Sahkovirta tarkoittaa seka fysikaalista ilmiota etta siihen liittyvaa suuretta . ^[1] Ilmiona sahkovirta on sahko­varausten liiketta. Suureena sahkovirta (tunnus I ) ilmaisee sahkojohteen poikkipinnan lapi aikayksikossa kulkevan sahkovarauksen maaran. SI-jarjestelmassa sahkovirta on yksi perussuureista , ja sen yksikko on ampeeri (A). Yksi ampeeri on yhden coulombin suuruisen varauksen kulku johteen poikkipinnan lapi yhden sekunnin (s) aikana; 1 A = 1 C/s.

Systeemi, jossa sahkovirta voi kulkea, on virtapiiri . Virran edellytys on potentiaaliero, eli jannite virtapiirin tarkasteltavien pisteiden valilla. Virtapiirin johteena voi olla mika tahansa valiaine tai tila, jossa sahkovarauksia ylipaataan voi kulkea. Varauksen kuljettajana johteessa voi toimia elektronit , protonit ^selvenna , atomit , molekyylit , aukot , hiukkaset tai suuretkin kappaleet. Taten johteena voi toimia tyhjio , kaasu , neste eli elektrolyytti tai kiintea aine (johde, puolijohde tai eriste ). ^[2]

Sahkovirta ilmiona on yleinen luonnossakin, mutta paremmin ymmarretyksi se tuli vasta, kun Alessandro Volta 1700-luvun lopulla sai sen laboratoriossa keino­tekoisesti aikaan. ^[1] Virta voidaan havaita sen vaikutusten perusteella, joista tarkeimpia ovat termiset , magneettiset ja kemialliset vaikutukset. ^[1]

Jos sahkovirran suunta pysyy vakioina, on kyseessa tasavirta . Vaihtovirta on sahkovirtaa, jonka suunta - ja taten myos voimakkuus - vaihtuvat jatkuvasti, kaytannon sovelluksissa yleensa sinimuotoisesti ; verkkovirta on sinimuotoista vaihtovirtaa. Sahkoenergian siirto vaihtovirralla on huomattavasti haviottomampaa kuin tasavirralla. Toisaalta tasavirta on turvallisempaa sahkoiskun sattuessa.

Varauksenkuljettajina toimivat metalleissa elektronit , elektro­lyyteissa positiiviset ja negatiiviset ionit ( kationit ja anionit ), kaasuissa joko ionisoituneet molekyylit tai niista irroneet vapaat elektronit. Tyhjiossa sahko­virtaa voivat kuljettaa vapaat varaukselliset hiukkaset ^[3] , esimerkiksi metallista tyhjioon potentiaalieron avulla irrotetut elektronit (katso elektroniputki ).

Varauksenkuljettajat voivat siis olla sahkovaraukseltaan positiivisia tai negatiivisia. Alun perin ajateltiin, etta sahkovirran aiheutti aina - myos johteessa - positiiviset varauksenkuljettajat, jolloin sahkovirran suunnaksi maarattiin suunta anodista (+) katodiin (-). Metallijohteissa varauksia kuljettavat kuitenkin tyypillisesti elektronit, jotka ovat negatiivisia sahkovarauksia. Taten varsinkin metallisissa johdemateriaaleissa, joissa varauksen kuljettajana toimii vapaat elektronit, varauksenkuljettajien liikesuunta on vastakkainen sahkovirran suuntaan nahden. Johteesta riippumatta elektronit varauksenkuljettajina kulkevat aina virran suuntaa vastaan. Varaukseltaan positiivisten varauksenkuljettajien, kuten kationien , liikesuunta on sama kuin sahkovirran suunta. ^{[2] [4]}

Mikali elektrolyytti , jossa on yhtalaisesti seka positiivisia, etta negatiivisia varauksenkuljettajia - esimerkiksi ruokasuolaliuos , jossa on positiivisesti varautuneita natriumioneja (Na ⁺ ) ja negatiivisesti varautuneita kloridi -ioneja (Cl ^? ) - liikkuu, ei kyseessa ole sahkovirta. Tama ymmarretaan niin, etta jos positiivisten varauksenkuljettajien tulkitaan aiheuttavan elektrolyytin liikkeen suuntaisen virran, aiheuttavat negatiiviset varauksenkuljettajat saman suuruisen, mutta vastakkaissuuntaisen virran. Naiden virtojen arvot ovat yhta suuret, mutta suunnat painvastaiset, joten ne kumoavat toisensa. Kokonaisvirta on siten nolla. ^[2]

Sahkovirta voidaan saada aikaan mekaanisesti , termisesti tai kemiallisesti. Ensimmainen tunnettu virtalahde oli galvaaninen pari , jossa kemiallinen reaktio yllapitaa sahko­virtaa. Nykyaankin paristoja kaytetaan virran lahteena monissa kannettavissa laitteissa. Akku on sahko­pari, jossa nama reaktiot voidaan ulkoisen virran avulla saada tapahtumaan myos kaanteiseen suuntaan, joten se voidaan ladata uudestaan. ^[5]

Teknisesti tarkein ^{kenen mukaan?} sahkovirran lahde on kuitenkin sahkomagneettinen induktio , johon perustuvat kaikki erilaisten voima­laitosten generaattorit . ^[5]

Sahkovirtaa voidaan saada aikaan myos valon tai muun sahkomagneettisen sateilyn avulla. Tahan perustuvat aurinkokennot (katso valosahkoinen ilmio ). Sahkojannite ja taten sahkovirtaa on mahdollista saada tuotettua myos Peltier'n ilmion avulla; kun virtapiirin jokin osa on eri metallia kuin muu virtapiiri ja eri metallien liitoskohdat ovat eri lampotilassa muodostuu virtapiirin avoimiin paihin jannite. Tallainen laite on lampopari . ^[5] Katso peltier-elementti . Sahkoenergiaa voidaan tuottaa myos polttokennolla .

Suureena sahkovirta (tunnus I tai i ^{[6] [7]} ) ilmaisee johtimen poikkileikkauksen lapi kulkevan sahko­varauksen maaraa aikayksikossa . Se on yksi SI-jarjestelman perussuureista . ^{[2] [4]} Suureen nimi oli aikaisemmin sahkovirran voimakkuus , mutta nykyisin se on lyhennetty muotoon sahkovirta , jolla siis voidaan tarkoittaa seka ilmiota etta sita kuvaavaa suuretta. ^[1] Suureen tunnus, I , tulee ranskan kielesta intensite du courant. ^[8]

Teoreettisesti sahko­varaus olisi luonnollisempi valinta sahko­opin perus­suureeksi kuin sahko­virta. ^[9] Sahko­virta on kuitenkin valittu perus­suureeksi lahinna mittaus­teknisista syista, koska se voidaan seka magneettisten etta kemiallisten vaikutustensa, Amperen lain ja Faradayn induktiolain perusteella, mitata ja mittaukset myos toistaa paljon tasmallisemmin kuin varauksia voidaan mitata Coulombin lakiin perustuen. ^[1]

SI-jarjestelmassa sahkovirran perusyksikko on ampeeri (tunnus A ^{[6] [7]} ), joka on maaritelty antamalla alkeisvaraukselle kiintea lukuarvo 1,602 176 634 · 10 ^-19 kun varauksen yksikkona on coulombi eli ampeerisekunti (A·s). Sekunti vuorostaan on maaritelty cesiumin tietyn taajuuden (cesium-133-atomin hairiintymattoman perustilan ylihienorakenteen kahden energiatason valista siirtymaa vastaavan sateilyn taajuuden, Δt _Cs ) avulla. ^[10] Ennen vuotta 2019 ampeeri oli maaritelty erityisella tavalla; kahdessa, toisistaan metrin paassa samansuuntaisesti tyhjiossa kulkevassa aarettoman pitkassa ja ohuessa, johtimessa kulkee molemmissa yhden ampeerin sahkovirta, jos niiden valille syntyy 2×10 ^?7 newtonin suuruinen voima johdinmetria kohti. ^{[6] [11] [12] [2] [13]}

Yhden ampeerin virta vastaa noin 6,2415×10 ¹⁸ alkeisvarauksen kulkua poikkileikkauksen lapi sekunnissa. Sekunnissa kulkevien varaustenkuljettajien suuri maara johtuu yksittaisen sahkovarauksen pienuudesta ja taten niiden suurista maarista. Suuruusluokaltaan ampeeri on varsin lahella ihmisen arjen tarpeita. ^[4]

Sahkovirta johtimessa aiheuttaa johtimen ymparille sahko- ja magneettikentan , joita kutsutaan myos yhteisnimella sahkomagneettinen kentta . Sahkovirran synnyttaman magneettikentan suunta saadaan selville 'oikean kaden paukalosaannolla'; "Kun johtimen ymparille kierretyn oikean kaden peukalo osoittaa virran suuntaan, niin sormen paat osoittavat magneettikentan suunnan". ^[14]

Magneettikentan voimakkuutta kuvataan magneettivuon tiheydella

Johtimen sahkovirran kykya synnyttaa magneettikentta kutsutaan johtimen induktanssiksi . Magneettikentta voidaan havaita jopa kompassilla , kunhan virta on yli ampeerin suuruinen. Sahkovirran aiheuttama magneettikentta aiheuttaa muissa magneeteissa tai muissa sahkojohtimissa voimia, jotka pyrkivat siirtamaan niita paikoiltaan. Tahan ilmioon perustuu sahkomoottorien toiminta. ^[15]

Sahkovirran kulku ei ole edes metallisissa johteissa vapaata, vaan johde-elektronien kulkua haittaavat metallien atomit. Elektronien tormaillessa atomeihin menettavat ne liike-energiaansa ja luovuttavat sita atomeille, jotka alkavat varahdella paikallaan. Tama varahtely on lampoliiketta , joka leviaa johtimessa ja lammittaa sita. Tata sahkovirran kasvua rajoittavaa ominaisuutta kutsutaan resistanssiksi . ^{[16] [17]} Sahkovirran lampovaikutukseen perustuvat esimerkiksi sahkolammitys , sahkoliedet ja myos hehkulamput , joiden kuluttamasta energiasta noin 95 %:a vapautuu lampona ja vain noin 5 %:a valona. Sahkoenergian siirrossa lammon kehittyminen on kuitenkin haitallista, silla tehoa kuluu sen vuoksi hukkaan. Taman vuoksi energian siirrossa pyritaan kayttamaan suurta jannitetta ja pienta virtaa, mika vaihtovirtaa kaytettaessa on saatavissa aikaan muuntajan avulla.

Tyhjiossa varauksenkujettajat saadaan liikkeelle kiihdyttamalla ne vauhtiin sahkokentan avulla. Kun vapaasti liikkuva hiukkanen osuu atomeihin, jarruttuvat ne voimakkaasti aiheuttaen jarrutussateilya . Sateilyn aallonpituus voi olla mita tahansa sahkomagneettisen spektrin aallonpituutta . Rontgenputken toiminta perustuu tahan jarrutussateilyyn.

Kun sahkovirta kulkee elektrolyytissa eli nesteessa, jossa varuksenkuljettajina voivat toimia liuenneet ionit, saattaa aiheutua kemiallisia reaktioita. Esimerkiksi hopeanitraatti liuoksessa virtapiirin elektrolyyttiin yhdistavista elektrodeista tulevat elektronit siirtyvat liuoksessa hopea-ionille pelkistaen sen liukenemattomaksi hopeametalliksi. Jos liuenneet aineet ovat toiset, esimerkiksi ruokasuolaa, aiheuttaa sahkovirta natrium-ionin pelkistymisen, mutta natrium taas veden hajoamisen vedyksi ja hapeksi. Kummassakin tapauksessa sahkovirran energia muuttuu kemialliseksi energiaksi .

Elollisen olennon hermosto toimii hermojen kuljettamien sahkosignaalien avulla. Jos ihmiskehon lapi johdetaan sahkovirtaa, ihminen saa sahkoiskun , joka saattaa sekoittaa hermoston toimintaa. seurauksena voi olla esimerkiksi lihasten nykimista tai kramppeja. Suurilla virroilla kaynnistyvat kehossa myos kemialliset reaktiot ja se kuumenee, minka seurauksena voi olla palovammoja. Vaihtovirta on huomattavasti tasavirtaa vaarallisempaa voidessaan jo milliampeeritasolla olla tappava. Tama johtuu vaihtovirran muuttuvanapaisuudesta, joka voi aiheuttaa sydamen kammiovarinan .

Naiset aistivat miehia herkemmin ihoon johdettua sahkovirtaa. Tuntemuksia aiheuttava alaraja tasavirralle kaden iholla on naisilla keskimaarin 0,6 milliampeeria ja miehilla 1 mA. Kipuraja on naisilla 41 mA ja miehilla 62, ja hengitysvaikeudet alkavat naisilla 60 milliampeerista ja miehilla vasta 90:sta. 60 Hz :n vaihtovirralla vastaavat arvot olivat 0,3 mA ja 0,4 mA, seka 9 mA ja 6 mA ja 15 mA ja 23 mA. Mahdollinen kammiovarina syntyi kuitenkin miehille ja naisille samoilla virroilla; 0,03 s ja 1 300 mA seka 3 s ja 500 mA. ^[18]

Sahkovarausten maara Q , joka kulkee poikkileikkauksen lapi aikajaksossa t on

${\displaystyle Q=It,}$

kun sahkovirta I sailyy samansuuruisena. ^[19]

Sahkovirta muodostaa johtimen ymparille magneettikentan , jonka kiertaa sita. Syntyneen magneettikentan voimakkuus on suurimmillaan johtimen pinnalla, mutta heikkenee etaisyyden kasvaessa johtimesta. Magneettikentan voimakkuutta kuvataan suureella magneettivuon tiheys ( B ), joka on suoraan verranollinen sahkovirtaan ja kaantaen verrannollinen etaisyyteen ( r ) johtimesta: ${\displaystyle B={\frac {\mu _{0}I}{2\pi r}}.}$^[20]

Johteen resistanssi ( R ) vastustaa sahkovirran kulkua ja aiheuttaa johtimen paiden valille eraanlaisen "vastapaineen" eli sahkoteknisesti jannitehavion ( U ). Ulkoinen jannite maaraa, kuinka suuri virta ( I ) johteeseen syntyy;

${\displaystyle I={\frac {U}{R}}}$

Jannitehavio ( U ) on suoraan verrannollinen resistanssiin ( R ) ja virtaan ( I )

${\displaystyle U=RI.}$^[21]

Yhden ohmin resistanssi yhden ampeerin virralla aiheuttaa yhden voltin jannitehavion. Jannitehavio voitetaan yhta suurella ulkoisen jannitteen nostolla. Sahkolaitteeseen (virtapiiriin) syntyy sahkovirta vain, jos se on kytketty jannitelahteeseen; virtapiiri on suljettu .

Suljetun virtapiirin Johteen ja vastuksen resistanssi muuttaa sahkoenergiaa lammoksi . Lampomaara on suoraan verrannollinen virtaan, jannitteeseen ja ajalliseen kestoon ja kaataen verrannollinen resistanssiin;

${\displaystyle E=UIt,}$

missa E on lampoenergia ja t kulunut aika. Jos tiedetaan vain virta ja resistanssi, muuttu lauseke

${\displaystyle E=RI^{2}t}$

eli lammitystehoksi P muutettuna

${\displaystyle P=RI^{2}.}$^[22]

Yhden ohmin resistanssi lammittaa johdinta yhden joulen verran sekunnissa eli yhden watin lammitysteholla.

Sahkovirtaa mitataan tavallisimmin virtamittarilla . Analogisen virtamittarin toiminta perustuu sahkovirran johtimeen synnyttamaan magneettikenttaan . Sahkovirta voidaan mitata taman magneettikentan voimakkuudesta: kentta vaantaa mittarin viisaria suhteessa sen aiheuttaneen virran suuruuteen.

Sahkovirtaa voidaan mitata myos johtamalla virta pienen vastuksen (shunttivastuksen) lapi ja sitten mittaamalla jannitemittarilla (tai oskilloskoopilla ) vastuksen yli vaikuttava jannite . Kun jannite ja vastus tunnetaan, virta voidaan laskea Ohmin lain avulla. Esimerkiksi milliohmin shuntilla saadaan millivoltin jannite ampeeria kohti (1 mV/A).

Yleismittari on laite, jolla voidaan mitata sahkovirtaa jannitteen ja vastuksen lisaksi. Yleismittarissa virran mittaus perustuu herkkaan virta- tai jannitemittariin.

Vaihtovirtaa voidaan mitata virtamuuntajilla . Pihtivirtamittarin toiminta perustuu virtaa kuljettavan johtimen ymparille muodostuvan magneettikentan mittaamiseen: pihti toimii muuntajan sydamena, pihdin sisalla oleva johdin toimii muuntajan ensiona ja mittarin sisalla on toisiokaamitys.

On olemassa myos magnetoresistiivisia virta-antureita.

• Sahko
• Jannite
• Virtapiiri
• Tasavirta
• Verkkovirta
• Vaihtovirta
• Ionivirta
• Vaellusnopeus
• Sahkoisten suureiden analogiat

• Simons, Lennart:  Fysiikka korkeakouluja varten . Porvoo: WSOY, 1963.

• Eskola, Sisko Maria & Ketolainen, Pasi & Stenman, Folke:  Fotoni ? Sahko . lukion fysiikan oppikirja. Helsinki: Otava, 2007. ISBN 978-951-1-20978-2 .

• Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (myos painettuna, ISBN 952-5420-93-0) (PDF) SFS-oppaat . 4.11.2002. Suomen Standardoimisliitto. Arkistoitu 31.8.2012. Viitattu 18.2.2013.

• Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI) (pdf)  (nro 330) NIST Special Publication . 2008. Washington D.C.: National Institue of Standards and Technology. Viitattu 15.2.2013. (englanniksi)

• Lindell, Ismo; Sihvola, Ari:  Sahkomagneettinen kenttateoria 1. Staattiset kentat . Helsinki: Otatieto, 2013. ISBN 978-951-672-354-2 .