SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

Transkriptio

1 FY6 SÄHKÖ

2 Tavoitteet Kurssin tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää sähköön liittyviä peruskäsitteitä, tutustuu mittaustekniikkaan osaa tehdä sähköopin perusmittauksia sekä rakentaa ja tutkia yksinkertaisia virtapiirejä.

3 Sisällöt sähköpari, sähkövirran kulku metallijohteessa jännitteen ja sähkövirran mittaaminen Ohmin laki Joulen laki vastukset, vastusten kytkennät ja Kirchoffin lait Coulombin laki, homogeeninen sähkökenttä ja aine sähkökentässä kondensaattori, kytkennät ja energia sähkövirran kulku puolijohteessa, esimerkkinä diodi

4 SÄHKÖ KÄSITTEENÄ Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä: - Sähkövaraus - Sähkövirta - Sähkökenttä - Sähköinen vuorovaikutus Ilmiö, joka perustuu elektronien liikkeeseen ja hiukkasten vuorovaikutukseen Sähköä voidaan tuottaa kemiallisia ja fysikaalisia menetelmiä hyödyntäen

5 JÄNNITE Virtalähteen napojen välillä on varausero, jota sanotaan jännitteeksi. Jännitteen kirjaintunnus on U ja yksikkö voltti (1 V). Kun erimerkkiset navat yhdistetään, johtimeen syntyy sähkövirta.

6 SÄHKÖVIRTA Sähkövirta on elektronien liikettä johtimessa. Sähkövirran kirjaintunnus on I ja yksikkö ampeeri (1 A). Jännitettä mitataan jännite- eli volttimittarilla ja sähkövirtaa virta- eli ampeerimittarilla. 1. VIRTAPIIRI

7 VIRTAPIIRI Virtapiiri on sähkön kulkureitti. Jos virtalähteen navat yhdistetään suoraan johtimella toisiinsa, syntyy oikosulku. Jos virtapiiri on suljettu, sähkövirta kulkee ja jos virtapiiri on avoin, sähkövirta ei kulje. m1114/energia+ja+s%c3%a4hk%c3%b6 1. VIRTAPIIRI

8 1.1. SULJETTU VIRTAPIIRI Suljetussa virtapiirissä pitää olla sähkövirran synnyttävä ja sitä ylläpitävä jännitelähde (virtalähde) esim. Paristo Jännitelähde on kaksinapainen: positiivinen(+)napa negatiivinen(-)napa Sähkövirran suuruus riippuu virtapiirin komponenteista. Sähkövirran suunnaksi on sovittu positiiviselta navalta negatiiviselle navalle. Tiedepankki, fysiikka: sähkövirta 1. VIRTAPIIRI

9 JOHTEET JA ERISTEET Johde on aine, jonka varaukset eivät ole sidottuja tiettyyn paikkaan, vaan ne voivat liikkua vapaasti ja aine johtaa sähköä. esim. metallit, suolaliuokset, grafiitti Varaus ei pääse liikkumaan eristeessä tai sen pinnalla eli eriste ei johda sähköä. esim. muovit, lasi, posliini Puolijohteiden sähkönjohtokykyä voidaan muuttaa esim. valon tai lämpötilan avulla. esim. pii, germanium 1. VIRTAPIIRI

10 KYTKENTÄKAAVIO Virtapiirejä kuvataan kytkentäkaaviolla, joissa jokaisella komponentilla on oma piirrosmerkkinsä. 1. VIRTAPIIRI

11 MITTAREIDEN KÄYTTÖ JÄNNITTEEN MITTAAMINEN

12 SÄHKÖVIRRAN MITTAAMINEN

13 KYTKENTÄKAAVION PIIRTÄMINEN 1. Piirrä kytkentöjen kytkentäkaaviot. Ratk.

14 2. Piirrä kytkentöjen kytkentäkaaviot. Merkitse kuvaan sähkövirran suunta. ratk.

15 3. Piirrä kytkentäkaavio, jossa on katkaisija, paristo ja kaksi lamppua kytkettynä niin, että toinen lamppu hehkuu jatkuvasti ja toisen voi sytyttää katkaisijalla. Ratk.

16 SÄHKÖVIRRAN SÄILYMINEN Haarautumattomassa virtapiirissä on kaikkialla sama sähkövirta. Sähkövirta ei kulu virtapiirissä Mitä suurempi pariston jännite on, sitä suurempi sähkövirta virtapiirissä on. Virtapiirissä kulkeva sähkövirta välittää energiaa. esim. Osa pariston kemiallisesta energiasta välittyy lampun valoja lämpöenergiaksi

17 SÄHKÖLÄHTEET Paristo ja akku ovat energiavarastoja. Pariston ja akun kemiallinen energia voidaan muuttaa sähkön avulla muiksi energiamuodoiksi, esim. valoksi, liikkeeksi ja lämmöksi. Kun pariston sisältämä energia on kulutettu loppuun, paristo on käyttökelvoton. Akku on sähkölähde, jota voidaan ladata aina uudelleen.

18 PARISTOJEN KYTKENNÄT

19 LAMPPUJEN KYTKENNÄT SARJAAN KYTKEMINEN Lamput palavat himmeämmin kuin yksi lamppu Kun yksi lamppu kierretään irti, kaikki lamput sammuvat. RINNANKYTKEMINEN Lamput palavat yhtä kirkkaasti kuin yksi lamppu. Kun yksi kierretään irti, muut lamput palavat.

20 KIRCHOFFIN 1. LAKI Virtapiirin kuhunkin pisteeseen tulevien sähkövirtojen summa on yhtä suuri kuin siitä lähtevien sähkövirtojen summa.

21 POTENTIAALIN MUUTOKSET Virtapiirin potentiaali, V, kuvaa virtapiirin yksittäisen pisteen sähköistä tilaa. (nollataso valittava) Virtapiirin kahden pisteen välinen jännite on näiden pisteiden potentiaaliero U BA =V B -V A, missä U on jännite ja V potentiaali Pariston napojen välistä jännitettä sanotaan napajännitteeksi. Potentiaali kasvaa napajännitteen verran, kun siirrytään pariston yli miinusnavalta plusnavalle.

22 KIRCHOFFIN 2. LAKI Suljetussa virtapiirissä potentiaalimuutosten summa on nolla, summa V= 0.

23 POTENTIAALIN MUUTOKSET AVOIMESSA VIRTAPIIRISSÄ Avoimessa virtapiirissä ei ole sähkövirtaa. Siksi potentiaali muuttuu paristojen kohdalla, muttei lampuissa. Avoimessa virtapiirissä on jännite ilman, että siinä on sähkövirtaa. Lampuissa ei tapahdu jännitehäviötä, koska piiri ei kuluta energiaa.