Johdantovideon pohdintaa:

Kuvaajista huomataan, että sähkövirta ja jännite kasvavat samassa suhteessa oli ne ovat suoraanverrannollisia. Kyseisen suoran kulmakerroin on johtimen resistanssin suuruus. Mitä jyrkempi suora on, sitä suurempi on johtimen resistanssi.


Videolla esiintynyt kuvaaja.

Resistanssiin vaikuttavat:

1. johtimen pituus (pidemmällä on suurempi resistanssi)

2. johtimen paksuus eli poikkipinta-ala (ohuemmalla on suurempi resistanssi)

3. johdinaine (eri aineilla on erilainen kyky vastustaa sähkövirtaa).


Esimerkki 1

Ohmin lain käytön harjoittelua. Perustehtävä, jossa on jännite tuntemattomana. Esimerkin muistuttaa tehtävän ratkaisun rakenteen: tietojen poimimisen, lausekkeiden ja yksiköiden käytön sekä kirjallisen vastauksen antamisen.

Esimerkki 2

Harjoitellaan sähkövirran matemaattista ratkaisua Ohmin laista.

Seuraava huomio niille oppilaille, jotka sanovat, että onhan tietokone kytketty 230 voltin verkkojännitteeseen. Kannettavissa tietokoneissa on käytössä muuntajat, jotka muuntavat 230 voltin jännitteen laitteelle sopivaksi. Siksi tehtävässä ei ole ilmoitettu 230 voltin jännitettä (muuntajan INPUT) vaan laitteen tarvitsema 21 voltin jännite (muuntajan OUTPUT).

Esimerkki 3

Harjoitellaan resistanssin matemaattista ratkaisua Ohmin laista.

PHET-video: Ohmin laki

http://phet.colorado.edu/sims/ohms-law/ohms-law_fi.html

Videolla tarkoitus selventää: Kun jännitettä pienennetään, virta pienenee ja päinvastoin. Resistanssi on vakio. Kun resistanssia pienennetään, sähkövirta suurenee ja päinvastoin. Jännite pysyy samana.


PHET-video: Patteri-vastus virtapiiri

Videon tarkoitus on havainnollistaa toisella tavalla sähkövirtaan vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi havainnollistetaan lämpötilan muutosta, kun sähkövirta muuttuu. Vastuksen lämpötila kasvoi, kun jännitettä kasvatettiin tai kun resistanssia pienennettiin. Kun jännite muuttui negatiiviseksi eli kun paristo käännettiin toisinpäin, muuttui sähkövirran suuntakin. HUOM! Videolla on esitetty vain elektronien liike johtimessa. Sähkövirran suunta on niiden liikkeelle vastakkainen.

Samaa videota voidaan osin sellaisenaan käyttää myös sähkölieden toiminnan havainnollistamisessa. Kun resistanssia muutetaan eli kun sähkölieden levyjen säätimen asentoa muutetaan, muuttuu vastuksen lämpötila. Ero todelliseen tilanteeseen on se, että pariston tilalle pitäisi olla verkkojännite 230V.


Video: Laskimen käyttö kokonaisresistanssi laskemiseksi rinnakytkennässä.

Usein rinnakytkettyjen vastusten kokonaisresistanssin laskeminen on vaikeaa oppilaalle. Video opastaa, miten laskinta hyödyntäen sen saa lasketuksi.


Malli opetukseen:

Opetuksessa voi käyttää apuna seuraavaa mallia sarjaan- ja rinnankytkentään. Mallina voisi käyttää tunnelia ( = vastus), jossa ruuhka-aikaan kulkee paljon ihmisiä ( = elektroni). Sarjaankytkentää koskien: Peräkkäin olevat tunnelit ( = vastukset) hidastavat ihmisten ( = elektronien) liikkumista, koska ne rajoittavat liikettä. Rinnankytkentää koskien: Kun on käytössä useampia tunneleita ( = vastus), missä ihmiset ( = elektronit) voivat edetä, pääsee liikkumaan helpommin.


Esimerkit 4 ja 5

Esimerkeissä havainnollistetaan sarjaan- ja rinnankytkettyjen vastusten kokonaisresistanssin laskemista sekä, miten sarjaan- rinnakytkennät vaikuttavat virtapiirin sähkövirtaan.

Yhteenvetokuvat eri kytkennöistä.

Huomioita yhteenvedoista:

Koska vastukset ovat samansuuruiset kuin vertailuvirtapiirissä, samojen vastusten sarjaan- rinnankytkentöjen kokonaissähkövirrat voi myös päätellä. Sarjaankytkennässä resistanssi kaksikertaistuu, jolloin sähkövirta puolittuu. Rinnankytkennässä resistanssi on puolet vertailuvirtapiirin resistanssista, joten sähkövirta on kaksi kertaa suurempi.


Video - vastusten sarjaan- ja rinnankytkentä sähköliedessä

Muutos johtuu vastuksen suuruuden muutoksesta. Mitä suurempi vastus sitä pienempi sähkövirta ja pienempi lämpötila.


Virtapiirin rakentuminen - opastusvideo

Samasta virtapiiristä voidaan piirtää monta erilaista kytkentäkaaviota. Videolla näytetään rinnankytkentään liittyen yhtäläisyys. http://youtu.be/GxnvszxQUVI.


Luvun tavoitteena on:

- resistanssin käsite
- resistanssi määrittäminen kokeellisesti
- Ohmin laki laskut
- kokonaisresistanssin laskeminen ja määrittäminen vastusten sarjaan- ja rinnakytkennöissä
- johtimen resistanssiin vaikuttavat tekijät

Arvio luvun käsittelyyn kuluvasta ajasta: 3-4 oppituntia