28. Sähkölaitteet tarvitsevat sähkövirtaa toimiakseen

Johdanto


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

Sähköturvallisuustesti

Tarkasta oma osaamisesi taso liittyen sähköturvallisuuteen. Tee testi uudelleen, kun olet lukenut kappaleen ja tehnyt tehtävät.

Tiivistelmä - Sähkövirta

Sähkölaitteiden käyttäminen on turvallista, kun noudatetaan laitteiden turvallisuus- ja käyttöohjeita. Esimerkiksi sähkölaitteita ei saa käyttää märissä olosuhteissa verkkovirtaan kytkettynä. Rikkinäistä sähkölaitetta ei saisi käyttää eikä korjata itse. Jokaisella on oikeus tehdä pieniä sähkötöitä kotonaan.

Virtapiiri on suljettu, kun se muodostaa yhtenäisen reitin jännitelähteen plus-navalta miinus-navalle. Vain suljetussa virtapiirissä kulkee sähkövirta. Kun virtapiiristä tulee avoin, siinä ei kulje enää sähkövirtaa. Tällöin virtapiirissä ei ole yhtenäistä reittiä navalta toiselle.

Kytkentäkaavion avulla voidaan tarkastella sähkölaitteen toimintaa. Kaavio on malli sähkölaitteesta, jossa käytetään piirrosmerkkejä kuvaamaan eri komponentteja.

Sähkövirran tunnus on I ja yksikkö on ampeeri, 1 A. Sähkövirtaa mitataan virtamittarilla eli ampeerimittarilla. Mittari kytketään sarjaan eli peräkkäin virtapiiriin.

Sulake on virtapiirin heikoin kohta, joka rikkoutuu, kun virtapiiriin jostain syystä muodostuu ylisuuri sähkövirta. Tällöin sulake rikkoutuu ja virtapiiristä tulee avoin, jolloin sähkövirran kulku katkeaa. Kotitalouksissa on useita eri rinnakkain olevia virtapiirejä, joissa jokaisessa on oma sulakkeensa.

Ainetta, joka johtaa hyvin sähköä, sanotaan johteeksi. Esimerkiksi metallit ovat hyviä johteita. Eriste on aine, joka ei johda hyvin sähköä. Eristeitä ovat esimerkiksi kumi ja lasi. Aineita, joilla on molempien edellä mainittujen aineiden ominaisuuksia, sanotaan puolijohteiksi. Tunnetuin puolijohde on pii, jota käytetään elektroniikassa.

Sähkövirta ja sähkölaitteet

Laitat aamulla mikroaaltouunin päälle kytkimestä, jolloin uuni alkaa toimia ja aamupalaksesi valitsemasi riisipiirakka alkaa lämmetä. Käännät vedenkeittimen kytkimen toiseen asentoon, jolloin vesi alkaa lämmentä 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.

Sähkölaitteiden turvallinen käyttö

Sähkölaitteiden käyttöön liittyy monia turvallisuusasioita. On esimerkiksi vaarallista kytkeä rikkinäinen sähkölaite pistorasiaan. Suihkussa tai kylvyssä ollessa ei saa käyttää sähkölaitetta. Rikkoutuneen sähkölaitteen korjauksen saavat tehdä vain rekisteröidyt sähköalan ammattilaiset. Jos sähkölaitetta käytetään tai se korjataan väärin, saatetaan laitteen käyttäjä alttiiksi sähköiskulle. Ihmiselle hengenvaarallinen sähkövirran suuruus on noin 50 mA. Sähköisku voi aiheuttaa myös palovaaran. Sähköpalon sattuessa paloa ei saa sammuttaa vedellä, vaan se pitää sammuttaa esimerkiksi vaahtosammuttimella. Virtapiirin oikosulkeminen on vaarallista. Tällöin virtapiirissä kulkee suurin mahdollinen sähkövirta, joka voi aiheuttaa tulipalon. Pariston oikosulun tapauksessa muodostuva sähkövirta saa esimerkiksi teräsvillan syttymään tuleen.


Teräsvilla on ohutsäikeistä metallia. Kun se asetetaan pariston napojen välille, syntyy oikosulkukytkentä, jonka sähkövirta on niin suuri, että se sytyttää teräsvillan tuleen.


fysiikka_sähkövaara.png

Sinulla on oikeus tiettyihin kodin pieniin sähkötöihin, mikäli osaat tehdä työn.

Sinä saat esimerkiksi
  • vaihtaa rikkoutuneen sulakkeen, lampun, liitäntäjohdon tai pistotulpan uuteen

  • kääntää automaattisulakkeen toiminta-asentoon

  • kytkeä valaisimen valaisinliittimeen eli sokeripalaan tai valaisinpistorasiaan

  • tehdä tai korjata jatkojohdon

  • vaihtaa tai korjata liitäntäjohdon

  • poistaa jännitteettömän pistorasian kannen tapetoinnin tai maalauksen ajaksi

  • asentaa suojajännitteellisen laitteiston

  • koota ja korjata esimerkiksi elektroniikan rakennussarjan


Kannattaa huomata, että edellä mainittujen töiden tekijänä olet vastuussa tekemistäsi sähkötöistä. Lisää sähköturvallisuuteen liittyvistä asioista voit lukea Turvatekniikan keskuksen (TUKES) Kodin sähköturvallisuusoppaasta.

Virtapiiri

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.


eFy9_AvoinJaSuljettuVirtapiiri-800x600.png
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.

eFy9_taskulampun-virtapiiri-800x600.png
Taskulampun virtapiiri.


eFy9_kahvinkeittimen-virtapiiri-800x600.png
Kahvinkeittimen virtapiiri on hieman monimutkaisempi kuin taskulampun.


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


erilaisia-pistotulppia-ja-pistorasioita-800x600.png
Sähkölaitteissa on erilaisia pistotulppia. Ne voidaan kytkeä vain tietynlaisiin pistorasioihin. Pistotulppaa ei esimerkiksi saa vuolla, että se sopisi vääränlaiseen pistorasiaan.

Sähkövirtaa mitataan virtamittarilla

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.

eFy9_28-todellinen-kytkenta-ja-kytkentakaavio-800x600.png 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.

IMG_6179.JPG
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.

IMG_6190.JPG
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 1000, koska mitta-asteikon suurimman lukeman 100 pitää vastata mitta-asteikon suurinta arvoa 0,1.

AnalogisetKaksiAsteikkoa.png
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.

IMG_6173.JPG
Digitaalinen mittari, jossa valitsimella on valittu mittaamaan tasavirtaa.

Lamppujen sarjaan- ja rinnankytkentä

Tarkastellaan pariston ja kahden lampun välisiä kytkentöjä. Kun virtapiirissä on pariston kanssa yksi lamppu, mitataan sähkövirran suuruudeksi 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.


eFy9_28-lamput-sarjassa-800x600.png
Kuvassa on kaksi lamppua kytketty sarjaan pariston kanssa. Lamput on kytketty peräkkäin sarjaankytkennässä.

eFy9_28-lamput-rinnan-600x800.png
Kuvassa on kaksi lamppua kytketty rinnan pariston kanssa. Johdin haarautuu rinnankytkennässä.

Sulake on virtapiirin heikoin kohta

Sulakkeen tehtävä on turvata sähkölaitteen käyttäjää sekä estää sähköjohtojen ylikuumeneminen sähkölaitteen vikatilanteessa tai ylikuormituksen takia. Sulakkeen palaessa virtapiiristä tulee avoin, jolloin sähkövirran kulku virtapiirissä katkeaa.

Tulppasulakkeessa keraamisen ulkokuoren sisällä on yleensä hiekkaa ja ohut metallilanka. Metallilanka palaa poikki, jos sulakkeen läpi kulkeva virta kasvaa yli sulakkeen nimellisvirran. Nykyisin käytetään myös automaattisulakkeita, joita ei tarvitse vaihtaa sulakkeen palaessa. Automaattisulakkeen palaessa kytkimen asento vaihdetaan takaisin toiminta-asentoon.

eFy9_SulakkeetUusiJaVanha_Shutterstock.jpg
Kotitalouksissa käytetään niin vanhempia tulppa- kuin uudempia automaattisulakkeita.


Kodin virtapiiriin kytketään laitteita rinnan. Jos laitteita kytketään liikaa samaan virtapiiriin tai laitteiden teho on liian suuri, sulake palaa ja virtapiiristä tulee avoin, jolloin sähkövirran kulku katkeaa.

Kotitaloudessa sähkölaitteet kytketään rinnan

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.


eFy9_28-kodin-virtapiiri-600x800.png
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

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.

shutterstock_117904825_p.jpg
Sähköjohdon ulkokuori on tehty sähköä eristävästä muovista. Sähköjohdon sisällä voi olla useita eri värein päällystettyjä kuparijohtoja. Väreillä on omat
merkityksensä.

Avainsanat

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

virtapiiri: Muodostuu jännitelähteestä ja muista komponenteista.

komponentti: 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, 10 A, 16 A tai 20 A 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.

Navigointi