiö saa ohuen hehkulangan hehkumaan.
Elektronien virtaamista johtimessa voi hyvin verrata nesteen virtaukseen putkessa. Jos putki tukitaan, neste ei kulje. Sähköisessä virtapiirissä katkaisin tekee saman asian: pysäyttää elektronien virtauksen navalta toiselle. Vaihtoehtoisesti elektronien liike voidaan pysäyttää irrottamalla kumpi tahansa virtapiirin muodostavista johtimista virtalähteestä.
Nesteen virtausmäärä ilmoitetaan esimerkiksi suureena litraa/minuutti. Elektronien – siis sähkön – kohdalla virtausmäärä ilmoitetaan yksiköllä ampeeri. Ja kuten hydrauliikasta tiedämme, litraa/minuutti kertoo vain virtaavan nesteen määrän, se ei kerro mikä paine nesteellä on. Paine on oleellinen asia, sillä jos paineen arvo on nolla, ei neste pysty siirtämään yhtään tehoa.
Sama pätee sähköön. Jos mikään voima ei työnnä elektroneja johdinta pitkin navalta toiselle, ei yksikään elektroni lähde liikkeelle. Toisaalta, jos elektroneja työntävä voima on riittävän suuri, voi ohuestakin johtimesta saada mojovan tällin.
Sähkötekniikassa elektroneja liikkeelle puskevaa voimaa sanotaan jännitteeksi. Sen suuruus ilmoitetaan voltteina. Jännitteen voi mainiosti ajatella olevan vastaava asia kuin nestepaineen.
Sähkö myös käyttäytyy monessa suhteessa samalla tavoin kuin neste. Kun paine kasvaa, kiihtyy virtaus putkessa. Samoin korkeampi jännite saa elektronien virran kiihtymään johtimessa.
Jos putken keskelle vaihtaa osuuden ohuempaa putkea, vähentää se virtaavan nesteen määrää. Sanoin käy sähkön kanssa. Ohut johdin muodostaa vastuksen virralle. Sähkötekniikassa vastuksen määrä ilmoitetaan ohmeina.
Putkessa virtaavasta nesteestä voidaan huomata, että ohuemman osuuden jälkeen ei ainoastaan virtausmäärä ole laskenut, vaan myös nesteen paine on alentunut. Ja se alentuu sitä enemmän, mitä pidempi ohut osuus on.
Aivan samoin tapahtuu sähkön kanssa. Ohut johdin alentaa jännitettä ja pitempi ohut johdin alentaa jännitettä vielä lisää.
Koska sekä virtauksen määrä että sen voimakkuus muodostavat yhdessä sähkön tehon, on ollut järkevää kuvata tätä tehoa omalla suureella watti (W = V x A).
Yhden watin teho syntyy, kun yhden ampeerin suuruinen virta kulkee yhden voltin jännitteellä jonkin sähköisen laitteen läpi. Tuo laite voi olla lamppu tai vastus tai pelkkä johdin (sähkötekniikan termistössä kaikkea, mikä vastustaa sähkön kulkua kutsutaan kuormaksi).
Aivan vastaavasti esimerkiksi 12 voltin sähköjärjestelmässä olevan lampun, jonka kautta menee 5 ampeerin virta, tehoksi voidaan laskea: 12 V x 5 A = 60 W – eli lamppu on teholtaan 60 wattia.
Lue myös, mitkä ovat koneen virtapiirin perusosat:
Sinua saattaa kiinnostaa myös sähkötekniikkasarjan aiemmat osat:
Koneen sähköjärjestelmä, osa 1: Perusasioita sähköstä – näin virta kulkee sähköjärjestelmässä KV 7/2021
