Transcript 5 Elektrisk strøm og spenning

Fysikk 104
Forelesningsnotater
Våren 2011
Elektrisk strøm og spenning
UiA / Tarald Peersen
Innholdsfortegnelse
5 ELEKTRISK STRØM OG SPENNING ............................................................................................................... 3 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 KUNNSKAPSLØFTE ................................................................................................................................................. 3 FORELESNING: ELEKTRISK LADNING OG ELEKTRISK FELT ..................................................................................... 3 FORELESNING: STRØM (DC), RESISTANS, ELEKTROMOTORISK SPENNING .............................................................. 8 FORELESNING: ENERGIEN I ELEKTRISKE KRETSER ............................................................................................... 14 LABØVING: SERIE- OG PARALLELLKOPLING AV GLØDELAMPER .......................................................................... 15 VI REGNER OPPGAVER ......................................................................................................................................... 20 LABØVING: OHMS LOV ........................................................................................................................................ 22 2
5
Elektrisk strøm og spenning
1.1 Kunnskapsløfte
Grunnleggende ferdigheter i faget
a
b
c
d
e
Elevene skal kunne lage skriftelige rapporter fra eksperimenter.
Elevene skal kunne lage tabeller og diagrammer med naturfaglig innhold.
Elevene skal kunne benytte digitale verktøy til utforskning, måling, simulering,
registrering, dokumentasjon og publisering ved forsøk.
Elevene skal kunne bruke tall og utføre beregninger.
Elevene skal kunne bruke å tolke formeler og modeller av virkeligheten
Aktuelle kompetansemål innen hovedområdene
Forskerspiren
f
Elevene skal kunne rapportere ved bruk av digitale hjelpemidler
Fenomener og stoffer
g
Elevene skal gjennomføre forsøk med magnetisme og elektrisitet, beskrive og
forklare resultatet (kompetansemål etter 7. klasse)
h
Elevene skal kunne forklare resultater fra forsøk med strømkretser ved bruk av
begrepene strøm, spenning, resistans, effekt og induksjon (kompetansemål etter
10. klasse)
1.2 Forelesning: Elektrisk ladning og elektrisk felt
I dette avsnittet skal vi lære om at ladning er kilden til et elektrisk felt:
Legger vi inn en ladning i et ”tomt” rom endrer vi rommets egenskaper, vi sier at ladningen lager
et elektrisk felt i rommet. Vi kan også uttrykke det slik: ladningen ”fyller” rommet med noe vi
kan kalle for et elektrisk felt
Elektrisitet og ladning
Ordet elektrisk kommer fra det greske ordet elektron som betyr rav (engelsk amber). Rav er
forstenet harpiks fra et nåletre, fargen er honninggul. Grekerne (600 før Kristi fødsel) oppdaget at
ull og rav i kontakt ved gnidning fører til at rav tiltrekker seg andre legemer. Dette
naturfenomenet ble kalt elektrisitet. Benjamin Franklin (1706-1790) innførte begrepene pluss- og
negativ ladning. Erfaringen viser at en positiv ladning og en negativ ladning tiltrekker hverandre,
og like ladninger frastøter hverandre. Ladningen på et legeme er kvantisert, den minste ladningen
som eksisterer kalles for enhetsladningen. Erfaringen viser at den algebraiske sum av all elektrisk
ladning i et lukket system er konstant.
Atomstrukturen forutsettes som kjent (kjemidelen av kurset).
3
Demonstrasjonsforsøk: Vi lader opp et elektroskop
Zinkplate
Isolator (blå)
Metallviser (rød)
Isolator (blå)
Figur a viser et elektroskop uten ladning, metallviseren står i vertikalstilling.
Negativt ladet isolator
--
+
+
- - - - - - - -
Zinkplate
Isolator (blå)
-
-
Metallviser (rød)
-
Isolator (blå)
Den negative staven polariserer elektroskopet (figur b), det vil si at sinkplata blir positiv ladet og
den nedre delen av elektroskopet blir negativt ladet. Hvorfor endrer metallviseren retning?
4
Negativt ladet isolator
--
+
+
- - - - - - - -
Zinkplate
- - - Isolator (blå)
-
-
-
Metallviser (rød)
-
-
Isolator (blå)
Jord
Ledningen fører elektronene til jorden (figur c) og kulen får et underskudd av elektroner eller et
overskudd av positiv ladning.
+
+
Zinkplate
Isolator (blå)
+
+
Metallviser (rød)
+
+
Isolator (blå)
- - - - - - - Vi fjerner isolatoren og ledningen som ledet elektronene til jorden. Elektroskopet er blitt positivt
ladet (figur d). Vi har fått en spenningsforskjell mellom elektroskopet og jorden. Jorden er
negativt ladet. Denne ladningen er alltid et helt antall ganger enhetsladningen (e = 1.6 10-19 C).
Prosessen som fører til positiv ladning på kula kalles for indusert oppladning. Enhet for ladning
er i SI-systemet coulomb (C).
Et annet forsøk som gir indusert oppladning er når kammen gnis mot tørt hår. Etter gnidningen
vil kammen trekke på små tørre papir biter (forsøk)
På fronter ligger noen øvinger som viser statisk elektrisitet
5
Elektron i et homogent elektrisk felt
-
-
-
V = 100V
-
-
E-feltet
y = 1,0cm
F = -eE
+
+
-
+
+
+
NB! På figuren er den elektriske kraften lik: F = - eE, minustegnet i dette utrykket skal sløyfes.
Kraften på elektronet peker mot den positive plata fordi en positiv ladning tiltrekkes av en
negativ ladning.
Figuren viser et batteri (spenningen er 100 volt) som er koplet til to parallelle metallplater (en
kondensator). Den øverste plata får en negativ ladning den nederste en tilsvarende positiv
ladning. I rommet mellom platene oppstår et elektrisk felt (E), feltretningen går fra den positive
til den negative plata (vertikalt oppover) og feltet er konstant (uniformt) mellom platene. Et
uniformt elektrisk felt vises på figuren som fem piler som har konstant avstand mellom
hverandre. Det elektriske feltet har en styrke som er avhengig av batteriets spenning (100V) og
avstanden mellom platene (y=1,0cm) og gitt av formelen:
E
V
100V
y
0.01 m
10000
V
m
Kraften på elektronet i det elektriske feltet har en størrelse gitt av utrykket:
F
e E
 19
1.6 10
 C 10000
V
m
 15
1.6 10
N
6
Kraften er lik produktet av enhetsladningen multiplisert med det elektriske feltet:
På vei ned mot den positive plata taper elektronet potensiell energi, den potensielle energien går
over til kinetisk energi:
Upotensiell K
1
2
e  E y
 m v
2
Denne likningen gir farten for elektronet når det treffer den positive plata, vi antar at elektronet
ikke har fart i starten ved den øvre negative platen.
 19
v
e  E y  2
1.6 10
 C 10000
 31
m
9.1 10
15 m
Oppgave 1.1 [ 1.8 10 
s
2
s
m
0.01 m 2
6 m
5.9 10 
 kg
6 m
; 5.9 10 
V
s
; 3.4 n  s ]
Jordens elektriske felt
Ved jordens overflate er det elektriske feltet 150N/C, feltet peker mot jordens sentrum fordi
jorden er negativ ladet. Dersom et system har ladning -3.92C og masse 60kg, vil systemet sveve
over jorden (Hvorfor? Oppgave 1.2). Denne oppgaven viser at ladningen 1 coulomb er en veldig
stor ladning. Normale ladningsmengder er 1C eller 1nC.
Oppgave 1. 2 [ w 588 N ; F 588 N ]
Vannmolekylet er en elektrisk dipol
H
+
H
O
-
7
Det er den negativ ladet oksygendelen som sammen med den positiv ladet hydrogendelen som gir
dipoleffekten. De to ladningene er like store, lik enhetsladningen og avstanden mellom
ladningene er omtrent lik radien i H-atomet (4exp-11m). Vannmolekylets dipoleffekt er kilden til
det elektriske feltet rundt dipolen, det er dette feltet som f. eks. spalter saltmolekylet NaCI (Na+
og Cl.-)
Vi ”leker” med Van der Graff generatoren (Grimstad mangler utstyr, ikke pensum)
+
+
+
-
+
-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
-
Jord
Det oppstår en spenning mellom kule og jord. Faglærer vil forklare hvordan denne spenningen
oppstå i forelesningen (se side 769 i læreboka: University Physics)
Forsøkene vi skal gjøre legges ut på Fronter: Vi leker med Graffen.pdf
1.3 Forelesning: Strøm (DC), resistans, elektromotorisk spenning
Likestrøm (DC: direct currenet) er tema i dette avsnittet. Elektriske ledere består ofte av kopper
(Cu). Ved normal temperatur vil hvert kopperatom avgi ett elektron til elektronstrømmen i
lederen. Kopperatomene har fylt opp de tre innerste skallene (K, L og M). Det siste av i alt 29
elektroner skal i følge det periodiske systemets elektronkonfigurasjon ligge i N-skallet, dette
elektronet lar seg lett ionisere ved normal temperatur og kan derfor betraktes som fritt og kalles
derfor for ledningselektronet.
Partikkelkonsentrasjonen i kopper (utledningen er ikke pensum i Nat104/fysikk)
Partikkelkonsentrasjonen er antall frie ledningselektroner pr kubikkmeter. Kjenner vi
massetettheten for kopper og atomvekten for kopperatomene kan vi finne antall mol pr kilogram
8
Kopper:
Antall gram i ett mol Cu er gitt av massen for ett Cu-atom:
gm
mCu  63.54
mol
Massetettheten for Cu:
3 kg
Cu  8.96 10 
3
m
Antall mol i en kubikkmeter Cu:
n 
Cu
mCu
5 mol
 1.41  10
3
m
23 1
NA  6.03 10 
mol
Partikkelkonsentrasjonen (antall atomer pt m3) kan
vi finne fordi antall atomer i ett mol er gitt av
Avogadros tall:
28 1
n Cu  n  NA  8.503  10
Partikkelkonsentrasjonen:
3
m
Definisjonen av likestrøm (I)
Batteri
Lampe
X
Kopperledning
vd
-
F = -eE
E
A
I
x = vt
9
Figuren viser ett av de mange elektronene som beveger seg i kopperledningen. Sylinderen er en
del av kopperledningen i større målestokk. Det er batteriet som setter opp det elektriske feltet i
ledningene. Hvert elektron angripes av en kraft, det er denne kraften som gir driftsfarten (vd) på
elektronene og den elektriske strømmen (I).
Den elektriske strømmen i kopperledningen er den ladningsmengden som pr sekund passerer
tverrsnittet av kopperledningen.
I
Q
t
Antall elektroner som pr sekund passerer tverrsnittet (A) til venstre i figuren over er gitt av
volumet av sylinderen (Ax = Avt) og elektrontettheten i kopperledningen:
N
n Cu A  v d  t
Den totale ladningen som passer tverrsnittet pr sekund;
Q
Ne
Den elektriske strømmen vil være avhengig av:
I
Q
Ne
nCu A vd t e
t
t
t
n Cu A  v d  e
Oppgave 1.3 [ 0.2 mm ]
s
Oppgave 1.4 [ 0.13 C ]
Oppgave 1.5 [ 40 C ; 0.067 A ]
Strøm og spenning
Først litt om hvordan vi kan måle strøm og spenning.
En advarsel: Bruk aldri ampermeter som voltmeter
10
Lampe
Batteri
X
+
-
+
A
Amperemeter koples i serie, kretsen brytes og all strøm skal gå gjennom amperemeteret. Et
amperemeter har liten indre resistans
Lampe
Batteri
X
+
V
+
-
Voltmeteret koples i parallell, kretsen brytes ikke. Et voltmeter har stor indre resistans.
Oppgave:
Finn resistansen (R) i lampa nå voltmeteret viser 4.0V og amperemeteret viser 0,10A. Benytt
Ohms lov:
V
R I
Svar: 40Enheten for resistans er Ohm, får symbolet omega: )
Noen spenningskilder
Spenningskilden kan være et blybatteri, kondensator, elektrisk generator (drevet av vind eller
vann i bevegelse), Van der Graff generatoren, solceller (Solenergi). En spenningskilde kan levere
elektrisk energi når kilden har en spenningsforskjell mellom de to polene.

Et blybatteri som er fult oppladet har en elektrode av bly (Pb: den negative polen) og en
elektrode av blydioksyd (PbO2: den positive polen). Når disse settes ned i en væske
(elektrolytt) som består av svovelsyre og vann (ca 38% H2SO4, massetetthet på 1,28g/ml)
dannes det en spenningsforskjell mellom de to polene.. Ved utladning omdannes kjemisk
energi til elektrisk energi. Sulfationene (SO4) i elektrolytten beveger seg mot elektrodene.
Når batteriet er utladet vil begge polene få et belegg av blysulfat (PbSO4) og
spenningsforskjellen mellom de to polene er kraftig redusert. Elektrolytten når batteriet er
utladet er blitt fortynnet (ca 29% svovelsyre) og har fått en massetetthet på 1,15g/ml. De
kjemiske prosessene i et blybatteri er reversible, vi kan få tilbake syrekonsentrasjonen
(38%)ved å sende strøm gjennom batteriet fra pluss til minuspolen., under oppladning
overføres elektrisk energi til kjemisk energi. Ved oppladning renes polene, når det skjer
11
øker syrekonsentrasjonen. Ved oppladning dannes det okygengass ved den positive polen
og hydrogengass ved den negative polen. Denne gassen blander seg og vi får knallgass.
Knallgassen er lett antennelig og må derfor luftes ut.

En kondensator er også en spenningskilde fordi denne har en positiv og en negativ
metallplate.

En elektrisk generator som enten drives av vinden eller vann i bevegelse gererer også
spenning. Denne spenningen veksler, polariteten skifter med en periode på 0,02 sekunder

Van der Graaff generatoren gir stor spenning mellom kula og jord. Denne spenningen
oppstår ved gniding. Elektroner ledes til jord så lenge båndet går rundt.

Solcellepaneler gir også spenning, et normalt panel gir 12V når sola skinner. Det
strålingsenergien som omdannes til spenning mellom pluss og minuspolen på panelet

b
-
a
+
Figuren viser en symboltegning for en elektrisk energikilde, kildens polspenning eller kildens

elektromotoriske spenning gis symbolet
Den elektromotoriske spenningen kan vi skrive som
ems, spenningskildens ems-verdi er den samme som spenningskildens elektromotoriske
spenning. Punktet a (kildens positive pol) har større potensial enn punktet b (kildens negative
pol).
Det viktig å legge merke til følgende: I all energiproduksjon skjer det en polarisering av ladning.
Elektroner blir angrepet av en kraft og løftet opp på et større energinivå. Denne kraften blir ofte
kalt for en elektromotorisk kraft. I en elektrisk generator er denne kraften en magnetisk kraft,
denne kraften oppstår når elektronene har fart i forhold til et magnetfelt. Kommer tilbake til
denne magnetiske kraften.
En generator eller batteri har alltid indre resistans
I realiteten finnes ingen ideelle spenningskilder som følger likning (Vab =  ). Det betyr at emsverdien vil aldri være lik terminal spenningen (spenningen mellom polene på et
batteri/generator) når spenningskilden leverer strøm. Når en generator levere strøm vil strømmen
også møte motstand i matteriet fordi batteriet har en indre resistans. Vi får med andre ord et
spenningstap inne i batteriet.
Vab
  r I
12
Legg merke til at spenningsfallet i batteriet er gitt av Ohms lov:
V
R I
Spenningsforskjellene i en elektrisk krets
Spenning
b
12V
d
8V
c
4V
e
Posisjon
a
a
b
c
d
e
I = 2A
Under grafen ser vi en elektrisk krets, et batteri (gult felt) er koplet i serie med en ytre motstand
(R). Batteriet har en elektromotorisk spenning på 12V og en indre resistans (r). Ta
utgangspunkt i figurene og finn den ytre og den indre resistansen i kretsen.
Vi skal ta utgangspunkt i strømsløyfen i figuren og Kichhoffs spenningslov for en sløyfe.
  r I  R i
0
Vi setter inn tallene:
12 V  2  2 A  4  2 A  0 V
13
Det vil si at den elektromotoriske spenningen i batteriet er i størrelse lik summen av
spenningsfallene over resistansene.
12 V  2  2 A  4  2 A  0 V
Generelt kan vi skrive Kirchhoffs spenningslov på følgende form:
V
0
Oppgave 1.6 (Innsendings oppgave)
1.4 Forelesning: Energien i elektriske kretser
Dersom ladningen q forlater spenningskilden i tiden t når den elektromotoriske spenningen er ,
vil spenningskilden (generatoren) levere følgende energimengde pr sekund:
P
 q
t
 I
Denne energimengden som pr sekund leveres til forbrukeren i kretsen (den ytre og indre
resistansen) kaller vi for batteriets effekt. Batteriet leverer energi pr sekund til den indre og den
ytre resistansen i kretsen (effektforbruket)
 I
2
Vca  I  r  I
Skal i det følgende kommentere dette uttrykket, tar utgangspunkt i figuren under.
Ved
Vca
a
b
c
d
e
A
I = 2A
14
Figuren hører til oppgave 1.6 (innsendingsoppgaven). Legg merke til at spenningen over batteriet
(Vca) er lik spenningen mellom punktene d og e. Resistansen R vil bruke en del av den energien
som batteriet leverer:
Pytre
Vca  I
Batteriet bruker også en del av energien som batteriet lever.
Pindre
Vr I
r I I
2
r I
1.5 Labøving: Serie- og parallellkopling av glødelamper
Utstyret pr studentgruppe ligger i Watts koffert
Glødelampe 6V / 3W, 2 stk
Ampermeter - Voltmeter med
digital avlesning og to
testledninger(rød og sort)
Batteri 4,5V
Lommekalkulator med
solcellepanel.
Skrujern (flatt)
Koplingsplate med lampeholder 2
stk og
3 brytere med sikring
Bakke
Kabel no.1: 8 cm (rød), med krokodilleklemme og stift i
endene.
Kabel no.2: 8 cm (sort), med stift og gaffel i endene.
Kabel no.3: 8 cm (sort), med stift og gaffel i endene.
Kabel no.4: 8 cm (sort), med krokodilleklemme og stift i
endene.
Kabel no.5: 8 cm (rød), med stift i endene.
Kabel no. 7: 8 cm (sort), med stift og gaffel endene
Innledning
Før i tiden var det vanlig med en parafinlampe hengende i taket, denne gav tilstrekkelig lys ved
bordet der folk satt og pratet sammen. Like etter 1. verdenskrig skiftet enkelte ut parafinlampen
med en glødelampe og fikk et bedre lys, enkelte hadde råd til 2 glødelamper, men måtte da betale
kraftverket dobbelt så mye.
I dag lyser det fra mange lamper i de norske hjem og elverket kommer ikke lenger hjem til folk
for å telle antall lamper som er i bruk, de kan automatisk måle strøm og spenning til enhver tid og
resultatet blir registeret av energimåleren i sikringsskapet.
Seriekopling av resistanser (glødelamper)
Vi skal i denne øvingen seriekople to resistanser (glødelamper). Lampene er seriekoplet til
batteriet når samme strøm går gjennom batteriet og begge lampene
15
R1
V
R2
I
For seriekopling av resistanser gjelder:
Req
R1  R2  ..
Utledningen baserer seg på at der går samme strøm gjennom de to motstandene:
I
Req
V
V
R1  R2
Req
R1  R2
Vi skal også parallellkople to resistanser (glødelamper). Vi sier at lampene er parallellkoplet når
strømmen gjennom batteriet fordeler seg på de to lampene, en del av strømmen går gjennom den
ene lampen og resten gjennom den andre.
R1
R2
V
I1
I2
I
Parallellkopling av resistanser (glødelamper)
Lampene er parallellkoplet til batteriet når samme spenning ligger over lampene strømmene
gjennom batteriet fordeler seg til lampene,
16
For parallellkopling av resistanser gjelder:
1
1
Req
R1

1
R2
 ..
Utledning av denne formelen baserer seg på at spenningen over de to motstandene er lik og at den
totale strømmen gjennom de to motstandene er lik strømmen gjennom batteriet.
I1  I2
I
V
V
Req
R1
1
1
Req
R1


V
R2
1
R2
Oppgaven

Seriekopling
To glødelamper skal seriekoples til batteriet. Foreta de nødvendige målingene og beregn
effektforbruket i de to lampene og sammenlign dette forbruket med batteriets effektleveranse.
Sammenlign også summen av spenningene over lampene med summen av batteriets
polspenning (Spenningsloven til Kirchhoff).

Parallellkopling
De to glødelampene skal deretter koples parallelt til batteriet. Foreta de nødvendige
målingene og beregn effektforbruket i de to lampene og sammenlign dette forbruket med
batteriets effektleveranse. Finn en sammenheng mellom grenstrømmene og strømmen
gjennom batteriet (Strømloven til Kirchhoff).
Hva skjer med energien i kretsen når vi endrer fra seriekopling til parallellkopling?
Beregn og sammenlign den totale motstanden i kretsen når lampene er koplet parallelt og i
serie.
Utførelse

Benytt utlevert multimeter for måling av strøm og spenning

Seriekoplingen av lampene
17
Kabel 2
4
X
X
Glødelampe
3
Batteri (4,5V)
Bryter og sikring
1
Innsamling av data:
1. Vi skal måle spenningen (V1 og V2) over lampe 1 og 2 når kretsen er lukket, vi skal
også måle spenningen over batteripolene (Vp).
2. Vi skal måle strømmen gjennom bryterne 1, 2 og 3 (I1, I2 og I3)
3. Vi skal gjenta disse 5 målingene 5 ganger.
Alle data skal føres inn i tabellen
Beregningene:
1. Vi skal beregne lampenes effektforbruk (P1 og P2) og batteriets ytelse (Pp)
2. Vi skal summere spenningen over de to lampene (V1+V2).
Resultatet av beregningene skal føres inn i tabellen (vi benytter glødelampen: 6V; 0,10A)
no.
1
V1
V2
2,15 2,12
Vp
I1
I2
I3
P1
P2
P1+P2
Pp=Vp*I3
4,28
0,0569
0,0569
0,0569
0,122
0,121
0,243
0,244
2
3
4
5
6

Parallellkopling av lampene
18
Kabel 2 eller 3
7
4
X
X
Glødelampe
Batteri (4,5V)
Bryter og sikring
1
5
Innsamling av data:
1. Vi skal måle spenningen (V1 og V2) over lampe 1 og 2 når kretsen er lukket, vi skal
også måle spenningen over batteripolene (Vp).
2. Vi skal måle strømmen gjennom bryterne 1, 2 og 3 (I1, I2 og I3)
3. Vi skal gjenta disse 5 målingene 5 ganger.
Alle data skal føres inn i tabellen
Beregningene:
1. Vi skal beregne lampenes effektforbruk (P1 og P2) og batteriets ytelse (Pp)
2. Vi skal summere strømmene over de to lampene (I1+I2).
Resultatet av beregningene skal føres inn i tabellen:
no.
V1
V2
Vp
I1
I2
I3
P1
P2
1
4,12
4,13
4,17
0,0816
0,0828
0,16
0,3362
0,342
P1+P2 Pp=Vp*I3 I3=I1+I2
0,678
0,667
0,164
2
3
4
5
6
Svar på spørsmålene:

Seriekopling
1. Finn effektforbruket i de to lampene
2. Finn batteriets effektleveranse.
3. Finn spenningen over lampene og spenningen over batteriets poler.

Parallellkopling
19
1.
2.
3.
4.
Finn effektforbruket i de to lampene og batteriets effektleveranse.
Finn sammenhengen mellom grenstrømmene og strømmen gjennom batteriet.
Hva skjer med energien i kretsen når vi går fra serie til parallellkopling.
Beregn og sammenlikn den totale resistansen i kretsen når lampene er koplet i
serie og parallell.
Evaluering av øvelsen
Det anbefales at studenten med egne ord beskriver hensikten med øvelsen
1.6 Vi regner oppgaver
Øvingsoppgaver
Oppgave 1.1
a) Finn elektronets akselerasjon i figuren tilhørende avsnittet: ”Elektronet i et homogent felt”.
b) Finn farten når elektronet treffer den nederste plata og finn hvor lang tid elektronet bruker på
turen fra den negative til den positive plata. Anta at elektronet starter med farten null ved den
negative plata.
Oppgave 1.2
Ved jordens overflate er det elektriske feltet 150N/C, feltet peker mot jordens sentrum fordi
jorden er negativ ladet. Dersom et system har ladning -3.92C og masse 60kg, vil systemet sveve
over jorden (Hvorfor?). Denne oppgaven viser at ladningen 1 coulomb er en veldig stor ladning.
Normale ladningsmengder er 1C eller 1nC.
Oppgave 1.3
En vanlig lampettledning (diameter på 1,02mm) gir strøm (1,67A) til en lampe på 200W. Finn
driftshastigheten
Oppgave 1,4
Strømmen i en strømkrets står på i 75s. På et amperemeter i kretsen leser vi av en konstant strøm
på 1,7mA. Hvor stor er ladning passerer amperemeteret i denne tiden?
Oppgave 1.5
Gjennom et tverrsnitt av en metalltråd passerer Ne  0.25 1021 elektroner i løpet av tiden t  10 min
. (a) Regn ut ladningen som har passert og (b) strømmen i kretsen.
Oppgave 1.6 (innsendingsoppgave)
20
Denne oppgaven skal leveres på fronter torsdag 28. april kl 1600
Tilhørende figur står i avsnitt 1.4
I kretsen har vi et batteri som har en elektromotorisk spenning på 12V og en indre resistans på 2
ohm. Vi monterer inn en resistans på 4 ohm inn i kretsen. Hva viser voltmeteret og
amperemeteret? Hvor mye elektrisk energi bruker den ytre motstanden i løpet av 5 minutter?
Oppgave 1.7
18V

4

Finn strømmen gjennom de tre motstandene.
Kirchhoffs strømlov for et knutepunkt:
I
0
Oppgave 1.8
To identiske lyspærer skal vi kople til en spenningskilde som har en ems-verdi på 8 volt (8V).
Spenningskilden har ikke indre resistans. De to lyspærene har samme resistans, R = 2. Finn
strømmen gjennom lyspærene, spenningen over lampene, lampenes effektforbruk når a) disse er
seriekoplet og når b) disse er parallellkoplet. c) Anta at en av lampene går i stykker. Hva skjer
med den andre lampen i seriekretsen/parallellkretsen?
a) 2A, 4V, 8W
b) 4A, 8V, 32W
c) Serie: begge slukker; Parallell: en lyser
21
1.7 Labøving: Ohms lov
Oppgaven
a. Vi skal i dette forsøket sende strøm av ulik styrke gjennom en motstandstråden, deretter skal vi
beregne forholdet mellom spenning og strøm og se om dette forholdet varierer.
b. Vi skal måle resistansen i glødetråden
c. Resistansen i en glødelampe.
Utstyret pr studentgruppe (Ohms koffert)
Linjal (50 cm) med motstandstråd (27 ohm pr. meter), kelvinklemme med flatstifthylse og
rundstift, spenningskilde med adapter, multiplugg og rotasjonsvelger (3.0V, 4.5V, 6V, 7.5V, 9V,
12V), tilkoplingsledninger for adapter (rød og sort), voltmeter med tilhørende testledninger,
amperemeter, støpsel på brett med stikk-kontakt og bryter (vippebryteren er av når merket på står
opp, sandpapir). Flatt skrujern. Glødelampe og lampeholder (hentes fra Watts koffert)
22
Kopling
Bildet viser de ulike delene og hvordan de er koplet sammen.
Utførelse
Benytt bildet og sett sammen utstyret. Pilen på rotasjonsbryteren skal peke mot plusspunktet.
Sørg for god kontakt, ellers vil måleinstrumentene vise være ustabile tallverdier. Ta kontakt
med faglærer før du setter på spenningen.
Resultat
Lag en tabell og før inn resultatet. Målepunktene skal framstilles grafisk, benytt DataStudio
23