VIIKKO 18 (27.4.-30.4.)

Johdanto

2020-04-27T15:05:30+03:00

Aiemmin olemme oppineet, että sähkövirta saa aikaan magneettikentän johtimen ympärille.

Tarkastellaan seuraavaa videota. Tarkkaile virtamittarin lukemia.

Yllä olevista tilanteista havaitaan, että magneettikenttä voi aikaansaada jännitteen ja sen seurauksena sähkövirran. Tärkeää on, että kestomagneettia liikutellaan suhteessa käämiin tai käämiä liikutellaan suhteessa kestomagneettiin. Kyseessä on ilmiö nimeltä sähkömagneettinen induktio.

Akkujen ja paristojen tasavirta ei ole tarpeeksi taloudellista pitkillä siirtoetäisyyksillä. Moniin tarpeisiin jatkuva sähkövirran tuotto on välttämätön. Tämä on mahdollista generaattorin avulla. Sähkögeneraattorilla tuotettu jännite ja virta vaihtavat suuntaansa jaksoittain johtuen sen tuotantotavasta. Kyseistä jännitettä kutsutaankin vaihtojännitteeksi ja virtaa vaihtovirraksi.

Yksi maailman historian suurimmista keksinnöistä tarvitsee vain muuttuvan magneettikentän ja käämejä. Muuttuva magneettikenttä saadaan aikaan pyörimisliikkeen avulla, jossa suuri joukko käämejä pyörii kestomagneetin ympärillä. Pyörimisliike toteutetaan tuulen, vesiputouksen, höyryturbiinin jne. avulla.

Generaattorin toimintaperiaate

2020-04-27T15:07:22+03:00

Generaattori koostuu käämistä ja sen ympärillä olevasta kestomagneetista. Kun käämiä pyöritetään, käämin ja magneettikentän asento suhteessa toisiinsa muuttuu. Tällöin käämin silmukan kohtisuora pinta-ala magneettikenttää vastaan muuttuu. Käämin jatkuva asennon muutos aiheuttaa vaihtojännitteen.
https://peda.net/id/bd6a607c17f

Yksinkertainen esimerkki generaattorista. Todellisuudessa ilmiötä vahvistetaan korvaamalla johdinsilmukka käämillä, joka sisältää useita johdinsilmukoita.

Käämiin indusoituu jännite myös siinä tapauksessa, että käämi on paikallaan ja sen lähistöllä on esimerkiksi pyörivä voimakas U-magneetti. Jos sekä käämi että magneetti ovat paikallaan, ei synny jännitettä eikä siten myöskään kulje sähkövirtaa. Edellytys induktiolle on, että käämin asentoa muutetaan tai magneettia liikutetaan käämin lähellä.

Kokeellisia videoita

2020-04-27T15:09:07+03:00

1. Muuntaja, jossa jännite muuttuu

2. Jaakobin tikapuut

Muuntaja

2014-11-25T16:33:20+02:00

Muuntajan toiminta on yksinkertainen. Jännite on suoraan verrannollinen oheisen kuvan mukaisesti kytkettyjen käämien kierroslukuihin. Sähkövirta on puolestaan kääntäen verrannollinen käämien kierroslukuihin. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että jos muuntajan toisiopuolella on vähemmän kierroksia kuin ensiöpuolella, myös jännite on pienempi toisiopuolella. Sähkövirta puolestaan samanaikaisesti kasvaa. Jos ensiökäämissä on 100 johdinkierrosta ja toisiokäämissä 600 kierrosta, jännite kuusinkertaistuu, mutta sähkövirta pienenee kuudesosaan alkuperäisestä.
https://peda.net/id/bd69dfcf17f

Laskuesimerkki 1

2014-11-25T16:29:26+02:00

Kuinka monta kierrosta on oltava muuntajan toisiopuolella, jotta 230 V jännite voidaan muuttaa 24 voltiksi, kun ensiöpuolella kierroksia on 600?

Ratkaisu

Muuntajan ensiökäämin jännitteen U₁ = 230 V suhde toisiokäämin jännitteeseen U₂= 24 V on yhtä suuri kuin ensiökäämin kierrosten lukumäärän N₁ = 600 suhde toisiokäämin kierrosten lukumäärään N₂ eli

[[$ \dfrac{U_{1}}{U_{2}} = \dfrac{N_{1}}{N_{2}} $]]

Kerrotaan ristiin

[[$ U_{1} \cdot N_{2} = U_{2} \cdot N_{1} $]]

ja ratkaistaan

[[$ N_{2} = \dfrac{U_{2} N_{1}} {U_{1}} = \dfrac{24 \text{V} \cdot 600} {230 \text{V}} = 62,61 $]]

Vastaus: Toisiokäämin kierrosten lukumäärä on 63.

Tiivistelmä

2020-04-27T15:10:50+03:00

Sähkövirta aiheuttaa käämiin magneettikentän. Tilanne on myös toisinpäin eli muuttuva magneettikenttä aiheuttaa käämiin sähkövirran. Oleellista on, että joko käämi liikkuu kestomagneettiin nähden tai magneetti liikkuu käämiin nähden. Jomman kumman liike aiheuttaa muuttuvan magneettikentän käämin ympärille.

Tällöin indusoituu eli syntyy vaihtojännite josta seuraa vaihtovirtaa. Kun käämin tai magneetin pyörimisliike on vakio, syntyy vaihtojännite ja virta joiden kuvaajat ovat sinimuotoisia käyriä. Sähkövirta voi olla negatiivista ja positiivista. Kotitalouksien vaihtojännite on noin 230 V. Monet kodinkoneet ja laitteen toimivat vaihtojännitteellä.

Tärkeät käsitteet

2020-04-29T13:07:31+03:00

Kirjoita vihkoosi seuraavat käsitteet ja niiden määritelmät. Palauta tästä kuva Atelle Whatsappin kautta 0406527583

0) käämi = rullalle kierretty johdin.

1) generaattori = laite, joka tuottaa sähkövirtaa.

2) sähköinen induktio = ilmiö, missä magneetti, käämi ja liike tuottavat sähkövirtaa.

3) induktion suuruuteen vaikuttavat tekijät (4 kpl)

valitaan isompi käämi
valitaan tehokas magneetti
liikenopeus
rautasydän

4) kuvaile muuntajan rakenne lyhyesti

kaksi erikokoista käämiä
magneettivuo (U- ja I-palkki raudasta)