VIIKKO 16 (14.4.-17.4.)
Mitä sähkö on?
Tällä viikolla käydään läpi sähkön teoriaa. Tavallaan tästä pitäisi aina aloittaa, mutta olemme kokeneet järkevämmäksi aloittaa suoraan oppilastöillä. Nyt siis palaamme kaiken alkuun ja pohdimme, mitä sähkö on.
Kappaleeseen liittyy viisi tärkeää määritelmää:
Kappaleeseen liittyy viisi tärkeää määritelmää:
- sähkövaraus
- varauksen laatu
- varauksen määrä
- sähköinen polarisaatio
- kipinäpurkaus
A. Sähkövaraus
Perustasolla aine koostuu atomeista. Negatiivisesti varautuneet elektronit kiertävät atomin ydintä. Ydin koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja varauksettomista neutroneista.
Atomi on varaukseton eli neutraali, koska atomissa on aina yhtä monta protonia kuin on elektronia.
Mikä tahansa aine voidaan varata hankaamalla. Tällöin elektroneja siirtyy aineelta toiselle. Tämän seurauksena elektronien ja protonien määrät eivät ole samat ja siten muodostaa sähkövaraus.
Varattu kappale voi olla positiivinen (+) tai negatiivinen (-)
Varautuneiden hiukkasten välillä on sähköinen vuorovaikutus, joka on luonteeltaan etävuorovaikutus.
Varautuneiden hiukkasten välillä voi esiintyä sekä sähköisiä veto- ja poistovoimia.
Samanmerkkisesti varautuneiden kappaleiden välillä esiintyy sähköinen poistovoima ja erimerkkisesti varautuneiden kappaleiden välillä esiintyy sähköinen vetovoima.
Atomi on varaukseton eli neutraali, koska atomissa on aina yhtä monta protonia kuin on elektronia.
Mikä tahansa aine voidaan varata hankaamalla. Tällöin elektroneja siirtyy aineelta toiselle. Tämän seurauksena elektronien ja protonien määrät eivät ole samat ja siten muodostaa sähkövaraus.
Varattu kappale voi olla positiivinen (+) tai negatiivinen (-)
Varautuneiden hiukkasten välillä on sähköinen vuorovaikutus, joka on luonteeltaan etävuorovaikutus.
Varautuneiden hiukkasten välillä voi esiintyä sekä sähköisiä veto- ja poistovoimia.
Samanmerkkisesti varautuneiden kappaleiden välillä esiintyy sähköinen poistovoima ja erimerkkisesti varautuneiden kappaleiden välillä esiintyy sähköinen vetovoima.
B. Varauksen laatu
Kuten edellisessä kohdassa todettiin, kappaleen varaus voi olla positiivinen (+) tai negatiivinen (-).
Miten voidaan saadaan selville, kumpi varaus on kysymyksessä? Katso alla oleva video.
Videolla johtimen päihin on liitetty hohtolamppu. Hohtolamppu välähtää, jos siihen johdetaan sähkövaraus. Lampusta välähtää aina negatiivisesti varattu puoli. Lampun avulla voidaan helposti päätellä varauksen laatu. Alapuolen kuva selittää lampun toimintaa.
Miten voidaan saadaan selville, kumpi varaus on kysymyksessä? Katso alla oleva video.
Videolla johtimen päihin on liitetty hohtolamppu. Hohtolamppu välähtää, jos siihen johdetaan sähkövaraus. Lampusta välähtää aina negatiivisesti varattu puoli. Lampun avulla voidaan helposti päätellä varauksen laatu. Alapuolen kuva selittää lampun toimintaa.
C. Varauksen määrä
Elektronien siirtyminen määrää myös varausten suuruuden. Mitä enemmän elektroneja siirtyy, sen suuremmaksi varaukset tulevat.
Varauksen määrän voi mitata elektroskoopilla. Osoitinviisari nousee sitä ylemmäs, mitä suurempi varaus on.
Mittarin toiminta perustuu sähköiseen poistovoimaan. Kuvan molemmat metallivarret varautuvat samalla varauksella, jolloin ne alkavat hylkimään toisiaan ja joilloin osoitinviisari liikkuu.
Laite kertoo tosin vain varauksen määrän, mutta ei sen laatua.
Varauksen määrän voi mitata elektroskoopilla. Osoitinviisari nousee sitä ylemmäs, mitä suurempi varaus on.
Mittarin toiminta perustuu sähköiseen poistovoimaan. Kuvan molemmat metallivarret varautuvat samalla varauksella, jolloin ne alkavat hylkimään toisiaan ja joilloin osoitinviisari liikkuu.
Laite kertoo tosin vain varauksen määrän, mutta ei sen laatua.
D. Polarisaatio
Eriste on aine, jossa elektronit pääsevät liikkumaan huonosti. Esimerkiksi erilaiset muovit ja puu ovat hyviä eristeitä.
Jos eristekappaleen lähelle tuodaan varautunut kappale, saa se eristekappaleessa aikaiseksi sen atomien tai molekyylien kääntymisen eli polarisaation.
Polarisaation seurauksena myös neutraalit eristekappaleet vuorovaikuttavat varatun kappaleen kanssa. Kyseessä on aina sähköinen vetovoima. Pölyn kerääntyminen sähkölaitteiden pinnoille johtuu polarisaatiosta.
https://peda.net/id/bd5616d817f
Varattu kappale (kuvassa ilmapallo) saa aikaan eristeessä atomien tai molekyylien kääntymisen eli polarisaation. Jos kappale on varautunut negatiivisesti, eristeen atomit tai molekyylit kääntyvät siten, että varatun kappaleen puoleinen osa eristeestä saa positiivisen varauksen. Eriste saa puolestaan negatiivisen varauksen, jos kappale on varautunut positiivisesti.
Videolla havainnollistetaan polarisaatiota.
Jos eristekappaleen lähelle tuodaan varautunut kappale, saa se eristekappaleessa aikaiseksi sen atomien tai molekyylien kääntymisen eli polarisaation.
Polarisaation seurauksena myös neutraalit eristekappaleet vuorovaikuttavat varatun kappaleen kanssa. Kyseessä on aina sähköinen vetovoima. Pölyn kerääntyminen sähkölaitteiden pinnoille johtuu polarisaatiosta.
https://peda.net/id/bd5616d817f
Varattu kappale (kuvassa ilmapallo) saa aikaan eristeessä atomien tai molekyylien kääntymisen eli polarisaation. Jos kappale on varautunut negatiivisesti, eristeen atomit tai molekyylit kääntyvät siten, että varatun kappaleen puoleinen osa eristeestä saa positiivisen varauksen. Eriste saa puolestaan negatiivisen varauksen, jos kappale on varautunut positiivisesti.
Videolla havainnollistetaan polarisaatiota.
E. Kipinäpurkaus
Kun varauserot kasvavat tarpeeksi suureksi, syntyy (sähköistä) jännitettä eli jännite-ero.
Jännite-eron kasvaessa se pyrkii lopulta purkautumaan. Tämä ilmiö nähdään kipinöinä tai isommin sähköiskuina.
Salamat ovat hyvä esimerkki kipinäpurkauksesta. Ukonilmalla pilvet hankautuvat keskenään ja syntyy varauksia. Varauseron kasvaessa tarpeeksi suureksi syntyy pilviin varausten jännitettä. Pilvet vaikuttavat osaltaan maanpinnan varausten kanssa. Kun pilviin on muodostunut tarpeeksi suuri jännite-ero, se purkautuu salaman iskuna maahan.
Vaikka salaman iskut kestävät vain hetken, niissä vapautuu suuria määriä energiaa. Videolta voi katsoa useamman esimerkin, missä näkyy salaman voima.
Jännite-eron kasvaessa se pyrkii lopulta purkautumaan. Tämä ilmiö nähdään kipinöinä tai isommin sähköiskuina.
Salamat ovat hyvä esimerkki kipinäpurkauksesta. Ukonilmalla pilvet hankautuvat keskenään ja syntyy varauksia. Varauseron kasvaessa tarpeeksi suureksi syntyy pilviin varausten jännitettä. Pilvet vaikuttavat osaltaan maanpinnan varausten kanssa. Kun pilviin on muodostunut tarpeeksi suuri jännite-ero, se purkautuu salaman iskuna maahan.
Vaikka salaman iskut kestävät vain hetken, niissä vapautuu suuria määriä energiaa. Videolta voi katsoa useamman esimerkin, missä näkyy salaman voima.
Tehtävä
Kirjoita alla olevat tärkeät sanat vihkoosi ja täydennä niiden määritelmät tämän sivuston pohjalta. Teet siis muistiinpanot itsellesi tästä kappaleesta.
- sähkövaraus
- varauksen laatu
- varauksen määrä
- sähköinen polarisaatio
- kipinäpurkaus