4. Liikettä sähköstä
Miten sähkövirta vaikuttaa kompassiin?
Sähköllä voidaan saada aikaan liikettä. Yksinkertainen keino on käyttää kompassia ja sähköjohdinta. Kompassin neula on kestomagneetti. Sähköjohtimesta taas saadaan virtapiirin avulla sähkömagneetti. Kun virtapiiri suljetaan, meillä onkin kaksi eri magneettia, jotka vaikuttavat heti toisiinsa. Silloin sähkömagneetti (sähköjohdin) pakottaa kestomagneetin (kompassineula) kääntymään voimaviivojensa mukaisesti.
Ensimmäisessä kuvassa kompassin neula on johtimen kanssa yhdensuuntainen. Kun virtapiiri suljetaan, kääntyy neula voimaviivojen mukaisesti. Kun paristo käännetään, muuttuu myös voimaviivojen suunta ja neula kääntyy päinvastaiseen suuntaan.
Tutki ja kokeile
Seuraavassa videossa oppilaat kokeilevat, kuinka sähkövirta vaikuttaa kompassin neulaan.
Mikä on käämi?
Sähköjohtimesta tulee virtapiirissä sähkömagneetti. Mitä enemmän sähköjohdinta kierretään kerälle, sitä voimakkaampi sähkömagneetti siitä tulee. Tätä johdinkerää kutsutaan käämiksi. Sen voimakkuutta voidaan edelleen lisätä, kun johdinkerän sisälle työnnetään esimerkiksi metallipultti. Metallipulttia kutsutaan silloin sähkömagneetin sydämeksi. Sähkömagneetin avulla saadaan aikaan liikettä.
Oppilaat ovat rakentaneet johdinkerästä ja metallipultista tehokkaan sähkömagneetin. Leikkiauton nokkaan he ovat kiinnittäneet kestomagneetin. Kun virtapiiri suljetaan, vaikuttavat magneetit toisiinsa ja auto lähtee liikkeelle. Kestomagneetin tilalla voisi tietenkin olla pala rautaa, mutta tällä tavalla vuorovaikutus on tehokkaampi.
Miten sähkölukko toimii?
Oletko joskus seissyt lukitulla ulko-ovella ja pyytänyt ystävääsi avaamaan oven omasta asunnostaan nappia painamalla? Yleensä kuuluu jonkinlainen suriseva ääni ja lukko aukeaa. Avaaminen onnistuu sähkömagneetin avulla. Kun nappia painetaan, virtapiiri sulkeutuu ja sähkömagneetti vapauttaa lukon teljen. Nyt ovi voidaan aukaista. Kun virtapiiri taas lopuksi avataan, palauttaa metallijousi osat entisille paikoilleen ja ovi lukittuu. Sähkölukonkin liike saadaan siis aikaan sähkömagneetin avulla.
Oven sähkölukko näyttää tavalliselta lukolta, mutta sähköjohdot paljastavat, että lukko sisältää sähkömagneetin.
Miten kaiutin toimii?
Oletko pohtinut, miten kaiuttimesta voi kuulua musiikkia? Myös kaiuttimen sisällä on sähkömagneetti. Se saa kaiuttimen kalvon liikkumaan edestakaisin. Kun virtapiiri suljetaan, vetää sähkömagneetti kalvon kireäksi. Kun virtapiiri taas avataan, pääsee kalvo jälleen löystymään. Kalvon edestakainen värähtely saa aikaan liikettä ilmassa eli ääntä. Kaiuttimen liike on sähkömagneetin ansiota. Kaiuttimessa sähkömagneetin sisällä on kestomagneetti. Se näkyy kuvassa kirkkaana metallilieriönä.
Miten sähkömoottori toimii?
Sähkömagneetin avulla saadaan akseli pyörähtämään. Pyörivä akseli on hyödyllinen monessa laitteessa, kuten tuulettimessa ja pumpussa. Kun virtapiiri suljetaan, hylkii sähkömoottorin sähkömagneetti kestomagneettia. Juuri kun sähkömagneetti on kääntynyt pois kestomagneetista, vaihdetaankin virran suuntaa, jolloin käännös jatkuu ja näin saadaan pyörivää liikettä. Kun sähkövirran suuntaa vaihdetaan koko ajan ja juuri oikealla hetkellä, jatkuu pyöriminen niin kauan kuin sähkövirtakin on päällä. Sähkömoottorinkin liike perustuu siis sähkömagneettiin.
Sähkömoottorin salaisuus piilee kuvassa keltaisena näkyvässä sähkövirran suunnan muuttajassa. Sen ansiosta sähkömagneetin pyörähdys toistuu yhä uudestaan ja uudestaan.
