kretsen i föregående avsnitt är inte särskilt praktisk. Det kan faktiskt vara ganska farligt att bygga (direkt ansluta polerna till en spänningskälla tillsammans med en enda tråd). Anledningen till att det är farligt är att storleken på elektrisk ström kan vara mycket stor i en sådan kortslutning, och frisättningen av energi kan vara mycket dramatisk (vanligtvis i form av värme). Vanligtvis är elektriska kretsar konstruerade på ett sådant sätt att man praktiskt använder den frigjorda energin på ett så säkert sätt som möjligt.

strömflödet genom glödlampan

en praktisk och populär användning av elektrisk ström är för drift av elektrisk belysning. Den enklaste formen av elektrisk lampa är en liten metall ”filament”inuti en klar glaslampa, som lyser vitt hett (”glödlampor”) med värmeenergi när tillräcklig elektrisk ström passerar genom den. Liksom batteriet har det två ledande Anslutningspunkter, en för ström att komma in och den andra för ström att gå ut. Ansluten till en spänningskälla ser en elektrisk lampkrets ut så här:

eftersom strömmen arbetar sig igenom lampans tunna metallfilament möter den mer motstånd mot rörelse än vad den vanligtvis skulle göra i en tjock bit tråd. Denna motstånd mot elektrisk ström beror på typen av material, dess tvärsnittsarea och dess temperatur. Det är tekniskt känt som motstånd. (Det kan sägas att ledare har lågt motstånd och isolatorer har mycket högt motstånd.) Detta motstånd tjänar till att begränsa mängden ström genom kretsen med en given mängd spänning som levereras av batteriet, jämfört med ”kortslutningen” där vi bara hade en tråd som sammanfogade ena änden av spänningskällan (batteriet) till den andra. När strömmen rör sig mot motståndets motstånd genereras ”friktion”. Precis som mekanisk friktion manifesteras friktionen som produceras av strömmen som strömmar mot ett motstånd i form av värme. Det koncentrerade motståndet hos en lamps filament resulterar i en relativt stor mängd värmeenergi som släpps ut vid det filamentet. Denna värmeenergi är tillräcklig för att glödtråden ska glöda vitt hett och producera ljus, medan ledningarna som ansluter lampan till batteriet (som har mycket lägre motstånd) knappast ens blir varma medan de leder samma mängd ström. Som i fallet med kortslutningen, om kretsens kontinuitet bryts vid vilken punkt som helst, stannar strömflödet genom hela kretsen. Med en lampa på plats betyder det att den slutar glöda:

som tidigare, utan strömflöde, är hela batteriets potential (spänning) tillgänglig över pausen och väntar på möjligheten att en anslutning ska överbrygga den pausen och tillåta strömflöde igen. Detta tillstånd är känt som en öppen krets, där en paus i kretsens kontinuitet förhindrar ström hela tiden. Allt som krävs är en enda paus i kontinuitet för att” öppna ” en krets. När några raster har anslutits igen och kontinuiteten i kretsen återupprättas är den känd som en sluten krets.

grunden för att byta lampor

vad vi ser här är grunden för att byta lampor på och av med fjärrbrytare. Eftersom varje paus i en krets kontinuitet resulterar i strömstopp genom hela kretsen, kan vi använda en enhet som är utformad för att avsiktligt bryta den kontinuiteten( kallad en omkopplare), monterad på vilken som helst lämplig plats som vi kan köra ledningar till, för att styra strömflödet i kretsen:

Så här kan en omkopplare monterad på husets vägg styra en lampa som är monterad ner i en lång hall, eller till och med i ett annat rum, långt borta från strömbrytaren. Omkopplaren själv är konstruerad av ett par ledande kontakter (vanligtvis gjorda av någon form av metall) som tvingas samman av ett mekaniskt spakmanöverdon eller tryckknapp. När kontakterna rör varandra kan strömmen strömma från den ena till den andra och kretsens kontinuitet upprättas. När kontakterna separeras förhindras strömflödet från den ena till den andra genom isoleringen av luften mellan, och kretsens kontinuitet bryts.

Knivomkopplaren

kanske den bästa typen av omkopplare att visa för illustration av grundprincipen är ”kniv” – omkopplaren:

en knivbrytare är inget annat än en ledande spak, fri att svänga på ett gångjärn, som kommer i fysisk kontakt med en eller flera stationära kontaktpunkter som också är ledande. Omkopplaren som visas i ovanstående illustration är konstruerad på en porslinsbas (ett utmärkt isoleringsmaterial) med koppar (en utmärkt ledare) för ”bladet” och kontaktpunkterna. Handtaget är plast för att isolera operatörens hand från brytarens ledande blad när den öppnas eller stängs. Här är en annan typ av knivbrytare, med två stationära kontakter istället för en:

den speciella knivbrytaren som visas här har ett” blad ” men två stationära kontakter, vilket innebär att den kan göra eller bryta mer än en krets. För tillfället är detta inte oerhört viktigt att vara medveten om, bara det grundläggande begreppet vad en switch är och hur den fungerar. Knivbrytare är bra för att illustrera grundprincipen för hur en omkopplare fungerar, men de presenterar tydliga säkerhetsproblem när de används i elektriska kretsar med hög effekt. De exponerade ledarna i en knivbrytare gör oavsiktlig kontakt med kretsen en tydlig möjlighet, och eventuell gnistning som kan uppstå mellan det rörliga bladet och den stationära kontakten är fri att antända eventuella brandfarliga material i närheten. De flesta moderna switchdesigner har sina rörliga ledare och kontaktpunkter förseglade inuti ett isolerande fodral för att mildra dessa faror. Ett fotografi av några moderna omkopplingstyper visar hur omkopplingsmekanismerna är mycket mer dolda än med knivdesignen:

öppna och slutna kretsar

i enlighet med kretsens ”öppna” och ”stängda” terminologi ger en omkopplare som tar kontakt från en anslutningsterminal till den andra (exempel: en knivbrytare med bladet helt vidrör den stationära kontaktpunkten) kontinuitet för ström att strömma igenom och kallas en sluten omkopplare. Omvänt, en omkopplare som bryter kontinuitet (exempel: en knivbrytare med bladet som inte rör vid den stationära kontaktpunkten) tillåter inte ström att passera igenom och kallas en öppen brytare. Denna terminologi är ofta förvirrande för den nya elektronikstudenten eftersom orden ”öppen” och ”stängd” vanligtvis förstås i samband med en dörr, där ”öppen” likställs med fri passage och ”stängd” med blockering. Med elektriska omkopplare har dessa termer motsatt betydelse:” Öppet ”betyder inget flöde medan” stängt ” betyder fri passage av elektrisk ström.

recension:

• motstånd är måttet på motstånd mot elektrisk ström.
• en kortslutning är en elektrisk krets som erbjuder lite eller inget motstånd mot strömflödet. Kortslutningar är farliga med högspänningsströmkällor eftersom de höga strömmarna som uppstår kan orsaka att stora mängder värmeenergi släpps ut.
• en öppen krets är en där kontinuiteten har brutits av ett avbrott i vägen för ström att flöda.
• en sluten krets är en som är komplett, med god kontinuitet hela tiden.
• en enhet som är utformad för att öppna eller stänga en krets under kontrollerade förhållanden kallas en omkopplare.
• termerna ”öppna” och ”stängda” avser switchar samt hela kretsar. En öppen omkopplare är en utan kontinuitet: strömmen kan inte strömma genom den. En sluten omkopplare är en som ger en direkt (låg resistans) väg för ström att strömma igenom.

relaterade kalkylblad:

• Switchar
• motstånd
• spänning, ström och motstånd

Prova vår Motståndsräknare i vårt Verktygsavsnitt.