Sähkövirta on sähkövarauksen virtaus ajan funktiona määrätyn pinnan läpi. Sähkövirran suuruus kuvaa, kuinka suuri sähkövarauksen määrä kulkee läpi aikayksikössä.
I = Δ Q Δ t {\displaystyle I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}} 
Tässä
I {\displaystyle I}
on sähkövirta (virran suuruus).
Δ Q {\displaystyle \Delta Q}
on kulkenut sähkövarauksen muutos aikavälillä.
Δ t {\displaystyle \Delta t}
on tarkasteltu ajan muutos.
Suureet ja yksiköt
Sähkövirran SI-yksikkö on ampeeri (A). Yksi ampeeri vastaa sitä virtaa, jonka aikana yhden coulombin (C) varaus kulkee läpi yhdessä sekunnissa (1 A = 1 C/s). Vuodesta 2019 ampeerin määritelmä on sidottu perusvaraukseen: elementtivaraus e on määritelty numeerisesti e = 1.602176634×10−19 C, mikä määrittää coulombin ja siten ampeerin tarkasti.
Instantiaali- ja keskivirta
Keskivirta määritellään yllä olevalla ΔQ/Δt-kaavalla tarkastellulla aikavälillä. Instantiaalinen eli hetkellinen virta saadaan rajaamalla aikaväli nollaan, jolloin saadaan differentiaalimuoto:
I(t) = dQ/dt (hetkellinen virta).
Mikroskooppinen selitys
Sähkövirta syntyy varauksenkuljettajien (esim. elektronien tai ionien) liikkeestä. Metallijohtimessa kantajina ovat elektronit, ja niiden liikettä voidaan kuvata kaavalla
I = n q v_d A,
missä n on kantajien pitoisuus (lukumäärä tilavuusyksikköä kohti), q on yhden kantajan varaus (esim. −e elektronille), v_d on driftinopeus (keskimääräinen suuntainen nopeus) ja A on johtimen poikkipinta-ala. Vaikka sähkövirta voi olla suurikin, yksittäisten elektronien driftinopeus on käytännössä hyvin pieni (millimetrejä tai senttimetrejä sekunnissa).
Virran suunta
Perinteinen virran suunta (konventionaalinen suunta) on määritelty positiivisesta navasta negatiiviseen napaan; elektronien todellinen liikesuunnan on usein vastakkainen tähän suuntaan, koska elektronit ovat negatiivisesti varautuneita.
Tyypit: tasavirta ja vaihtovirta
- Tasavirta (DC, direct current): virran suuruus ja suunta pysyvät vakiona ajan kuluessa (esim. pariston tuottama virta).
- Vaihtovirta (AC, alternating current): virran suunta ja usein myös suuruus vaihtuvat säännöllisesti ajan funktiona (esim. kotitalouksien verkkovirta, tyypillisesti sinimuotoista). Vaihtovirran tehokas arvo ilmoitetaan usein RMS-arvona (root mean square).
Ohmin laki ja yhteys jännitteeseen
Monissa tilanteissa jännite, virta ja resistanssi liittyvät toisiinsa Ohmin lain kautta:
V = I R,
missä V on jännite, I virta ja R resistanssi. Ohmin laki pätee ideaalisesti lineaarisille resistiivisille elementeille.
Virran tiheys
Virran tiheys J kuvaa virran jakaantumista poikkileikkauksessa ja määritellään J = I / A, yksikkönä A/m2. Tästä riippuu mm. johtimen lämpeneminen ja materiaalin kestävyys.
Mittaus ja laitteet
- Ammeter (virtamittari): kytketään sarjaan piiriin mittaamaan kulkevaa virtaa.
- Monimittari: yleismittari, joka voi mitata virtaa, jännitettä ja vastusta.
- Klamppimittari: mittaa virran johtimen ympärillä olevan magneettikentän perusteella ilman johtimen katkaisua.
Esimerkkejä ja tyypillisiä arvoja
- Pienelektroniikkalaitteet: milliampeereistä (mA) muutamiin ampeereihin (A).
- Kotitalouksien sähkölaitteet: tyypillisesti muutamista ampeereista kymmeniin ampeereihin (esim. keittolevy, sähköliesi).
- Verkkovirta: eurooppalainen kotiverkko ~230 V ja sulakekoot yleisesti 10–25 A.
- Salama: voi ajaa kymmeniä tuhansia ampeereja (kA).
Turvallisuus
Virta vaikuttaa ihmiskehoon: pieni virta voi tuntua pistelynä, mutta yli kymmenien milliampeerien (mA) tasot voivat aiheuttaa lihassärynää, hengitysvaikeuksia tai sydämen rytmihäiriöitä. Yli ~100 mA kulkeva virta voi olla hengenvaarallinen. Siksi sähkötyössä on noudatettava varotoimia ja suojalaitteita.
Yhteenveto
Sähkövirta kuvaa sähkövarauksen kulkua ajan funktiona. Sen perusyhtälö on I = ΔQ/Δt ja SI-yksikkö ampeeri (A), joka vastaa yhtä coulombia sekunnissa. Virran ymmärtäminen sekä makro- että mikrotasolla on keskeistä sähkötekniikassa ja arkipäivän sähkölaitteiden turvallisessa käytössä. Virtaa esiintyy mm. johdoissa, paristoissa ja salamoissa.