Transcript Lataa: Sähköoppi

25. Sähkövaraus
O Atomin rakenne on sähköisesti neutraali.
O Hangatessa kappaleita, elektroneja siirtyy
toiseen kappaleeseen  kappaleet saavat
erimerkkiset varaukset.
O Samanmerkkiset varaukset hylkivät,
erimerkkiset varaukset vetävät puoleensa
O Huom! Muista, että voimanuolet ovat aina yhtä
suuret
O Polarisaatiossa varattu kappale aiheuttaa
neutraalin kappaleen ”sähkövarauksen
järjestäytymisen”, esim. ilmapallo seinässä.
26. Jännite aiheuttaa
sähkövirran
O Kahden kappaleen välistä varauseroa kutsutaan
O
O
O
O
jännitteeksi (U, yks. voltti, 1 V)
Kaikki erot pyrkivät luonnossa tasoittumaan
(lämpötila-, paine-, varauserot)
Varauseron tasoittuessa elektronit siirtyvät
negatiivisesta navasta positiiviseen. Tätä elektronien
yhdensuuntaista liikettä kutsutaan sähkövirraksi.
Sähkövirta liikkuu parhaiten metalleissa (hyvä
johdin), huonosti esim. muovissa (huono johdin, hyvä
eriste)
Kasvaessaan tarpeeksi suureksi varausero voi
purkautua myös ilman johdinta, esim. salama.
27. Jännitteen ja sähkövirran
mittaaminen
O Virtamittari mittaa piirissä kulkevaa virtaa 
kytketään siis aina sarjaan.
O Virtamittarin vastus pitää olla
mahdollisimman pieni, jotta mittari
vaikuttaa mahdollisimman vähän virran
kulkuun.
O Jännitemittari mittaa laitteen yli tapahtuvaa
jännitehäviötä  kytketään rinnan.
28. Lamppu vastustaa
sähkövirtaa
O Kappaleen kykyä vastustaa sähkövirran
kulkua sanotaan resistanssiksi (tunnus R,
yksikkö ohmi, 1 Ω)
O johteilla pieni
O eristeillä suuri
O Johteen resistanssi on sitä suurempi, mitä
O pidempi
O ohuempi johdin on
28. Lamppu vastustaa sähkövirtaa
O Ohmin lain mukaan sähkövirta on
O Suoraan verrannollinen jännitteen suuruuteen
O Kääntäen verrannollinen virtapiirin
resistanssiin
O Eli yhtälön muodossa 𝐼 =
𝑈
𝑅
O Voidaan kirjoittaa myös U = RI
O Esim. Kuinka suuri sähkövirta kulkee leivänpaahtimen läpi,
kun sen resistanssi on 75 Ω ja käyttöjännite 230 V.
O Ratk. 𝐼 =
𝑈
𝑅
=
230 𝑉
75Ω
= 3,07A
T: n. 3,1 A
28. Lamppu vastustaa sähkövirtaa
O Kun vastukset kytketään sarjaan, kokonaisvastus on
yksittäisten vastusten summa, 𝑅 = 𝑅1 + 𝑅2 + ⋯ +
𝑅𝑛, katso esim. 3 s. 192
O Kun vastukset kytketään rinnan, kokonaisvastus
voidaan laskea yhtälöstä
1
𝑅
=
1
𝑅1
+
1
𝑅2
+ ⋯+
1
𝑅𝑛
Tällöin kokonaisvastus pienenee, katso esim. 5b. s.
193.
o Kotona laitteet kytketään rinnan. Jokainen laite ottaa
oman virtansa, jolloin kokonaisvirta kasvaa.
o Sulake suojaa virtapiiriä ylikuumenemiselta: kun virta
kasvaa liian suureksi, sulake kytkee virran pois.
29. Sähköenergia siirtyy
virtapiirissä
O Sähköenergia on yksi energian olomuoto, joka
muuttuu sähkölaitteissa muihin muotoihin,
esim. valoksi, ääneksi, liikkeeksi, lämmöksi.
O Sähköteho (P, eng. power) kertoo yo.
muuntumisnopeuden, yksikkö watti, 1 W
O Sähköteho on suoraan verrannollinen
jännitteeseen ja sähkövirtaan, P = UI. Katso
esim. 1. s.197
O Laitteen käyttämä energia riippuu laitteen
tehosta ja tietysti käyttöajasta eli E = Pt
29. Sähköenergia siirtyy virtapiirissä
O Sähköyhtiöt käyttävät energiayksikkönä
kilowattituntia käytännön syistä (1 kWh = 3600000
J)
O Sähkölaitteen käyttökustannus = käytetty
sähköenergia · yksikköhinta
O Esim. Toni imuroi huoneensa joka päivä. Imurin teho
1300 W ja imurointi vie 10 minuuttia. Laske paljonko
Tonin imurointiharrastus maksaa vuodessa, kun
sähköenergia maksaa 12 snt/kWh.
1
6
O Ratk. 𝐻𝑖𝑛𝑡𝑎 = 1,3𝑘𝑊· ℎ·365·0,12
€
𝑘𝑊ℎ
= 9,49€.
O Useissa sähkölaitteissa on termostaatti, joka
säätelee laitteen tomintaa. Esim. lämpöpatterissa
termostaatti kytkeytyy päälle ja pois huonelämpötilan
mukaan.
31. Kompassin neula on
kestomagneetti
O Magneetin kohtioita kutsutaan pohjois- ja
O
O
O
O
eteläkohtioiksi.
Pohjois- ja eteläkohtioita ei voida koskaan
erottaa toisistaan (alkeismagneetti)
Erinimiset kohtiot vetävät toisiaan puoleensa,
samannimiset hylkivät.
Kompassin neula näyttää kohti maapallon
magneettikentän eteläkohtiota, joka sijaitsee
lähellä maantieteellistä pohjoisnapaa.
Maapallon magneettikentän suuntaa muuttuu
hitaasti ajan saatossa.
31. Kompassin neula on kestomagneetti
O Magneetti ei tartu kaikkiin kappaleisiin eikä
edes kaikkiin metalleihin, vaan ainoastaan
kappaleisiin, jotka ovat valmistettu
raudasta, koboltista tai nikkelistä (ns.
ferromagneetteja).
O Esim. rautanaula voidaan magnetisoida
sivelemällä sitä toisella magneetilla
yhdensuuntaisin vedoin. Tällöin
alkeismagneetit järjestäytyvät
yhdensuuntaisiksi.
32. Sähkömagneetin
voimakkuutta
O Sähkövirta aiheuttaa ympärilleen
magneettikentän (muista kompassi ja
sähköjohto-työ)
O Käämi: paljon sähköjohtoa kieputettu
kierroksiksi.
O Käämin jokainen silmukka vahvistaa
magneettikenttää  sähkömagneetti
32. Sähkömagneetin voimakkuutta voidaan muuttaa
O Sähkömagneetin voimakkuuteen kasvattaa
lisäämällä
Käämin kierroksia
2. Jännitettä (virtaa)
3. Rautasydän
1.
o Sähkömagneetin etuja verrattuna
kestomagneettiin
o Voimakkuutta voidaan säätää
o Magneettisuus voidaan helposti poistaa (virta
pois)
o Sovelluksia: romunosturit, sähkömoottori,
mikrofonit, kaiuttimet jne.
33. Generaattori muuntaa
liike-energiaa sähköenergiaksi
O Sähkövirtaa on ollut tietysti aina, mutta
mullistavaa oli, kun sähkövirta saatiin
hallintaan (vertaa ukkonen)
O Miten tuuli, vedenvirtaus tai ydinvoimasta
vapautuva lämpö saadaan muutettua
sähkövirraksi?
Vastaus: Sähkömagneettinen induktio
33. Generaattori muuntaa liike-energiaa sähköenergiaksi
O Sähkömagneettinen induktio: muuttuva
magneettikenttä indusoi lähettyvillä olevaan
johtimeen sähkövirran (Michael Faraday v. 1831).
O Tällaisia laitteita kutsutaan generaattoreiksi (esim.
polkupyörän dynamo, veivattava kännykkälaturi,
tietysti voimalaitosten isot generaattorit)
O Indusoituvan sähkövirran suuruutta voidaan
kasvattaa lisäämällä
1.
2.
3.
4.
Käämin kierroksia
Magneetin liikuttelunopeutta
Magneetin voimakkuutta
Rautasydän
o Muita sovelluksia: induktioliesi, sähköhammasharjan
lataaminen
o Eli puhuttaessa tuuli-, ydin-, vesivoimasta jne., kyse
on vain siitä mikä yo. energialähteistä käämiä
pyörittää.
34. Kodin virtapiirit ovat osa Suomen
sähköverkkoa
O Muuntaja muuntaa jännitettä pienemmäksi tai
suuremmaksi. Muutos tehdään kahden toisiinsa
kytketyn käämin avulla (käämin kierrosten
lukumäärän suhde ratkaisee, ks. Seuraava dia)
O Sähköenergia pysyy samana: jos jännite kasvaa,
niin virta pienenee ja toisin päin (eli UI=vakio)
O Useimmat laitteet sisältävät muuntajan, joka
pienentää jännitettä (esim 230 V  12V).
O Sähköenergia siirretään korkeajännitteisenä
(pieni virta  vähemmän lämpöhukkaa)
Käämiin tulee vaihtovirtaa, joka indusoi muuttuvan mg-kentän. Muuttuva
mg-kenttää välittyy rautasydäntä pitkin toisiokäämiin, jossa muuttuva mgkenttä indusoi vaihtojännitteen (virran). Vasemmalla puolen on enemmän
kierroksia kuin oikealla  jännite pienenee.