1. Mitä tarkoittaa resistanssi? Miten resistanssi lasketaan ja mikä on sen yksikkö?

Transkriptio

1 6 Resistanssi ja Ohmin laki 1. Mitä tarkoittaa resistanssi? Miten resistanssi lasketaan ja mikä on sen yksikkö? Se kuvaa sähkövirtaa vastustavaa ominaisuutta. R = U / I, yksikkö ohmi, 1 Ω 2. Mitkä asiat vaikuttavat johtimen resistanssiin? 1) johtimen materiaali 2) johtimen pituus 3) johtimen poikkipinta-ala MUTTA MITEN? Mietipäs sitä tai lue vihkosta kerraten! 3. Mitä tarkoittaa suprajohtavuus? Se on aineen tila, jossa se ei vastusta ollenkaan sähkön kulkua. Usein aineet saavuttavat suprajohtavuuden lähellä absoluuttista nollapistettä. 4. Onko väittämä oikein (O) vai väärin ()? 1. Kaikki aineet vastustavat virran kulkua. 2. Johtimen resistanssi pienenee johtimen ohentuessa. 3. irta heikkenee virran kulkiessa johtimessa. 4. Johtimen resistanssin pienentyessä virtapiirissä kulkee suurempi sähkövirta. 5. irranvastustuskyky ei riipu johtimen pituudesta. 6. Kaikki sähkölaitteet ovat vastuksia. O 5. Tehtävänä on selvittää annetun johtimen resistanssi. Selitä, miten resistanssi voidaan määrittää. Tee tarvittaessa piirroskuva tilanteesta. Kytkentä, jossa on jännitelähde (paristo), jännitemittari rinnankytkettynä tutkittavan johtimen kanssa ja sarjassa virtamittari. A tutkittava johdin, resistanssi R = U / I 6. erkkovirtaan (230 ) kytketyn moottorin läpi kulkee 10 ampeerin sähkövirta. Mikä on moottorin resistanssi? R = U / I = 230 / 10 A = 23 Ω

2 7. Hehkulampun resistanssi on 15 Ω ja hehkulampun napojen välinen jännite on 4,5. Kuinka suuri sähkövirta kulkee hehkulampun läpi? I = U / R = 4,5 / 15 Ω = 0,30 A 8. Akun resistanssi on 0,48 Ω ja sähkövirta 50,0 A. Mikä on akun napojen välinen jännite? U = RI = 0,48 Ω 50,0 A = 24 7 Sähkömagneettinen induktio 1. Mitä eroa on generaattorilla ja sähkömoottorilla? Pääero: Generaattori tuottaa liikkeestä sähkövirtaa. Sähkömoottori saa liikettä aikaiseksi sähkövirran avulla. Palauta mieleen myös laitteiden toimintaperiaatteet. 2. Miksi kompassilla ei pidä ottaa suuntaa sähkölinjan alla? Sähkölinjoissa liikkuvat elektronit synnyttävät sähkölinjan ympärille magneettikentän ja se häiritsee kompassineulaa. 3. Selitä generaattorin toimintaperiaate. Generaattorissa on käämi, kestomagneetti ja rautasydän. Kestomagneetti pyörii käämin sisällä, jolloin syntyy muuttuva magneettikenttä, joka indusoi ( synnyttää ) käämiin sähkövirran. Näin syntyy vaihtovirtaa. 4. Rautatangon ympärille kytketty johto virtalähteeseen kytkettynä muodostaa sähkömagneetin. Mitkä asiat vaikuttavat syntyvän sähkömagneetin voimakkuuteen? Kierrosten lukumäärä, sähkövirran suuruus 5. irtapiiriin syntyy sähkövirtaa, kun piirissä olevan käämin sisällä liikutetaan sauvamagneettia. a) Mikä on tämän ilmiön nimi? b) Mitkä seikat vaikuttavat näin syntyneen virran suuruuteen? c) Miten ilmiötä voidaan hyödyntää? a) Sähkömagneettinen induktio b) magneetin voimakkuus, liikkeen nopeus, käämin kierrosten lukumäärä c) esim. sähkön tuottaminen voimalaitoksissa 6. Mitä tarkoittaa sähkömagneettinen induktio? Ks. yllä 7. Miksi levykkeitä ei pitäisi säilyttää tietokoneen keskusyksikön päällä?

3 Tieto on tallennettu levykkeille magneettisesti ja sähkölaitteet luovat ympärilleen magneettikentän, joka saattaa muuttaa tallennettua tietoa levykkeilta. 8. Onko väittämä oikein (O) vai väärin ()? 1. Magneettikenttä voidaan nähdä. 2. Kun käämin sisällä on paikallaan magneetti, virtapiiriin muodostuu sähkövirta. 3. Generaattori ja sähkömoottori ovat rakenteeltaan samanlaiset. 4. Sähkömagneettisessa induktiossa muodostuu tasavirtaa. 5. Käämiin muodostuvan jännitteen suuruuteen ei pystytä vaikuttamaan. 6. Sähkömagneetin magneettisuus ei yleensä ole pysyvää. O 8 Sähkön tuotanto 1. Mitä tapahtuu, kun koskessa oleva siipiratas pyörittää generaattoria? Syntyy sähkövirtaa. Ks. generaattorin toiminta edellisestä kappaleeesta. 2. Miksi sähkönsiirrossa muuntajat ovat välttämättömiä? Energiaa menee vähemmän hukkaan lämpöenergian muodossa. 3. Miksi sähkön siirrossa käytetään korkeita jännitteitä? Kun on suuri jännite, sähkövirta on pieni. Näin ollen sähkölangat eivät turhaan lämpene ja siten energiaa mene hukkaan. 4. Selitä, mitä tapahtuu energialajien kannalta, kun paristo ja lamppu muodostavat virtapiirin. Pariston kemiallinen energia muuntuu sähkön välityksellä valoksi ja lämmöksi. lämpöenergia pariston kemiallinen energia lampun sytyttäminen valo

4 5. Selitä vaiheittain prosessi, jossa kivihiilestä tuotetaan sähköä. Kivihiiltä poltetaan ja lämpöenergialla höyrystetään vettä. Höyry pyörittää turbiinia, joka pyörittää generaattoria. Generaattori tuottaa sähköenergiaa. 6. Kerro muuntajasta. Selitä sen rakenne ja käyttötarkoitus. Muuntajassa on kaksi eri kierroslukuista käämiä ja yhteinen rautasydän (ensiö- ja toisiokäämi). Sähkövirta synnyttää ensiökäämiin magneettikentän, joka puolestaan synnyttää toisiokäämiin sähkövirran (induktio tapahtuu siis kahteen kertaan!) Eri kierrosluvut aiheuttavat sen, että muuntaja joko pienentää tai suurentaa jännitettä samassa suhteessa kuin kierrosluvut ovat. Muuntajalla siis voidaan pienentää tai suurentaa sähkövirtaa. 7. Muuntajan ensiökäämissä on 100 kierrosta ja toisiokäämissä on 400 kierrosta. Muuntajan ensiöjännite on 6 ja ensiövirta 8 A. Laske toisiokäämin a) jännite b) sähkövirta. a) U 2 = (N 2 U 1 )/N 1 = (400 6) / 100 = 24 b) I 2 = (N 1 I 1 )/N 2 = (100 8 A) / 400 = 2 A 8. Perustele seuraava väite: Sähkömagneettinen induktio mullisti yhteiskunnan 1800-luvulla. Lue kirjan kappale. Sieltä selvinnee

5 9 Sähköteho ja energia 1. Mitkä asiat vaikuttavat sähkölaitteen tehoon? Käyttöjännite ja sähkövirran suuruus 2. Miten lasketaan teho? Mikä on tehon tunnus ja yksikkö? P = UI, yksikkö on watti, 1 W 3. Miten voidaan selvittää käytössä olevan sähkömoottorin teho? Piirrä kytkentäkaavio ja selitä, miten mittaustulosten pohjalta sähkömoottorin teho voidaan määrittää. Kytketään moottori virtapiiriin, jossa on jännilähde, jännitemittari, amppeerimittari. Amppeerimittari on sarjassa moottorin kanssa ja jännitemittari on rinnan jännitelähteen kanssa. M A 4. erkkojännitteeseen (230 ) kytketyn tinakolvin läpi kulkee 0,35 ampeerin sähkövirta. Laske tinakolvin teho. P=UI= 230 0,35 A=80,5 W 5. Hiustenkuivaajan teho on W. Kuinka suuri sähkövirta kulkee hiustenkuivaajan läpi, kun kuivaaja on kytketty verkkojännitteeseen 230? I= P U =1400 W 230 =6,1 A 6. Mitkä asiat vaikuttavat kulutetun energian määrään sähkölaitteessa? Laitteen käyttöjännite, virta ja käyttöaika (E = UIt mukaan) 7. Laattaleikkurin teho on 400 W. Laattaleikkuria käytetään 30 minuuttia. Kuinka paljon tähän kuluu energiaa? Ilmoita vastaus joko jouleina tai kilowattitunteina. E=0,4 kw 0,5h= 0,2kWh

6 8. Miksi sähkölaitteessa on sulake? Sulake on virtapiirin heikoin lenkki, joka rikkoutumalla estää varsinaisen sähkölaitteen rikkoutumisen. Heikoin lenkki, halpa vakuutus 9. irtapiiriin kytketään 10 ampeerin sulake. Mikä on suurin sähkölaitteen teho, jonka virtapiiri kestää sulakkeen rikkoontumatta? P=UI= A=2300 W 10. Onko väittämä oikein (O) vai väärin ()? 1. Lampun kirkkauteen vaikuttaa virtalähteen antama jännite. 2. Tehon yksikkö on hevosvoima. 3. Sähkölaitteen tehon suuruus riippuu laitteen käyttöajasta. 4. Energian kulutusta voidaan mitata kilowattitunteina. 5. Sulake palaa, kun sähkölaite unohtuu päälle. 6. Rikkoontunut sulake vioittaa sähkölaitteen. O 11. irtapiirissä, johon kuuluvat keittiön pistorasiat, on oma sulake. Tähän virtapiiriin kytketään toimintaan samanaikaisesti mikroaaltouuni ( W), pölyimuri (1 300 W) ja astianpesukone ( W). Laske virtapiirissä olevien laitteiden yhteisteho. Laske, kestääkö 16 ampeerin sulake kaikkia laitteita yhtäaikaa. I= P W = =17,4 A Eli sulake rikkoutuu, koska tarvittava virta on suurempi U 230 kuin sulakkeen lukema.

7 10 Ihminen ja sähkö 1. Mitä erilaisia vaihtoehtoja on ratkaista saaressa sijaitsevan mökin sähköistys? Esim. aurinkopaneelit, tuulivoimala, polttoaineella käyvä generaattori Miten toimii ukkosenjohdatin? Ukkosenjohdatin on kiinnitetty esim. katolla olevaan antenniin. Johtimena toimii sähköjohto, jonka toinen pää viedään antennista maata pitkin kauaksi talosta. Näin salaman iskuessä antenniin salaman sähkövirta johtuu johdinta pitkin pois maahan. 3. Mitkä asiat vaikuttavat sähkölaitteen kuluttaman energian hintaan? Laitteen käyttöjännite, virta ja käyttöaika (E = UIt mukaan) ja sähkön hinta. 4. Miksi monissa sähkölaitteissa on termostaatti? Se pienentää sähkön kulutusta ja esim. laitteissa, joissa on lämmitettävä vastus, se estää laitteen ylikuumenemisen. 5. Kesämökin vuotuinen sähkönkulutus on n kwh. Kuinka paljon kesämökin sähköenergia maksaa, kun sähkön hinta on 10 snt/kwh? 2000 kwh 10snt /kwh=20000 snt=200 euroa 6. erkkojännitteeseen kytketyn keittolevyn läpi kulkee 5,5 ampeerin virta. a) Laske keittolevyn teho. P=UI= 230 5,5 A=1265 W 1,3 kw b) Edellä mainittua keittolevyä käytetään 5 tunnin ajan, josta ajasta se lämpenee 3 tuntia. Kuinka paljon käyttö maksaa, kun sähköenergian hinta on 10 snt/kwh? 1,3 kw 3h 10 snt /kwh=39 snt

8 11 Sähkömagneettinen aaltoliike 1. Mistä väreistä valkoinen valo koostuu? Sateenkaaren värit: violetti, sininen, vihreä, keltainen, oranssi ja punainen. 2. Miten valkoinen valo voi hajota väreihin? Ohjaamalla valonsäde prismaan. 3. Selitä, miten sateenkareen eri värit muodostuvat. Auringon valo kokonaisheijastuu sadepisaroista ja pisarat toimivat prisman tavoin ja hajottavat valon spektriksi. Tämän takia Aurinko ja sateenkaari ovat aina vastakkaisissa suunniissa toisiinsa nähden. 4. Luettele kuusi sähkömagneettisen säteilyn eri lajia. Gammasäteily, röntgensäteily, ultraviolettisäteily, näkyvä valo, infrapunasäteily, radioaallot 5. Miksi osa sähkömagneettisen säteilyn lajeista, kuten gammasäteily, on vaarallista ihmiselle? Säteily on sen verran energiapitoista, että se aiheuttaa ihmiselle syövän. Säteilyn sisältämä energia saa ihmisen solut jakautumaan sellaisissa paikoissa, joissa niiden ei pitäisi enää jakautua. 6. Selitä seuraavat käsitteet. a) spektri alkoinen valo hajoaa prismassa spektriksi eli värikirjoksi, joka sisältää kaikki mahdolliset värisävyt. b) fotoni Sähkömagneettisen säteilyn välittäjähiukkanen. c) infrapunasäteily Eli lämpösäteily, yksi sähkömagneettisen säteilyn lajeista, jolla on pidempi aallonpituus kuin näkyvällä valolla eli sillä on vähemmän energiaa kuin näkyvällä valolla. 7. Kerro jostakin säteilylajista (gamma-, röntgen tai infrapunasäteily). Ks. kirjan kappale...

9 8. Onko väittämä oikein (O) vai väärin ()? 1. alo on energiaa. 2. Sähkömagneettinen säteily etenee tyhjiössä. 3. alo on pitkittäistä aaltoliikettä. 4. Näkyvästä valosta punaisella valolla on eniten energiaa. 5. Kun säteilyn aallonpituus kasvaa, sen sisältämä energia vähenee. 6. Kaikki esineet lähettävät lämpösäteilyä. O Tarkennus 6: Niin sanotut mustat kappaleet eivät säteile mitään säteilyä, vaan ne imevät itseensä kaiken sähkömagneettisen säteilyn. Musta kappale termi, jota käytetään ideaalisesta kappaleesta, joka absorboi ( = imee) kaiken siihen kohdistuvan säteilyn. Oppikirjassa ei ole mainintaa mustasta kappaleesta!