3. Sähkövirta

Johdanto

2020-04-20T15:56:34+03:00

Tietokone tarvitsee sähkövirtaa toimiakseen. Jos laitteen virtakaapeli ei ole kytketty pistorasiaan, laitteeseen ei kulje sähkövirtaa eikä laite käynnisty.

Sähkövirta ja sähkölaitteet

2017-03-21T15:10:21+02:00

Laitat aamulla mikroaaltouunin päälle kytkimestä, jolloin uuni alkaa toimia ja aamupalaksesi valitsemasi riisipiirakka alkaa lämmetä. Käännät vedenkeittimen kytkimen toiseen asentoon, jolloin vesi alkaa lämmetä kaakaotasi varten. Painat tablet-tietokoneesi käynnistysnäppäintä laittaaksesi sen päälle ja katsoaksesi aamun uutiset aamupalan yhteydessä. Kaikki edellä mainitut laitteet tarvitsevat toimiakseen sähkövirtaa. Jokainen laite käyttää sitä eri tavoin hyödyksi. Sähkö muuntuu laitteissa lämpö-, valo- ja äänienergioiksi.

Sähkövirta ja elektronit

2020-04-20T17:50:26+03:00

Aikaisemmassa luvussa puhuttiin sähkövirrasta ja sen suunnasta virtapiirissä. Nyt sähkövirran määritelmää täydennetään. Sähkövirta on elektronien liikettä johtimessa ja varautuneiden hiukkasten liikettä liuoksessa. Elektronit ovat lähtöisin jännitelähteen (esimerkiksi pariston) negatiiviselta navalta, ja ne kulkevat kohti positiivista napaa. Elektronien liikesuunta on vastakkainen kuin sähkövirran kulkusuunta. Syy tähän löytyy historiasta. Sähköilmiöt tunnettiin ennen kuin tiedettiin, mitä sähkö varsinaisesti on.

Virtapiiri

2020-04-20T18:00:24+03:00

Verkkovirtaan kytketty keittiön kattolamppu ei pala ennen kuin painat valokatkaisijaa. Kun teet näin, kattolamppu syttyy palamaan. Lamppu syttyy siksi, että virtapiiristä tulee suljettu. Virtapiiri muodostuu jostain jännitelähteestä, kuten paristosta sekä johtimista ja muista komponenteista. Komponentteja ovat esimerkiksi katkaisin, lamppu, vastus tai sähkömoottori. Sähkövirta kulkee ainoastaan suljetussa virtapiirissä. Lamppu sammuu, kun valokatkaisin painetaan toiseen asentoon. Tällöin virtapiiristä tulee avoin.

Kuvassa vasemmalla on avoin virtapiiri. Tällöin lamppu ei pala. Oikealla puolella on suljettu virtapiiri, jolloin lamppu palaa.

Sähkölaitteessa olevasta virtapiiristä voidaan tehdä malli kytkentäkaavion avulla. Kytkentäkaaviossa käytetään piirrosmerkkejä kuvaamaan sähkölaitteen eri komponentteja. Kytkentäkaavion avulla laitteen toimintaan voidaan perehtyä yksityiskohtaisemmin.

Taskulampun virtapiiri.

Kahvinkeittimen virtapiiri on hieman monimutkaisempi kuin taskulampun.

Tutustu interaktiiviseen Virtapiirin rakentuminen -sovelmaan , jossa vaiheistettuna tulee esille piirrosmerkki ja sitä vastaava todellinen komponentti.

Kuvagalleria – piirrosmerkit ja vastaava komponentti luonnollisena

2020-04-02T13:13:19+03:00

: Generaattori
: Johdin
: Jännitemittari
: Katkaisija
: Käämi
: Lamppu
: Moottori
: Muuntaja
: Oppilasjännitelähde
: Paristo
: Sulake
: Vaihtojännitelähde
: Vastus
: Vastusmittari
: Virtamittari

Sähkövirtaa mitataan virtamittarilla

2017-03-25T22:14:50+02:00

Sähkövirran tunnus on I ja sen yksikkö on ampeeri, 1 A. Sähkövirran mittauksessa käytetään virtamittaria. Virtamittaria kutsutaan myös ampeerimittariksi sähkövirran yksikön mukaan. Virtamittari kytketään aina sarjaan muiden virtapiirissä olevien laitteiden kanssa. Virtapiirissä oleva sähkövirta kulkee virtamittarin läpi. Mittarin kytkeminen virtapiiriin ei muuta virtapiirin sähkövirran suuruutta. Sähkövirran suunnaksi on sovittu suunta pariston plusnavalta kohti miinusnapaa.

Vasemmalla näkyy todellinen kytkentä, jossa paristoon on liitetty lamppu sekä virtamittari. Oikealla on vastaava kytkentäkaaviona. Kytkentäkaavioon on lisätty sähkövirran suunta, joka on plus-navalta kohti miinus-napaa.

Analogisen virtamittarin asteikon valinta pitää aina aloittaa suurimmasta mahdollisesta vaihtoehdosta. Liian pienen asteikon valitseminen voi aiheuttaa virtamittarin rikkoutumisen. Jännitelähteen plusnavalta tuleva johdin liitetään virtamittarin haluttuun asteikkoon (usein punaisella merkitty). Miinusnapa kytketään mittarin 0-napaan (usein musta). Jos johtimet kytketään väärinpäin, virtamittarin neula kääntyy väärään suuntaan.

Analoginen virtamittari, jossa on kolme eri sähkövirran maksimia: 0,1, 0,6 ja 6 ampeeria. Mittarin lukema on luettava sen mukaan, mikä on valittu mittauksessa sähkövirran maksimiksi.

Mittarin lukema on noin 0,048 ampeeria, koska mitta-asteikon maksimiksi on valittu 0,1 ampeeria. Lukema luetaan alemman asteikon avulla ja tulos jaetaan luvulla 1 000, koska mitta-asteikon suurimman lukeman 100 pitää vastata mitta-asteikon suurinta arvoa 0,1.

Vasemmanpuoleisessa kuvassa asteikko on valittu järkevästi. Mitta-asteikon maksimiksi on valittu 0,1 ampeeria, jolloin mittarin lukema on noin 0,072 ampeeria. Oikeanpuoleisessa kuvassa on sama lukema, mutta asteikon maksimi on 0,6 ampeeria. Tällöin mittarin lukeminen vaikeutuu, koska sähkövirran suuruuteen nähden mittarin asteikoksi on valittu liian suuri lukema. Virtamittarin asteikon valinta pitää aina aloittaa suurimmasta asteikosta ja edetä kohti pienempää, ettei mittari rikkoonnu.

Digitaalista mittaria käytettäessä plusnapa kytketään joko mA- tai A-asteikkoon. Miinusnapa kytketään COM-napaan. Jos sähkövirta on suurempi kuin valittu mitta-asteikko, mittarin sulake palaa.

Digitaalinen mittari, jossa valitsimella on valittu mittaamaan tasavirtaa.

Lamppujen sarjaan- ja rinnankytkentä

2017-03-21T15:15:14+02:00

Tarkastellaan pariston ja kahden lampun välisiä kytkentöjä. Kun virtapiirissä on pariston kanssa yksi lamppu, sähkövirran suuruudeksi mitataan 0,2 A eli 200 mA. Kun piiriin kytketään sarjaan toinen samanlainen lamppu, sähkövirran suuruudeksi mitataan 0,1 A. Lamput voidaan kytkeä myös toisella tavalla virtapiiriin. Tällöin johdin haarautuu. Kyseessä on rinnankytkentä. Lamppujen ollessa rinnankytkettyjä sähkövirran suuruudeksi mitataan 0,4 A.

Sähkövirran suuruuteen vaikuttaa se, mitä samassa virtapiirissä on kytkettynä ja miten ne on kytketty.

Kuvassa on kaksi lamppua kytketty sarjaan pariston kanssa. Lamput on kytketty peräkkäin sarjaankytkennässä.

Kuvassa on kaksi lamppua kytketty rinnan pariston kanssa. Johdin haarautuu rinnankytkennässä.

Kotitaloudessa sähkölaitteet kytketään rinnan

2017-03-21T15:16:46+02:00

Kotitalouksissa sähkölaitteet kytketään rinnan. Siksi yhden sähkölaitteen sammuttaminen ei sammuta muita laitteita. Pitää kuitenkin muistaa, että sulake saattaa rikkoutua, jos samaan virtapiiriin kytketään liian monta laitetta jatkojohdon avulla tai jos kytketyt laitteet ovat liian suuritehoisia virtapiirin sulakkeen nimellisarvoon nähden.

Kuvassa on esimerkkikytkentä kodin virtapiiristä. Virtapiirissä on esitetty kahden huoneen sähkölaitteita. Ensimmäisessä huoneessa on lamppu, tv sekä tietokone. Toisessa huoneessa on lamppu, kahvinkeitin, sähköliesi ja astianpesukone. Huoneiden laitteet on kytketty rinnan, joten yhden laitteen sammuttaminen ei sammuta toisia. Lisäksi kytkennästä nähdään sulakkeen sijainti suhteessa muihin sähkölaitteisiin. Kun sulake palaa, sähkövirran kulku loppuu kaikkiin huoneen laitteisiin.

Aineilla on erilainen kyky johtaa sähköä

2017-03-08T13:00:04+02:00

Sähköjohdoissa käytetään kuparia johdinmateriaalina. Kupari on esimerkki aineesta, joka johtaa hyvin sähköä. Tällaista ainetta sanotaan johteeksi. Metallit ovat yleensä hyviä sähkönjohteita. Lehmien laidunalueen rajaamisessa käytetään sähköjohtoja, joissa ei ole ulkokuorta. Tällaisesta paimenpojasta voikin saada sähköiskun koskettamalla sitä kädellä.

Sähköjohdon ulkokuori on usein muovia. Sähköjohtoon voi koskea turvallisesti, koska muovi on esimerkki aineesta, joka ei johda sähköä. Tällaista ainetta sanotaan eristeeksi. Muita sähköeristeitä ovat esimerkiksi posliini, kumi ja lasi.

Esimerkiksi tietokoneiden piirilevyissä käytetään pii-nimistä alkuainetta, joka on puolijohde. Puolijohteet ovat aineita, joilla on sekä johteiden että eristeiden ominaisuuksia. Ne johtavat paremmin sähköä kuin eristeet, mutta eivät kuitenkaan niin hyvin kuin johteet.

Sähköjohdon ulkokuori on tehty sähköä eristävästä muovista. Sähköjohdon sisällä voi olla useita eri värein päällystettyjä kuparijohtoja. Väreillä on omat merkityksensä.

Kuvagalleria – kodin sähkölaitteet ja niiden tarvitsemat sähkövirrat

2020-04-02T13:13:19+03:00

: Jääkaappipakastin 0,4 A
: Kahvinkeitin 6,6 A
: Kannettava tietokone 2,2 A
: LED TV 0,2 A
: Mikroaaltouuni 3,5 A
: Silitysrauta 7,9 A
: Sähköliesi 12 A
: Tietokone 3,0 A

Avainsanat

2017-03-22T14:51:10+02:00

Sähkövirta: Sähkölaitteet tarvitsevat sähkövirtaa toimiakseen. Virtakytkimen on oltava päällä, jotta laite toimisi.

Oikosulku: Kun jännitelähteen navat yhdistetään johteella, syntyy oikosulku. Tällöin virtapiirissä kulkee suurin mahdollinen virta.

Verkkovirta: Verkkovirta on pistorasiasta saatavaa sähköä, jonka jännite on Suomessa 230 volttia.

Virtapiiri: virtapiiri muodostuu jännitelähteestä ja muista komponenteista.

Komponentti: komponentit ovat sähkölaitteita, kuten lamppu ja katkaisija.

Suljettu virtapiiri: Virtapiiri on silloin suljettu, kun jännitelähteen plus-navalta on yhtenäinen reitti johtimia ja komponentteja pitkin jännitelähteen miinus-navalle. Esimerkiksi sähkölaitteen virtakatkaisin on laitettu päälle.

Avoin virtapiiri: Virtapiiri on silloin avoin, kun plus-navalta ei ole yhtenäistä reittiä johtimia ja komponentteja pitkin jännitelähteen miinus-navalle. Esimerkiksi sähkölaitteen virtakatkaisin on laitettu pois päältä.

Kytkentäkaavio: Malli, jota käytetään kuvaaman todellista virtapiiriä. Kytkentäkaavion avulla voidaan tarkastella virtapiirin toimintaa.

Piirrosmerkki: jokaiselle komponentille on tehty oma piirrosmerkkinsä.

Virtamittari: Mittari, jolla mitataan sähkövirran suuruus. Virtamittari kytketään sarjaan.

Ampeerimittari: Virtamittarin toinen nimitys. Mittari, jolla mitataan sähkövirran suuruus. Virtamittari kytketään sarjaan.

Sarjaankytkentä: tarkoittaa kytkentää, jossa kytketyt komponentit ovat peräkkäin eli johdin ei haaraudu sarjaankytkettyjen komponenttien osalta.

Rinnankytkentä: kun johdin haarautuu, on kyseessä rinnankytkentä.

Sulake: Virtapiirin heikoin kohta, joka rikkoutuu sulakkeen nimellisvirran ylittyessä. Rikkoutuminen katkaisee sähkönkulun virtapiirissä.

Nimellisvirta: Sulakkeen suurin sähkövirta, jonka se kestää rikkoutumatta. Kotitalouksissa käytetään 6 A:n, 10 A:n, 16 A:n tai 20 A:n sulakkeita.

Johde: Aine, joka johtaa hyvin sähköä. Esimerkiksi metallit ovat hyviä johteita.

Eriste: Aine, joka ei johda hyvin sähköä. Esimerkiksi kumi, lasi ja posliini ovat eristeitä.

Puolijohde: Aine, jolla on sekä johteen että eristeen ominaisuuksia. Esimerkiksi elektroniikassa käytetty pii on puolijohde.