Transcript Rafmagn og segulmagn

Orkan
Almenn náttúruvísindi
Rafmagn og segulmagn
Kaflahlutar
3-1 Rafhleðsla
3-2 Stöðurafmagn
3-3 Streymi rafmagns
3-4 Straumrásir
3-5 Segulmagn úr rafmagni
3-6 Rafmagn úr segulmagni
Kennari Eggert J Levy
1
Rafmagn og segulmagn
3-1 Rafhleðsla
• Frumeind er
minnsta eind
frumefnis sem býr
yfir öllum
eiginleikum
viðkomandi
frumefnis.
Kennari Eggert J Levy
2
Rafmagn og segulmagn
3-1 Rafhleðsla
• Aðdráttarkraftur
er kraftur sem
dregur hluti hvern
að öðrum.
• Fráhrindikraftur
er kraftur sem
verkar milli hluta
og hrindir þeim frá
hverjum öðrum.Kennari Eggert J Levy
3
Rafmagn og segulmagn
3-1 Rafhleðsla
• Fjöldi rafeinda í frumeind er jafn fjölda
róteinda í sömu frumeind.
Við núning hluta skiljast rafhleðslur að.
Annar hluturinn missir rafeindir, en hinn
tekur þær til sín.
Sá hlutur sem fær rafeindir verður neikvætt
hlaðinn, en sá sem missir þær verður
jákvætt hlaðinn.
Kennari Eggert J Levy
4
Rafmagn og segulmagn
3-1 Rafhleðsla
• Það eru aðeins
rafeindirnar sem
hreyfast, ekki
róteindirnar.
• Hlutur sem er
óhlaðinn verður
hlaðinn ef hann missir
eða tekur við
rafeindum.
Kennari Eggert J Levy
5
Rafmagn og segulmagn
3-1 Rafhleðsla
• Rafsvið er svæðið
umhverfis rafhleðsluna.
Rafsvið hlaðinnar eindar
verkar með krafti á aðrar
hlaðnar eindir, það er
sterkast næst hlöðnu
eindinni en verður
veikara sem fjær dregur.
Kennari Eggert J Levy
6
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
• Segja má að raforka sé
orka sem byggist á
rafeindum sem hafa færst
úr stað.
• Stöðurafmagn myndast
þegar rafhleðslur safnast
fyrir í hlut og halda þar
kyrru fyrir.
Kennari Eggert J Levy
Spennugjafi
Van de Graaffs
7
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
• Spennugjafi Van de Graafs myndar
stöðurafmagn við núning.
• Rafeindir úr málmgreiðu eru fluttar með
gúmmíbelti upp í efsta hluta
spennugjafans.
• Gríðarleg neikvæð hleðsla myndast á ytra
borði kúlunnar.
Kennari Eggert J Levy
8
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
Stöðurafmagn
Samkynja hleðslur
safnast fyrir í
hárinu þegar
höndin er lögð á
spennugjafann.
Samkynja hleðslur
hrinda hvor annari
frá sér og hárið
stendur út í loftið.
Kennari Eggert J Levy
9
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
• Leiðari er efni sem
flytja rafhleðslur
greiðlega.
• Einangrari er efni
sem hleypir
rafeindum treglega
gegnum sig.
Kennari Eggert J Levy
10
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
• Rafhrif er
endurröðun
rafhleðsla í
óhlöðnum hlut sem
verður þegar annar
rafhlaðinn hlutur
nálgast hann.
Kennari Eggert J Levy
11
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
• Rafsjá er tæki sem greinir rafhleðslu.
Rafsjáin er hlaðin
þegar málmþynnurnar
sperrast í sundur
Kennari Eggert J Levy
Önnur gerð af rafsjá
12
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
Skoðum rafsjár örlítið nánar
Kennari Eggert J Levy
13
Rafmagn og segulmagn
3-2 Stöðurafmagn
• Eldingar stafa af
afhleðslu stöðurafmagns,
rafhleðsla flytst frá
einum hlut yfir í annan.
• Gífurleg raforka losnar
úr læðingi í eldingum.
Eldingavari er jarðtengd
járnstöng sem komið er
fyrir á húsþökum.
Kennari Eggert J Levy
14
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
• Spenna er mælikvarði á þá orku, sem
myndast þegar rafhleðslur fara milli tveggja
staða. Mælieining spennu er volt, táknuð [V]
• Rafstraumur er streymi rafhleðsla (rafeinda)
eftir vír.
Mælieining rafstraums (I), mældur í amper,
táknað [A].
• Amper er mælikvarði á fjölda rafeinda sem
fara framhjá tilteknum punkti á sekúndu.
Kennari Eggert J Levy
15
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
• Viðnám er mótstaða efnis gegn streymi
rafstraums í leiðara.
Mælieining viðnáms (R) er óm (ohm)
táknað [].
• Lögmál Ohms: I = V / R
I = rafstraumur í amperum
V = spenna í voltum
R = viðnámið í ómum
Kennari Eggert J Levy
16
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
Verkefni bls 63
I (amper) V (volt) R (óm)
12
75
15
240
5,5
20
6
25
5
110
Kennari Eggert J Levy
17
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
• Rafhlaða er hylki
þar sem efnaorka
breytist í raforku.
• Raforka er orka
sem fólgin er í
rafhleðslum sem
hreyfast úr stað.
Kennari Eggert J Levy
18
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
• Berum saman
jafnstraum og
riðstraum:
Jafnstraumur er
rafstraumur sem
einkennist af því að
rafeindir hreyfast
ávallt í sömu átt.
Kennari Eggert J Levy
DC Straumstefna
19
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
Riðstraumur er
rafstraumur sem
einkennist af því að
rafeindirnar breyta
stefnu sinni á
reglubundinn hátt.
AC Riðstraumur
Kennari Eggert J Levy
20
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
Rafafl er mælikvarði á það hversu mikil
orka er notuð á tímaeiningu.
Mælieining rafafls er vatt táknað [W].
• Jafnan til að reikna afl rafmagns:
Afl = spenna • straumur
eða ef notaðar eru mælieiningar
vött = volt • amper
Kennari Eggert J Levy
21
Rafmagn og segulmagn
3-3 Streymi rafmagns
Dæmi:
1. Hversu mikinn straum tekur straujárn
sem á stendur 230 volt og 1000 vött?
2. Hversu mikið afl notar ljósapera sem á
stendur 0,45 amper og 230 volt?
3. Hvaða spennu þarf þurrkari sem á
stendur 920 vött og 4 amper?
Kennari Eggert J Levy
22
Rafmagn og segulmagn
3-4 Straumrásir
• Straumrás er
hringleið sem
rafstraumur getur
farið um,
straumrásin verður
að vera lokuð.
• Ef straumrásin er
opin, þá kemst
straumur ekki í gegn.
Lokuð raðtengd straumrás
Lokuð hliðtengd straumrás
Kennari Eggert J Levy
23
Rafmagn og segulmagn
3-4 Straumrásir
• Samanburður á raðog hliðtengdum
straumrásum:
Raðtengd straumrás
þegar rafstraumurinn
hefur aðeins eina leið
til að fara eftir.
Kennari Eggert J Levy
24
Rafmagn og segulmagn
3-4 Straumrásir
• Hliðtengd
straumrás þegar
rafstraumurinn
hefur nokkrar
mismunandi leiðir
að velja.
• Straumstefnan er
frá mínusskautinu.
Kennari Eggert J Levy
25
Straum- og spennumælar
• Straummælir Þegar þú mælir
straum verður alltaf að tengja
straummælinn inn í straumrásina.
• Spennumælir Þegar þú mælir spennu
verður alltaf að tengja spennumælinn yfir
viðnámin eða póla straumgjafans, allt eftir
því hvaða spennu er verið að mæla.
Kennari Eggert J Levy
26
Dæmi um rafrás
Spennan mæld
Kennari Eggert J Levy
27
Rafmagn og segulmagn
3-4 Straumrásir
• Var (öryggi) er búnaður sem rýfur
straumrás ef álagið verður of mikið.
• Tvær gerðir; sjálfvar og bræðivar
Bræðivar er með silfurþráð sem bráðnar ef
of mikill straumur fer í gegnum það. Þessa
gerð er að mestu hætt að nota
Kennari Eggert J Levy
28
Rafmagn og segulmagn
3-4 Straumrásir
Sjálfvar er öryggisrofi
sem rýfur straum við of
mikið álag eða við
útleiðslu.
Í daglegu tali er þessi
búnaður kallaður
lekaliði.
Kennari Eggert J Levy
29
Rafmagn og segulmagn
3-5 Segulmagn
• Segulmagn orsakast af aðdráttar- og
fráhrindikröftum, vegna hreyfingu rafeinda í
efninu.
• Segulkraftar lýsa sér eins og rafkraftar.
Þeir eru sterkastir næst endum segulsins, en
endarnir kallast segulskaut; norðurskaut og
suðurskaut.
• Samstæð skaut hrinda hvort öðru frá sér, en
ósamstæð skaut dragast að hvort öðru.
Kennari Eggert J Levy
30
Segulsviðslínur eru þéttastar við skautin
Kennari Eggert J Levy
31
Rafmagn og segulmagn
3-5 Segulmagn
• Segulsvið er sviðið
umhverfis segulinn þar
sem áhrifa segulkrafta
gætir. Sterkast er
segulsviðið næst
seglinum en verður
veikara er fjær dregur.
Stefna segulkrafta umhverfis stangarsegul
Kennari Eggert J Levy
32
Rafmagn og segulmagn
3-6 Segulmagn úr rafmagni
• Segulmagn er nátengt rafmagni, byggjast
bæði á hreyfingu rafeinda.
• Þegar rafstraumur flyst eftir vír myndast
segulsvið umhverfis vírinn, en nota má
rafstraum til að búa til segulsvið.
Kennari Eggert J Levy
33
Rafmagn og segulmagn
3-6 Segulmagn úr rafmagni
Einfaldan rafsegul má búa til með því
að vefja koparvír þétt um járnnagla og
tengja vírinn við rafstraum.
Kennari Eggert J Levy
34
Rafmagn og segulmagn
3-6 Segulmagn úr rafmagni
• Styrkleiki segulsins vex með auknum fjölda
vafninga. Með því að vefja rafleiðara
umhverfis mjúkt járn má búa til enn öflugri
segul.
• Rafsegulfræði fjallar um tengsl rafmagns og
segulmagns.
• Rafsegulmagn skiptir okkur miklu máli í
daglegu lífi. Rafseglar eru m.a. í símum,
Kennari Eggert J Levy
35
Rafmagn og segulmagn
3-6 Segulmagn úr rafmagni
þvottavélum, dyrabjöllum,
rafhreyflum og brunavarnarhurðum og mörgum fleiri tækjum.
• Rafhreyfill (rafmótor) er tæki sem breytir
raforku í vélræna hreyfiorku.
• Rafhreyfill er gerður úr rafsegli sem snýst á
öxli inn í segulsviði frá einum eða fleiri
föstum seglum; síseglar eða rafseglar.
Kennari Eggert J Levy
36
Rafmagn og segulmagn
3-7 Rafmagn úr segulmagni
• Þegar leiðari (vír) hreyfist í
segulsviði flæða rafeindir um
vírinn og mynda rafstraum.
• Stefna rafstraumsins fer eftir
því hvernig leiðarinn hreyfist í segulsviðinu.
• Ef leiðarinn hreyfist fram og til baka flæða
rafeindirnar fyrst í aðra áttina og síðan í
hina, þá myndast riðstraumur.
Kennari Eggert J Levy
37
Rafmagn og segulmagn
3-7 Rafmagn úr segulmagni
• Flæði rafeindanna verður þeim mun meira
og rafstraumurinn sterkari eftir því sem
segulsviðið verður sterkara sem leiðarinn
hreyfist í.
• Það er afar óhentugt að hreyfa leiðarann í
sífellu upp og niður í segulsviði. Leiðarinn
er því látinn mynda lykkju og látinn síðan
snúast í segulsviðinu.
Kennari Eggert J Levy
38
Rafmagn og segulmagn
3-7 Rafmagn úr segulmagni
• Rafall er tæki sem breytir vélrænni
hreyfiorku í raforku á hagkvæman hátt,
(framleiðir raforku).
• Orkubreytingin sem verður í
vatnsfallsvirkjun
Stöðuorka => vélræn hreyfiorka => raforka.
Kennari Eggert J Levy
39
Rafmagn og segulmagn
3-7 Rafmagn úr segulmagni
Til fróðleiks
Flutningur rafmagns til neytenda
Kennari Eggert J Levy
40
Rafmagn og segulmagn
3-7 Rafmagn úr segulmagni
Til fróðleiks
Spennubreytir fyrir riðstraum
Kennari Eggert J Levy
41