Kestomagneetit. Sähköä ja magneetteja. Lasten fysiikan viikko Erilaiset navat vetävät toisiaan puoleensa, samanlaiset navat hylkivät toisiaan.

Transkriptio

1 Sähköä ja magneetteja S1 Kestomagneetit Kokeile, tarttuuko magneetti muovilusikkaan, alumiinifolioon, kuparilankaan, lasiputkeen, rautanaulaan, pyyhekumiin, teräksiseen ruuvimeisseliin. Mihin aineisiin magneetti näyttää tarttuvan? Nosta sauvamagneetilla pieniä rautanauloja. Kohtia, joihin naulat voimakkaimmin tarttuvat, sanotaan magneetin navoiksi. Yritä nostaa isolla rautanaulalla pieniä nauloja. Onko iso naula magneettinen? Laita sitten iso rautanaula kiinni magneettiin kuvan osoittamalla tavalla. Yritä nyt nostaa isolla naulalla pikkunauloja. Rauta- ja teräsesineet magnetoituvat, kun ne ovat magneetin lähellä. Teräsesineet voivat jäädä pysyvästi magneettisiksi. Onko teräksinen ruuvimeisseli magneettinen? Jos ei ole, magnetoi meisseli sivelemällä sen terää sauvamagneetilla. Kokeile, miten sauvamagneettien eri väreillä ja samalla värillä merkityt navat vaikuttavat toisiinsa. Erilaiset navat vetävät toisiaan puoleensa, samanlaiset navat hylkivät toisiaan. Maastossa kuljettaessa kompassin neulan terävä pää osoittaa pohjoiseen, tylppä pää osoittaa etelään Kokeile, miten sauvamagneetti vaikuttaa kompassiin. Kompassineula on myös magneetti. Neulan terävä pää hylkii magneetin punaisella merkittyä napaa. Niissä on siis samanlaiset magneettinavat. Punaisella merkittyä napaa kutsutaan tästä syystä pohjoisnavaksi, toisella värillä merkittyä napaa kutsutaan etelänavaksi. Laita magneetti jäykän pahvilevyn alle, ja pahvin päälle vielä A4-paperi. Ripottele rautaviilajauhetta paperin päälle. Jauhe asettuu magneettikentän suuntaisiksi ketjuiksi. Kaada rautaviilajauhe takaisin sirottimeen. Varo päästämästä jauhetta kiinni magneettiin!

2 Sähköä ja magneetteja S2 Virtapiirit Laita irtolamppu palamaan pariston avulla, yhtä tai kahta johdinta käyttäen. Kuva esittää erästä tapaa, keksitkö muita toimivia kytkentätapoja? Kytke kaksi lamppua kuvan esittämällä tavalla sarjaan. Kun molemmat lamput palavat, kierrä toinen lamppu irti kannasta. Mitä tapahtuu? Seuraavissa kokeissa käytetään kantaan liitettyä lamppua, jotta kytkeminen olisi helpompaa. Kytke lamppuun kaksi paristoa kuvan esittämillä tavoilla, ensin paristot samaan suuntaan ja sitten toinen paristo käännettynä. Palaako lamppu molemmissa kytkennöissä? Kytke lamppuun kolme paristoa, kuvan esittämillä tavoilla, ensin kaikki paristot samaan suuntaan ja sitten yksi paristoista käännettynä. Miten lamput nyt palavat? Kytke sitten kaksi lamppua kuvan esittämällä tavalla rinnan. Kun molemmat lamput palavat, kierrä taas toinen lamppu irti. Mitä nyt tapahtuu? Mitä luulet, ovatko kotisi sähkövalojen lamput kytketyt sarjaan vai rinnan? Entä muut sähköllä toimivat laitteet? Kytke kaksi valmiiksi yhteen liitettyä ledlamppua pieneen 3 V paristoon kuvan mukaisesti. Miten ledit palavat? Käännä sitten paristo toisin päin. Miten ledit nyt palavat? Led-lamppu pitää kytkeä paristoon oikein päin, muuten sähkö ei kulje eikä ledi valaise. Kytkennässä toinen ledeistä on oikeinpäin ja toinen väärinpäin; kumpi on kumpi, riippuu pariston kytkentäsuunnasta V - -

3 Sähköä ja magneetteja S3 Sähkömagneetti Ota noin 1 m mittainen sähköjohdin, ja kierrä se ison rautanaulan ympärille siistiksi käämiksi. Kytke johtimen päät paristoon. Kokeile, onko iso naula magneettinen - yritä nostaa sillä pikkunauloja. Irrota sitten johtimen päät paristosta. Onko iso naula nyt magneettinen? Olet rakentanut sähkömagneetin. Sen magneettisuus voidaan "kytkeä" päälle ja pois. Tavallinen magneetti eli kestomagneetti on nimensä mukaisesti pysyvästi magneettinen. Laita sähkömagneetin pää kestomagneetin pään lähelle n. 5 mm etäisyydelle. Kytke ja katkaise virtapiiri useita kertoja. Käännä paristo ja toista koe. Mitä huomaat? Sähkömagneetin ja kestomagneetin saa vuoroin vetämään, vuoroin hylkimään toisiaan vaihtamalla sähkövirran suuntaa. Kytke pienoiskaiutin paristoon. Mitä huomaat? Pahvisen kaiutinkartion pohjaan on kiinnitetty sähkömagneetti eli puhekela, joka pääsee liikkumaan renkaan muotoisen kestomagneetin sisällä. Kun sähkömagneetissa kulkee virta, magneettien välinen vuorovaikutus liikuttaa kaiuttimen kartiota. Kartion nopea liike tönäisee ilmaa, ja tämä kuullaan napsahduksena. Kytke pienoiskaiutin äänivahvistimen kaiutinjohtoihin.

4 Sähköä ja magneetteja S4 Sähkömoottori ja generaattori Kytke pienoissähkömoottori paristoon. Käännä sitten paristo kytkennässä toisin päin. Mitä huomaat? Ohjaaja selittää mallin avulla, miten sähkömoottori toimii. Kytke kela led-lamppuun kuvan osoittamalla tavalla. Laita kelan pää pyörivän magneetin lähelle.mitä huomaat? Kun kela on liikkuvan magneetin lähellä, kelaan ja siihen kytkettyyn lediin syntyy sähkövirta, jolloin ledi valaisee. Tällainen laite, joka tuottaa liikkeestä sähköä, on sähkögeneraattori. Polkupyörän dynamo ja auton laturi ovat sähkögeneraattoreita. Kokeile,miltä käsigeneraattorin kammen pyörittäminen tuntuu. Kytke sitten käsigeneraattori lamppuun kuvan mukaisesti. Kokeile nyt pyörittää kampea. Mitä havaitset? Valaiseva lamppu kuluttaa sähköenergiaa. Se ei synny tyhjästä, vaan sähköenergian tuottamiseksi täytyy tehdä työtä. Kodin sähkölaitteiden, teollisuuden koneiden yms. tarvitsema sähköenergia tuotetaan voimalaitoksissa suurilla generaattoreilla. Kytke käsigeneraattori pienoissähkömoottoriin. Pyöritä generaattorin kammesta. Vaihda pyörityssuuntaa. Sähkön avulla voidaan siirtää energiaa pitkiäkin matkoja. Kokeillaan seuraavaksi tehokkaammalla käsigeneraattorilla.

5 Valoa, linssejä ja kuvia V1 Väritutkimusta Katso CD-levyn pinnasta heijastuvaa lampun valoa kuvan esittämällä tavalla. Kääntele levyä niin, että näet peräkkäisistä väreistä muodostuvan nauhan. Minkä eron havaitset hehkulampun ja loisteputken tuottamissä värikuvioissa? Lamppujen ja auringon valo sisältää eri värejä. Tavallisesti värit ovat sekoittuneena, ja valo näyttää valkoiselta. CD-levyn pinnassa on spiraalimainen, hyvin kapea raita. Kun valo heijastuu raitaspiraalista, valo hajoaa eri värien muodostamaksi nauhaksi. Sitä kutsutaan valon spektriksi. Spektroskooppi pystyy erottelemaan valon värit tarkemmin. Huomaat, että erilaisilla valonlähteillä on erilainen spektri. Hehkulampun ja auringon valolla on jatkuva spektri, jossa värit vaihtuvat tasaisesti. Loisteputken, tietokoneen kuvaruudun ja led-lampun spektrissä on selvästi muita voimakkaampia värejä eli spektriviivoja, joitakin värejä taas voi puuttua kokonaan. Neonputken spektrissä on vain muutamia spektriviivoja; laservalon spektrissä on yksi ainoa viiva. Laservalo on siis yksiväristä. Salapoliisitehtävä: pöydällä palaa pyöreä lamppu. Tutki spektroskoopin avulla, onko kyseessä hehkulamppu vai loisteputkilamppu. Spektrien tutkiminen eli spektroskopia on tärkeä analyysimenetelmä, jolla voidaan selvittää, mitä aineita tutkittava näyte sisältää. Tutkimalla kaukaisten tähtien valoa saadaan selvillä, mistä aineista tähti koostuu. Tähden spektri kertoo myös, liikkuuko tähti meitä kohti vai meistä poispäin, ja kuinka nopeasti. Tutki spektroskoopilla valoa eri valonlähteistä: SPECTROSCOPE hehkulamppu, loisteputket, tietokoneen kuvaruutu, ikkunasta tuleva auringonvalo, led-lamppu, laser-valon heijastus, neonputki...

6 Valoa, linssejä ja kuvia V2 Valonsäteiden leikkiä Tehdään kokeita valonlähteellä, joka tuottaa pöydän pinnalla näkyvän valonsäteen. Suuntaa säde peilipintaan. Kääntele peiliä, huomaa miten heijastuvan säteen suunta muuttuu. Säde kääntyy kaksi kertaa niin paljon kuin peili. Suuntaa säde suorakulmion muotoiseen muovikappaleeseen. Mitä säteelle tapahtuu, kun se osuu kappaleeseen? Valonsäde muuttaa suuntaansa eli taittuu mennessään läpinäkyvän aineen sisään ja tullessaan sieltä ulos. Vedellä täytetyn vadin pohjalla on pallo. Katso palloa viistosti astian reunan yli. Mitä huomaat? Ilmiö johtuu valon taittumisesta sen tullessa vedestä ilmaan. Pallo näyttää olevan lähempänä pintaa kuin todellisuudessa. muovikappale peili Seuraavissa kokeissa käytetään useiden yhdensuuntaisten valonsäteiden kimppua. Tutustu linssien malleihin. (Oikeita linssejä käytetään Kuvat -työpisteessä). Keskeltä paksumpi linssi on kupera, keskeltä ohuempi linssi on kovera. Kokeile kuperan ja koveran linssin malleilla, niin että saat aikaan kuvien esittämät ilmiöt. Kuperalla linssillä valo voidaan koota yhteen pisteeseen. Sitä sanotaan polttopisteeksi. Kovera linssi hajottaa valonsäteet. Tutustu myös peileihin: suoraan tasopeiliin, keskeltä kuopalla olevaan eli koveraan peiliin ja keskeltä pullistuneeseen eli kuperaan peiliin. Kokeile miten erilaiset peilit heijastavat valonsädekimpun. Tasopeli heijastaa kaikki säteet yhdensuuntaisina. Kovera peili kokoaa säteet polttopisteeseen. Kupera peili hajottaa säteet.

7 Valoa, linssejä ja kuvia V3 Kuvat Tutustu käytössä oleviin linsseihin. Katsottaessa linssin läpi, kaikki kuperat eli keskeltä paksummat linssit toimivat suurennuslaseina, eli näyttävät esineen todellista suurempana. Kaikki koverat eli keskeltä ohuemmat linssit näyttävät esineen todellista pienempänä. Laita kupera linssi seinällä olevan paperivarjostimen eteen. Liikuta linssiä lähemmäs ja kauemman varjostimesta, kunnes löydät etäisyyden jolla varjostimella näkyy kaukana olevan ikkunan kuva. varjostin kupera linssi ikkuna Seuraavaksi kokeillaan peileillä. Keskeltä kuopalla oleva peili on kovera, keskeltä koholla oleva on kupera peili. Katso kuvaasi kuperasta taustapeilistä ja koverasta meikkipeilistä. Mitä huomaat? Heijasta koveralla peilillä kaukana olevasta ikkunasta tulevaa valoa valkoiseen kaiteeseen, joka toimii nyt varjostimena. Liikuta peiliä lähemmäs ja kauemmas varjostimesta, kunnes taas löydät etäisyyden jolla varjostimelle syntyy ikkunan kuva. kovera peili ikkuna ikkunan kuva varjostin Kokeile useilla kuperilla linsseillä. Miten päin varjostimelle syntyvä kuva aina on? Millainen yhteys näyttää olevan kuvan koon, ja linssin ja varjostimen etäisyyden välillä? Samalla tavalla syntyy kuva kamerassa filmille, ja silmässä verkkokalvolle. ikkunan kuva Miten päin varjostimelle syntyvä kuva on?

8 Valoa, linssejä ja kuvia V4 Optisia laitteita Projektori Laita taskulamppu kupera linssi palamaan, ja diakuva noin 5 cm etäisyydelle lampusta. Pidä kuperaa linssiä (suurennuslasia) diakuvan edessä, ja suuntaa lamppu ja linssi kohti valkoista seinää. Siirrä linssiä lähemmäs ja kauemmas diasta, kunnes seinällä näkyy dian kuva. varjostin kuva Kaukoputki eli teleskooppi Laita pieni suurennuslasi lähelle silmääsi, ja iso suurennuslasi aluksi noin 30 cm päähän. Siirrä isoa suurennuslasia lähemmäs ja kauemmas, kunnes näet linssien läpi selkeän, suurennetun kuvan. Koeta silmä pieni suurennuslasi diakuva iso suurennuslasi pitää linssit kohtisuorassa katseesi suuntaan nähden, ja niin että katsot molempien linssien keskipisteen läpi. Tällöin kuva on selkeimmillään. Kuinka päin kuva on? Kootaan seuraavaksi parempi teleskooppi.optiseen penkkiin. Laita optiseen penkkiin 10 cm kohdalle linssi, jonka polttoväli on 100 mm, ja 69 cm kohdalle linssin, jonka polttoväli on 500 mm. Katso läpi linssien läpi niin, että leukasi on suunnilleen penkin pään kohdalla. Säädä lähemmän linssin etäisyyttä silmästäsi, kunnes näet selkeän kuvan. 100 mm 500 mm Lue rakentamasi teleskoopin avulla, mitä käytävän päässä olevaan paperiin on kirjoitettu. Tavallinen kiikari toimii periaatteessa samalla tavalla kuin nämä yksinkertaiset teleskoopit, mutta kiikarissa kuva käännetään peileinä toimivien prismojen avulla oikein päin. Kurkista lopuksi tähtikaukoputkeen.