Elektronströmmar

Elektronströmmar betecknar rörelsen av elektriska laddningar i material som leder elektricitet. I metalliska ledare dominerar fria elektroner som rör sig under påverkan av ett elektriskt fält. I elektrolyter och vissa halvledare kan även joner eller hål bidra till strömflödet. Den historiskt etablerade riktningen för strömmen kallas konventionell ström och pekar i motsatt riktning till elektronernas faktiska rörelse.

På mikroskopisk nivå uppstår ström när laddningbärare förflyttar sig med en medelhastighet v_d i en viss tvärsnittsarea A. Strömstyrkan I följer I = n q A v_d, där n är bärare per volym, q deras laddning och v_d driftshastigheten. I metaller är v_d mycket liten, vilket gör större ström till följd av höga bärare-tal och förstärkt fält. Ohms lag I = V/R beskriver sambandet i många linjära ledare, men strömmen påverkas av temperatur, materialegenskaper och geometri.

Olika typer av bärare ger olika strömmar: elektroner dominerar i metaller, joner i elektrolyter, och i halvledare kan hål fungera som positiva bärare. Vid växelström varierar strömmens riktning och magnitud med tiden, vilket resulterar i AC-nätverk och frekvenser upp till flera kHz eller högre i elektroniska kretsar. Energin överförs i princip genom det elektromagnetiska fältet, inte genom att bärare färdas längre sträckor; energin förmedlas via Poynting-vektorn.

Elektronströmmar används i nästan all elektronik och kraftförsörjning. Ström- och värmeutveckling uppstår i ledare enligt I^2R-lagen och är viktiga i design och säkerhet. Mäts med en amperemeter, och i kretsar specificeras spänning, motstånd och ström för att kontrollera funktion och säkerhet.