Sähköstä

Kun puhutaan sähköstä, ajattelevat useimmat sitä sähkövirtaa, joka saadaan pistorasiasta. Harvat pohtivat, mistä sähkö tulee – ja mitä se oikeastaan on. Asia on todellisuudesta melko monimutkainen.

Yksinkertainen määritelmä

Sähköä kutsutaan myös sähkövirraksi. Siinä on kyse energiasta, joka koostuu elektronien virrasta. Maailmankaikkeuden rakennusaineita kutsutaan atomeiksi, joista meidät kaikki on rakennettu, hieman legojen tapaan. Yksi atomi koostuu yhdestä positiivisesti ladatusta ytimestä (protoneista), joka on ympäröity negatiivisesti ladatuilla elektroneilla. Kun nämä elektronit liikkuvat pisteestä toiseen, ne luovat sähkövirtaa, jota voidaan käyttää muun muassa antamaan energia kaikelle tietokoneista jääkaappeihin, lämmitykseen ja valoon. Sähkövirtaa mitataan ampeerilla (A).

Sähkön kuljetus

Sähkön kuljettamiseen käytetään yleensä johtoa. Johto on metallia – yleensä kuparia, mutta myös muita metallimuotoja voidaan käyttää – jossa atomeja on niin tiheässä, että uloimmat elektronit eivät ole sidottuina tiettyyn atomiin. Niitä kutsutaan vapaiksi elektroneiksi, ja ne voivat vaeltaa vapaasti ympäri metallia. Tämä ei ole yleensä huomattavissa, mutta jos metallijohto liitetään sähkökenttään, jolloin elektronien ylijäämä on toisessa päässä ja alijäämä toisessa, jolloin elektronit saavat tietyn suunnan, kutsumme tätä sähkövirraksi. Sähkökenttää kutsumme jännitteeksi, ja sitä mitataan volteilla (V).

Nopeus ja vastus

Kun elektronit liikkuvat, tämä ei itse asiassa tapahdu nopeasti. Kun elektronit liikkuvat vapaasti, niiden nopeus on 106 m/s – tai lähes 400 km tunnissa. Kun ne sen sijaan liikkuvat johdossa sytyttääkseen valon tai saadakseen pölynimurin toimimaan, tämän nopeus on vain 36 cm tunnissa. Kun silti koemme, että valo syttyy heti, kun painamme katkaisijaa, se johtuu siitä, että johto on jo niin sanotusti täynnä heti alusta. Kun elektroni liikkuu yhdessä päässä, se synnyttää ketjureaktion niin, että kaikki elektronit liikkuvat – hieman niin kuin kun painetaan hammastahnaputkiloa loppupäästä, jotta hammastahna saadaan ulos toisesta päästä.

Johdossa oleva virta ei kuitenkaan liiku aivan vapaasti. Moni on huomannut, että johto voi kuumeta – tai hehkulamppu tulla lähes polttavaksi. Tämä johtuu johdon vastuksesta. Johdon vastus mitataan ohmilla.

Käytännössä sähkövirta syntyy johdossa, kun sinne luodaan sähköinen jännite johdon päiden välille. Kuten aiemmin sanottiin, jännitettä mitataan volteilla, mutta fysiikassa sitä kuvataan U-kirjaimella. Tämä johtuu siitä, että tunnetuimmat fysiikan lait ovat saksaa, ja jännite-ero on saksaksi ”Unterschied”. Virran voimakkuutta mitataan ampeereina, mutta senkin merkki on saksan mukaan I, ”Induktion”. Se fyysinen laki, joka osoittaa, miten sähkövirran voimakkuus, jännite-ero ja johdon vastus ovat toisistaan riippuvaisia, on nimeltään ohmin laki. Se on yksinkertaisesti U = R x I, jossa R on johdon vastus – tai saksaksi: Resistanz.

Kaikkien ostamiesi sähkölaitteiden on ilmoitettava, miten paljon sähkövirtaa ne käyttävät. Tämä annetaan yleensä watteina. Sähkövirran wattien määrän laskemiseen käytetään toista fysiikan kaavaa, jossa on samat saksalaiset kirjaimet. Watit kuvataan fysiikassa kirjaimella P (Power) ja lasketaan kaavain P = U x I mukaan.

Hinta

Kun maksamme käyttämästämme sähköstä, maksamme siitä wattien määrästä, jonka käytämme tuntia kohti. Käyttömme kotona ja koulussa nousee ja laskee, joten välillä emme käytä juuri mitään ja välillä taas käytämme paljon. Kun maksamme sähkönkulutuksesta, nämä luvut lasketaan yhteen keskiarvosummaksi, jota kutsutaan kilowattitunneiksi – eli kWh. Tämä merkitsee sitä, että aina kun olemme käyttäneet 1 000 wattia tunnissa, olemme käyttäneet 1 kWh. Toisin sanoen voimme käyttää 2 000 wattia puoli tuntia tai 500 wattia kaksi tuntia, niin olemme myös käyttäneet 1 kWh. Sähkön hinta vaihtelee suuresti eri Pohjoismaissa, ja lisäksi siinä on eroja sekä vuodenajan että kysynnän mukaan. Siinä missä Islannissa maksetaan n. 11 senttiä/kWh, Tanskassa maksetaan 34 senttiä/kWh.