Physica 6 Opettajan OPAS (1/18)

Transkriptio

1 Physica 6 Opettajan OPAS (1/18) 8. a) Jännitemittai kytketään innan lampun kanssa. b) Vitamittai kytketään sajaan lampun kanssa. c) I 1 = 0,51 A, I =? Koska lamput ovat samanlaisia, sähkövita jakautuu Kichhoffin 1. lain nojalla puoliksi lampuille L ja L 3. Siten sähkövita on 9. I1 I = = 0,55 A 0,6 A. a) I 1 = 0,1 A, U = 4,5 V, I =?, I 3 =?, I 4 =? Kichhoffin 1. lain mukaan I1 = I + I3ja koska lamput ovat samanlaisia I = I3. Siten I1 0,1 A I = = = 0,060 A I3 = 0,060 A I4 = 0 A. b) Nyt myös alin lamppu valaisee. Koska kytkennän jännitteellä lampuissa on 0,06 A sähkövita, kokonaisvita kasvaa 0,18 A:iin.

2 Physica 6 Opettajan OPAS (/18) a) Potentiaali kasvaa ensimmäisessä paistossa avoon 4,5 V, toisessa paistossa potentiaali kasvaa edelleen 1,5 V saavuttaen siis avon 6,0 V. Koska kytkennän lamput ovat samanlaisia, niissä potentiaali laskee yhtä paljon eli 6,0 V/3 =,0 V. Siten potentiaali pisteessä B on V B = 6,0 V,0 V = 4,0 V. Potentiaali pisteessä C on V C = 4,0 V,0 V =,0 V. Viimeisessä lampussa potentiaali laskee edelleen,0 V avoon 0 V. Kuvaaja on seuaavanlainen: b) a-kohdan mukaisesti potentiaali on V B = 4,0 V c) Jännite on UCB = VC VB =,0 V 4,0V =,0 V. d) Kun pisteet B ja C yhdistetään johtimella, lampuissa tapahtuu yhteensä 6 V:n potentiaalin lasku. Koska lamput ovat samanlaisia, molemmissa tapahtuu 3 V:n potentiaalin lasku. Johtimessa ei potentiaali muutu. Kuvaaja on seuaava:

3 Physica 6 Opettajan OPAS (3/18) 3. a) b) I = 0,7 A, U =? c) Resistanssi on U 3,5 V R = = = 5,0 Ω I 0,7 A 33 a) I = 0,1 A, U = 4,1 V, R =? Resistanssin määitelmän mukaan U 4,1 V R = = = 19,54 Ω,0 10 Ω. I 0,1 A b) U = 3,0 V, R = 19,54 Ω, I =? U 3, 0 V Sähkövita on I 34 = = = 0,15366 A 0,15 A R 19,54 Ω l =,7 m, A = 1,5 mm, R =? ρ =? a) Sovitetaan havaintopisteiden kautta oigon kautta kulkeva suoa. Resistanssi voidaan laskea lukemalla suoalta sähkövian ja jännitteen avot. U 10 V R = = = 5,6 Ω 5,3 Ω I 1,9 A l b) Johtimen esistanssi on R ρ A 3 RA 5,6 Ω 1,5 (10 m) ρ = = l,7 m 6 6 =,94 10 Ωm,9 10 Ωm =, joten esistiivisyys on. 35. U = 4,5 V, R 1 = 11 Ω, R = 15 Ω, R 3 = 5 Ω, R 4 = 5 Ω, R 5 = 1,5 Ω, I 3 =?, I kok =?

4 Physica 6 Opettajan OPAS (4/18) a) Vastukset R 1 ja R ovat sajaan kytketyt, joten niiden yhteinen esistanssi on R1 = R1 + R = 11 Ω+ 15 Ω= 6 Ω Vastukset R 3 ja R 4 ovat innan kytketyt, joten niiden yhteinen esistanssi on = + = + R R R 5 Ω 5 Ω R 34 = 1,5 Ω Vastukset R 34 ja R 5 ovat innan kytketyt, joten niiden yhteinen esistanssi on = + = + R R R 1,5 Ω 1,5 Ω 34, R 34,5 = 6, 5 Ω Kokonaisesistanssi on Rkok = R1 + R34,5 = 6 Ω+ 6,5 Ω = 3,5 Ω 3 Ω b) Vitapiiin sähkövita saadaan esistanssin yhtälöstä U 4,5 V Ikok = = = 0,1395 A 0,14 A R V kok 3,5 A Sähkövita jakautuu tasan vastusten R 34 ja R 5 kesken, joten sähkövita I 3 on 0,1395 A I 3 = = 0,06977 A 0,070 A 36. a) Kytkentäkaavio mittauksesta. Volttimittai kytketään vastuksen innalle. b) Jännitemittain sisäinen esistanssi on suui, joten sen kautta ei käytännössä kulje sähkövitaa. Paiston lähdejännite on E = 4,68 V. c) U = 4,43 V, R u = 30,0 Ω, I =? U 4, 43 V Vitapiiin sähkövita on I = = = 0,1477 A 0,148 A. R 30,0 Ω u d) R s =? Paiston sisäinen esistanssi saadaan kuomitetun paiston napajännitteen lausekkeesta U= E RI s, josta esistanssi on E U Rs = I ( 4,68 4, 43 ) V = 0,1477 A = 1,693 Ω 1,69 Ω. 37 E = 9,47 V, R s = 3,83 Ω, R u = 0,45 Ω, I =?, U =?

5 Physica 6 Opettajan OPAS (5/18) a) Kytkentäkaavio: Kichhoffin. lain mukaan suljetussa vitapiiissä potentiaalimuutosten summa on nolla, joten E RI s + RI u = 0. Vitapiiin sähkövita on I = = E Rs + Ru 9, 47 V 3,83 Ω+ 0, 45 Ω = 0,3900 A 390 ma. b) Kuomitetun paiston napajännite on U= E RI s = 9,47 V 3,83 Ω 0,3900 A = 7,9763 V 8,0 V. 38. a) Mittaukseen soveltuva kytkentä on b) E =?, R s =? Paiston napajännite iippuu kuomitusviasta yhtälön U= RI s + E mukaisesti. Sijoitetaan tehtävässä annetut mittapisteet I, U -koodinaatistoon ja sovitetaan suoa. Suoan fysikaalisen kulmaketoimen itseisavona saadaan akun sisäinen esistanssi U 1, V Rs = k = = = 3,49 Ω 3, 4 Ω. I 0,350 A Lähdejännite luetaan kuvaajalta U-akselin leikkauspisteestä E = 4,7 V.

6 Physica 6 Opettajan OPAS (6/18) 39. R 1 = 4 W, I 1 = 35 ma, R = 86 W, I = 105 ma, R s =?, E =? a) Kichhoffin. lain mukaan potentiaalimuutosten summa suljetussa vitapiiissä on nolla V = 0. Kijoitetaan yhtälö molemmissa tapauksissa 1. vastus: E ( R1+ Rs) I1 = 0. vastus: E ( R + Rs) I = 0 Ratkaistaan toisesta lähdejännite E = ( R1+ Rs) I1 ja sijoitetaan toiseen, jolloin saadaan ( R1+ Rs) I1 = ( R + Rs) I RI 1 1+ RI s 1= RI + RI s ja edelleen sisäinen esistanssi R s Rs( I1 I) = RI RI 1 1 RI RI 1 1 Rs = I1 I 86 Ω 0,105 A 4 Ω 0, 35 A = 0,35 A 0,105 A = 6, 0769 Ω 6 Ω. b) Lähdejännite on E = ( R1+ Rs) I1 = (4 Ω+ 6,0769 Ω) 0, 35 A = 11,7681 V 1 V. 40. a) Akut pitää kytkeä niin, että akkujen samanmekkiset navat yhdistetään. b) E = 1 V, R s = 56 mω, I =? Ladattava akku kytkettiin vääinpäin eli akkujen eimekkiset navat yhdistettiin. Tämä

7 Physica 6 Opettajan OPAS (7/18) kytkentä vastaa lähes oikosulkua, koska vitapiiin esistanssi on hyvin pieni. 41. Suljetussa vitapiiissä potentiaalimuutosten summa on nolla V = 0 eli E RI s RI s = 0. Sähkövita on E 1 V I = = = 107,149 A 110 A. 3 Rs Ω (Akuissa on suui sähkövita, joka aiheuttaa akkujen lämpenemistä.) a) U = 30 V, P = 850 W, I =? Teho on P = UI. P 850 W Hiustenkuivaimen vastuksen sähkövita on I = = = 3,6957 A 3,7 A. U 30 V b) P hyöty = 150 W, U = 4 V, η = 0,91, I =? Ehyöty Phyötyt Phyöty η = = =. E Hyötysuhde otto Pottot Potto Phyöty 150 W Moottoin sähkövekosta ottama teho on Potto = = = 164,835 W 160 W. η 0,91 Moottoin sähkövita on tehon P = UI mukaan P 164,835 W I = = = 6,8681 A 6,9 A. U 4 V 4 a) P = 1400 W, t = 0,5 h Silitysaudan sähkövekosta ottama enegia on 30 E = Pt = 1,4 kw h = 0,7 kwh 60 Käyttökustannukset ovat 0, 7 kwh 0,105 = 0, , 4 snt. kwh b) U 1 = 30 V, U = 110 V, P 1 = 1400 W, P =? Silitysauta toimii myös pienemmällä käyttöjännitteellä, mutta se lämpenee hitaammin kuin kytkettynä 30 V:n jännitteeseen. Oletetaan, että silitysaudan esistanssi pysyy samana ei jännitteillä. Lasketaan silitysaudan vastuslangan esistanssi yhtälöistä P = UI ja U = RI.

8 Physica 6 Opettajan OPAS (8/18) U U P = UI = U =, R R josta vastuslangan esistanssi U1 (30 V) R = = = 37, 7857 Ω. P W Silitysauhan teho lomakohteessa on U (110 V) P = = = 30, 68 W 30 W. R 37, 7857 Ω R = 3,5 kω, P = 0,85 W, U =? Ratkaistaan vastuksessa tapahtuva jännitehäviö yhtälöistä P = UI ja U = RI P U = RI = R, U josta U = PR ja U = PR = 0,85 W 3500 Ω = 54,5436 V 55 V. ' a) R 1 = 10,8 kw, R = 49,7 kw, R 3 =53, kw, U =,50 V, U 1 =?, R v = 10,0 kw, U 1 =? Ratkaistaan vitapiiin sähkövita. Kichhoffin. lain mukaan U RI 1 RI R3I = 0, josta sähkövita on U I = R1+ R + R3,50 V = ,8 10 Ω+ 49,7 10 Ω+ 53, 10 Ω 5 5 =, A, 0 10 A Ja vastuksen R 1 :n jännitehäviö on U = RI = 10,8 10 Ω, A = 0,37367 V 0, 37 V. b) Lisätään vitapiiiin jännitemittai. Vastus R 1 ja jännitemittain vastus R V on nyt kytketty innan, joten niiden yhteinen esistanssi on = + ' R1 R1 RV 1 1 = ,8 10 Ω 10,0 10 Ω ' 3 R1 = 5, Ω 5,19 kω Lasketaan sähkövita I uudessa tilanteessa

9 Physica 6 Opettajan OPAS (9/18) U I ' = R + R + R ' 1 3,50 V = 5, , , Ω+ Ω+ Ω 5 5, A,31 10 A = Ja vastuksen R 1 :n jännitehäviö ' ' U = RI' 1 1 = Ω 3 5 5,193 10, A = 0,101 V 0,10 V. 45 R 3 = 1 Ω, R = 5, Ω, R 1 = 15 Ω, U 1 = 35 V, I 3 = 1,33 A, U =?, P =? a) Kichhoffin. lain mukaan vitapiiin jokaisessa suljetussa silmukassa potentiaalimuutosten summa on nolla V = 0. Kichhoffin 1. lain mukaan vitapiiin haaautumiskohtaan tulevien sähkövitojen summa on sama kuin siitä lähtevien sähkövitojen summa. Valitaan sähkövitojen suunnat ja kijoitetaan Kichhoffin lakien mukaiset yhtälöt kuvan mekintöjen peusteella. I1+ I = I3, missä I 3 = 1, 33A R1 I1+E 1 R3 I3 = 0 R I + E R3 I3 = 0 I = I3 I1 Ensimmäisestä yhtälöstä atkaistaan sähkövita E1 R3 I3 35 V 1 Ω 1,33 A I1 = = = 0,4713 A 0,47 A R1 15 Ω ja Kichhoffin 1. lain yhtälöstä atkaistaan sähkövita I = I I 3 1 =1,33 A 0,4713 A = 0,8587 A 0,86 A ja toisesta yhtälöstä lähdejännite E = R3 I3 + R I = 1 Ω 1,33 A + 5, Ω 0,8587 A = 3, 395 V 3 V. b) Jännitelähteiden tehot P = EI PE 1 = EI 1 1 =35 V 0,4713 A = 16,4955 W 16 W PE = EI = 3,395 V 0,8587 A = 7,8178 W 8 W. c) Joulen lain P = RI mukaan komponenttien tehot ovat PR = RI = 5, Ω (0,8587 A) = 3,8343 W 3,8 W PR = RI = 15 Ω (0,4713 A) = 3,3319 W 3,3 W PR = RI 3 3= 1 Ω (1,33 A) = 37,1469 W 37 W 3 Vitapiii tuottaa lämpöenegiaa teholla P kok = 3,8343 W + 3,3319 W + 37,1469 W = 44,3131 W 44 W 46. Q A = 1,0 nc, Q C = 1,0 nc, Q B = 1,0 nc, = 1,0 m, F =? Lasketaan vaausten A ja C kohdistamien voimien esultantti. Koska nämä vaaukset ovat yhtä etäällä vaauksesta B ja

10 Physica 6 Opettajan OPAS (10/18) 47 niiden vaaukset ovat yhtä suuet, niiden aiheuttamat voimat F ovat suuuudeltaan yhtä suuet. Kuviosta nähdään (punainen suoakulmainen kolmio), että esultanttivoiman Fs = F + F pituus on F = ( F + Fcos α) + ( Fsin α) s = F (1 + cos α) + F (sin α) = F (1 + cos α) + (sin α) QQ A B Coulombin lain mukaan voiman suuuus on F = k. Sijoitetaan lukuavot. Tasasivuisen kolmion kulmat ovat QQ A B Nm 1,0 10 C 1,0 10 C F s = k (1 + cos α) + (sin α) = 8,99 10 C (1,0 m) (1 + cos 60 ) + (sin 60 ) 9 = 15, N N. Resultanttivoiman F s suunta on 30 vaakatasosta ylöspäin, koska esultantti on suunnikkaan lävistäjä suunnikkaassa, jossa sivuina ovat vektoit F. QQ A B Coulombin lain mukaisesti Fv = k. i) Jos vaaus nelinketaistuu ( QB 4QB), Coulombin lain mukaan myös voiman suuuus nelinketaistuu ( F = 4 F), joten vaihtoehto (b). ii) Newtonin III lain mukaan kappaleeseen B vaikuttaa yhtä suui voima kuin kappaleeseen A, joten vaihtoehto (b). iii) Jos etäisyys muuttuu kolmiketaiseksi ( 3), Coulombin lain mukaan voiman suuuus on Fv yhdeksäsosa ( F = ), joten vaihtoehto (a). 9 iv) Koska samanmekkiset kappaleet hylkivät toisiaan, ei tilanne muutu mitenkään. Vaihtoehto (a) Q = 17, C, F = 0,3 N, E =? Sähkökentän voimakkuuden suuuus on F 0,3 N 3 N 3 N E = = = 18, Q 17, C C C m = 0,18 g, Q = 0, C, θ = 33º, s =? Koska vaattu pinta hylkii positiivisesti vaattua palloa, pinnan vaauskate on positiivinen. Pinnan läheisyydessä on siten homogeeninen sähkökenttä, jonka suunta on kuviossa. Palloon vaikuttaa painovoima G = mg, sähkökentän palloon

11 Physica 6 Opettajan OPAS (11/18) kohdistama voima F s ja langan jännitysvoima T. Newtonin II lain mukaan Σ F = ma. Koska pallo on paikallaan, kiihtyvyys on a = 0. Kijoitetaan voimalausekkeet komponenttimuodossa. x: QE Tx = 0 y: Ty mg = 0 x: QE T sinθ = 0 y: T cosθ mg = 0 Ratkaistaan alemmasta jännitysvoiman suuuus mg T =. cosθ Sijoitetaan T:n lauseke ylempään yhtälöön mg QE sinθ = 0. cosθ Koska sinθ tanθ =, cosθ QE mg tanθ = 0. Siten sähkökentän voimakkuuden suuuus on mg tanθ E =. Q ε0mg tanθ Vaauskate on siten σ = ε0e =. Q Sijoitetaan lukuavot 1 C 3 m 8, ,18 10 kg 9,81 tan33 σ Nm s 5 C μc = = 1,19 10 = ,85 10 C m m 50. I = 110 ka, t = 4 h, N e =? Sähkövian määitelmä on Q I =, josta voidaan atkaista vuookaudessa siityvä kokonaisvaaus t 9 Q = I t = A h = 9, C. 9 Q 9, C Tällöin elektoneja siityy elektoniin Ne 19 Qe 5. = = = 1,60 10 C 8 8 5, ,9 10 (kpl) 51. Puhdas vesi on suhteellisen huono sähkönjohde. Kuitenkin jo pieni liuenneiden ionien konsentaatio lisää mekittävästi veden sähkönjohtavuutta. Ihmisen iholla on käytännöllisesti katsoen aina suoloja, jotka liukenevat veteen helposti. Niinpä kastuneissa käsissä oleva vesi on suolaliuos, joka johtaa sähköä hyvin..

12 Physica 6 Opettajan OPAS (1/18) d = 3,6 cm = 0,036 m, U = 9,0 V Yhdensuuntaisten levyjen väliin syntyy homogeeninen sähkökenttä, jonka voimakkuus on vakio. Sähkökentän voimakkuuden suuuus on U 9,0 V V E = = = 50. d 0,036 m m Sähkökentän suunta on positiiviselta levyltä kohti negatiivista levyä. Kun positiivinen suunta on valittu vastakkaiseen suuntaan, sähkökentän voimakkuus on V negatiivinen, 50. m Sähkökentän potentiaali pienenee sähkökentän suuntaa. Negatiivinen levy on maadoitettu, joten potentiaali on negatiivisella levyllä nolla, ja nousee tasaisesti avoon 9,0 V positiivista levyä lähestyttäessä. 53. d = 400 m, U = 10 MV; Q e = 1, C, E =?, W =? a) Ukkospilven ja maanpinnan väliin syntyvää sähkökenttää voidaan pitää iittävällä takkuudella homogeenisena sähkökenttänä. Pilven ja maan välisen jännitteen U ja sähkökentän voimakkuuden suuuuden E välillä on siksi yhteys U = Ed. Sähkökentän voimakkuuden suuuus on siten U V V E = = = 5 d 400 m m. Sähkökentän voimakkuuden suunta on kohti alempaa potentiaalia, joten sen suunta on nyt ylöspäin.

13 Physica 6 Opettajan OPAS (13/18) b) Sähköisen voiman tekemä työ on homogeenisessa sähkökentässä W = QU, josta saadaan sijoittamalla annetut lukuavot 54 W e = 1,60 10 C V = 1,60 10 J 1,6 10 J. Elektonivoltteina työn suuuus on 5 W = QU = e 10000V = 10000eV = 10 ev. e U = 1 V, Q = 95 Ah, t 1 = 14 C, t = 100 C, c = 4,19kJ/(kg C), m =? Akusta saatava kokonaisenegia on E = QU = As 1 V = J 4,10 MJ. Veden lämmittämiseen kuluva enegiamäää on E = cm t, jossa c on veden ominaislämpökapasiteetti, m massa ja t veden lämpötilan muutos. Kun tästä atkaistaan kysytty veden määä eli massa, saadaan sijoittamalla tunnetut lukuavot 6 E 4, J m = = = 11,389 kg 11 kg. c t 3 J 4, C kg C 55. a) Q = 10 nc, U = 4 V, C =? Vaaus on Q = CU, josta kapasitanssi Q C U 4 V C 8, F = = = 8,8 nf. b) U = 7 V, C = 340 nf, Q =? Vaaus on Q CU = = F 7 V = 4,48 10 C 4 10 C. 56. C = ε C0, U = Ed, Q = CU Kun kondensaattoin levyjen väli täytetään eisteellä, kondensaattoin kapasitanssi kasvaa, sillä uusi kapasitanssi on C = ε C0. a) Vaaus Q on vakio, kapasitanssi C kasvaa. Koska Q = CU, jännite U pienenee, jotta jännitteen ja kapasitanssin tulo on vakio. Koska U = Ed, sähkökentän voimakkuus pienenee, kun jännite U pienenee. b) Jännite U on vakio.

14 Physica 6 Opettajan OPAS (14/18) Koska vaaus on Q = CU, Q kasvaa, kun kapasitanssi C kasvaa. εε 0 A c) Kapasitanssi C kasvaa, koska C =. d d) Eiste polaoituu ja vaikuttaa siten sähkökentän voimakkuuteen. Eiste polaoituu sähkökentässä ja pienentää sähkökentän voimakkuutta. Jos sähkökentän voimakkuus ilmavälissä ( ε = 1) on E 0, sähkökentän voimakkuuden suuuus eisteen alueella E0 on E =. Tällöin kondensaattoin levyjen välinen jännite pienenee (U = Ed ). Koska ε kondensaattoin vaaus pysyy samana, kapasitanssi kasvaa ( Q = CU ), jotta kapasitanssin ja jännitteen tulo pysyy samana. 57 d = 4 mm, U = 1,4 V, e = 3,0, V(x) =?, E(x) =? Levyjen välissä on homogeeninen sähkökenttä, jonka suunta on positiivisesta levystä negatiiviseen. Sähkökenttä on siis kuvaan piietyn x-akselin suuntainen. a) Sähkökentän voimakkuuden suuuus on U 1, 4 V E = = d 0,04 m = 95 V m. Koska E = vakio, potentiaali laskee suoaviivaisesti 4 mm:n matkalla avosta +1,4 V avoon 0 V. Siten kysytyt kuvaajat ovat: b) Eiste polaoituu sähkökentässä ja pienentää sähkökentän voimakkuutta. Jos sähkökentän voimakkuus ilmavälissä ( ε = 1) on E 0, sähkökentän voimakkuuden suuuus eisteen alueella E0 on E =. Potentiaalieo levyjen välissä on summa ε E0 d d d 1+ ε U = U1+ U = + E0 = E 0. ε ε Ratkaistaan kenttävoimakkuus ε U E0 =. d(1 + ε ) Sijoitetaan lukuavot 3,0 1,4 V E0 = = 443 V 0,04 m(1+ 3,0) m. E0 E = = 148 V ε m. Potentiaalieot ovat

15 Physica 6 Opettajan OPAS (15/18) U E d 0 1 = = 3,1 V ja U E ε 0 Kysytyt kuvaajat ovat: d = = 9,3 V. 58. C A = 3 μf, C B = 7,8 μf, Q A = 8,0 mc, Q B = 14 mc a) Koska kondensaattoit ovat innankytketyt, niiden loppujännite on yhtä suui U. Kondensaattoisysteemin vaaus säilyy, mutta jakautuu uudella tavalla. Yhteisvaaus on QA + QB = ( CA + CB) U. Jännite on 3 3 QA + QB 8,0 10 C C U = = C 6 6 A C + B 3 10 F + 7,8 10 F 3 = 0, V 710 V. b) Vaaukset lopussa c) Q = CU Q Q 6 3 A CU A 3 10 F 0, V = = 3 16, C 6 3 B CU B 7,8 10 F 0, V = 16 mc = = 3 5, C = 5,6 mc. Koska kondensaattoin A vaaus kasvaa, sähkövian suunta on kondensaattoilta B kondensaattoiin A. 59. a) Puhtaassa puolijohteessa vaauksenkuljettajina toimivat kidehilaan syntyvät elektoniaukot ja vapaat elektonit. Osa puhtaan puolijohteen valenssielektoneista pääsee liikkumaan vapaasti kidehilassa, jolloin syntyy myös elektoniaukkoja. Vapaasti liikkuvien elektonien määä kasvaa lämpötilan kasvaessa.

16 Physica 6 Opettajan OPAS (16/18) b) P-tyypin puolijohde on seostettu puolijohde, jossa 14. yhmän alkuainetta olevaan puolijohteeseen on lisätty pieni määä jotain 13. yhmän alkuainetta. Tällöin osaan syntyvän kiteen sidoksista jää yhden elektonin vajaus eli elektoniaukko. Nämä elektoniaukot toimivat p-tyypin puolijohteen vaauksenkuljettajina Puolijohdediodi päästää lävitseen sähkövian päästösuunnassa vasta, kun päästösuuntainen jännite ylittää tietyn kynnysavon. Tämä kynnysjännite johtuu siitä, että diodin p- ja n-tyypin puolijohdeosien ajapintaan syntyy elektonien ja aukkojen ekombinoitumisesta johtuva sähkökenttä. Rekombinaatiossa p-tyypin puolijohteen puolelle syntyy negatiivinen vaaus ja n- tyypin puolelle positiivinen vaaus. Syntyneen sähkökentän suunta on siten kohti p-tyypin puolijohdetta. Diodi on kytketty päästösuuntaa, kun jännitelähteen positiivinen napa on kytketty p-tyypin puolijohteen puolelle ja negatiivinen napa n-puolelle. Tällöin jännitelähteen aiheuttaman sähkökentän suunta on vastakkainen ekombinaatiosta johtuvan sähkökentän suunnalle. Sähkövita syntyy vasta, kun diodin napojen välinen jännite on niin suui, että jännitelähteen aiheuttama sähkökenttä on voimakkaampi kuin ekombinaatiosta johtuva sähkökenttä. Puolijohdediodissa on sähkövita vain, kun diodi on kytketty päästösuuntaa eli p-puoli kokeampaan potentiaaliin. Vita syntyy vasta, kun diodin napojen välinen jännite ylittää kynnysjännitteen, joka on yleensä 0, V 0,6 V. Kun diodi kytketään estosuuntaan, siinä on puolijohteen itseisjohtavuuden vuoksi hyvin heikko vuotovita. 6. Tasasuuntauksessa vaihtojännitteellä synnytetään sähkövita, jonka suunta on koko ajan sama. Kokoaaltotasasuuntauksessa sinimuotoisen vaihtojännitteen kaikki puolijaksot saavat aikaan samansuuntaisen sähkövian. Kokoaaltotasasuuntaukseen käytetään kuvan mukaista tasasuuntaussiltaa, joka koostuu neljästä diodista. Tasasuunnattu sähkövian hetkellinen avo vaihtelee nollan ja jonkin huippuavon välillä. Tätä vaihtelua voidaan vaimentaa kytkemällä tasasuuntaussillan antopuolelle napojen innalle kuvan mukaisesti kondensaattoi.

17 Physica 6 Opettajan OPAS (17/18)

18 Physica 6 Opettajan OPAS (18/18) 63. Takastellaan sellaista kytkentää, jossa tansistoia ohjataan säätämällä kantavitaa (kannan ja emittein välinen vita), minkä seuauksena kollektoivita (kollektoin ja emittein välinen vita) muuttuu. Tansistoeille käytetään myös muunlaisia kytkentöjä. a) Tansistoin kollektoin ja emittein välistä sähkövitaa voidaan säädellä muuttamalla kannan ja emittein välistä sähkövitaa. Pienet muutokset kannan ja emittein välisen sähköviassa aiheuttavat kollektoin ja emittein välisessä sähköviassa paljon suuempia muutoksia. Tietyillä kanta-emittei -piiin sähkövian avoilla kollektoi-emittei -piiin sähkövita muuttuu hyvin lineaaisesti. Tällä alueella tansistoia voidaan käyttää kytkimenä. b) Tansistoin käyttäminen kytkimenä peustuu siihen, että kollektoipiiissä on sähkövita vasta, kun kannan ja emittein välinen jännite ylittää niiden ajapinnan kynnysjännitteen. Tämän jännitteen ylittäminen avaa kollektoipiiin.