6.4 Sähköopin tehtäviä
Sähköopin tehtävistä
Tehtävät 1-30: Tehtäviä tasavirtapiireistä, vastukset, paristot ym.
Tehtävät 31-50: Tehtäviä sähköisestä voimasta ja sähkökentistä
Tehtävät 51-70: tehtäviä kondensaattoreista, puolijohteista, diodeista ja ledeistä
Tehtävät 71: Vaativia tehtäviä eri aiheista
Virtapiirikaavio on piirros, joka vaaditaan usein ratkaisujen yhteyteen. Piirikaavioiden piirtämiseen sopivia ohjelmistoja ovat DIA ja NspireCAS, josta löytyy valmiit graafiset mallit eri komponenteille. Kokeessa kuvana annetun kaavion voi myös avata piirto-ohjelmassa ja lisätä siihen tarvittavat merkinnät.
Tehtävät 31-50: Tehtäviä sähköisestä voimasta ja sähkökentistä
Tehtävät 51-70: tehtäviä kondensaattoreista, puolijohteista, diodeista ja ledeistä
Tehtävät 71: Vaativia tehtäviä eri aiheista
Virtapiirikaavio on piirros, joka vaaditaan usein ratkaisujen yhteyteen. Piirikaavioiden piirtämiseen sopivia ohjelmistoja ovat DIA ja NspireCAS, josta löytyy valmiit graafiset mallit eri komponenteille. Kokeessa kuvana annetun kaavion voi myös avata piirto-ohjelmassa ja lisätä siihen tarvittavat merkinnät.
Tehtäviä tasavirtapiireistä
1.
Määritä sähkövirrat kuvan piirin eri kohdissa. Jännitelähteen sisäinen resistanssi on merkityksettömän pieni.
Vastaus: Kokonaisvirta 0,15A, R(2) yli virta 0,6A ja R(3) yli virta 0,9A
Vastaus: Kokonaisvirta 0,15A, R(2) yli virta 0,6A ja R(3) yli virta 0,9A
1.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
2. Lääketieteen pääsykoe 2019
3. YO s2018 (osa tehtävästä)
Tarkastellaan virtapiiriä, jossa on ideaalinen paristo, neljä samanlaista hehkulamppua sekä kytkin. Lamppujen värit kuvaavat niiden kirkkauksia seuraavasti: valkoinen lamppu on hyvin kirkas, keltainen on melko kirkas, punainen on himmeä ja harmaa ei pala lainkaan.
a) Kytkin on avoinna. Mikä kuvista 1.–4. esittää tällöin lamppujen kirkkauksia? Perustele lyhyesti vastauksesi. (5 p.)
b) Kytkin on suljettu. Mikä kuvista 1.–4. esittää tällöin lamppujen kirkkauksia? Perustele lyhyesti vastauksesi. (5 p.)
a) Kytkin on avoinna. Mikä kuvista 1.–4. esittää tällöin lamppujen kirkkauksia? Perustele lyhyesti vastauksesi. (5 p.)
b) Kytkin on suljettu. Mikä kuvista 1.–4. esittää tällöin lamppujen kirkkauksia? Perustele lyhyesti vastauksesi. (5 p.)
3.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
4. YO #7 s2011
Piireissä 1 ja 2 on kaksi polttimoa Q ja P kytketty paristoon oheisten kytkentäkaavioiden osoittamalla tavalla. Polttimon P hehkulanka palaa poikki. Mitä tällöin tapahtuu seuraaville suureille piireissä 1 ja 2:
a) piirissä kulkeva sähkövirta,
b) polttimon Q napajännite,
c) paristosta otettu teho?
a) piirissä kulkeva sähkövirta,
b) polttimon Q napajännite,
c) paristosta otettu teho?
Perustele vastauksesi.
4.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
5. YO #7 s2010
Kaaviossa on kolme kytkentää, a, b ja c. Paristojen napajännite on 1,5 V. Kytkennässä b punainen johdin on 30 cm:n pituinen tasapaksu homogeeninen vastuslanka. Liukukosketin on kuvan esittämällä tavalla 10 cm:n etäisyydellä vastuslangan päästä. Vastusten resistanssit ovat 100 Ω kytkennässä c. Muiden johtimien resistanssit ovat hyvin pieniä. Jännitemittarit oletetaan ideaalisiksi. Mikä on jännitemittarin lukema kussakin kytkennässä? Perustele vastauksesi.
Vastaukset: 1,5 V, 2,0 V, 4,5 V
Vastaukset: 1,5 V, 2,0 V, 4,5 V
5.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
6. YO20XX
Paristosta ja vastuksista on rakennettu kuvan mukainen kytkentä. Pariston lähdejännite on 3,0 V ja sisäinen resistanssi hyvin pieni. Vastuksen 1 resistanssi on 22 Ω, vastuksen 2 33 Ω ja vastuksen 3 47 Ω
a) Kuinka suuri virta kulkee vastuksen R1 läpi, kun katkaisin K on avoinna? (1 p.)
b) Kuinka suuria ovat vastuksien R1 ja R2 napajännitteet, kun katkaisin K on avoinna? (2 p.)
c) Kuinka suuri virta kulkee vastuksen R3 läpi, kun katkaisin K on suljettu? (3 p.)
Vastaukset: 55 mA; 1,2 V ja 1,8 V; 30 mA
a) Kuinka suuri virta kulkee vastuksen R1 läpi, kun katkaisin K on avoinna? (1 p.)
b) Kuinka suuria ovat vastuksien R1 ja R2 napajännitteet, kun katkaisin K on avoinna? (2 p.)
c) Kuinka suuri virta kulkee vastuksen R3 läpi, kun katkaisin K on suljettu? (3 p.)
Vastaukset: 55 mA; 1,2 V ja 1,8 V; 30 mA
6.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
7. YO #7 k2009
Ilmajohto, jonka pituus on 500 m, on kuparikerroksella päällystettyä teräslankaa. Teräslangan halkaisija on 3,0 mm, ja kuparikerroksen paksuus on 150 μm. Teräksen resistiivisyys on [[$ 16\cdot10^{-8}\ \Omega\text{ m} $]] ja kuparin [[$ 1,678\cdot10^{-8}\ \Omega\text{ m} $]].
a) Kuinka suuri osa sähkövirrasta kulkee kuparikerroksessa? (4 p.)
b) Määritä jännitehäviö johtimessa, kun siinä kulkee 3,5 A:n virta. (2 p.)
(V: 70%, 14 V)
a) Kuinka suuri osa sähkövirrasta kulkee kuparikerroksessa? (4 p.)
b) Määritä jännitehäviö johtimessa, kun siinä kulkee 3,5 A:n virta. (2 p.)
(V: 70%, 14 V)
7
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
8. YO 200X
Pariston lähdejännite mitattiin jännitemittarilla siten että paristo oli irrallaan eikä siitä otettu sähkövirtaa. Lähdejännitteeksi saatiin 1,63 V. Tämän jälkeen paristoon kytkettiin 12 Ohmin ulkoinen vastus. Pariston napajännite ja siitä otettava sähkövirta mitattiin. Tässä kytkennässä pariston napajännitteeksi saatiin 1,54 V.
a) Piirrä kytkentäkaavio napajännitteen ja sähkövirran mittauksesta.
Huom. kytkentäkaavio piirretään esim. DIA-ohjelmistolla (YOssa käytössä), jossa on valmiina valikoima kaaviosymboleja. Toinen vaihtoehto on NspireCAS jossa on widget fysiikan piirroksiin.
DIA:n asennus: http://dia-installer.de/download/index.html.en
Ohje piirtämiseen: https://www.youtube.com/watch?v=_4VyPbH8m8w&t=64s
b) Määritä pariston sisäinen resistanssi.
(V: 0,70 Ohmia)
a) Piirrä kytkentäkaavio napajännitteen ja sähkövirran mittauksesta.
Huom. kytkentäkaavio piirretään esim. DIA-ohjelmistolla (YOssa käytössä), jossa on valmiina valikoima kaaviosymboleja. Toinen vaihtoehto on NspireCAS jossa on widget fysiikan piirroksiin.
DIA:n asennus: http://dia-installer.de/download/index.html.en
Ohje piirtämiseen: https://www.youtube.com/watch?v=_4VyPbH8m8w&t=64s
b) Määritä pariston sisäinen resistanssi.
(V: 0,70 Ohmia)
8
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
9. YO #7 s2008
Laboratoriotyössä mitattiin pariston napajännitteen riippuvuutta paristosta otetusta virrasta. Mittauksessa saatiin taulukon mukaiset tulokset.
|
I/mA |
21 |
43 |
65 |
85 |
106 |
132 |
145 |
168 |
|
U/V |
9,11 |
8,92 |
8,74 |
8,61 |
8,45 |
8,27 |
8,19 |
8,04 |
a) Piirrä mittaukseen soveltuva kytkentä. (2 p.)
b) Määritä sopivaa graafista esitystä käyttäen pariston sisäinen resistanssi ja lähdejännite. (4 p.)
(V: 7,1 [[$\Omega$]]; 9,2 V)
9
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
10. YO #11 s2013
Täyteen ladatun NiMH-pienoisakun kuormittamaton napajännite on 1,335 V. Akkua testattiin purkamalla sitä 10,0 ohmin vastuksella kuvan esittämällä tavalla 20 tuntia. Jännitemittarin läpi ei kulje sähkövirtaa. Oletetaan, että akkua purettaessa ainoastaan sen lähdejännite laskee, mutta muut ominaisuudet pysyvät samoina. Taulukossa on jännitemittarin lukemat purkamisen aikana.
|
Aika (h) |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
|
Jännite (V) |
1,308 |
1,253 |
1,241 |
1,228 |
1,207 |
1,179 |
1,170 |
1,140 |
0,206 |
0,065 |
0,038 |
a) Kuinka paljon varausta siirtyy vastuksen läpi kokeen aikana?
b) Kuinka paljon sähköenergiaa muuttuu virtapiirissä lämmöksi kokeen aikana?
(V: 6900 C, 8300 J)
10
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
11. k2015 #7
Lampuista, 1,5 V:n paristoista ja johtimista rakennetaan kuvan 1 mukainen kytkentä. Kuvasta näkyy, miten johtimet on kytketty lampun kantaan.
a) Piirrä kuvan kytkennöistä kytkentäkaavio käyttäen komponenttien symboleja. Merkitse kytkentäkaavioon myös lamppujen tunnuskirjaimet A, B ja C. (4 p.)
b) Piirrä a-kohdan kytkentäkaavioon mittarit, joilla mitataan lampun A napajännitettä ja lampun C läpi kulkevaa sähkövirtaa. (2 p.)
a) Piirrä kuvan kytkennöistä kytkentäkaavio käyttäen komponenttien symboleja. Merkitse kytkentäkaavioon myös lamppujen tunnuskirjaimet A, B ja C. (4 p.)
b) Piirrä a-kohdan kytkentäkaavioon mittarit, joilla mitataan lampun A napajännitettä ja lampun C läpi kulkevaa sähkövirtaa. (2 p.)
11
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
12. YO 200X
Auton akun lähdejännite on 12,6 V ja sisäinen resistanssi 16 mΩ.
a) Autoa käynnistettäessä käynnistinmoottorin kautta kulkee 250 A:n virta. Kuinka suuri on tällöin akun napajännite?
b) Tästä akusta otetaan ulkoiseen vastukseen lyhytaikaisesti mahdollisimman suuri teho. Kuinka suuri on tällöin piirissä kulkeva virta?
(V: 8,6 V; 390 A)
a) Autoa käynnistettäessä käynnistinmoottorin kautta kulkee 250 A:n virta. Kuinka suuri on tällöin akun napajännite?
b) Tästä akusta otetaan ulkoiseen vastukseen lyhytaikaisesti mahdollisimman suuri teho. Kuinka suuri on tällöin piirissä kulkeva virta?
(V: 8,6 V; 390 A)
12
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
13. YO s2018
Kuvassa 3.A on esitetty kytkentäkaavio, jonka mukainen virtapiiri löytyy simulaatiosta 3.B. Käynnistä simulaatio. Muuta simulaatiossa jännitelähteen Us napajännitettä kaksoisklikkaamalla hiirellä laatikkoa ja syöttämällä uusi jännitteen arvo (paina Enter). Simulaatiossa näkyvät napajännitteen arvoa vastaavat virta- ja jännitemittarien lukemat. Simulaatiossa paristo ja mittarit ovat ideaalisia.
Aineisto: 3.A Kuva: Virtapiiri, jota simulaatiossa käsitellään 3.B Tiedosto: Virtapiirin simulaatio
a) Määritä simulaatiota käyttäen vastuksen Ra resistanssi. (5 p.)
b) Määritä simulaatiota käyttäen pariston Ux lähdejännite. (4 p.)
c) Määritä simulaatiota käyttäen vastuksen Rb resistanssi. (6 p.)
(V: 56,0 Ω; 1,35 V; 22,0 Ω)
Aineisto: 3.A Kuva: Virtapiiri, jota simulaatiossa käsitellään 3.B Tiedosto: Virtapiirin simulaatio
a) Määritä simulaatiota käyttäen vastuksen Ra resistanssi. (5 p.)
b) Määritä simulaatiota käyttäen pariston Ux lähdejännite. (4 p.)
c) Määritä simulaatiota käyttäen vastuksen Rb resistanssi. (6 p.)
(V: 56,0 Ω; 1,35 V; 22,0 Ω)
13.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
14. YO #10 s2012
Määritä oheisen kuvan virtapiirissäa) virta 8,0 Ω vastuksessa,
b) jännitehäviö 4,0 Ω vastuksessa ja
c) lämpöteho 16 Ω vastuksessa.
Jännitelähteiden sisäinen resistanssi on hyvin pieni.
(V: 1,4 A; 3,0 V; 6,9 W)
14
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
15. YO #7 k2011
Sähköankerias (Electrophorus electricus) pystyy antamaan saaliilleen lamaannuttavia sähköiskuja. Sähkö tuotetaan erityisten sähköelinten avulla, jotka koostuvat suuresta joukosta sähkösoluja. Kukin solu voi luoda 0,15 V:n lähdejännitteen, ja solun sisäinen resistanssi on 0,25 Ω. Sähköelimessä on rinnankytkettynä 140 riviä sähkösoluja, ja kussakin rivissä on 5000 sähkösolua sarjaankytkettynä. Ankerias saa aikaan sähkövirran ympäröivään veteen, jonka resistanssi on 800 Ω muodostuvassa virtapiirissä
a) Piirrä periaatteellinen kytkentäkaavio. (kommentti: voi olla haastava piirtää DIA:lla, paperihahmotelma riittää)
b) Kuinka suuren maksimivirran ankerias voi aiheuttaa veteen?
c) Kuinka suuri virta kulkee tällöin yhden sähkösolun läpi?
(V: 0,93 A; 6,6 mA)
a) Piirrä periaatteellinen kytkentäkaavio. (kommentti: voi olla haastava piirtää DIA:lla, paperihahmotelma riittää)
b) Kuinka suuren maksimivirran ankerias voi aiheuttaa veteen?
c) Kuinka suuri virta kulkee tällöin yhden sähkösolun läpi?
(V: 0,93 A; 6,6 mA)
15
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
16 YOk2018
Kuvan esittämässä kytkennässä RA = 220 Ω, RB = 330 Ω ja UB = 3,0 V. Jännitelähteiden sisäinen resistanssi jätetään huomioimatta.
Tarkastellaan tilannetta, jossa
a) UA = 6,0 V
b) UA = 1,5 V
Piirrä tilanteista a ja b kuvaajat (potentiaalikäyrät), joista ilmenevät potentiaalien arvot pisteissä 1–5. Ilmoita myös potentiaalien arvot näissä pisteissä.
(Ohje: Voit piirtää kuvaajan loggerpolla yhdistä pisteet -toimintoa käyttäen)
Tarkastellaan tilannetta, jossa
a) UA = 6,0 V
b) UA = 1,5 V
Piirrä tilanteista a ja b kuvaajat (potentiaalikäyrät), joista ilmenevät potentiaalien arvot pisteissä 1–5. Ilmoita myös potentiaalien arvot näissä pisteissä.
(Ohje: Voit piirtää kuvaajan loggerpolla yhdistä pisteet -toimintoa käyttäen)
16
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
17. Kiertokäämimittari YO k2020
Kiertokäämimittarin toiminta perustuu käämiin kohdistuvaan vääntöön magneettikentässä. Kiertokäämimittarilla voidaan mitata sähkövirtaa tai jännitettä halutulla mittausalueella kytkemällä mittarissa olevan käämin rinnalle tai sen kanssa sarjaan sopiva vastus. Kuvat 5. A ja 5. B esittävät eri mittausalueille asetettua kiertokäämimittaria ja vastaavaa mittarin sisäistä vastuskytkentää. Kun mittari näyttää maksimiarvoa, mittarin käämin läpi kulkee 0,10 mA sähkövirta. Käämin resistanssi on 360 Ω.
5.B Kuva: Kiertokäämimittari ja sen kytkentä jännitteen mittauksessa
a) Kuinka suuri vastuksen RI resistanssin pitää olla, kun mitataan sähkövirtaa alueella 0...100 mA? Anna vastaus kahden merkitsevän numeron tarkkuudella. 8 p.
b) Kuinka suuri vastuksen RU resistanssin pitää olla, kun mitataan jännitettä alueella 0…1 V? Anna vastaus kahden merkitsevän numeron tarkkuudella. 7 p.
(V: a) 0,36 Ω b) 9,6 kΩ)
Aineisto
5.A Kuva: Kiertokäämimittari ja sen kytkentä sähkövirran mittauksessa5.B Kuva: Kiertokäämimittari ja sen kytkentä jännitteen mittauksessa
a) Kuinka suuri vastuksen RI resistanssin pitää olla, kun mitataan sähkövirtaa alueella 0...100 mA? Anna vastaus kahden merkitsevän numeron tarkkuudella. 8 p.
b) Kuinka suuri vastuksen RU resistanssin pitää olla, kun mitataan jännitettä alueella 0…1 V? Anna vastaus kahden merkitsevän numeron tarkkuudella. 7 p.
(V: a) 0,36 Ω b) 9,6 kΩ)
17.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtäviä sähköisestä voimasta ja sähkökentistä
31. YO k1998 #7
a) Sähkökenttää kuvataan kenttäviivoilla. Selosta staattisen sähkökentän kenttäviivojen ominaisuuksia.
b) Eristetty metallipallo, jonka halkaisija on 1 cm ja varaus +2 nC on aluksi 2,5 m:n päässä toisesta eristetystä metallipallosta, jonka halkaisija on 10 cm ja varaus +0,05 nC. Määritä pienempään palloon kohdistuva voima. (0,1 nC)
c) Pieni pallo viedään lähelle ison pallon pintaa. Miksi pallot vetävät nyt toisiaan puoleensa?
b) Eristetty metallipallo, jonka halkaisija on 1 cm ja varaus +2 nC on aluksi 2,5 m:n päässä toisesta eristetystä metallipallosta, jonka halkaisija on 10 cm ja varaus +0,05 nC. Määritä pienempään palloon kohdistuva voima. (0,1 nC)
c) Pieni pallo viedään lähelle ison pallon pintaa. Miksi pallot vetävät nyt toisiaan puoleensa?
31.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
32. YO k1997 #8
Sumuttimesta saadun pienen öljypisaran liikettä tasokondensaattorin vaakasuorien levyjen välissä seurattiin mikroskoopilla. Levyjen välimatka oli 20,0 mm ja pisaran massa 26 pg.
a) Kun ylempi levy oli maadoitettu ja alemman levyn potentiaali säädettiin arvoon -8,1 kV, pisara pysyi pitkään vakiokorkeudella. Määritä pisaran varaus mahdollisimman tarkasti.
b) Kesken seurannan pisarasta irtosi yksi elektroni. Kuinka suuren ja minkä suuntaisen kiihtyvyyden pisara sai?
(V: -4e ja 2,3 m/s2)
32.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
33. YO s2000 #7
Pieni negatiivisesti varattu johdepallo, jonka massa on 65 mg, riippuu kevyen eristelangan varassa kahden laajan pystysuoran metallilevyn välisessä homogeenisessa sähkökentässä. Kun levyt ovat 82 mm:n etäisyydellä toisistaan ja niiden välinen jännite on 960 V, lanka muodostaa 7,5°:n kulman luotiviivaan nähden. Laske pallon varaus.
(V: -7,2 nC)
33.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
34. YO S1998 #8
a) Miten selitetään kappaleiden varautuminen hankaussähköilmiössä? Mitä haittaa hankaussähköstä voi olla? b) Selitä tarkasti, minkä vuoksi nauhageneraattorin positiivisesti varautuvaan kupuun kiinnitetyn metallinapin kärjessä oleva siipiratas (kuvio) pyörii generaattorin käydessä.
34.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
35. Varatut pingispallot YO s2020
Varattujen kappaleiden vuorovaikutusta tutkittiin kuvan 3. A mukaisella koejärjestelyllä. Siinä kaksi samanlaista hopeoitua pingispalloa on ripustettu hyvin ohuen kuparilangan avulla roikkumaan eristekoukusta. Lankojen pituus ripustuspisteestä pallojen keskipisteeseen on L = 130 cm ja yhden pallon massa m = 3,0 g. Kun Van de Graaffin generaattorista tuodaan varausta kuparilankojen yläpäähän, havaitaan pallojen keskipisteiden etäisyyden kasvavan arvoon d = 12 cm.
a) Piirrä vasemmanpuoleisen pingispallon voimakuvio, ja nimeä palloon vaikuttavat voimat. 5 p.
b) Mitä voit sanoa pallojen varauksien merkeistä ja keskinäisestä suuruudesta? Määritä pallojen sähkövaraukset. 10 p.
(V: b) 47 nC)
Aineisto: 3. A Kuva: Tilannekuva
a) Piirrä vasemmanpuoleisen pingispallon voimakuvio, ja nimeä palloon vaikuttavat voimat. 5 p.
b) Mitä voit sanoa pallojen varauksien merkeistä ja keskinäisestä suuruudesta? Määritä pallojen sähkövaraukset. 10 p.
(V: b) 47 nC)
35
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtäviä kondensaattorista ja ledistä
51. TKK:n valintakoe 2011 - kondensaattori
Kondensaattori 1, jonka kapasitanssi on 3,2 µF, varataan siten, että sen jännitteeksi tulee 4,5 V.
a) Laske kondensaattorin 1 varaus. (2p)
b) Varattu kondensaattori kytketään sarjaan varaamattoman kondensaattorin kanssa ja sitten sarjaankytkennän vapaina olevat päät oikosuljetaan. Laske, mikä kondensaattorin 1 jännitteeksi muodostuu, kun toisen kondensaattorin kapasitanssi on 4,7 µF. Piirrä kytkentä ja merkitse kytkentään kondensaattorilevyjen varausten merkit lopputilassa. (4p)
(V: b) 1,8 V)
a) Laske kondensaattorin 1 varaus. (2p)
b) Varattu kondensaattori kytketään sarjaan varaamattoman kondensaattorin kanssa ja sitten sarjaankytkennän vapaina olevat päät oikosuljetaan. Laske, mikä kondensaattorin 1 jännitteeksi muodostuu, kun toisen kondensaattorin kapasitanssi on 4,7 µF. Piirrä kytkentä ja merkitse kytkentään kondensaattorilevyjen varausten merkit lopputilassa. (4p)
(V: b) 1,8 V)
51.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
52. YO k2019 #3 Kondensaattorin kapasitanssin määrittäminen
Kondensaattori ladattiin kolmella eri jännitteen arvolla. Varaus purettiin kondensaattorin kanssa sarjaan kytketyn vastuksen kautta, ja samalla mitattiin piirissä kulkeva sähkövirta ajan funktiona. Mittauksessa käytettiin 3,0 V:n, 6,0 V:n ja 9,0 V:n jännitteitä. Määritä kondensaattorin kapasitanssi käyttäen mittausaineiston 3.A kolmea eri mittaussarjaa. Käy vastauksessasi läpi määrityksen vaiheet ja saamasi lopputulos.
t3_data.cmbl
(V: 2,8 μF)
t3_data.cmbl
(V: 2,8 μF)
52.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
53. YOs2019 #3 - Ledilamppu autossa
Punaisen ledilampun kynnysjännite on 1,7 V. Lamppu ei pala, jos sen jännite on alle kynnysjännitteen. Oletetaan, että jännite ledin yli ei muutu, kun sähkövirta on suurempi kuin 15 mA. Lediä käytetään tavallisesti 20,0 mA:n päästövirralla. Ledi suojataan liian suurelta sähkövirralta kytkemällä ledin kanssa sarjaan sopiva etuvastus. Aineisto: 3.A (kuva oikealla)
a)
Ledilamppu on liitetty auton 12 V:n pistokkeeseen (tupakansytyttimeen). Pistokkeesta saatava jännite on 14,4 V auton ollessa käynnissä. Laske, kuinka suuri ledin kanssa sarjaan kytketyn etuvastuksen resistanssin tulee vähintään olla, että ledin sähkövirta on 20,0 mA. (6 p.)
Ledilamppu on liitetty auton 12 V:n pistokkeeseen (tupakansytyttimeen). Pistokkeesta saatava jännite on 14,4 V auton ollessa käynnissä. Laske, kuinka suuri ledin kanssa sarjaan kytketyn etuvastuksen resistanssin tulee vähintään olla, että ledin sähkövirta on 20,0 mA. (6 p.)
b)
Auton pistokkeesta saatavassa jännitteessä voi esiintyä hetkellisiä piikkejä. Kuinka korkean jännitepiikin ledilamppu enintään kestää rikkoutumatta, kun etuvastuksen resistanssi on 830 Ω ja ledi rikkoutuu yli 30,0 mA:n sähkövirralla? (3 p.)
Auton pistokkeesta saatavassa jännitteessä voi esiintyä hetkellisiä piikkejä. Kuinka korkean jännitepiikin ledilamppu enintään kestää rikkoutumatta, kun etuvastuksen resistanssi on 830 Ω ja ledi rikkoutuu yli 30,0 mA:n sähkövirralla? (3 p.)
c)
Käynnissä olevan auton pistokkeen jännite on 14,4 V. Pistokkeeseen kytketään kahden punaisen ledin muodostama lamppu, jossa ledit on kytketty rinnan. Molemmilla ledeillä on yhteinen etuvastus kuvan 3.A mukaisesti. Ledin kynnysjännite on edelleen 1,7 V, ja ledin sähkövirta on 20,0 mA. Mikä on etuvastuksen resistanssin oltava tässä tapauksessa? (6 p.)
(V: 640 [[$\Omega$]], 27 V, 320 [[$\Omega$]])
Käynnissä olevan auton pistokkeen jännite on 14,4 V. Pistokkeeseen kytketään kahden punaisen ledin muodostama lamppu, jossa ledit on kytketty rinnan. Molemmilla ledeillä on yhteinen etuvastus kuvan 3.A mukaisesti. Ledin kynnysjännite on edelleen 1,7 V, ja ledin sähkövirta on 20,0 mA. Mikä on etuvastuksen resistanssin oltava tässä tapauksessa? (6 p.)
(V: 640 [[$\Omega$]], 27 V, 320 [[$\Omega$]])
53.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Haastavia tehtäviä eri aiheista
71. YO #11 k2013
Laitteen virtalähteenä toimii kolme rinnankytkettyä paristoa. Paristojen lähdejännite on 12 V ja sisäinen resistanssi 47 Ω
a) Yksi paristo kytketään vahingossa väärin päin. Kuinka suurella teholla väärin kytketty paristo lämpenee?
b) Millaisella kytkennällä voidaan estää paristojen väärin kytkemisestä aiheutuvat vahingot?
(5,4 W)
a) Yksi paristo kytketään vahingossa väärin päin. Kuinka suurella teholla väärin kytketty paristo lämpenee?
b) Millaisella kytkennällä voidaan estää paristojen väärin kytkemisestä aiheutuvat vahingot?
(5,4 W)
71.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
72. Lääketieteen pääsykoe 2013
Nesteen virtausta ohuessa putkessa (kuten kapillaariverisuonessa) voidaan kuvata alla olevalla vastinpiirillä.
Kuva: Veren virtaus kapillaarissa kuvattuna vastinpiirillä, jossa tilavuusvirtaus korvataan sähkövirralla, virtausvastus sähkövastuksella ja nesteen paine jännitteellä (katso alla oleva taulukko). (a) Kapillaarin virtausvastusta kuvaa vastinpiirissä sähkövastus. (b) Kuvan a tasavirtapiiriin on lisätty vastus R2 osoittamaan kapillaarin lisääntynyttä virtausvastusta.
a) Kirjoita yhtälö jännitteen muutokselle ΔU, kun virran I halutaan pysyvän samana vastuksen lisäyksestä huolimatta. (2 p.)
b) Verisuonen ahtauma aiheuttaa verenpaineen paikallista nousua, koska sama määrä nestettä pitää saada ahtaammasta suonesta läpi. Tilannetta vastaa kuvan b mukainen tasavirtapiiri, jossa R1 on kanavan normaali virtausvastus ja R2 on ahtaumasta johtuva lisävastus. Vastinvirtapiirille voidaan kirjoittaa:
(1) [[$ \Delta U $]] vastaa [[$ \Delta p $]]
(2) [[$ I $]] vastaa [[$ \Phi = \dfrac {\pi r^4 \Delta p}{8 \eta x}$]]
Kirjoita yhtälö paine-eron muutokselle, kun veren virtauksen pitää pysyä samana ahtaumasta huolimatta. Vastinpiirin merkinnät on elitetty oheisessa taulukossa. (5 p.)
Kuva: Veren virtaus kapillaarissa kuvattuna vastinpiirillä, jossa tilavuusvirtaus korvataan sähkövirralla, virtausvastus sähkövastuksella ja nesteen paine jännitteellä (katso alla oleva taulukko). (a) Kapillaarin virtausvastusta kuvaa vastinpiirissä sähkövastus. (b) Kuvan a tasavirtapiiriin on lisätty vastus R2 osoittamaan kapillaarin lisääntynyttä virtausvastusta.
a) Kirjoita yhtälö jännitteen muutokselle ΔU, kun virran I halutaan pysyvän samana vastuksen lisäyksestä huolimatta. (2 p.)
b) Verisuonen ahtauma aiheuttaa verenpaineen paikallista nousua, koska sama määrä nestettä pitää saada ahtaammasta suonesta läpi. Tilannetta vastaa kuvan b mukainen tasavirtapiiri, jossa R1 on kanavan normaali virtausvastus ja R2 on ahtaumasta johtuva lisävastus. Vastinvirtapiirille voidaan kirjoittaa:
(1) [[$ \Delta U $]] vastaa [[$ \Delta p $]]
(2) [[$ I $]] vastaa [[$ \Phi = \dfrac {\pi r^4 \Delta p}{8 \eta x}$]]
Kirjoita yhtälö paine-eron muutokselle, kun veren virtauksen pitää pysyä samana ahtaumasta huolimatta. Vastinpiirin merkinnät on elitetty oheisessa taulukossa. (5 p.)
72.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
73. YOk2019 Osio 3 #9 - Ledin valotehon säätö (Osio 3 - 20 p.)
Suunnittele ja mitoita aineistojen 9.A ja 9.B avulla kytkentä, jonka avulla ledin valotehoa voidaan säätää portaattomasti.
Aineisto: 9.A Kuva: Kuvat kytkentäkaavioista 9.B Kuva: Cree XLAMP XM-L2 -datalehti
a) Sinulla on käytössäsi ledi, akku ja kaksi vastusta, joista toinen on säädettävä. Valitse kuvassa 9.A esitetyistä kytkentäkaavioista sellainen, jonka avulla ledin valotehoa voidaan säätää portaattomasti. (3 p.)
b) Akun lähdejännite on 4,5 V. Kuvassa 9.B on annettu tietoa käytössä olevasta ledistä. Mitoita kytkennässä olevat vastukset siten, että ledin valotehoa voidaan säätää portaattomasti välillä 150 lm ... 900 lm. (12 p.) Ohje kuvien ja kaavojen liittämiseen
c) Määritä akusta otettava teho, kun ledi valaisee 900 lm:n kirkkaudella. (5 p.)
(V: b) 0,47 Ω ja 5,5 Ω c) 12 W)
Aineisto: 9.A Kuva: Kuvat kytkentäkaavioista 9.B Kuva: Cree XLAMP XM-L2 -datalehti
a) Sinulla on käytössäsi ledi, akku ja kaksi vastusta, joista toinen on säädettävä. Valitse kuvassa 9.A esitetyistä kytkentäkaavioista sellainen, jonka avulla ledin valotehoa voidaan säätää portaattomasti. (3 p.)
b) Akun lähdejännite on 4,5 V. Kuvassa 9.B on annettu tietoa käytössä olevasta ledistä. Mitoita kytkennässä olevat vastukset siten, että ledin valotehoa voidaan säätää portaattomasti välillä 150 lm ... 900 lm. (12 p.) Ohje kuvien ja kaavojen liittämiseen
c) Määritä akusta otettava teho, kun ledi valaisee 900 lm:n kirkkaudella. (5 p.)
(V: b) 0,47 Ω ja 5,5 Ω c) 12 W)
73.
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.