Rafrás er heil, lokuð leið sem rafstraumur getur flætt um. Hún leiðir hleðslu frá einum stað til annars og lætur hleðsluna fara í gegnum tæki sem vinna verk eða flytja upplýsingar. Vatnslíkingin hjálpar hér: rafrás er fyrir rafhleðslu eins og pípukerfi er fyrir vatn.
Rafrásir eru gerðar úr mörgum efnum og spanna mjög breitt stærðarbil. Í tölvum og farsímum geta einstök smáatriði verið af stærðargráðunni nanómetri, eða 10⁻⁹ m. Í aflflutningskerfum eru rásarhlutar hins vegar oft á metrakvarða, enda flytja þau mjög mikinn rafstraum.
Mynd 19.8. Myndin til vinstri sýnir flögu með flóknum samþættum rafrásum. Slíkar flögur eru kjarninn í tækjum eins og tölvum og farsímum. Myndin til hægri sýnir dæmigerðar rafrásir sem þarf við flutning rafafls.
Leiðirnar sem mynda rafrásir eru úr leiðandi efnum, yfirleitt málmum í stórum rásum. Til að tákna slíkar rásir teiknum við rásamyndir með línum og táknum fyrir rásarhluta.
Mynd 19.9. Til vinstri er rásamynd með rafhlöðu, viðnámi og straumnum I. Til hægri er sambærileg vatnsrás. Dælan samsvarar rafhlöðunni, sandsían samsvarar viðnáminu, vatnsstraumurinn samsvarar rafstraumnum og lónið samsvarar jarðtengingu.
Viðnám er rásarhluti sem vinnur gegn straumi. Í vatnslíkingunni líkist viðnám sandsíu sem hægir á vatnsstraumi. Í rafrás stjórnar viðnámið því hversu mikill straumur flæðir fyrir tiltekna spennu.
Mynd 19.10. Nokkur dæmigerð viðnám. Litaböndin sýna viðnámsgildi hvers viðnáms.
Í einfaldri rás með rafhlöðu og viðnámi er vírinn yfirleitt talinn hafa hverfandi viðnám. Þá er spenna rauða vírsins föst við rafhlöðuspennuna, V = V_rafhlaða, og blái vírinn er við jarðspennu, V = V_jörð = 0. Spennufallið verður því yfir viðnámið.
Mynd 19.11. Spennan í rauða vírnum er föst, V = V_rafhlaða, frá jákvæða skauti rafhlöðunnar að efri enda viðnámsins. Spennan í bláa vírnum er föst, V = V_jörð = 0, frá neðri enda viðnámsins að neikvæða skauti rafhlöðunnar.
Þegar rofi er opinn er rásin rofin og enginn stöðugur straumur flæðir. Þegar rofanum er lokað getur straumur flætt þar til kerfið nær stöðugu ástandi. Þéttir getur til dæmis hlaðist um stund og þá stöðvast straumurinn þegar spenna hans jafnast á við rafhlöðuna.
Mynd 19.12. Til vinstri er rafrás með rafhlöðu, rofa og þétti. Til hægri er sambærileg vatnsrás með dælu, loka og teygjanlegri himnu. Þegar rofanum er lokað flæðir rafstraumur meðan þéttirinn hleðst og spenna hans eykst.
Raðtengd viðnám og jafngilt viðnám
Íhlutir eru raðtengdir þegar þeir eru tengdir hver á eftir öðrum í sömu grein rásar. Þá fer sami straumur í gegnum alla íhlutina. Raðtengd viðnám má skipta út fyrir eitt jafngilt viðnám sem hefur sömu heildaráhrif á strauminn.
Mynd 19.14. Til vinstri er rafrás með þremur viðnámum, R₁, R₂ og R₃, tengdum í röð. Til hægri er rafrás með einu jafngildu viðnámi, R_jafngilt, sem kemur í stað samsetningar viðnámanna þriggja.
Fyrir raðtengd viðnám leggst viðnámið saman:
R_jafngilt = R₁ + R₂ + R₃ + ...
Sami straumur fer í gegnum öll viðnám í raðtengingu:
I₁ = I₂ = I₃ = I
Spennuföllin yfir viðnámin leggjast saman og jafngilda spennu rafhlöðunnar:
