Sähkö

Sähkö on erittäin pitkälle jalostettu energianmuoto. Sen tuotantoa edeltävät monet välivaiheet ja sähkö on energian siirtotapa.

Sähkö on sähkövarausten ylijäämästä (negatiivinen varaus) tai alijäämästä (positiivinen varaus) ja varattujen hiukkasten, yleensä elektronien, liikkeestä syntyvä luonnonilmiö.

Sähkövirta syntyy, kun erisuuruisten sähkövarausten välille kytketään sähkönjohde (esimerkiksi kupari sähköjohdossa). Tällöin elektronit virtaavat ylijäämästä alijäämään, kunnes varaukset ovat tasoittuneet. Sähkön voidaan sanoa siis olevan elektronien liikettä atomeista toisiin atomeihin. Sähköneristeessä (esimerkiksi sähköjohdon muovipäällyste) elektronit eivät voi edetä, joten siihen ei myöskään muodostu sähkövirtaa. Sähkövarauksien siirtyminen pystyy siirtämään sähköenergiaa.

Sähkön vanha nimi elektrisiteetti tulee kreikan meripihkaa tarkoittavasta sanasta ηλεκτρον (elektron). Sanan sähkö keksi 1840-luvulla suomen kielen kehittäjä, lääketieteen ja kirurgian tohtori Samuel Roos. Samoihin aikoihin Elias Lönnrot ehdotti elektrisiteetin suomenkieliseksi vastineeksi sanaa lieke, joka kuitenkaan ei vakiintunut käyttöön.

[muokkaa] Sähkön historiaa

Tätä artikkelia tai sen osaa on pyydetty parannettavaksi, koska se ei täytä laatuvaatimuksia. Voit auttaa Wikipediaa parantamalla artikkelia. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. Tarkennus: tekstiä joistakin yleisvaiheista

Pääartikkeli: Sähkön ja elektroniikan historia

Hankaussähkö tunnettiin jo vanhalla ajalla. Sen mainitsi jo Thales. Tiedettiin, että varsinkin meripihka saa hangattaessa kyvyn vetää puoleensa lähellä olevia kevyitä esineitä ja saattaa lisäksi kipinöidä. Useissa nykyisissäkin kielissä sähköä tarkoittavat sanat johtuvat kreikan meripihkaa tarkoittavasta sanasta ελεκτρον, elektron.

Sähköoppi alkoi tieteenhaarana kuitenkin kehittyä vasta 1700-luvulla. Silloin havaittiin, että on olemassa kaksi vastakkaista sähköistä tilaa, joita alkujaan nimitettiin lasi- ja hartsisähköksi, myöhemmin positiiviseksi ja negatiiviseksi varaukseksi. Havaittiin, että samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan, erimerkkiset vetävät toisiaan puoleensa. Myöhemmin Charles-Augustin de Coulomb todensi nimeään kantavan lain, jonka mukaan niiden välillä voima on suoraan verrannollinen varausten tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden etäisyyden neliöön. Sähköopin huomattavimpiin tutkijoihin kuului myös Benjamin Franklin, joka muun muassa todisti salaman olevan sähköpurkaus.

Vuonna 1800 Alessandro Volta keksi sähköparin, ensimmäisen laitteen, jolla voitiin tuottaa sähkövirtaa. 1800-luvun aikana sähkön luonnetta opittiin ymmärtämään monipuolisesti ja luotiin sähköisiin ilmiöihin liittyen jo laajasti sähkömagneettinen teoria. Vuosisadan aikana kehitettiin toimivalle tasolla muun muassa sellaisia sähköisiä laitteita kuin generaattori, sähkömoottori, sähkövalaistus, sähkölennätin ja puhelin.

1900-luvulla sähkötekniikan käyttö arkipäiväistyi ja sähkötekniikan perustalle kehittyi nopeasti laajentuvaksi tekniikanalaksi elektroniikka. Sähköenergiaa alettiin tuottaa ja jaella sekä teollisuuteen että yksityiskoteihin ja moninaiset sähkömoottorikäyttöiset koneet otettiin käyttöön. 1900-luvun kuluessa kehitettiin ja otettiin käyttöön monet elektroniset laitteet: esimerkiksi radio, televisio, tietokoneet ja matkapuhelimet. Elektroniikka sai monia sovellutuksia teollisuudessa, lääketieteessä tekniikassa, tieteellisessä tutkimuksessa, ajoneuvoissa ja viihdelektroniikkalaitteissa. 1900-luvun lopulla lähes kaikki tekniikan alat alkoivat käyttää sähkötekniikkaa ja elektroniikkaa avuksi.

[muokkaa] Sähköenergian tuottaminen ja siirtäminen

Pääartikkeli: Sähköntuotanto

Sähköenergiaa voidaan tuottaa monista energianlähteistä erilaisissa sähkövoimalaitoksissa. Eri energialähteitä ovat muiden muassa vesivoima, ydinvoima, tuulivoima, aurinkoenergia ja maalämpö.

Sähköä tuotetaan kemiallisten ja magneettisten ilmiöiden avulla tai suoraan auringon valosta. Kemiallinen sähkö tarkoittaa esimerkiksi paristoa, akkua tai polttokennoa ja magneettista sähkögeneraattoria. Aurinkoenergiaa voidaan muuttaa sähköksi aurinkokennolla.

Sähkö siirretään käyttökohteisiin (esimerkiksi tehtaisiin ja kotitalouksiin) sähkönsiirtoverkkoa pitkin. Valtakunnallisessa siirtoverkossa on monia muuntamoja, joissa sähkön jännitetasoa vaihdetaan kyseiselle siirtovälille soveltuvaksi.

[muokkaa] Sähkönkäyttö

Useat teollisuuden ja kotien koneista ja laitteista toimivat nykyään sähköllä. Sähkölämmitys toimii muuttamalla sähköisissä vastuksissa sähkövirta lämpöenergiaksi. Sähkömoottorit käyttävät monia kodinkoneita, kuten kylmäkoneita, vatkaimia, pölynimureita, astianpesukoneita ja pyykinpesukoneita, sekä pyörittävät teollisuuden ja maatalouden tuotantorakennuksissa sijaitsevia koneita. Sähkömoottoreissa sähköinen energia muuttuu mekaaniseksi energiaksi. Radio, televisio ja puhelin ovat sähköllä toimivia elektronisia laitteita. Valaistus on maailman suurin yksittäinen sähkönkuluttaja.

[muokkaa] Sähköiset ilmiöt ja suureet

Jännite (sähköinen potentiaaliero) on volteissa (V) mitattava eräänlainen sähkön "voimakkuuden" yksikkö, jota voitaisiin verrata vaikkapa putouksen korkeuteen tai hydraulisen laitteen paineeseen. Verkkojännite Suomessa on 230 volttia. Pienissä paristoissa voi olla esimerkiksi 1,5 voltin tai 9 voltin jännite.

Sähkövirtaa voitaisiin verrata virtauksen määrään putousvertauksessa tai hydrauliikassa. Sähkövirta on putouksen veden tai hydrauliikan öljyn sijaan sähkövarauksen siirtymistä. Virtaa mitataan ampeereissa (A). Tyypillinen kodin sähkötaulun sulake rajoittaa sähköjohdon virran 10 tai 16 ampeeriin ylikuormitustilanteessa.

Sähkön tuottamaa tehoa mitataan wateissa (W) tai kilowateissa (1 kW = 1 000 W). Esim. sähkölämmittimen teho saattaa olla 2 000 wattia. Sähköinen teho on virran ja jännitteen tulo, joten 230 V sähköverkossa tuo 2 000 W lämmitin aiheuttaa noin 9 A virran.

Energia on tietynlainen "tehdyn työn määrä" ja sitä mitataan yleensä sähköisissä yhteyksissä kilowattitunteina (kWh), vaikka joule onkin yleinen energian yksikkö muuten. Jos kahden kilowatin tehoista laitetta käytetään vaikkapa kolmen tunnin ajan, kuluu sähköenergiaa 6 kilowattituntia.

[muokkaa] Sähkön tutkimus

Sähköä ja siihen liittyviä ilmiöitä tutkii sähköoppi ja sen alaisina sähködynamiikka, sähkömagnetismi ja sähköstatiikka. Sähköenergian tuottamista ja siirtämistä tutkii sähkövoimatekniikka. Elektroniikka on taas ala, joka tutkii ja kehittää elektronisista komponenteista tehtyjä laitteita kuten vaikkapa radioita ja laskimia. Automaatio käsittelee esimerkiksi tehtaiden sähköisiä tuotantolinjoja.

[muokkaa] Katso myös

• Sähköntuotanto
• Sähkövalo
• Sähkön hinnan määräytyminen

[muokkaa] Kirjallisuutta

• Karttunen, Hannu: Fysiikka. Tiedettä kaikille. Ursan julkaisuja 89. Helsingissä: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2006. ISBN 952-5329-32-1.

[muokkaa] Aiheesta muualla

• LTY:n sähkötekniikan peruskurssin kalvot
• Energianet.fi Sähkön kilpailutus