Redigerer Elektrisk spenning (avsnitt)

=== Spenningskilder ===
Spenningskilder frembringer en såkalt elektromotorisk spenning, som i en elektrisk krets også kalles for ''drivende spenning''. Navnet henspiller på at det er denne spenningen som driver strømmen, og dermed sørger for at det blir utført et arbeid, med andre ord overført energi fra en kilde til forbrukere (elektriske laster). Elektromotorisk spenning forkortes gjerne «ems» og gis symbolet ''<math> \mathcal{E}</math>''. Formelt sett har den samme definisjon som spenning generelt, og en setter at:

:<math>\mathcal{E} = U_{ab}</math>

der ''U<sub>ab</sub>'' som tidligere er spenningen mellom to punkter, eller terminaler på en spenningskilde ''a'' og ''b'', der ''a'' er positiv og ''b'' negativ terminal. Opphavet til denne spenningen kan være høyst forskjellig blant de ulike spenningskildene en kjenner til.

Nedenfor følger en gjennomgang av hvordan ems oppstår ved induksjon og ved kjemiske prosesser i batterier. Andre kilder til ems er for eksempel solceller og [[Van de Graaff-generator]]en. Spenning har en også over en [[Kondensator (elektrisk)|kondensator]] som er i stand til å akkumulere energi som et elektrisk felt. En spole er et annet kretselement som skaper ems om strømmen gjennom den endres.

==== Induksjon ====
{{Main|Elektromagnetisk induksjon|Induktans}}

[[Fil:Elementary generator.svg|mini|En strømsløyfe som roterer i et magnetisk felt (<math>\vec{B}</math>) som er tilknyttet en ytre krets (Load) via sleperinger (Slip ring) og børster (Brush). Spenningen og strømmen som induseres vil skifte retning for hver halve omdreining. Dette er prinsippet for en [[synkrongenerator]] som frembringer [[vekselstrøm]].]]

Elektromagnetisk induksjon skjer ved at en elektrisk ledersløyfe utsettes for et varierende magnetisk felt. [[Faradays lov]] som er oppkalt etter den britiske fysikeren [[Michael Faraday]] (1791–1867) forteller om størrelsen av den induserte ems. Loven uttrykkes matematisk slik:

:<math>\mathcal{E} = -{{d\Phi_\mathrm{B}} \over dt} \ </math>

der ''Φ<sub>B</sub>'' er [[magnetisk fluks]]. Uttrykket sier at det er den [[deriverte|tidsderiverte]] av fluksen som gir en indusert ems. Størrelsen av ems er bestemt av styrken av magnetisk fluks og hvor hurtig den endres. Retningen av den elektromotoriske spenningen er gitt ved [[Lenz' lov]] og minustegnet har sammenheng med dette. At det er selve forandringen av et magnetisk felt som gir indusert spenning vil si at det er nødvendig med en stadig endring av fluksen for å få en vedvarende indusert spenning. I en generator utnyttes dette prinsippet ved at elektriske ledere kontinuerlig utsettes for et varierende magnetfelt.

I figuren til høyre er det vist en prinsipiell skisse av en generator der en rotor bestående av en ledersløyfe er i stand til å rotere i et magnetfelt. Magnetfeltet er satt opp av to magneter som har motsatt polaritet, [[Den magnetiske nordpol|nordpol]] og [[Den magnetiske sydpol|sørpol]] står altså mot hverandre. Feltet mellom nord- og sørpol er konstant, men for den roterende viklingen vil det stadig skje en endring av magnetfeltet. I dette tilfellet blir det indusert en [[Vekselstrøm|vekselspenning]]. Vindingen er tilknyttet to ''sleperinger'' som igjen er tilknyttet en  ekstern krets («Load», eller last på norsk).

Om lasten ikke har for stor elektrisk motstand vil det gå en elektrisk strøm i kretsen. Når planet til viklingen dreier rundt og står normalt på feltet er fluksforandringen minst, dermed er indusert spenning lik null. Derimot vil det være størst fluksforandring gjennom ledersløyfen i det øyeblikket der dens plan står  parallelt med feltet, altså den posisjonen som er vist i figuren, dermed blir også spenningen størst da. Hver gang ledersløyfen har posisjon slik at den står normalt på feltet skifter ems retning. En sier at spenningen veksler og at den får en tidsvariabel form som ligner på en sinusfunksjon.<ref>[[#YL|Young og Freedman (2008), s. 1000-1001]]</ref>

Et viktig forhold er at induksjonen fører til ladningsseparasjon, altså at frie elektroner i ledersløyfen gis en kraft som fører til at de ikke lenger holder seg bundet til ionene i krystallstrukturen i metallet. Dette fører i neste omgang til et elektrisk felt, dermed oppstår den nødvendige potensialforskjellen mellom viklingens terminaler som kan drive en strøm om en ekstern krets tilknyttes.<ref>[[#YL|Young og Freedman (2008), s. 858]]</ref>

I en generator omformes rotasjonsenergi fra for eksempel en turbin til elektrisk energi i et [[kraftverk]]. Som forklart tidligere vil det utføres et arbeid for å få elektriske ladninger til å øke sin potensielle energi. I en generator skjer det med andre ord omsetting av energi. Denne energien blir overført via den eksterne kretsen der den kan utføre arbeid, som for eksempel i varmeovner eller lyspærer.

Det er ikke nødvendig med rotasjon av ledere i et magnetfelt for å få indusert en spenning. Om en strømførende elektrisk leder har en annen leder i sin nærhet, og strømmen endres i lederen vil det oppstå indusert spenning i den andre lederen. Det er likegyldig om den andre lederen er strømførende eller ikke, like fullt oppstår det en ems i den. Dette kalles for gjensidig induksjon, og en kaller slike kretser for magnetisk koblede kretser. En avgjørende faktor er hvor hurtig strømmen endres; desto hurtigere strømendring desto større indusert spenning. I en transformator utnyttes dette på en effektiv måte, og den ene viklingen virker som en spenningskilde ved at det blir indusert en ems i den. Det vil også oppstå en ems i en leder som er alene, altså ikke har nærhet til andre strømførende ledere. Forutsetningen er at strømmen i lederen selv endres. Dette kalles for selvinduksjon. I en leder som fører vekselstrøm vil dette føre til en såkalt ''vekselstrømmotstand'' som blir omtalt lenger ned.

==== Spenning fra et batteri ====
[[Fil:A Cell and a Battery symbol.svg|mini|Symbol for en spenningskilde i form av et elektrisk element og et batteri av flere elementer.]]

[[Fil:Zincbattery (1).png|mini|Et batteri vist skjematisk til venstre, og som bilde av en virkelig gjennomskåret enhet til høyre.]]

Et batteri består av en eller flere ''galvaniske elementer'' som er [[seriekobling|seriekoblet]] med forbindelse til terminalene på utsiden med pluss- og minuspol. Dette betyr at hvert galvanisk element også har terminaler med pluss- og minuspol. Det oppstår en ems mellom hver av disse terminalene i elementene, og summen av spenningen over hver av disse er batteriets spenning. I et slikt element er det to ''[[elektrode]]r'' og mellom disse er den såkalte ''[[elektrolytt]]en''. Elektrodene består av forskjellige materialer. I et typisk ''tørrelement'' består den ene elektroden av en beholder av [[sink]] som gjerne har sylindrisk form og er lukket i den ene enden. Inne i beholderen er elektrolytten og ned i denne er den andre elektroden anbrakt. Elektroden i senter av et tørrelement består typisk av [[kull]], med brunstein rundt. Sinkbeholderen kalles gjerne for [[katode]]n og kullelektroden kalles [[anode]]n. Selve elektrolytten består av blant annet [[salmiakk]]oppløsning, dens form er som en tykk pasta.<ref name=F7374>[[#F|Sigurd Stensholdt (1974), s. 73-74]]</ref>

Ved katoden skjer det en kjemisk prosess som fører til at positive ioner går ut i elektrolytten. Dette fører igjen til at de etterlater seg elektroner i katoden, mens ionene som vandrer ut i elektrolytten endrer det elektriske potensialet også her. Det oppstår dermed en potensialforskjell mellom katoden og elektrolytten. Ved anoden i midten skjer det lignende prosesser, men her er det elektroner som forlater den og går ut i elektrolytten. Elektronene som går ut i elektrolytten møter de positive ionene fra sinkelektroden, dermed nøytraliseres disse. De kjemiske prosessene ved de to elektrodene fører til et potensialsprang i sjiktet mellom elektrode og elektrolytt. Dette gjør at det oppstår en potensialforskjell eller ems mellom terminalene.<ref name=F7374/>

Når batteriets terminaler tilknyttes en ytre krets vil elektroner forlate den negativt ladede sinkelektroden, elektrodene går gjennom kretsen og kommer tilbake ved kullelektroden som har positiv ladning, altså underskudd av elektroner. Når dette skjer vil begge potensialene i grensesjiktene avta, men de kjemiske reaksjonene blir sterkere og potensialdifferensen øker til omtrent nivået før belastningen ble satt på.<ref name=F7374/>

Oppbyggingen kan være mer komplisert enn beskrivelsen over, og virkemåten med kjemiske reaksjoner mer omfattende. Uansett skjer det en [[oksidasjon]]sreaksjon ved sinkelektroden, og ved kullelektroden en [[redoksreaksjon]]. I tillegg finnes det flere andre batterityper. Felles for disse er at materialene inngår i en kjemisk prosess der det frigjøres energi, samtidig som de også skapes om til andre stoffer.