Soveltavat tehtävät (451–463)

451. Potentiaali virtapiirissä

Jännitelähteeseen on kytketty kaksi vastusta, joista vastuksen 2 resistanssi on 10 ohmia. Jännitelähteen napajännite on 12 V.
  1. Johda lauseke, jonka avulla lasketaan potentiaalin arvo pisteessä A.
  2. Kuinka suuri on vastuksen 1 resistanssi, kun potentiaali pisteessä A on 2,5 V?
  3. Kuinka suuri on vastuksen 1 resistanssi, kun potentiaali pisteessä A on likimain 0 V?

453. Paristoja ja vastus

Virtapiirissä on kolme paristoa, joiden lähdejännite on 1,50 V ja sisäinen resistanssi 1,2 ohmia. Paristot kytkettiin sarjaan, jolloin niiden vastakkaiset navat liitettiin toisiinsa. Ensimmäisen ja kolmannen pariston väliin kytkettiin vastus, jonka resistanssi on [[$R$]].

  1. Piirrä tilanteen kytkentäkaavio. 
  2. Kuinka suuria ovat vastuksen läpi kulkevan sähkövirran suuruus ja napajännite, kun [[$R=6{,}5 \ \Omega$]]?
  3. Mikä on paristoihin liitettävän resistanssin [[$R$]] oltava, jotta paristojen yhteen laskettu napajännite on kolmen desimaalin tarkkuudella sama kuin niiden yhteenlaskettu lähdejännite? Vihje: napajännite on 4.495V

454. Virtapiirisimulaatio

Aineistossa on virtapiirisimulaatio, jossa voit muuttaa säädettävän jännitelähteen jännitettä. Simulaatio määrittää kytkentäkaavion mukaisten jännite- ja virtamittarien lukemat. Jännitelähteen sisäinen resistanssi on hyvin pieni. Avaa simulaatio ja määritä perustellen kohdissa a–c kysytyt suureet.

Aineisto:
Laskentataulukko: Virtapiirin_simulaatio.ods (LibreOffice)

  1. Vastuksen resistanssin [[$ R_2$]] suuruus
  2. Pariston tuntematon jännite [[$ U_{\text {x}}$]]
  3. Vastuksen resistanssin [[$ R_1$]] suuruus

455. Akun sisäinen resistanssi

Akun napajännitteeksi mitataan 22,5 V, kun akusta otetaan 1,35 A:n sähkövirta. Kun otettava sähkövirta on 1,80 A, mitataan napajännitteeksi 21,9 V. Määritä akun sisäinen resistanssi ja lähdejännite.

456. Sisäisen resistanssin simulaatio

Paristoon kytkettiin säädettävä vastus pariston sisäisen resistanssin määrittämiseksi. Tiedostossa on simulaatio, jossa voit muuttaa vastuksen resistanssia. Simulaatio kertoo pariston napajännitteen ja paristosta lähtevän sähkövirran suuruudet.

Aineisto:
Laskentataulukko: Sisainen_resistanssi_simulaatio.ods (LibreOffice)

  1. Hyödynnä simulaatiota ja piirrä kuvaaja, jossa pariston napajännite on esitetty sähkövirran funktiona.
  2. Määritä pariston sisäinen resistanssi, lähdejännite ja oikosulkuvirta.

457. Pariston oikosulkuvirta

9 voltin paristossa oli merkintä 620 mAh. Käyttämättömän irrallisen pariston napajännitteeksi mitattiin 9,506 V. Kun paristoon kytkettiin 4 750 Ω:n vastus, napajännitteeksi mitattiin 9,502 V.

  1. Laske pariston oikosulkuvirta.
  2. Kuinka nopeasti paristo tyhjenee, jos se kytketään oikosulkuun?

458. Keittiölaitteiden samanaikainen käyttö

Keittiön laitteilla on seuraavat tehot: leivänpaahdin 750 W, kahvinkeitin 1 200 W ja mikroaaltouuni 850 W. Laitteita kytketään rinnan 230 voltin verkkojännitteeseen, joka vastaa 230 voltin tasajännitettä. Sähkövirta kulkee 10 A:n sulakkeen kautta. Mitä näistä kolmesta laitteesta on mahdollista käyttää yhtä aikaa?

459. Hehkulampun resistanssi

Irrallisen 40 W:n hehkulampun resistanssiksi mitataan yleismittarilla 110 Ω​. Lampun käyttöjännite on 230 V. Miksi resistanssi muuttuu lamppua käytettäessä, ja kuinka suuri se on, jos 40 W:n teho toteutuu?

461. Sähkölaite eri sähköverkoissa

  1. Ohessa on Suomessa käytettäväksi suunnitellun valaisimen tietokilpi. Mitä tapahtuu, jos laite kytketään Yhdysvaltain sähköverkkoon, jossa tehollinen jännite on 120 V?
  2. Mitä tapahtuisi kytkettäessä Suomen sähköverkkoon laite, joka on suunniteltu käytettäväksi Yhdysvalloissa?

462. Hukkateho siirtolinjoissa

Kuva Hyvinkäältä 7.8.2015Outokummun Tornion terästehdas on Suomen suurin yksittäinen sähkönkäyttäjä. Sen tehonkulutus on noin 400 MW. Tehtaan käyttämä sähkö siirretään 400 kV:n korkeajännitelinjaa pitkin noin 40 kilometrin päästä Kemijoen vesivoimaloilta. Linja koostuu kuudesta rinnakkaisesta alumiinikaapelista, joiden säde on 2,5 cm.

  1. Laske siirtojohtojen resistanssin takia hukkaan menevä teho.
  2. Keksi mahdollisimman monta eri tapaa pienentää hukkaan menevän tehon määrää.

463. Aurinkokennon simulaatio

Aurinkokenno tuottaa virtapiiriin pienen vakiojännitteen. Jännitteen suurentamiseksi virtapiirissä on säädettävä jännitelähde, jonka arvo muutetaan sopivan kokoiseksi. Virtapiirissä on kaksi vastusta, [[$R_1$]] ja [[$R_2$]]. Vastuksen 1 resistanssi on [[$55 \ \Omega$]]. Vastuksen 2 resistanssia ei tunneta. Voit tutkia virtapiirin toimintaa simulaatiossa, jossa on mahdollista muuttaa säädettävän jännitelähteen suuruutta.

Aineisto:
Laskentataulukko: Aurinkokenno_simulaatio.ods (LibreOffice)

  1. Kuinka suuren jännitteen aurinkokenno tuottaa?
  2. Kuinka suuri on vastuksen [[$R_2$]] resistanssi?
  3. Johda lauseke, josta saadaan selville vastuksen [[$R_2$]] teho, jossa mitattavana suureena on virtapiirissä kulkeva sähkövirta [[$I$]], muuttujana säädettävän jännitelähteen suuruus [[$U_S$]] ja vakiosuureina aurinkokennon jännite [[$U_K$]] ja vastuksen 1 resistanssi [[$R_1$]].
  4. Kuinka suuri on säädettävän jännitelähteen napajännite, jotta vastuksen 2 teho on 75 mW?

Piirin potentiaalin mittaus

Tee kuvan mukainen kytkentä. Valitse vastukset niin, että kaikkien resistanssit eivät ole yhtä suuret. Valitse lyhyet ja hyväkuntoiset johtimet, jolloin niiden resistanssi on vähäinen. Jos mitattavat jännitteet ovat nollassa, jokin johtimista tai vastuksista on rikki eikä virta kulje.

1) Mittaa pariston ja vastusten jännitteet U1...U4. Mitä huomaat niiden suhteista toisiinsa?

2) Millainen on yleisessä muodossa Kirchhoffin toinen laki? Miten se ilmenee kytkennässäsi?

3) Piirrä piirin potentiaalin kuvaaja. Nollapotentiaaliksi voidaan valita pariston miinusnapa. Jännite ilmaisee potentiaalin muutoksen kahden pisteen välillä.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.