Fysiikka - sähkö

Koe viikolla 7 (2020)

Tulossa vielä: laskuesimerkkejä ratkaisuineen

Koealue - kappaleet, huomionkohteet ja täydennykset:
Alue: kappaleet 25-29 ja 31 kokonaan mahdollisin täydennyksin + rajatut poiminnat eli tärpit kappaleista 30 ja 32
Erittely alla (voi vielä elää hieman)

25 sähkövaraus
  • Vuorovaikutukset sähkövarausten välillä:
    • ++ hylkivä, -- hylkivä, +- puoleensavetävä
  • Atomin rakenne:
    • protonit + ja elektronit -
    • atomi on neutraali, koska edellisiä yhtä monta
    • ionilla eri määrät protoneita ja elektroneja, joten varautuneita
  • Esineen varautuminen sähköisesti:
    • elektroneja siirtyy esineestä toiseen. Samalla atomeita muuttuu ioneiksi.
    • tai ioneita siirtyy esineestä toiseen
  • Polarisaatio esineessä
    • Varautunut esine saa jonkin neutraalin esineen varaukset (elektronit) jakautumaan epätasaisesti -> polarisaatio
    • Polarisoitunut esine vuorovaikuttaa varautuneiden esineiden kanssa
      • Esim ilmapallo ja ovi. Pallo kun on varattu, oveen aiheutuu polarisaatio.
  • Polarisaatio vesimolekyylissä
    • Tätä ei ehkä ole kirjassa: Kun varatun esineen vie lähelle vesinoroa, sen suunta muuttuu hieman. Tämä johtuu siitä, että vesimolekyyli on itsessään polarisoitunut. Vesimolekyylin sidoselektronit ovat hieman lähempänä happea kuin vetyjä. Vesimolekyylit kääntyvät niin, että esineeseen nähden vastakkaiset varaukset ovat lähempänä ja samanmerkkiset kauempana. Siksi veden ja varatun esineen välille syntyy puoleensavetävä vuorovaikutus.
  • Salama ja jännite, sähkövirtakin
    • Erimerkkisten varattujen esineiden tai asioiden välillä on jännite.
    • Jos jännite kasvaa tarpeeksi suureksi, varaukset purkautuvat läpilyöntinä.
    • Pilvien ja maan välillä tätä kutsutaan salamaksi
    • Ilma ionisoituu salaman kohdalla ja johtaa siksi sähköä. Muuten ei johda.
    • Sähkölaitteissa sähkövarausta kuljettavat elektronit, liuoksissa ja eräissä luonnonilmiöissä ionit
      • Tämä on sähkövirtaa
26-27 Jännite aiheuttaa virtapiiriin sähkövirran, jännitteen ja virran mittaaminen
  • Virran kulku vaatii jännitelähteen ja suljetun virtapiirin
  • Virtapiirissä on aina oltava jokin laite, ei vain suora johdin napojen välillä. Oikosulku on vaarallinen, koska virta on silloin liian suuri ja johdin voi sulaa, jännitelähde vaurioitua tai ihmisiä kuolla.
  • s. 179 komponenttien piirrosmerkit ja kyky piirtää kytkentäkaavio
    • Yksinkertainen virtapiiri, jossa on sarjassa jännitelähde, lamppu ja katkaisijavi
    • Virran kulkusuunta plussasta miinukseen. (Elektronien kulku miinuksesta plussaan.)
    • Rinnankytkennät ja sarjakytkennät lampuille, vastuksille ja paristoille
      • Paristot sarjassa, jännite kasvaa
      • Paristot rinnan, varaus riittää kauemmin
      • Lamput rinnan, enemmän valoa
      • Lamput sarjassa, vähemmän valoa (syy: jännite jakautuu osiin eri lampuille)
    • Jännitteen mittaus: kytketään tutkittavan komponentin rinnalle
    • Virran mittaus: kytketään sarjaan toisen komponentin kanssa siten, että virta kulkee mittarin läpi
  • Paristot 1,5V, 4,5V tai 9V tasajännitettä, verkkojännite 230V vaihtojännitettä.
  • Sähköjohdon rakenne s.185
Kaikki suureet, niiden tunnukset ja yksiköt
  • Jännite, U, 1 V (voltti)
  • Virta,  I, 1 A (ampeeri)
  • Resistanssi, R, 1 Ω (ohmi)
  • Teho, P, 1 W tai sähkölaskuissa 1 kW (watti tai kilowatti)
  • Energia,  E, 1 J (joule, jos lasketaan wateilla ja sekunneilla) 1 kWh (kilowattitunti, jos lasketaan kilowateilla ja tunneilla)
    • Useimmiten sähköenergia lasketaan käytännön esimerkeissä kilowattitunteina
  • Aika,  t, 1 s (sekunti) tai 1 h (tunti)
  • Sähkön hinta: ei omaa tunnusta, yksikkönä 1 snt/kWh eli senttiä per kilowattitunti. Voidaan ilmoittaa myös euroina per kilowattitunti: 1 €/kWh

Kaavat: Opettele kaavat ja erityisesti nuo suureet sekä yksiköt. Harjoittele laskuja!
Kokeessa annetaan alla laatikoidut viisi kaavaa sekalaisessa järjestyksessä ilman muita apuja.



28 Lamppu vastustaa sähkövirtaa

  • Kaikki johteet ja laitteet vastustavat sähkövirtaa
  • Mitä enemmän vastustavat, sitä suurempi niiden resistanssi on
  • Johtimien resistanssi on niin pieni, että niillä saa aikaan oikosulun: liikaa virtaa
  • Resistanssi voidaan määrittää jännitteen ja virran avulla (piirrä ja laske) tai yleismittarin resistanssimittauksella
  • Mitä ohuempi ja pidempi johdin, sitä suurempi resistanssi (sähkön vaikea kulkea)
    • Samoin vastukset sarjassa, suurempi resistanssi
  • Mitä paksumpi ja lyhyempi johdin, sitä pienempi resistanssi (sähkön helppo kulkea)
    • Samoin vastukset rinnan, pienempi resistanssi (kaavat liitetään kuvana)
  • Ohmin laki:
    • Jos johteen lämpötila pysyy vakiona, jännite ja virta ovat suhteessa toisiinsa
    • Toisin sanoen resistanssi on vakio
29 Sähköenergia siirtyy virtapiirissä
  • Sähköenergiaa tuotetaan voimalaitoksissa esimerkiksi polttamalla hiiltä (kemiallinen energia), ydinreaktioilla (ydinenergia), vedenvirtauksella (liike-energia) tai auringon säteilyllä (säteilyenergia)
  • Sähköenergialla voidaan tuottaa sähkölaitteissa lämpöä, valoa, lämpösäteilyä, ääntä ja liikettä tai dataprosesseja (tietokone)
    • Samalla syntyy yleensä hukkalämpöä, koska kaikki sähköenergia ei aina muutu halutuksi hyötyenergiaksi
    • Sähkölämmittimissä periaatteessa kaikki sähköenergia muuttuu hyötylämmöksi (poislukien pienet sähkönsiirron häviöt sähköverkossa)
  • Sähkö laskutetaan energiaan perustuen. Kustannukset koostuvat sähkölaskusta ja siirtolaskusta. Yhteensä nämä ovat yleensä luokkaa 10 snt/kWh
  • Laite kuluttaa sitä enemmän sähköenergiaa
    • Mitä suurempi sen teho on
    • Mitä enemmän se on päällä
  • Useiden sähkölaitteiden toimintaa ohjaa termostaatti, joka käynnistää ja sammuttaa vuorotellen
    • Jääkaapin lämpöpumppu on päällä sitä suuremman osan aikaa, mitä enemmän ovi on auki
    • Kiukaan vastus on päällä sitä suuremman osan aikaa, mitä enemmän heitetään löylyä tai mitä korkeammalle termostaatti on säädetty
  • Keksi laitteita, joiden teho on pieni tai suuri sekä laitteita, joiden käyttö vuodessa maksaa vähän tai paljon.
  • Mitä hyötyä tai merkitystä on
    • Oikein valitulla sulakkeella - suojaa sähkölaitetta tai kodin sähköverkkoa
    • Termostaatilla - käynnistää tai sammuttaa laitteen toiminnan lämpötilan mukaan
    • Sähkölaitteen tyyppikilvellä - sopiva verkkojännite ja otettu sähköteho. annettu teho, jännite ja virta sekä tieto siitä, onko vaihtovirtaa vai tasavirtaa

Seuraavaksi poiminnat kappaleista 30, 31 ja 32 - ei siis välttämättä koko kappaleita, vaan ainoastaan seuraavat tiedot
Näistä tarkoitus kysyä kokeessa jotain kohtuullisen helppoa.
Käsitellään lyhyesti koetta edeltävällä viikolla.

  • 30 erikoiskomponentit
    • Diodi: Sähkölaite, joka päästää virtaa vain yhteen suuntaan (tarkista piirrosmerkki)
    • LED (light emitting diode) eli valoa lähettävä diodi
      • Kuten edellinen mutta valaisee. Eri värejä.
      • Yleensä jokin rajajännite, jota suuremmalla jännitteellä valaisee.
      • Säästää energiaa hehkulamppuun verrattuna
    • Transistori
      • Sillä on kolme jalkaa. Kaksi, joiden kautta sähkö kulkee ja yksi, jolla sitä ohjataan
      • Komponentti, johon nykyaikaiset tietokoneet perustuvat
      • Nitä voi olla yhdessä laitteessa miljardeja
      • Niitä voidaan komentaa tai ohjelmoida joko johtamaan sähköä tai estämään sähkönkulku
        • Kaksi vaihtoehtoa: johtaa, ei johda
        • Tästä juontuu digitaalitaaliteknologia eli kaksiarvoisuus, ykköset ja nollat joita tietokoneet ymmärtävät
  • 31sauvamagneetti ja magneettiset aineet (tämä kappale syytä lukea kokonaan)
    • Tunnista sauvamagneetin magneettikenttä: s.212
      • suljetut kenttäviivat, jotka voidaan piirtää kompassin avulla
    • Sauvamagneetin navat:
      • S (south) etelä ja N (north) pohjoinen
      • Jos katkaiset sauvamagneetin keskeltä, saat kaksi lyhyempää sauvamagneettia, joilla on etelänapa ja pohjoisnapa.
    • Sauvamagneettien väliset vuorovaikutukset
      • pohjoinen-pohjoinen hylkivä
      • etelä-etelä hylkivä
      • pohjoinen-etelä puoleensavetävä
    • Kompassin neula on vapaasti pyörivä sauvamagneetti
    • Rauta on magneettista ainetta, joka tarttuu kestomagneettiin (esim sauvamagneetti)
      • Voimakkaalla magneetilla voidaan erotella alumiini ja rauta toisistaan
  • 32 sähkövirta aiheuttaa magneettikentän
    • Kun virta kulkee sähköjohtimessa, sähköjohtimen ympärille muodostuu magneettikenttä
    • Kun johtimesta tehdään käämi, magneettikenttä käämin sisällä voimistuu
      • Tunnista käämi ja sen piirrosmerkki
      • Sähkömagneetti perustuu tasavirtaan, käämiin ja rautasydämeen

Peda.net käyttää vain välttämättömiä evästeitä istunnon ylläpitämiseen ja anonyymiin tekniseen tilastointiin. Peda.net ei koskaan käytä evästeitä markkinointiin tai kerää yksilöityjä tilastoja. Lisää tietoa evästeistä