TYÖ 1 - Ohmin laki

a) Tee kuvan mukainen kytkentä. Muuta säädettävän jännitelähteen jännitettä opettajan antamien ohjeiden mukaisesti. Merkitse ylös jännitteen ja sitä vastaavan sähkövirran suuruus. Käytä annettua taulukkoa. Piirrä lukuarvoista jännite-sähkövirta -kuvaaja.

Kuvaajan piirto-ohje (tietokone)

1. Avaa taulukkolaskentaohjelma. Tämä ohjeistus on tehty Exceliä käyttäen.
2. Kopioi työssä mittaamasi arvot kahteen eri taulukkolaskennan sarakkeeseen. Kirjoita sähkövirran arvot vasemmanpuoleiseen ja jännite oikeanpuoleiseen sarakkeeseen. Valitse sen jälkeen kyseiset arvot maalaamalla ne.
3. Lisää kaavio (Tässä tapauksessa paras vaihtoehto on: Piste (XY) ja sieltä Piste).
4. Nimeä kuvaaja: vastuksen resistanssi.
5. Nimeä akselit valitsemalla kuvaaja ja sitten ylävalikosta Rakenne. Valitse sieltä Lisää kaavion osa ja sen pudotusvalikosta Akselien otsikot. Valitse vaaka- ja pystyakselien otsikot näkyviksi.
6. Nimeä vaaka-akseli sähkövirta/A ja pystyakseli jännite/V.
7. Lisää trendiviiva, joka kulkee pisteiden kautta valitsemalla jokin pisteistä ja valitsemalla oikealla hiiren näppäimelle Lisää trendiviiva…, joka on lineaarinen. Lisää valinta Näytä kaava kaaviossa.

Kuvaajan piirto-ohje (tablet-laite)

1. Avaa taulukkolaskentaohjelma. Tämä ohjeistus on tehty iPadin Excel-sovelmaa käyttäen.
2. Kopioi työssä mittaamasi arvot kahteen eri taulukkolaskennan sarakkeeseen. Kirjoita sähkövirran arvot vasemmanpuoleiseen ja jännite oikeanpuoleiseen sarakkeeseen. Valitse sen jälkeen kyseiset arvot maalaamalla ne.
3. Valitse Lisää ja sieltä Kaaviot (Tässä tapauksessa paras vaihtoehto on: Piste ja sieltä kuvaajan malli, jossa on vain pisteitä.)
4. Nimeä kuvaaja: vastuksen resistanssi.
5. Nimeä akselit valitsemalla kuvaaja ja sitten ylävalikosta Elementit. Valitse sieltä Akseleiden otsikot. Valitse molempien akseleiden otsikot näkyville.
6. Nimeä vaaka-akseli sähkövirta/A ja pystyakseli jännite/V.
7. Lisää suuntaviiva (vastaa trendiviivaa) Elementeistä, joka on lineaarinen.
8. Ota ruutukaappaus, jossa näkyy kuvaaja. Palauta kuvaaja tehtävän ohjeissa ilmoitettuun palautuskansioon.

Hehkulampun resistanssin osalta toimi muuten samoin, mutta nimeä kuvaaja hehkulampun resistanssiksi. Käytä suuntaviivana eksponentiaalista mallia.


Mitä voit huomata viimeisen sarakkeen lukuarvoista?

Jännitteen ja sähkövirran suhde pysyy likimain samana. Kyseinen arvo on vastuksen resistanssi. Kuvaajan voi piirtää esimerkiksi paperille tai käyttää taulukkolaskentaohjelmaa. Kuvaaja kannattaa lisätä esimerkiksi OmaTilan oppimispäiväkirjaan.

Kuvaaja voi olla esimerkiksi tällainen:



Mitä voit havaita kuvaajasta?
Mittapisteet muodostavat (miltei) suoran eli johtimessa sähkövirta ja jännite ovat keskenään suoraanverrannollisia. Suoran kulmakerroin on vastuksen resistanssin arvo.

b) Tee kuvan mukainen kytkentä. Muuta säädettävän jännitelähteen jännitettä opettajan antamien ohjeiden mukaisesti. Merkitse ylös jännitteen ja sitä vastaavan sähkövirran suuruus. Käytä annettua taulukkoa. Piirrä lukuarvoista sähkövirta-jännitehäviö kuvaaja.

Toimi lampun kuvaajan osalta samoin, mutta nimeä kuvaaja hehkulampun resistanssiksi. Käytä trendiviivana eksponentiaalista mallia.

Kuvaaja voi olla esimerkiksi tällainen:



Miten a- b-kohtien kuvaajat eroavat toisistaan?
Jakolaskun vastaukset eivät olekaan enää b-kohdassa samansuuruisia. Kuvaaja ei ole enää suora.

Mistä ilmiö johtuu?

Muutos johtuu siitä, että hehkulampun lanka kuumenee ja lämpötila vaikuttaa johtimen resistanssin suuruuteen.


TYÖ 2 - Johteet ja eristeet

Rakenna kuvan mukainen kytkentä. Lisää tutkittava materiaali osaksi virtapiiriä hauenleukojen avulla. Tutki, syttyykö lamppu palamaan. Kirjoita muistiin, mikä materiaali on kyseessä ja onko se johde vai eriste.

Huomioita:
Lamppu syttyy palamaan, kun tutkittava materiaali on johde. Lamppu ei syty, jos maiteriaali on eriste. Johteita ovat esimerkiksi metallit, ioneja sisältävä liuos jne. Eristeitä ovat esimerkiksi pyyhekumi, lyijykynä, paperi jne.

TYÖ 3 - Johtimen resistanssiin vaikuttavat tekijät

a) Mittaa yleismittarilla kahden samaa materiaalia olevien (sama pituus, mutta eri paksuus) vastuslankojen resistanssit. Mitä huomaat?
Paksummalla vastuslangalla on pienempi resistanssi kuin ohuemmalla.

b) Mittaa yleismittarilla kahden samaa materiaalia olevien erimittaisen vastuslankojen resistanssit. Mitä huomaat?
Pidemmällä vastuslangalla on suurempi resistanssi kuin lyhyemmällä.

c) Mittaa yleismittarilla kahden eri materiaalia olevien (sama pituus ja paksuus) vastuslankojen resistanssit. Mitä huomaat?
Eri materiaaleilla on erilaiset resistanssit.

d) Mitkä tekijät vaikuttavat vastuslangan resistanssiin ja miten?
Vastuslangan resistanssiin vaikuttavat materiaali (eri materiaaleilla on erilaiset resistanssit), vastuslangan pituus (mitä pidempi lanka sitä suurempi resistanssi) sekä vastuslangan paksuus eli poikkipinta-ala (mitä paksumpi vastuslanka sitä pienempi resistanssi).


TYÖ 4 - Lamppujen sarjaan- ja rinnankytkentä

Vertailupiirin kytkentäkaavio

a) Lamput sarjassa

Vertaa tuloksia vertailuvirtapiirin vastaaviin. Mitä huomaat?
Jännite on samansuuruinen, mutta sähkövirran suuruus on noin puolittunut. Tämä johtuu siitä, että kytkennän kokonaisresistanssi on kaksinkertaistunut.

b) Lamput rinnan

Vertaa tuloksia vertailuvirtapiirin vastaaviin. Mitä huomaat?
Jännite on samansuuruinen, mutta sähkövirran suuruus on noin kaksinkertaistunut. Tämä johtuu siitä, että kytkennän kokonaisresistanssi on puolittunut.

Työn tarkoituksena on osoittaa, miten sarjaan- ja rinnakytkennät vaikuttavat sähkövirran suuruuteen, kun jännitelähteenä toimii sama paristo.


TYÖ 5 - Kuumalankaleikkuri (demo)

Rakenna kuvan mukainen kytkentä.

HUOM! Työssä on oltava ehdottaman tarkka siitä, ettei koske vastuslankaan jännitelähteen ollessa päällä.

Miten jännitelähteen jännite vaikuttaa kuumalankaleikkurin toimivuuteen?
Mitä suurempi jännite sitä helpommin lanka leikkaa materiaalia. Jos käytetään liian suurta jännitettä, voi vastuslanka palaa poikki, jolloin virtapiiristä tulee avoin ja sähkövirran kulku lakkaa.

Miten vastuslangalle käy, jos jännite on liian suuri?
Vastuslanka palaa poikki suuren sähkövirran vaikutuksesta.