9 Sähkö ja energia
Koe 2023-2024
Koe 2024 tammi/helmi
Koealueeseen kuuluu:
-kpl 21-25, sekä +kappale
-kpl 26 lähinnä sähkömagneetin osalta
-kpl 27 erityisesti generaattori
Lisäksi tämän sivun muistiinpanot, erityisesti mainitut tärpit:
-erikoiskomponentit: diodi, valodiodi ja transistori
-laskuesimerkkien läpikäynti on erittäin suositeltavaa
-suureiden, tunnusten ja yksiköiden tunteminen melko välttämätöntä
Suuretaulukko - muistettava:
| Tunnus | Suureen nimi | Yksikkö | Piirrosmerkki |
| U | Sähköjännite | 1 V (voltti) | V |
| I | Sähkövirta | 1 A (ampeeri) | A |
| R | Resistanssi | 1 Ω (ohmi) | |
| P | Sähköteho |
1 W tai 1 kW |
|
| E | Sähköenergia | 1 kWh (kilowattitunti) |
|
| t | Aika | 1h (tunti) |
Kuva: Kaavat ja muistikolmiot. Kaavat annetaan kokeeseen, kolmioita ei.
Kiintoisaa lisätietoa (ei kokeeseen):
-kpl 28 muuntaja, korkeajännitteen hyödyt ja haitat
Optio, jos aikaa - esseetyöskentelyyn tai väittelyyn esim seuraavin aihein:
ydinvoimalat, tuulivoima, sähköverkko, etäluettavat mittarit, sähkön hinta, kodin sähköturvallisuus, energian varastointi
-Ei todennäköisesti tällä vuosikurssilla
Sähköturvallisuus - lisätietoa
Sähkövaraus
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
Johdanto
Staattinen ja dynaaminen ovat toistensa vastakohtia. Staattinen tarkoittaa paikoillaan pysyvää ja dynaaminen jotakin muuttuvaa, liikkuvaa. Onko olosi nyt staattinen vai dynaaminen? Toivon, että jaksat luokassa pitää ajatuksesi dynaamisina mutta kehosi ajoittain staattisena! Aloitamme niinsanotusta staattisesta sähköstä eli paikallisista sähkövarauksista.
Sähkövarausten väliset vuorovaikutukset
- Vastakkaismerkkisten sähkövarausten välillä on puoleensavetävä vuorovaikutus
Ⓔ Varautuneet eboniittisauva ja lasisauva vetävät toisiaan puoleensa - Samanmerkkisten sähkövarausten välillä on hylkivä vuorovaikutus
Ⓔ Kaksi eboniittisauvaa hylkivät toisiaan
Ⓔ "Sähköiset" hiukset sojottavat pois päin toisistaan - Vuorovaikutuksen voimakkuus on sitä suurempi, mitä
- suurempia sähkövaraukset ovat
- lähempänä toisiaan ne ovat
- Sähkövarauksen ympärille muodostuu näkymätön sähkökenttä, joka vaikuttaa ympäröiviin sähkövarauksiin. Toisin sanoen sähkökenttä välittää sähköistä etävuorovaikutusta sähkövarausten kuten ionien tai elektronien välillä.
Kuva: Sähkövarausten väliset vuorovaikutukset. 1. Vastakkaismerkkiset sähkövaraukset vetävät toisiaan puoleensa ja vuorovaikutuksen voimakkuus riippuu varausten suuruudesta sekä varausten etäisyydestä toisiinsa. 2. Samanmerkkiset varaukset vastaavasti hylkivät toisiaan. 3. Varauksettomat hiukkaset eivät vuorovaikuta sähkövarausten kanssa. (Ellei polarisaatiota muodostu - selitetään alempana)
Atomin rakenteen kertaus
- Atomi on sähköisesti neutraali, koska sillä on yhtä monta protonia ja elektronia.
- Protonin sähkövaraus on positiivinen (alkeisvaraus)
- Elektronin sähkövaraus on negatiivinen (alkeisvaraus)
- Neutroneilla ei ole sähkövarausta
- Protonit ja neutronit muodostavat atomin ytimen
Kuva: Litiumatomin Li muuttuminen litiumioniksi Li+ luovuttamalla yhden elektronin e-.
Varautuminen sähköisesti
- Atomi varautuu sähköisesti luovuttamalla tai vastaanottamalla elektroneita. Samalla se muuttuu ioniksi.
- Esineet varautuvat samalla tavoin elektronien siirtyessä.
- Sähköisesti varautuneessa esineessä on enemmän joko positiivisia tai negatiivisia sähkövarauksia.
- Kun sähkövaraus muodostetaan hankaamalla, toinen esineistä saa positiivisen ja toinen negatiivisen sähkövarauksen.
- Sähkövarauksia kuten ioneita on esineissä yleensä jo valmiiksi mutta ne ovat jakautuneet tasaisesti.
Kuva: Eboniittisauvan hankaaminen villakankaalla. 1. Villasta siirtyy elektroneja eboniittisauvaan. Sauva varautuu negatiivisesti ja villa positiivisesti. 2. Niiden välille muodostuu puoleensavetävä vuorovaikutus.
Polarisaatio esineessä
- Varautunut esine kuten eboniittisauva viedään sähköisesti neutraalin esineen viereen.
- Neutraaliin esineeseen saattaa muodostua polarisaatio
- Polarisaatio = varausjakauman järjestäytyminen sähkökentän vaikutuksesta niin, että vastakkaismerkkiset sähkövaraukset pyrkivät lähemmäs sähköisesti varautunutta esinettä.
- Seurauksena on puoleensavetävä vuorovaikutus esineiden välillä
Ⓔ Hiuksiin hangattu ilmapallo tarttuu kattoon tai oveen.
Kuva: Sähkövarausten polarisaatio paperipalassa (suurennettu pala) - paperisilppua ja eboniittisauva.
Veden polarisaatio (kokeessa riittää ilmiön tunnistaminen tai maininta)
- Ilman sähkövarausten aiheuttamia sähkökenttiä vesinoro valuu hanasta suoraan alas
- Kun viereen tuodaan sähköisesti varautunut esine kuten eboniittisauva, vesinoro taipuu
- Vesimolekyylit kääntyvät siten, että
- vetyatomien puoli kääntyy negatiivisten sähkövarausten suuntaan tai
- happiatomin puoli kääntyy positiivisen sähkövarauksen suuntaan
- Tuloksena on polarisoituminen eli varausjakauman muuttuminen
- Sauvan puolella vesinoroa on silloin enemmän positiivista sähkövarausta ja tuloksena on jälleen puoleensavetävä vuorovaikutus
- SYY: Vesimolekyyli on poolinen eli sen varausjakauma on epätasainen. Hapen puoli on negatiivisempi ja vedyn positiivisempi. Vesimolekylin sisältämät elektronit ovat enemmän hapen puolella molekyyliä.
- AIHEEN VIERESTÄ: Poolisuuden johdosta vesi liuottaa lähinnä poolisia tai ionisoituneita aineita. Poolittomat kuten aineet kuten ruokaöljy eivät liukene veteen.
Kuva: Hanasta tulevan kapean vesinoron polarisaatio sähköisesti varatun eboniittisauvan avulla. Hangattu ilmapallo toimii myös erittäin hyvin.
Sähkövarauksen purkautuminen
- Kosketuksesta
- Positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet esineet tai ihmiset koskettavat toisiaan
- Varautunut esine maadoitetaan eli kosketetaan sähköä johtavaan pintaan kuten metalliin (riittävän suuri kappale)
- Läpilyöntinä ilman lävitse - vaara
- Salaman isku ukkospilven ja maan välillä
- Tolloilu liian lähellä suurjännitelinjoja
- Hallitusti
- Johtimien ja jonkin sähkölaitteen kautta
- Kutsutaan sähkövirraksi (seuraava kappale)
Jännite ja virta
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
Liikkuva sähkö - sähkövirta
- Sähkövarauksilla on sähköinen jännite
- Sähköjännite aiheuttaa sähkövirtaa
- Sähkönjohteet mahdollistavat sähkövirran
- Sähkövirta on vapaiden elektronien liikettä kuparijohdossa tai ionien liikettä sähköä johtavassa liuoksessa
- Sähkövirran kulku turvallisesti vaatii, että:
- On olemassa jännitelähde kuten paristo
- Pariston navat on kytketty suljettuun virtapiiriin
- Virtapiirissä on myös jokin sähköenergiaa kuluttava laite kuten lamppu, jonka läpi sähkövirta kulkee
- Oikosulku - jyrkästi kielletty
- Jännitelähteen napojen yhdistäminen pelkällä johtimella
- Aiheuttaa lähteestä riippuen hengenvaaran tai palovaaran ja lähteen tyhjentymisen
Virtapiirit ja kytkentäkaaviot
- Elektronit liikkuvat johtimia pitkin pariston negatiivisesti varautuneelta navalta positiiviselle.
- On kuitenkin historiallisesti sovittu, että virran kulkusuunta on plusnavalta miinusnavalle.
- Plusnapa merkitään usein punaisella värillä ja miinusnapa (tai maadoitus) mustalla.
Kuva: Sähkövirran kulku johtimessa ja virtapiirissä. Kuvassa näkyy vahvasti suurennettuna kuparijohdin ja sen eristävä kuorikerros.
- Kytkentäkaavio esittää vaikkapa, miten jännitelähde ja lamppu on kytketty virtajohtimilla
- Siinä käytetään seuraavia piirrosmerkkejä:
Kuva: Kytkentäkaavioiden piirrosmerkit - opeteltava huolella.
Linkki piirto-ohjelmaan: https://www.circuit-diagram.org/editor/
Työ: Lamppujen kytkennät
Piirretään kaaviot ja vastataan kysymyksiin (vihkoon ellei tulosteta)
Ratkaisu
Kuva: Ensimmäisen sähkötyön kytkennät.
1. Paristo, katkaisija ja lamppu. Mikä on katkaisijan tehtävä tässä virtapiirissä?
2. Kaksi lamppua sarjassa. Miten katkaisija vaikuttaa lamppuihin?
3. Kaksi lamppua rinnan. Miten katkaisija vaikuttaa lamppuihin?
4. Lamppuja sarjassa ja rinnan. Mikä / mitkä lampuista palavat kirkkaimmin? (Ennuste ja havainto)
Videolinkki: Animaatio sähkövirrasta virtapiirissä.
- Kannattaa katsoa noin puoliväliin
- Näet lamppujen rinnan- ja sarjaankytkennän vaikutuksen lampun kirkkauteen
- Sarjakytkennässä lamput ovat himmeämpiä, koska ne joutuvat jakamaan jännitteen
- Rinnankytkennässä kaikki lamput saavat paristosta täyden jännitteen. Silloin sähkövirta on suurempi ja lamppu palaa kirkkaasti.
- Voit ajatella paristoa hissinä, joka nostaa sähkövirtaa kuljettavat varaukset ylös. Sähkölaitteet muodostavat ikäänkuin vesiputouksen, jonka kautta sähkövirta palaa paristolle.
Suureet ja mittaaminen
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
Suureet
| Tunnus | Suureen nimi | Yksikkö | Piirrosmerkki |
| U | Sähköjännite | 1 V (voltti) | V |
| I | Sähkövirta | 1 A (ampeeri) | A |
Mittareiden kytkennät
Jännitettä ja virtaa voidaan mitata yleismittarilla tai perinteisillä viisarimittareilla.
- Jännitemittarin voi kytkeä suoraan jännitelähteen napoihin. Virtaa jännitemittarin läpi ei kulje, joten oikosulkua ei synny.
- Virtamittari kytketään sarjaan sähköenergiaa kuluttavan laitteen kuten lampun tai vastuksen kanssa. Sähkövirta kulkee mittarin ja lampun läpi ja mittari mittaa sen suuruuden ampeereina.
- Mitataan samanaikaisesti lampun lampun läpi kulkeva virta ja jännite lampun napojen välillä. Virtamittari kytketään tutkittavan komponentin kanssa sarjaan, jännitemittari rinnalle.
Kuva: Mittareiden kytkennät.
Paristojen monikytkennät
- Sarjakytkentä
- Paristot kytketään peräkkäin.
- Seuraavan pariston miinusnapa kytketään edellisen pariston plusnapaan.
- Paristojen jännitteet lasketaan yhteen
- Hyöty: Suuremmalla sähköjännitteellä saadaan suurempi sähkövirta ja esimerkiksi kirkkaampi lamppu
- Rinnankytkentä
- Paristot kytketään vierekkäin
- Miinusnavat kytketään toisiinsa ja plusnavat toisiinsa
- Jännite ei kasva
- Hyöty: Paristojen sisältämä sähkövaraus on suurempi ja kestää käyttöä kauemmin.
Kuva: Esimerkkejä paristojen kytkennöistä ja niiden jännitteistä.
Tasavirta ja vaihtovirta
- Tasavirta, DC (direct current)
- Paristot
- Virran kulkusuunta pysyy samana, plussasta miinukseen
- Vaihtovirta, AC (alternating current)
- Pistorasia
- Virran kulkusuunta vaihtelee sähköverkon taajuuden mukaan
- Suomessa verkkojännite 230 V ja sen taajuus 50 Hz (hertsiä)
- Jännite vaihtelee niin, että sekunnissa tapahtuu 50 värähdystä
- Virran kulkusuunta vaihtuu silloin 100 kertaa sekunnissa
⇒ Sähköisku pistorasiasta aiheuttaa kehossa ja sydämessä vaarallista värinää
- AC/DC-muunnin
- Muuntaa vaihtovirtaa tasavirraksi
Resistanssi
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
Ohmin laki
- Vastuksen päiden välinen jännite ja sen läpi kulkeva virta muuttuvat samassa suhteessa (suora)
- Jännite ja virta ovat siis verrannollisia ja niillä on verrannollisuuskerroin, suoran kulmakerroin
- Kerrointa kutsutaan resistanssiksi (kun x-akselilla virta ja y-akselilla jännite)
- Ohmin laki on voimassa, kun vastuksen tai johtimen lämpötila ei kasva kovin suureksi
- Hehkulampun lanka kuumenee niin paljon, että resistanssi kasvaa lämpövärähtelyiden vuoksi. Silloin ohmin laki ei päde.
Resistanssi, R
- Resistanssi R on johtimen tai laitteen kyky vastustaa sähkövirran kulkua
- Erityisesti vastuksen ominaisuus
- Mitä suurempi resistanssi, sitä pienempi sähkövirta
- Yksikkö 1 Ω (ohmi)
- Kaava: R=U/I eli
resistanssi on jännite / virta
R = U/I = 230 V / 3,5 A = 65,714... Ω ≈ 66 Ω
Vastusten kytkennät
Sarjaan- Kytkennän resistanssi on vastusten resistanssien summa
(Samanlaisten vastusten resistanssi saadaan, kun kerrotaan lukumäärällä) - Ⓔ Neljä 20 Ω vastusta sarjassa, resistanssi R = 4 · 20 Ω = 80 Ω
- Sarjakytkentä muistuttaa pitkää ja kapeaa sähköjohdinta, sitä sähkön on vaikea kulkea.
Rinnan
- Kytkennän resistanssi on vastusten resistanssien käänteislukujen summan käänteisluku
(Samanlaisten vastusten resistanssi saadaan, kun jaetaan lukumäärällä) - Ⓔ Neljä 20 Ω vastusta rinnan, resistanssi R = 20 Ω : 4 = 5 Ω
- Rinnankytkentä muistuttaa lyhyttä ja paksua sähköjohdinta, sitä sähkön on helppo kulkea.
Vaativammat laskuesimerkit kaavojen kanssa:
Lisäksi
- Sähköjohtimen resistanssi voidaan laskea, kun tiedetään johtimen resistanssi metriä kohden.
- Ⓔ DEMO: Sulake
- Käytetään kapeaa johdinta, jonka resistanssi on n. 10 Ω/m
- Kytketään sitä n. 10 cm pätkä sulakkeeksi suojaamaan jännitelähdettä oikosulkuvirralta
- Resistanssi on silloin R = 10 Ω/m · 0,1m = 1Ω
- Vastus on vähäinen, ja oikosulkuvirta kuumentaa langan hehkuvaksi - lopulta se sulaa ja katkeaa.
- Jännitelähde on pelastunut!
- Ennen sulakkeen vaihtamista on syytä tarkistaa kytkennät ja laitteiden kunto.
VideoDEMO: Yleismittarin 200 mA sulake palaa
Sähköenergia
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
- on nykyihmiselle hyödyllisin energiamuoto, koska sitä voidaan vaivattomasti
- kuljettaa sähköverkkoa pitkin ja
- muuntaa muuksi energiamuodoiksi kuten
lämmöksi (leivänpaahdin), valoksi (televisio) tai liikkeeksi (tuuletin)
Sähköteho, P
- Kertoo, miten nopeasti sähköenergiaa tuotetaan, siirretään tai käytetään eli muunnetaan toiseen energiamuotoon.
- Yksikkö 1W (watti) tai 1 kW (kilowatti)
- 1kW = 1000 W
- Kaava: P=UI eli
sähköteho (W) = sähköjännite (J) · sähkövirta (A)
Ⓔ Puhelimen laturin teho, kun jännite on 5 V ja virta 2000 mA
P = UI = 5 V · 2,0 A = 10 W
Sähköenergia, E
- Yksikkö 1 kWh sähkön hinnoittelussa (kilowattitunti)
- Energiamuunnoksissa käytetään perusyksikkö joulea, 1 J (vaativammat tehtävät)
- Kaava: E=Pt eli
sähköenergia (kWh) = sähköteho (kW) · aika (h)
Ⓔ Puhelimen lataamisen energia vuodessa, kun joka päivä ladataan tunti
E = Pt = 0,010 kW · 365 · 1 h = 3,65 kWh
Sähkön hinta
- Yksikkö 1 snt/kWh eli 0,01 €/kWh
- Huom: 1 € = 100 snt
- Jokaisesta asunnosta löytyy kilowattituntimittari, joka luetaan säännöllisesti (etänä)
- Hinta muodostuu sähkön myyntihinnasta (sähköyhtiölle) ja siirtohinnasta (sähköverkkoyhtiölle)
- Yleensä maksetaan siis kaksi eri laskua. Hinta riippuu sähköyhtiöstä ja asuinpaikasta, pörssisähkösopimuksissa myös kellonajasta ja esim tuulen nopeudesta.
- Ukrainan sodan kauppapoliittiset seuraukset ovat nostaneet rajusti sähkönhintaa
Ⓔ Puhelimen lataamisen hinta vuodessa, kun sähkön myyntihinta on 30 snt/kWh ja siirtohinta 5 snt/kWh
hinta = 3,65 kWh · 35 snt/kWh = 127,75 snt ≈ 1,3 €
Vastaus: n. 1,30 € vuodessa
Ⓔ Leivänpaahdin on kytketty pistorasiaan (verkkojännite!). Sen vastus on päällä kolmen minuutin ajan, jolloin sen läpi kulkee 3,5 ampeerin sähkövirta.
Laske sähkön hinta vuodessa, kun paahdinta käytetään kerran päivässä. Sähkön hinta tässäkin 30+5 snt/kWh
Ratkaisu: U = 230 V, I = 3,5 A, t = 3/60 h · 365 (vuosi) = 18,25 h
P = UI = 230 V · 3,5 A = 805 W = 0,805 kW
E = Pt = 0,805 kW · 18,25 h = 14,69... kWh
Hinta = E · kWh-hinta = 14,69 · 35 snt/kWh = 514,19... snt ≈ 5,1 €
Vastaus: n. 5,10 € vuodessa
Komponentit
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
Diodi
- On komponentti, joka sallii sähkövirran vain yhteen suuntaan.
- Käytetään
- estämään sähkövirran kulkua väärään suuntaan
- tasasuuntaajissa eli AC/DC-muuntimissa, jotka tekevät vaihtovirrasta tasavirtaa
Valodiodi eli "ledi"
- On diodi, joka lähettää valoa (LED = light emitting diode)
- Vaatii tietyn kynnysjännitteen, jotta toimii, esim punainen n. 1,7 V
- Eri tyyppisillä ledeillä on oma valon aallonpituus eli väri
- Käytetään
- Merkkivaloina
- Moderneissa televisiopaneeleissa
- Sopivina yhdistelminä lampuissa (valkoista valoa)
Kuva:
A) Paristo on asennettu valodiodin (ledin) päästösuuntaan. Virta kulkee ja valo palaa.
B) Paristo on asennettu ledin estosuuntaan, virta ei kulje eikä valo pala.
C) Vaihtojännitteellä puolet värähdysjaksosta jännite on estosuuntaan. Virta on pieni ja valo palaa himmeästi.
D) Neljä diodia muodostavat tasasuuntaajan eli AC/DC-muuntimen. Valo palaa kirkkaasti.
Transistori
- On komponentti, jonka sähkönjohtavuutta voidaan ohjata:
- 0: ei johda sähköä
- 1: johtaa sähköä
- Transistorilla on kolme jalkaa:
- Kaksi jalkaa tarvitaan siihen, että sähkö kulkee transistorin läpi
- Kolmas jalka on ohjaussignaalia varten.
- Käytetään
- Tietokoneen tai matkapuhelimen prosessorissa
- Miljoonien mikroskooppisten transistoreiden joukko suorittaa ohjelmakoodia vaikkapa silloin, kun pelaat tietokoneella. Liikkuva kuva ja vastustajiesi tekoäly toteutetaan siis ohjaamalla transistoreiden sähkönjohtavuutta.
Kestomagneetti
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
- Kestomagneetin magneettikenttää tutkimme jo 7. luokalla. Tässä kertaus.
- Magneettikenttää kuvataan suljettuina kenttäviivoina, joilla ei siis ole alkua eikä loppua.
- Kenttäviivat eivät leikkaa toisiaan eli kulje toistensa ylitse.
- Magneettikenttä on voimakkaimmillaan magneetin päissä ja sisällä. Niissä kohdissa kenttäviivat ovat tiheimmillään.
- Magneettisessa aineessa on magneettisia rakenneosia, niinsanottuja alkeismagneetteja.
- Kestomagneetissa tai magnetoituneessa metallissa alkeismagneetit ovat suuntautuneet yhdenmukaisesti, jolloin ne vahvistavat toistensa magneettikenttää.
- Hetkellisesti magnetoituneen raudan magneettisuus purkautuu odottamalla, iskujen seurauksena tai kuumentamalla.
- Silloin raudan sisältämät alkeismagneetit suuntautuvat jälleen sattumanvaraisesti.
- Kestomagneetin pohjoisnapa vetää puoleensa magneettisia metalleja kuten rautaa.
- Kestomagneettien vastakkaiset navat, pohjoinen N (punainen) ja etelä E (valkoinen) vetävät toisiaan puoleensa.
Sähkömagneetti
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
Johtimen magneettikenttä
Kun sähköjohtimessa kulkee sähkövirta, johtimen ympärille muodostuu magneettikenttä, jonka voi havaita herkkäliikkeisen magneetin kuten kompassin avulla. Magneettikenttä kiertää johdinta ja on voimakkaimmillaan johtimen lähellä. Kentän suunta noudattaa oikean käden sääntöä. Kun käsi on nyrkissä ja peukalo osoittaa virran suuntaa, muut sormet näyttävät magneettikentän suunnan. Havaitset tämän helpoimmin, kun otat käteesi lyijykynän esittämään sähköjohdinta.
Kuva: Sähköjohtimen ympärille muodostuva magneettikenttä.
Sähkömagneetti
Kun johtimessa kulkee yksisuuntainen sähkövirta eli tasavirta (DC), sen ympärille muodostuu heikko mutta kompassilla havaittava magneettikenttä. Sähkömagneeteissa käytetään suoran sähköjohtimen sijasta käämiä, jonka kierrokset tekevät mangeettikentän voimakkuudesta moninkertaisen.
TYÖ
- Tarvikkeet: Jännitelähde, johtimia, katkaisija, käämi, käämin sydän, kompassi, nauloja, (virtamittari)
- Kytkentäkaavio:
Kuva: Sähkömagneetin kytkentäkaavio ja toimintaperiaate. Vasemmalla sähkömagneetti on pois päältä. Oikealla katkaisija on suljettu ja magneetti on päällä. Naulat kiinnittyvät metallisydämeen ja pienet kompassit kääntyvät magneettikentän suuntaisesti. Huom: naulat kiinnittyvät kumpaan päähän sähkömagneettia tahansa. Sama pitää paikkansa myös kestomagneetin tapauksessa.
- Omat havainnot työstä: (esim toimii, kun katkaisija on suljettu, magneettikentän muoto muistuttaa sauvamagneetin kenttää ja kenttä on voimakkaimmillaan käämin sisällä)
Sähkömagneetin voimakkuutta voidaan kasvattaa:
- Kasvattamalla sähkövirtaa
- Kasvattamalla käämin kierroslukua (kunhan virta ei silloin pienene)
- Lisäämällä käämiin metallisydän
Generaattori
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
TYÖ
- Tarvikkeet: johtumia, kestomagneetti, käämi, jännitemittari (mieluiten viisarimittari)
- Kytkentäkaavio
Kuva: Generaattori. Kestomagneetin nopea edestakainen liike käämin sisällä tuottaa vaihtojännitteen. Sen havaitsee analogisen jännitemittarin viisarin liikahduksista nollan molemmin puolin.
- Omat havainnot (esim magneetin heiluttelu saa jännitemittarin viisarin heilumaan)
- Selitys: Generaattori muodostuu käämistä ja liikkuvasta tai pyörivästä magneetista.
Magneettikentän muutos aiheuttaa napojen välille vaihtojännitteen AC (merkitään −∿−) - Liike-energia muuttuu generaattorissa sähköenergiaksi samoin kuin esim. vesivoimalassa.
Sähkömagnetismi
Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava
Kertaus ja täydennys
- Sähkövarausten ja sähköisesti varautuneiden kappaleiden välillä on etävuorovaikutus,
- joka perustuu sähkövarausta ympäröivään sähkökenttään.
- on erimerkkisillä puoleensavetävä: + -
- on samanmerkkisillä hylkivä: + + tai - -
- Magneettien välillä on etävuorovaikutus,
- joka perustuu magneetin läpi kulkevaan magneettikenttään.
- Magneettien eri merkkiset navat eli pohjois- ja etelänavat eli N (north) ja S (south) vetävät toisiaan puoleensa. Magneetit pyrkivät asettumaan toistensa magneettikentän suuntaisesti jolloin ne vahvistavat toistensa magneettikenttää.
- Magneetin samanmerkkiset navat hylkivät toisiaan
- Paikoillaan olevat sähkövaraukset ja magneetit eivät vuorovaikuta keskenään
- Kuitenkin liikkuva sähkövaraus (elektronit) eli sähkövirta aiheuttaa johtimen tai käämin tapauksessa magneettikentän.
Sähkömagneettinen induktio (muistettava käsite)
- Muuttuva magneettikenttä vuorovaikuttaa sähkövarausten kanssa.
- Tämä vuorovaikutus saa elektronit liikkeelle eli sähköjohtimeen virtaa.
- Sanotaan, että muuttuva magneettikenttä indusoi käämiin jännitteen.
- Sovellutukset:
- Generaattori, polkupyörän dynamo
- Ravisteltava taskulamppu
- Induktioliesi