Luku 29: Jännite on pariston kyky tuottaa sähkövirtaa
I Taustatietoa lukuihin
Johdantovideon pohdintaa:
Videolla tuodaan esille jännitteen vaikutus sähkövirran suuruuteen. Se osoitetaan oppilaillekin tutulla tavalla eli taskulamppuun vaihdetaan uudemmat paristot, jolloin lamppu palaa kirkkaammin. Videota voidaan käyttää myös osoittamaan energian muuntuminen taskulampussa. Pariston kemiallinen energia muuntuu valo- ja lämpöenergiaksi.
Laskuesimerkki 1 - paristojen kytkentöjä
Esimerkin on tarkoitus selventää paristojen kytkentöjen kokonaisjännitteen laskemista.
Luvun tavoitteena on:
- jännitteen käsite
- jännitemittarin käyttö
- kokonaisjännitteen laskeminen ja määrittäminen paristojen sarjaan- ja rinnakytkennöissä
Arvio luvun käsittelyyn kuluvasta ajasta: 2-3 oppituntia
II Kokeellisuus
TYÖ 1 - jännitteen mittaus
Työn tarkoituksena on mittarin eri asteikkojen käytön harjoittelua sekä kytkentäkaavion tulkintaa.
Miten jännite mitataan?
Mittari pitää kytkeä rinnan mitattavan kohteen kanssa. Toinen johtimista kytketään mustaan nollaliittimeen ja toinen johtimista kytketään punaiseen liittimeen sopivan asteikon mukaan.
TYÖ 2 - paristojen sarjaan- ja rinnankytkentä
1. mittaus: kaksi paristoa sarjassa
jännite:
Jännite on kaksi kertaa yhden pariston jännite.
2. mittaus: kolme paristoa sarjassa
jännite:
Jännite on kolme kertaa yhden pariston jännite.
3. mittaus: kaksi paristoa rinnan
jännite:
Jännite on suunnilleen sama kuin yhden pariston jännite.
4. mittaus: kolme paristoa rinnan
jännite:
Jännite suunnilleen sama kuin yhden pariston jännite.
Miten sarjaankytkentä vaikuttaa jännitteeseen?
Sarjaankytkentä kasvattaa jännitettä.
Miten rinnankytkentä vaikuttaa jännitteeseen?
Rinnankytkentä ei kasvata jännitettä. Hyöty mikä saadaan rinnankytkennästä on se, että kemiallisen energian määrä kasvaa, jolloin laitetta voidaan käyttää pidempään.
Milloin sähkölaitteessa on käytettävä sarjaankytkentää ja milloin rinnankytkentää?
Jos halutaan kasvattaa jännitettä ja sitä myöden sähkövirran suuruutta, niin silloin käytetään sarjaankytkentää. Jos tarvitaan pidempi käyttöaika laitteelle, niin silloin käytetään rinnankytkentää. Sarjaan- ja rinnankytkentöjä voidaan myös yhdistää, esimerkiksi liitetään kolme sarjaankytkettyä paristoa rinnan toisen kolmen sarjaankytketyn pariston kanssa.
Sarjaan- ja rinnankytkentä yhdistettynä.
TYÖ 3 - jännitehäviö lampuissa on yhtä suuri kuin pariston jännite
a)
paristo:
Esim. 4,5 V
Jännite yhden lampun yli:
Esim. 2,2 V
Jännite kahden lampun yli:
Esim. 4,5 V
Vertaile pariston jännitettä ja lamppujen jännitteitä toisiinsa. Mitä havaitset?
Yhden lampun yli jännite on noin puolet pariston jännitteestä. Kahden sarjassa olevan lampun yli mitattu jännite on suunnilleen sama kuin pariston jännite.
b) Tee kuvan mukainen kytkentä. Merkitse ylös pariston jännite.
paristo:
Esim. 4,5 V
Mittaa samasta kytkennästä jännite lamppujen yli.
Jännite yhden lampun yli:
Esim. 4,5 V
Jännite kahden lampun yli:
Esim. 4,5 V eli suunnilleen sama kuin yhden lampun yli.
Vertaile pariston jännitettä ja lamppujen jännitteitä toisiinsa. Mitä havaitset?
Jännitteet ovat kaikissa kohdissa samat.
III Tehtävien vastaukset
29A. Tarkista tietosi
1. Jännitteen tunnus on
b) U
2. Jännitteen yksikkö on
d) voltti
3. Mittari, jolla mitataan jännitteen suuruutta, on
b) volttimittari
4. Jännitteen mittaus tapahtuu siten, että jännitettä mittaava mittari kytketään virtapiiriin
a) rinnankytkennällä
5. Pariston jännite on
b) tasajännitettä
6. Virtapiirissä olevan sähkövirran aiheuttaa
b) jännite
7. Sormipariston jännite on
c) 1,5 V
8. Suurimman käyttöjännitteen tarvitsee
b) sähköliesi
9. Kuvan paristot ovat kaikki samanlaisia 1,5 V:n paristoja. Kuvan jännitemittarin näyttää lukemaa
a) 4,5 V
10. Kuvan paristot ovat kaikki samanlaisia 1,5 V:n paristoja. Kuvan jännitemittarin näyttää lukemaa
c) 1,5 V
29B. Täydennä lauseet
Paristo on esimerkki jännitelähteestä|Jännitelähteestä, joka tuottaa sähkövirran virtapiiriin. Jos 1,5 voltin jännite tuottaa virtapiiriin 25 milliampeerin sähkövirran, niin silloin 3,0 voltin jännite tuottaa samaan virtapiiriin 50 milliampeerin sähkövirran. Siten voidaan todeta, että mitä suurempi jännite on virtapiirissä, sitä suurempi on myös sähkövirta|Sähkövirta|virta|Virta.
Paristojen jännite on tasajännitettä|Tasajännitettä, joten ne tuottavat virtapiirin tasavirtaa, DC. Pistorasian jännite on vaihtojännitettä|Vaihtojännitettä ja se tuottaa vaihtovirtaa, AC. Tavallisen sormipariston jännite on 1,5 volttia. Paristoissa jännitteen saa aikaiseksi kemiallinen|Kemiallinen reaktio.
Jännitteen yksikkö voltti|Voltti. Sen tunnus on U. Jännitettä mitataan jännitemittarilla|Jännitemittarilla, jonka kytkentätapa on rinnankytkentä.
29C. Sanaristikko
vaakaan:
1. sarjaankytkentä: Kytkentätapa, joka kasvattaa kokonaisjännitettä
3. rinnankytkentä: Jännitemittarin kytkentätapa
4. vaihtojännite: Verkkojännite on sellaista.
5. sormiparisto: Sen jännite on 1,5 volttia
6. volttimittari: Mittari, jolla mitataan jännitettä.
7. vaihtovirta: Verkkojännitteen tuottama virta on sellaista
10. tasavirta: Paristojen tuottama virta on sellaista
11. jännitelähde: Esimerkiksi akku ja paristo ovat sellaisia.
13. voltti: Jännitteen yksikkö
pystyyn:
2. jännitemittari: Mittari, jolla mitataan jännitettä.
8. tasajännite: Pariston jännite on sellaista.
9. AC: vaihtovirta
12. DC: tasavirta
29D. Onko jännitettä?
Näyttääkö jännitemittari jotain lukemaa kuvan tilanteessa?
a) ei
b) kyllä
c) ei
Huomioita: a-c kohdat: jännitemittarin tulee olla kytkettynä paristoon, jotta se näyttäisi lukemaa. a-kohdassa katkaisija on auki, joten mittari ei näytä mitään lukemaa. c-kohdassa ei ole jännitelähdettä, joten ei ole mitään lukemaa.
d) kyllä
e) kyllä
Huomioita: d- ja e-kohdat: vaikka piiri on avoin, niin silti mittari näyttää lukemaa. Mittari on molemmissa kohdissa kytketty suoraan pariston napoihin.
29E. Paristot sarjassa vai rinnan?
Tehtävän tarkoituksena on harjoitella sarjaan- ja rinnankytkettyjen jännitelähteiden tunnistamista.
a) rinnan
b) sarjaan
c) sarjaan
d) sarjaan
e) rinnan
29F. Mikä on kokonaisjännite - 1
Tehtävän tarkoituksena on harjoitella kokonaisjännitteen määrittämistä sarjaan- ja rinnankytkennöissä. Kaikki paristot ovat 1,5 voltin sormiparistoja.
a) 1,5 V
b) 3,0 V
c) 6,0 V
d) 4,5 V
e) 1,5 V
29G. Mikä on kokonaisjännite - 2
Kaikki paristot ovat 1,5 voltin sormiparistoja.
a) 1,5 V
Eripäinkytketty paristo vähentää kokonaisjännitettä: 1,5 V + 1,5 V - 1,5 V = 1,5 V
b) 3,0 V
c) 3,0 V
d) 6,0 V
e) 4,5 V
Tehtävän tarkoituksena on harjoitella sarjaan- ja rinnankytkettyjen jännitelähteiden kokonaisjännitteen laskemista. Haastavampia kytkentöjä kuin edellisessä tehtävässä.
29H. Mikä on kokonaisjännite - 3
Vertailupiirin jännitemittarin lukema on 9,0 V.
a) Jännitemittarin lukema on 3,0 V
Jännitemittarin lukema on 3,0 V.
b) Jännitemittarin lukema on 6,0 V.
c) Jännitemittarin lukema on 9,0 V.
d) Jännitemittarin lukema on 12,0 V.
Tehtävän voi laskea seuraavasti: kokonaisjännite on 2 · 9,0 V = 18 V. Siten jännite yhden lampun yli on 18 V : 3 = 6,0 V. Kahden lampun yli jännite on 2 · 6,0 V = 12,0 V.
e) Jännitemittarin lukema on 18,0 V.
Tehtävän tarkoituksena on harjoitella tietoa, että virtapiirin komponenteissa tapahtuvien jännitehäviöiden summa on jännitelähteen jännite.
29I. Vastaa kuvan perusteella
a) n. 1,1 V
b) n. 3,95 V
c) n. 4,5 V
d) Miten kyseiset jännitteet on muodostettu paristojen avulla?
29J. Mikä lamppu palaa kirkkaimmin?
Asteikossa 1 on kirkkain ja 3 himmein.
vastaus:
29K. Ota selvää - 1
Tutki kotoasi löytyviä paristokäyttöisiä laitteita. Minkälaisia paristojen kytkentöjä ja jännitteitä niistä löytyy?
Esim. kaukosäätimet, herätyskellot, seinäkellot, lämpömittarit, langattomat kuulokkeet, lasten lelut, laskimet, palohälyttimet jne. Jännitteet vaihtelevat 1,5 voltista 9 volttiin. Laitteissa käytetään sekä sarjaan- että rinnankytkentöjä.
29L. Ota selvää - 2
Selvitä, missä koulussasi on paristojen ja akkujen kierrätyspiste. Hae internettiä apunasi käyttäen tietoa, minne käytetyt paristot ja akut toimitetaan kierrätyspisteestä.
Jokaisessa koulussa pitäisi olla paristojenkeräyspiste. Jos sitä ei ole, sellaisen voi helposti perustaa. Valmistakaa tunnilla kyltti koulun palautuspistettä varten. Tiedottakaa koulun oppilaita ja opettajia paristojen akkujen palautuspisteen olemassa olosta.
Lisätietoa esim.
http://www.kierratys.info/laji_paristot.php
29M. Ota selvää - 3
Tutustu internettiä apunasi käyttäen muiden maiden verkkojännitteiden suuruuksiin. Miten sähkölaitteesta voi tunnistaa, että sitä ei voi käyttää Suomessa?
Esimerkiksi osoite:
http://fi.wikipedia.org/wiki/Verkkovirta
Maissa, joissa on erilainen verkkojännite, eroaa sähkölaitteiden pistotulpat toisistaan. Laitteen pistotulppa ei sovi Suomessa käytettäviin pistorasioihin.