Mitä sähkö on ja miten sitä tuotetaan?

Lukemalla artikkelin opit seuraavista asioista:

• Mitä sähkö on?
• Sähkön historia
• Sähköntuotanto – miten sähkö syntyy?
• Miten sähkö toimii? – Näin kodin laitteet hyödyntävät sähköä
• Sähköturvallisuus kotona

Yksinkertaistettuna sähkö on energiaa, joka kulkee elektronien liikkeen tuottamassa sähkömagneettisessa kentässä, jota emme pysty näkemään, mutta jonka vaikutuksen voimme kokea ja hyödyntää lukemattomilla tavoilla.

Atomit, joista kaikki aine koostuu, sisältävät kolmenlaisia hiukkasia: protoneja, neutroneja ja elektroneja. Protonit kantavat positiivista sähkövarausta, neutronit ovat sähköisesti neutraaleja, ja elektronit puolestaan kantavat negatiivista sähkövarausta. Atomin ytimessä sijaitsevat protonit ja neutronit, kun taas elektronit pyörivät ytimen ympärillä jatkuvassa liikkeessä.

Kun elektronit liikkuvat materiaalissa, ne muodostavat sähkömagneettisen kentän, joka muodostaan sähkövirran. Tämä elektronien liike voi tapahtua joko vapaasti tai ohjattuna johdinmateriaaleissa, kuten kuparijohdoissa. Hyvät johdinmateriaalit, kuten metallit, mahdollistavat elektronien vapaan liikkumisen, kun taas eristeet estävät niiden kulkua. Sähkövirta siirtyy sähkömagneettisen kentän avulla myös ilman, että johtavat materiaalit koskevat toisiinsa, kuten muuntajissa.

Sähkön voima perustuu kahteen perussääntöön: samanlaiset varaukset hylkivät toisiaan ja erilaiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa. Tämä sähköinen vetovoima on yksi luonnon perusvoimista, joka mahdollistaa kaiken modernin teknologian toiminnan kodinkoneista älypuhelimiin.

Arkikielessä sähkö voi tarkoittaa useita asioita:

• Sähkövirtaa, joka kulkee johtimissa
• Sähköenergiaa, jota käytämme laitteiden käyttämiseen
• Sähköistä potentiaalia eli jännitettä, joka odottaa pistorasiassa
• Staattista sähköä, joka syntyy varausten epätasapainosta

Sähkö on arjen perusta

Vaikka sähkö saattaa tuntua abstraktilta käsitteeltä, sen vaikutukset ovat hyvin konkreettisia arjessamme. Se lämmittää aamupuurosi, valaisee pimeät talvi-illat ja mahdollistaa etätyöpalaverisi. Sähkö on nykyarjen perusta, joka helpottaa elämäämme monin tavoin.

Nykyaikainen yhteiskuntamme on täysin riippuvainen tästä näkymättömästä voimasta, jonka ansiosta elämme mukavammin kuin koskaan historiassa. Elämä ilman sähköä olisi hyvin erilaista: aamukahvin keittäminen vaatisi tulta, pyykinpesu olisi fyysinen urakka ja iltaisin luettaisiin kynttilänvalossa.

Tutustumalla sähkön perusteisiin voimme oppia arvostamaan ja käyttämään sitä entistä viisaammin arjessamme. Sähkö ei ole vain hyödyke, vaan arjen mahdollistaja.

Sähkön historia – kuinka nykyaikainen sähkönkäyttö kehittyi

Sähkön historian merkittävimmät tapahtumat

• 600-luku eaa. - Muinaiset kreikkalaiset havaitsevat staattisen sähkön hieromalla meripihkaa villaan
• 1752 - Benjamin Franklin tekee kuuluisan leijakokeensa ja osoittaa salamoiden olevan sähköistä purkautumista.
• 1800 - Alessandro Volta kehittää ensimmäisen pariston, joka mahdollistaa sähkövirran tuottamisen kemiallisesti.
• 1831 - Michael Faraday keksii sähkömagneettisen induktion, mikä luo perustan sähkögeneraattoreille.
• 1879 - Thomas Edison kehittää ensimmäisen kaupallisesti käyttökelpoisen hehkulampun.
• 1882 - Edison avaa ensimmäisen kaupallisen sähkönjakeluverkon New Yorkissa.
• 1882 - Suomen ensimmäiset sähkölamput asennetaan Finlaysonin tehtaalle Tampereelle.
• 1884 - Helsingin ensimmäiset sähkökäyttöiset katuvalot syttyvät.
• 1888 - Nikola Tesla kehittää vaihtovirtajärjestelmän, joka mahdollistaa sähkön siirron pitkiä matkoja.
• 1970-luku - Maaseudun täydellinen sähköistäminen Suomessa saadaan päätökseen.

Sähkön tarina ihmiskunnan käytössä on vaiheikkaampi kuin moni arvaakaan. Jo muinaiset kreikkalaiset havaitsivat staattisen sähkön 600-luvulla eaa. hieroessaan meripihkaa villaan, mutta varsinainen sähkön valloituskulku alkoi vasta 1700-luvun lopulla.

Benjamin Franklin teki vuonna 1752 kuuluisan leijakokeensa, jossa hän osoitti salamoiden olevan sähköistä purkautumista. Tämä koe oli vaarallinen, mutta avasi tien sähkön systemaattiselle tutkimiselle. Alessandro Volta puolestaan kehitti ensimmäisen sähköparin eli pariston vuonna 1800, mikä mahdollisti sähkövirran tuottamisen kemiallisesti.

1800-luvun merkittävimmät askeleet olivat Michael Faradayn havainto sähkömagneettisesta induktiosta vuonna 1831 ja Thomas Edisonin ensimmäinen kaupallinen hehkulamppu vuonna 1879.

Edison loi myös ensimmäisen tasasähköön perustuvan sähkönjakeluverkon New Yorkiin 1882, mikä merkitsi sähkön arkipäiväistymisen alkua. Nikola Tesla keksi vuonna 1888 vaihtosähkön, joka osoittautui myöhemmin yhteiskunnallisesti ylivertaiseksi tavaksi tuottaa, siirtää ja käyttää sähköä sekä mahdollisti sähkön taloudellisen tuotannon ja jakelun nopean yleistymisen.

Suomessa sähköistyminen alkoi 1880-luvulla. Finlaysonin tehtaalle Tampereelle asennettiin maamme ensimmäiset sähkölamput vuonna 1882, ja Helsingin ensimmäiset katuvalot syttyivät 1884. Vähitellen sähkö alkoi levitä kaupungeista maaseudulle.

Vuonna 1932 Pyhtään ja Loviisan rajalle valmistui Ahvenkosken vesivoimalaitos, jonka tehoa pidettiin aikanaan niin suurena, että Helsinki ei tulisi koskaan tarvitsemaan enempää sähköä.

Maaseudun täydellinen sähköistäminen Suomessa saatiin päätökseen vasta 1970-luvulla – monien nykypäivän isovanhempien muistin ulottuvissa.

Sähkön merkitys ihmiskunnan historiassa on valtava. Se on luonut perustan teollisuuden kehitykselle, mahdollistanut nykyisen elintason ja muuttanut arjen täysin. Vain runsaan sadan vuoden aikana olemme siirtyneet kynttilänvalosta älykkäisiin kotijärjestelmiin, jotka toimivat pelkällä puhekomennolla.

Sähkön historian ymmärtäminen auttaa arvostamaan sitä mukavuutta, jonka ansiosta painamme valokatkaisijaa aamulla herätessämme pitäen sitä itsestäänselvyytenä. Tämä luonnonvoiman valjastaminen on yksi ihmiskunnan suurimmista menestyksistä.

Sähköntuotanto – miten sähkö syntyy?

Sähkö ei synny pistorasiasta, vaikka niin usein leikillisesti sanotaankin. Ennen kuin sähkö päätyy kotisi valaisimiin ja laitteisiin, se kulkee pitkän matkan läpi monimutkaisen tuotanto- ja jakeluketjun.

Energialähteet täydentävät toisiaan

Suomessa sähköä tuotetaan monipuolisesti eri energialähteistä.

Ydinvoima on suurin yksittäinen sähkön tuotantomuoto, joka tarjoaa tasaista perusvoimaa. Ydinvoimalla tuotettiin 39 % Suomessa tuotetusta sähköstä vuonna 2024.

Tuulivoiman osuus on kasvanut nopeasti viime vuosina, ja siitä on tullut merkittävä osa Suomen sähköntuotantoa. Tuulivoima ohitti vuonna 2024 ensimmäistä kertaa vesivoiman toiseksi suurimpana sähköntuotantomuotona Suomessa. Tuulella tuotettiin 25 % sähköstä, vedellä vastaavasti 18 %.

Vesivoima on erinomainen säätövoiman lähde, sillä vesivoimalaitosten tuotantoa voidaan helposti säätää vastaamaan kulutuksen vaihteluita.

Aurinkovoima on vielä pienemmässä roolissa, mutta senkin merkitys kasvaa jatkuvasti teknologian kehittyessä ja hintojen laskiessa. Aurinkovoiman osuus Suomessa tuotetusta sähköstä kohosi lähes puoleentoista prosenttiin vuonna 2024.

Fossiilisista polttoaineista maakaasua ja kivihiiltä käytetään yhä, mutta niiden osuus vähenee jatkuvasti ilmastotavoitteiden mukaisesti. Vuonna 2024 kaasulla, hiilellä ja öljyllä tuotettiin yhteensä 2,7 % sähköstä, lähinnä kylmimpinä pakkaspäivinä lämmöntuotannon sivutuotteena. Helen lopettaa hiilenpolton energiantuotannossaan 1.4.2025.

Sähkö tuotetaan useimmiten pyörimisliikkeessä

Ydinvoimaloissa ja perinteisissä lämpövoimaloissa lämpöenergia muuttaa veden höyryksi, joka pyörittää turbiinia ja edelleen generaattoria.

Tuulivoimaloissa tuulen voima pyörittää turbiinin lapoja ja siitä edelleen generaattoria, kun taas vesivoimalaitoksissa putoavan veden liike-energia pyörittää turbiinia.

Fossiilisiin polttoaineisiin perustuvassa sähköntuotannossa sähkö tuotetaan yleensä generaattorilla, jossa mekaaninen pyörimisliike muutetaan sähköksi.

Aurinkopaneeleissa sähkön tuotanto tapahtuu eri tavalla. Niissä hyödynnetään valosähköistä ilmiötä, jossa auringon säteily irrottaa elektroneja ja synnyttää sähkövirtaa ilman liikkuvia osia.

Uusiutuva vs. fossiilinen sähköntuotanto – tulevaisuuden suunta

Sähköntuotannon murroksesta puhutaan nykyään paljon, ja syystä. Ilmastonmuutoksen hidastaminen edellyttää siirtymistä fossiilisista polttoaineista uusiutuviin energialähteisiin, mikä muuttaa koko sähköjärjestelmän toimintaperiaatteita.

Fossiiliseen sähköntuotantoon kuuluvat kivihiili-, maakaasu- ja öljyvoimalat, jotka tuottavat sähköä polttamalla miljoonia vuosia sitten syntyneitä fossiilisia polttoaineita. Niiden etuna on ollut tuotannon ennustettavuus ja säädettävyys: sähköä saadaan juuri silloin kun tarvitaan. Haittapuolena ovat ilmastonmuutosta kiihdyttävät hiilidioksidipäästöt sekä luonnonvarojen ehtyminen.

Uusiutuvassa sähköntuotannossa hyödynnetään luonnon omia, jatkuvasti uusiutuvia virtoja: tuulta, auringonvaloa, virtaavaa vettä ja biomassaa. Näiden etuna on päästöttömyys tai vähäpäästöisyys sekä energialähteen "ilmaisuus" – aurinko paistaa ja tuuli puhaltaa meistä riippumatta. Haasteena on erityisesti tuuli- ja aurinkoenergian tuotannon vaihtelevuus sään mukaan.

Siirtymä fossiilisesta uusiutuvaan energiaan ei ole vain tekninen kysymys, vaan myös taloudellinen ja yhteiskunnallinen muutos. Uusiutuvan energian tuotantokustannukset ovat laskeneet dramaattisesti viime vuosina, mikä on tehnyt siitä kilpailukykyistä ilman tukiakin. Esimerkiksi maatuulivoima on nykyään edullisin tapa tuottaa uutta sähköä Suomessa.

Mielenkiintoinen kehityssuunta on uusiutuvan energian yhdistäminen energian varastointiin. Kun tuuli- tai aurinkoenergiaa on tarjolla runsaasti, ylimääräinen sähkö voidaan varastoida akkuihin, lämpönä tai esimerkiksi vedyksi muutettuna. Näin tasataan tuotannon vaihteluja ja tasaamaan sähkön hintapiikkejä päivien sisällä tai muutamien päivien välillä.

Suomessa uusiutuvan energian osuus sähköntuotannosta on jo nyt korkea kansainvälisesti verrattuna, ja määrä kasvaa jatkuvasti. Vesivoima, tuulivoima, bioenergia ja aurinkovoima muodostavat suurimman osan sähköntuotannostamme.

Sähkö siirretään tuotantolaitoksista kantaverkkoa, jakeluverkkoa ja pienjänniteverkkoa pitkin

Tuotantolaitoksista sähkö siirretään kantaverkkoa pitkin eri puolille maata. Kantaverkko on valtakunnallinen suurjänniteverkko, joka toimii sähkönsiirron valtaväylänä. Sieltä sähkö jatkaa matkaansa alueellisille jakeluverkoille, jotka kuljettavat sähkön lähemmäs kuluttajia. Lopulta sähkö päätyy pienjänniteverkon kautta kotitalouksiin.

Sähköverkkoa voi ajatella verisuonistona, jossa kantaverkko vastaa aorttaa ja muita suuria valtimoita, jakeluverkko pienempiä valtimoita ja pienjänniteverkko hiussuonia. Tämä hienovarainen järjestelmä varmistaa, että voit sytyttää valot tai keittää kahvia juuri silloin kun haluat.

Tulevaisuudessa sähkön tuotanto hajautuu entisestään. Yhä useampi koti tuottaa osan sähköstään itse aurinkopaneeleilla, ja älykkäät sähköverkot tasapainottavat kulutusta ja tuotantoa automaattisesti.

Miten sähkö toimii? – Näin kodin laitteet hyödyntävät sähköä

Sähkö on nykykodin näkymätön monitaituri, joka muuntautuu moneksi. Joka kerta kun napsautat valokatkaisijaa, painat kaukosäätimen nappia tai avaat jääkaapin ovea, sähkö tekee työtään monella eri tavalla.

Kodin sähkölaitteet voidaan jakaa karkeasti muutamaan ryhmään sen perusteella, miten ne hyödyntävät sähköä:

Lämpöä tuottavat laitteet kuten liesi, uuni, kahvinkeitin ja lämmittimet muuttavat sähköenergian lämmöksi vastuksen avulla. Sähkövirta kohtaa vastuksessa elektronien liikettä hidastavaa kitkaa, mikä synnyttää lämpöä. Tämä sama ilmiö tapahtuu tietokoneen kuumentuessa – tosin tietokoneessa kyse on hukkalämmöstä, kun taas keittimessä lämpö on toivottu lopputulos.

Valoa tuottavissa laitteissa kuten lampuissa sähkö muuttuu fotoneiksi eli valoksi. LED-valaisimet ovat energiatehokkaimpia, sillä ne tuottavat valoa ilman suurta lämpöhukkaa.

Liikettä tuottavat laitteet kuten tuulettimet, pölynimurit ja pesukoneet hyödyntävät sähkömoottoria, joka muuttaa sähköenergian pyörimisliikkeeksi. Sähkömoottorin toiminta perustuu muuttuvaan magneettikenttään.

Ääntä tuottavat laitteet kuten kaiuttimet muuttavat sähköisen signaalin ilmanpaineen vaihteluiksi eli ääniaalloiksi. Kaiuttimessa sähkövirta saa kalvon värähtelemään, mikä synnyttää äänen, jonka korvamme aistivat.

Tietoa käsittelevät laitteet kuten tietokoneet, älypuhelimet ja televisiot muuttavat sähkön monimutkaisiksi elektronisiksi signaaleiksi. Tämä tapahtuu puolijohteissa, jotka ovat modernin elektroniikan perusta. Puolijohteet mahdollistavat sähkön tarkan hallinnan erilaisina 0- ja 1-tiloja sisältävinä digitaalisina signaaleina.

Arkemme sujuvuus perustuu näiden erilaisten sähkölaitteiden yhteistoimintaan. Herätessämme aamulla kahvinkeitin lämmittää, suihku pumppaa vettä, hiustenkuivaaja puhaltaa lämpöä ja jääkaappi pitää aamupalaleikkeet viileinä. Tätä kaikkea ohjaa sama näkymätön energia – sähkö.

Sähköturvallisuus kotona – pidä huolta itsestäsi ja läheisistäsi

Sähkö on luotettava palvelija, mutta väärinkäytettynä se voi olla vaarallinen. Kodin sähköturvallisuus rakentuu pienistä, arkisista valinnoista ja toimintatavoista.

Perusperiaatteet sähkön turvalliseen käyttöön kotona

Vesi ja sähkö ovat yhdessä vaarallinen pari. Älä koskaan käsittele sähkölaitteita märin käsin tai kylpyammeen, suihkun tai altaan läheisyydessä. Kosteat tilat vaativat aina erityistä huomiota, ja niissä käytettävien laitteiden tulee olla kosteisiin tiloihin soveltuvia. Lisäksi laitteiden vikavirtasuojaus pitää testata säännöllisesti kerran kuukaudessa, jotta vikavirtasuoja pysyy toimintakuntoisena.

Kunnioita sähkölaitteita ja -johtoja. Tarkista säännöllisesti, että johdot ovat ehjiä eivätkä ole puristuksissa esimerkiksi huonekalujen alla. Rikkinäiset johdot ja laitteet kannattaa korjata tai korvata uusilla viipymättä. Älä koskaan käytä laitetta, joka kipinöi, savuaa tai haisee palaneelle.

Älä ylikuormita pistorasioita. Jatkojohdot ja haaroittimet ovat käteviä, mutta niihin ei tulisi kytkeä liikaa laitteita yhtä aikaa. Erityisesti suuritehoisia laitteita kuten lämmittimiä tai keittiökoneita ei suositella käytettäväksi jatkojohtojen kautta.

Kiinnitä huomiota erityisesti näihin sähköturvallisuuteen liittyviin asioihin

Pienten lasten kanssa sähköturvallisuus korostuu. Peittämättömät pistorasiat houkuttelevat pieniä sormia, ja johdot voivat näyttää kiinnostavilta leikkikaluilta. Pistorasiasuojat ovat edullinen ja tehokas tapa estää tapaturmia.

Lisäksi vikavirtasuoja voi pelastaa vakavammalta vahingolta sähkötapaturman sattuessa. Vikavirtasuojien lisääminen pistorasioiden suojaamiseksi kannattaa aina, jos niiden lisääminen on mahdollista.

Ulkona käytettävissä sähkölaitteissa on huomioitava sään vaikutukset. Varmista, että ulkona käytettävät jatkojohdot, valaisimet ja muut sähkölaitteet ovat ulkokäyttöön tarkoitettuja ja merkittyjä. Ulkona sähköä käytettäessä on aina huomioitava vikavirtasuojaus turvallisen käytön varmistamiseksi.

Näin toimit sähköön liittyvässä vaaratilanteessa

Jos kohtaat sähköön liittyvän vaaratilanteen, tärkeintä on säilyttää maltti. Sähköiskun saanut henkilö tulee irrottaa sähkölähteestä, mutta älä kosketa uhria paljaalla kädellä. Käytä apuna eristävää materiaalia kuten kuivaa puukapulaa, kumikäsineitä tai paksua kuivaa pyyhettä. Jännitteiseen piiriin kiinni jäämisen voit estää vikavirtasuojauksella.

Opettele, missä kotisi sähköpääkytkin sijaitsee. Vakavassa vaaratilanteessa voit katkaista koko asunnon sähköt nopeasti. Myös sulakkeiden tai vikavirtasuojakytkimen toiminta on hyvä ymmärtää. Vikavirtasuojan toiminta tulee testata säännöllisesti kerran kuukaudessa tai laitevalmistajan ohjeen mukaan.

Pidä kodin palovaroittimet toimintakunnossa ja tarkista ne säännöllisesti. Huolehdi, että kodissasi on myös alkusammutusvälineitä kuten sammutuspeite tai käsisammutin.

Näillä yksinkertaisilla toimilla varmistat, että sähkö pysyy kotitaloutesi luotettavana apulaisena, ei vaarana. Pienellä huolellisuudella ja ennaltaehkäisyllä suurin osa sähköön liittyvistä riskeistä voidaan välttää.

Sähköturvallisuuden tarkistuslista

• Sulakkeet ja vikavirtasuojat: Tarkista, että kaikki sulakkeet ja vikavirtasuojat toimivat oikein. Testaa vikavirtasuojien toiminta säännöllisesti painamalla testinappia.
• Sähköjohtojen kunto: Tarkista säännöllisesti, ettei johdoissa ole murtumia, kulumia tai ylikuumenemisen merkkejä.
• Pistorasiat: Varmista, että pistorasiat ovat ehjiä, tukevasti kiinni seinässä eivätkä ne ole ylikuormitettuja.
• Jatkojohdot: Tarkista, että jatkojohdot ovat ehjiä ja kelattu auki käytön aikana, etteivät ne ole kulkureiteillä ja että ne soveltuvat käyttötarkoitukseen.
• Sähkölaitteiden sijoittelu: Varmista, ettei laitteita ole sijoitettu lähelle vesipisteitä tai lämmönlähteitä.
• Lasten turvallisuus: Asenna pistorasiasuojat sekä vikavirtasuojat, jos taloudessa on pieniä lapsia.
• Ulkokäyttöön tarkoitetut laitteet: Tarkista, että ulkona käytettävät sähkölaitteet ovat ulkokäyttöön tarkoitettuja (IP-luokitus). Käytä ulkona sähköä vain vikavirtasuojatusta pistorasiasta. Yleensä ulkopistorasiat on suojattu vikavirtasuojalla.
• Palovaroittimet: Tarkista palovaroittimien toiminta säännöllisesti ja vaihda paristot tarvittaessa.
• Sammutusvälineet: Varmista, että kodissa on alkusammutusvälineitä (sammutuspeite, käsisammutin) ja että kaikki osaavat käyttää niitä.
• Sähköpääkytkin: Tiedä, missä kotisi sähköpääkytkin sijaitsee hätätilanteita varten.

Koska sähkötapaturma voi sattua varautumisesta huolimatta kenelle ja milloin tahansa, kaikki Helenin sähköasiakkaat saavat maksuttoman sähkötapaturmavakuutuksen sopimuksen yhteyteen.