Kan vattenflöde förklara elektrisk ström?
Varför uppför sig vatten och el så likartat? Tryck, flöde, förluster med mera. /Per Hådell
Det finns likheter mellan elektrisk ström och vätskeflöde.
Bild: Getty images
Svar av Urban Lundin, professor i elektricitetslära, Uppsala universitet
Elektrisk ström drivs av en spänning medan vätskeflöde i ett rör drivs av ett tryck. Det är vanligt att liknelser görs mellan dessa fenomen – spänningen liknas vid vätsketrycket och strömmen liknas vid vätskeflödet. Vidare är ström och vätskeflöde två former av flöde som kan mätas som laddning per tidsenhet respektive volym eller vikt per tidsenhet. Högre spänning leder till starkare ström, precis som högre tryck leder till högre vätskeflöde.
Flödena påverkas också av motstånd. I rörledningen uppstår friktion genom riktningsförändringar och ytegenskaper på rörets insida, samt genom hur vattenpartiklarna växelverkar med varandra. På motsvarande sätt påverkas ström av elektriskt motstånd, resistans, som orsakas av orenheter, vibrationer samt växelverkan mellan dessa faktorer, och elektronerna i rörelse.
Det är som synes lätt att göra en mängd analogier mellan dessa två fysikaliska fenomen, men det innebär inte att de har samma fundamentala drivkrafter.
När liknelsen mellan el och vatten inte fungerar
Det finns också delar där de inte alls liknar varandra. I det elektriska systemet uppstår till exempel även magnetiska krafter som verkar vinkelrätt mot laddningarnas rörelse. Någon direkt motsvarighet till detta finns inte i ett vätskeflöde.
Flödesanalogier kan även göras med helt andra system. Bilar på en motorväg kan beskrivas som ett flöde (bilar per tidsenhet) där drivkraften kanske är önskan att komma fram snabbt. Om det uppstår en förträngning längs resvägen, exempelvis vid ett vägarbete, kan vi jämföra detta med ökat motstånd. Precis som i de tidigare fallen kommer det ökade motståndet att leda till ett minskat flöde.
Fråga en forskare
Har du en fråga till en forskare? Mejla [email protected]
Vi tycks ha en stark önskan att beskriva olika fysikaliska fenomen med samma begrepp. Analogier mellan tryck och spänning, ström och flöde, resistans och friktion är tacksamma för vår begreppsvärld. De har också den praktiska fördelen att vi kan använda samma, eller likartade, matematiska och fysikaliska beskrivningar för att karakterisera olika fenomen.
Visst är det spännande att mycket olika fenomen kan beskrivas av samma begreppsvärld! Går man in på detaljer blir det snabbt komplicerat, men också vackert.
