Sähkö

Sähkö on luonnonilmiö, joka liittyy sähkövaraukseen, eli siihen, miten aine tai hiukkanen vuorovaikuttaa sähkökentän kanssa. Se syntyy varattujen hiukkasten, yleensä elektronien, liikkeestä. Sähkö liittyy yhteen perusvuorovaikutusmekanismeista, sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen.
Sähkö on myös monin eri tavoin tuotettavissa oleva energian muoto. Se on keino siirtää energiaa pitkiä matkoja sähköverkon avulla, mutta sen varastoiminen on hankalaa.
Sähkön vanha nimi elektrisiteetti tulee kreikan meripihkaa tarkoittavasta sanasta ἤλεκτρον (ḗlektron). Sanan sähkö keksi 1840-luvulla suomen kielen kehittäjä, lääketieteen ja kirurgian tohtori Samuel Roos. Hän sanoi, että kyseessä on "sähähtämällä säkenöiminen." Samoihin aikoihin Elias Lönnrot ehdotti elektrisiteetin suomenkieliseksi vastineeksi sanaa lieke, joka ei kuitenkaan vakiintunut käyttöön.

Ennen 1800-lukua

Hankaussähkö tunnettiin jo vanhalla ajalla. Sen mainitsi jo Thales. Tiedettiin, että varsinkin meripihka saa hangattaessa kyvyn vetää puoleensa lähellä olevia kevyitä esineitä ja saattaa lisäksi kipinöidä. Useissa nykyisissäkin kielissä sähköä tarkoittavat sanat johtuvat kreikan meripihkaa tarkoittavasta sanasta ελεκτρον, elektron.
Sähköoppi alkoi tieteenhaarana kuitenkin kehittyä vasta 1700-luvulla. Silloin havaittiin, että on olemassa kaksi vastakkaista sähköistä tilaa, joita alkujaan nimitettiin lasi- ja hartsisähköksi, myöhemmin positiiviseksi ja negatiiviseksi varaukseksi. Havaittiin, että samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan, erimerkkiset vetävät toisiaan puoleensa. Myöhemmin Charles Augustin de Coulomb todensi nimeään kantavan lain, jonka mukaan niiden välinen voima on suoraan verrannollinen varausten tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden etäisyyden neliöön. Sähköopin huomattavimpiin tutkijoihin kuului myös Benjamin Franklin, joka muun muassa todisti salaman olevan sähköpurkaus.

1800-luku

Vuonna 1800 Alessandro Volta keksi sähköparin, ensimmäisen laitteen, jolla voitiin tuottaa sähkövirtaa. 1800-luvun aikana sähkön luonnetta opittiin ymmärtämään monipuolisesti ja luotiin sähköisiin ilmiöihin liittyen jo laajasti sähkömagneettinen teoria. Myöhemmin Michael Faraday havaitsi, että sähkövirtaa voitiin tuottaa myös sähkömagneettisen induktion avulla, mihin perustuvat kaikki nykyiset sähkögeneraattorit. Vuosisadan loppupuolella sähkövirta sai jo suuren käytännöllisen merkityksen, kun kehitettiin toimivalle tasolle muun muassa sähkömoottori, sähkövalaistus, sähkölennätin ja puhelin. Ensin suurimmissa kaupungeissa, vähitellen muuallakin alettiin sähköenergiaa tuottaa ja jaella sekä teollisuuteen että yksityiskoteihin.

1900-luku

1900-luvulla sähkötekniikan merkitys kasvoi jatkuvasti, kun moninaiset sähkömoottorikäyttöiset koneet otettiin käyttöön. Sähkötekniikan pohjalta kehittyi nopeasti myös elektroniikka, ja vuosisadan kuluessa kehitettiin ja otettiin käyttöön monet elektroniset laitteet: esimerkiksi radio, televisio, tietokoneet ja matkapuhelimet. Elektroniikka sai monia sovellutuksia teollisuudessa, lääketieteellisessä tekniikassa, tieteellisessä tutkimuksessa, ajoneuvoissa ja viihde-elektroniikkalaitteissa. 1900-luvun lopulla lähes kaikki tekniikan alat käyttivät jo sähkötekniikkaa ja elektroniikkaa avuksi.

Sähkön käyttö

Useat teollisuuden ja kotien koneista ja laitteista toimivat nykyään sähköllä. Sähkölämmitys toimii muuttamalla sähköisissä vastuksissa sähkövirta lämpöenergiaksi. Sähkömoottorit käyttävät monia kodinkoneita, kuten kylmäkoneita, vatkaimia, pölynimureita, astianpesukoneita ja pyykinpesukoneita, sekä pyörittävät teollisuuden ja maatalouden tuotantorakennuksissa sijaitsevia koneita. Sähkömoottoreissa sähköinen energia muuttuu mekaaniseksi energiaksi. Radio, televisio ja puhelin ovat sähköllä toimivia elektronisia laitteita. Valaistus on maailman suurin yksittäinen sähkönkuluttaja.

Sähköiset suureet ja niiden käyttö

Jännite (sähköinen potentiaaliero) on volteissa (V) mitattava eräänlainen sähkön "voimakkuuden" yksikkö, jota voidaan verrata vesivoimalan putouskorkeuteen tai hydraulisen laitteen paineeseen. Verkkojännite Suomessa on 230 volttia nollajohtimen ja vaihejohtimen välillä (kahden vaihejohtimen välinen jännite on 400 V). Pienen pariston jännite voi olla 1,5 volttia.
Sähkövirtaa mitataan ampeereissa (A). Sähkövirta rinnastetaan usein nesteen virtaukseen vesiputouksessa tai hydraulisessa järjestelmässä. Tyypillinen kodin sähkötaulun sulake rajoittaa virran 10 tai 16 ampeeriin.
Sähkön tuottamaa tehoa mitataan wateissa (W) tai kilowateissa (kW). Esimerkiksi sähkölämmittimen teho saattaa olla 2 000 W. Yleisesti teho on virran ja jännitteen tulo, kun kyseessä on puhtaasti resistiivinen kuorma. 230 V sähköverkossa 2 000 W lämmittimen virta on noin 9 A.
Energiaa mitataan yleensä sähköisissä yhteyksissä kilowattitunteina (kWh), vaikka joule onkin yleinen energian ja tehdyn työn yksikkö. Jos esimerkiksi kahden kilowatin tehoista laitetta käytetään kolmen tunnin ajan, energiaa kuluu 6 kWh.

Sähkön tutkimus

Sähköä ja siihen liittyviä ilmiöitä tutkii sähköoppi ja sen alaisina sähködynamiikka, sähkömagnetismi ja sähköstatiikka. Sähköenergian tuottamista ja siirtämistä tutkii sähkövoimatekniikka. Elektroniikka on taas ala, joka tutkii ja kehittää elektronisista komponenteista tehtyjä laitteita kuten vaikkapa radioita ja laskimia. Automaatio 
käsittelee esimerkiksi tehtaiden sähköisiä tuotantolinjoja. Sähkövoimatekniikka, automaatio ja elektroniikka ovat sähkötekniikan eri alueita.