Svar:
Man brukar tala om två olika energiband för elektronerna:
valensbandet och ledningsbandet. Elektronerna i valensbandet
kan inte leda ström - de är låsta till en viss atom. Elektronerna i ledningsbandet kan emellertid röra sig fritt i materialet, och kan därför leda ström.

Ledningsbandet ligger över valensbandet, se nedanstående figur från Wikimedia Commons. Den streckade linjen visar vad man kallar för ferminivån som är den energi som de mest energetiska elektronerna har. Upp till ferminivån är alltså tillstånden fyllda, ovanför densamma är de tomma.

Ligger ledningsbandet mycket över valensbandet har vi en isolator (stort bandgap, till höger i figuren).
Ligger det bara lite över, kan elektroner från valensbandet
hoppa upp till ledningsbandet av värmerörelser (mitten av figuren). Vi har en halvledare. Överlappar de båda banden (till vänster i figuren) har vi en metall. Överlappar de lite är metallen dålig ledare. Överlappar de mycket
är det en god ledare. Det här är naturligtvis en ytlig förklaring, men för att tränga längre in i det, behöver man goda kunskaper i matematik och kvantfysik.

Några exempel:

Isolator: Diamant, svavel

Halvledare: Kisel, germanium

Dålig metallisk ledare: Bly, vismut, grafit, kromnickel

God metallisk ledare: Silver, koppar, guld, aluminium

Se vidare länk 1, 2, Electrical_conductivity, Electrical_conduction och Conduction_band.

/Peter E 1999-12-06

Svar:
Det beror på hur du menar. Medeleffekten när lampan är tänd blir faktiskt lite högre. Just när man slår på lampan drar den mycket mera ström än vanligt. En 60 W drar hela 800 W de första ögonblicken. Glödtrådens resistans beror nämligen på temperaturen. Vid rumstemperatur är den mindre än en tiondel av resistansen när den glöder.

Mät resistansen hos en glödlampa med en ohmmeter. Räkna ut effekten. Förklara varför den uträknade effekten inte stämmer med lampans märkeffekt.

Ovanstående är förklaringen till att lampor ofta går sönder precis när de tänds. Den snabba uppvärmningen orsakar mekaniska spänningar (termisk materialutmattning) i glödtråden, vilket kan orsaka att den går sönder.

Kommentar om motstånd och glödlampor:

Ett elektriskt motstånd har normalt inte så hög ström att det värms upp särskilt mycket. Resistansen är därför konstant, och strömmen ges av

I = U/R

där U är spänningen och R resistansen.

Den utvecklade effekten P ges av

P = UI = U²/R

En glödlampa eller ett elektriskt värmeelement, däremot, värms upp till över tusen grader vilket gör att resistansen ökar väsentligt. Strömmen minskar då och temperaturen stabiliseras till ett värde så att det är balans mellan den utstrålade effekten och värmeutvecklingen i glödtråden. Denna effekt är märkeffekten för den aktuella spänningen.

I metaller leds strömmen av fria elektroner. Om temperaturen ökar "vibrerar" atomerna mer vilket hindrar elektronernas rörelse. Detta är skälet till att resistansen ökar med ökande temperatur för nästan alla metaller. (Electrical_resistivity_and_conductivityMetals)
/KS/lpe 2000-02-24

Svar:
De stora ledningarna (från kärnkraftverken och Norrland) är 380 kV växelström. Enligt Electric_power_transmission är ledningarna normalt en aluminium-legering tillverkad av flera trådar och förstärkta med ståltrådar (se bild i länk 1). Koppar användes ibland, men aluminium har lägre vikt för given kapacitet och är dessutom mycket billigare.

Ledningar i havet är ofta högspänd likström - med eller utan returledning. Man kan använda vattnet för att sluta slingan men då får man en oönskad ström genom vattnet/marken. Högspänd likström (HVDC) utvecklades tidigt av ASEA och de (ABB numera) är forfarande en ledande tillverkare.

Anledningen till att man vill ha hög spänning är att resistansförlusterna blir mindre med ökande spänning. Den transporterade effekten är

  P = UI dvs I = P/U

Resistansförlusterna om ledningens resistans är r blir

  P_r = rI² = r(P/U)²

För givet P och r minskar alltså resistansförlusterna med ökande U.

Växelspänning ger även vissa kapacitetsförluster - speciellt i vatten som ökar dessa förluster. Anledningen till att man inte enbart använder högspänd likström är att transformeringen växelspänning-likspänning-växelspänning är komplicerad och ger förluster. Speciellt bökigt blir det om man vill ta ut den del ström längs ledningen. Detta är enkelt med transformatorer om man använder växelspänning, men inte effektivt med likström. Behovet av avtappning vid transport under vatten finns ju knappast.

Se Baltic_Cable för information om kabeln mellan Sverige och Tyskland som faktiskt enligt artikeln saknar returledning! Förutom att vi alltså skickar ström genom de stackars torskarna i Östersjön så får vi i Sverige betala tyska höga priser för elenergin i stället för det traditionellt låga svenska priserna! Man har emellertid lagt ner dubbla ledare eftersom man i samband med bygget fick kritik från miljörörelsen. Men i stället för att använda den andra ledningen som returledning kör man nu båda parallellt och alltså utan returledning!

Jag stiger nu ner igen från min apelsinlåda :-).

Fotnot om system utan returledning:

System med högspänd likström utan returledning (SWER) beskrivs i en Wikipedia-artikel Single_wire_earth_return. Där säger man bland annat:

SWER violates common wisdom about electrical safety, because it lacks a traditional metallic return to a neutral shared by the generator. SWER’s safety is instead assured because transformers isolate the ground from both the generator and user.

Systemen sägs alltså vara oskadliga, men det råder det inte enighet om.
/Peter E 2007-11-13

Svar:
Svante! Din teori gäller bara om resistansen hos lamporna är konstant, dvs samma när de är tända som när de är släckta. Ledningarna bör normalt ha så litet motstånd att de inte påverkar spänningen.

Om du mäter resistansen för en släckt lampa med en ohmmeter så finner du att resistansen är c:a 40 ohm. För en 40 W lampa ansluten till 230 V blir resistansen

R = U²/P = 230²/40 = 1300 ohm.

Anledningen är helt enkelt att resistansen hos glödtråden ökar med temperaturen. Ju varmare glödtråd desto högre resistans. När man tänder lampan får man under en mycket kort stund mycket hög ström. Effekten i en kall glödtråd blir

P = U²/R = 230²/40 = 1300 W

På en bråkdel av en sekund stiger temperaturen och motståndet tills ett jämviktsläge med effekten 40 W inställer sig.

Strömmen blir enligt Ohms lag

I = U/R = 230/1300 = 0.18 A.

Vad händer om man seriekopplar två lampor? Om resistansen vore densamma skulle vi få strömmen

I = U/(2R)

Men eftersom strömmen är mindre blir även uppvämningen mindre. Du får då en lägre resistans än 2R, så strömmen blir mer än hälften av värdet med en lampa. Detta är precis vad du observerade.

Lägg märke till att lampor uppför sig helt annorlunda än resistorer! Resistorer har konstant resistans eftersom man normalt inte låter strömmen bli så hög att de värms upp till höga temperaturer.
/Peter E 2012-11-26

Svar:
Wikipedia (Supraledare) definierar supraledning:

Supraledning är ett fenomen i fasta tillståndets fysik som uppträder under en viss kritisk temperatur (ofta betecknad T_c) i vissa material. Ett supraledande material karakteriseras av sin oändligt stora elektriska ledningsförmåga och av att det inte kan innehålla något magnetiskt fält i innandömet (Meissnereffekten). Fenomenet förklaras teoretiskt av att elektronerna vid tillräckligt låga temperaturer parar ihop sig till Cooper-par.

Supraledning finns vid tillräckligt låga temperaturer hos vissa metaller och även keramiska ämnen. Det finns ämnen som är supraledande vid så hög temperatur att man kan använda billigt och lättillgängligt flytande kväve som kylmedel (kokpunkt 77 K).

Supraledning är ganska komplext och det finns olika förklaringar och fenomenet är inte helt förstått, speciellt när det gäller högtemperatursupraledare. Den klassiska förklaringen är BCS-teorin (se BCS_theory).

I en vanlig ledare (typiskt en metall) sker laddningstransporten med fria elektroner, se fråga [9549]. Elektronerna kolliderar med atomerna i gittret och i en del av dessa kollisioner förlorar elektronen energi som värmer upp ledaren. Denna uppvärmning av ledaren är oftast oönskad eftersom den innebär en energiförlust (ledningsresistans).

I vissa ledare vid låg temperatur slår sig elektronerna ihop två och två med motsatt spinn (+1/2.-1/2). Man får då vad man kallar ett Cooper-par med spinnet 0. Dessa Cooper-par leder strömmen i stället för fria elektroner. På grund av kvantmekaniken är den emellertid två avgörande skillnader:

1 Eftersom ett Cooper-par har heltaligt spinn (0) är de bosoner och behöver till skillnad från fermioner (halvtaligt spinn) inte lyda pauliprincipen, se fråga [18298]. Alla Cooper-par kan då befinna sig i det lägsta tillståndet, grundtillståndet. Detta kallas Bose-Einstein-kondensat, se fråga [1136].

2 Energin i grundtillståndet är för liten för att Cooper-paren skall kunna växelverka med gittret. Detta betyder att kollisioner blir "förbjudna" och Cooper-paren kan röra sig obehindrat, det vill säga att resistansen är noll.

I figuren nedan visas resistiviteten (grön kurva) som funktion av temperaturen. Man ser att resistiviteten är exakt noll för temperaturer mindre än T_c. Den blå kurvan visar specifik värmekapacitet. Man ser att även denna påverkas vid fasövergången T=T_c.

Se även Superconductivity.

/Peter E 2014-06-10