×

Tämä on käyttäjän Kari Vahtera suunnitelma. Osa kurssia Sähköoppi.

Sähkövirta, jännite ja resistanssi

Opiskelijan ohje

SÄHKÖVIRTA (I)

  • Sähkövirtaa verrataan usein veden virtaukseen vesijohtoputkessa.
  • Kun päästät vettä keittiön hanasta, voit mitata vaikkapa litran maitopurkilla, kuinka paljon vettä virtaa hanasta yhdessä minuutissa.
  • Sähköjohtimessa kulkevan virran määrää ei kuitenkaan mitata litroina minuutissa, vaan AMPEEREINA (A).
  • Mittaamiseen ei siis käy maitopurkki, vaan tarvitaan yleismittari, jossa on asteikko ampeereille. 

JÄNNITE (U)

  • Jotta vesi liikkuu vesijohtoputkessa, pitää putken alku- ja loppupään välillä olla paine-ero, joka saa veden liikkeelle.
  • Jotta sähkö virtaa johtimessa, pitää johtimen päiden välillä olla "sähköinen paine-ero".
  • Sähköistä paine-eroa  kutsutaan JÄNNITTEEKSI (U) ja sen mittayksikkö on VOLTTI (V).
  • Sähköistä paine-eroa ei voi mitata kodin lämpökeskuksesta  löytyvällä, veden painetta mittaavalla mittarilla, eikä huoltoaseman ilmapainemittarilla,  vaan tarvitaan yleismittari, jossa on asteikko volteille.
  • Monissa laitteissa käytettävän AA sormipariston jännite on 1,5 V.
  • Koulussa, esim. majakkasaaressa käytimme litteää paristoa, jonka jännite on 4,5 V.
  • Kännykän akun jännite voi olla esim. 3,7 V.
  • Luokan seinässä olevasta pistorasiasta saatavan verkkovirran jannite on 230 V.

RESISTANSSI (R) eli VASTUS:

  • Vesijohtoputkissa on kapeikkoja, kuten liitokset ja venttiilit. Näissä kohdissa veden virtaus hidastuu tai jopa estyy kokonaan.
  • Sähköjohtimista rakennetuissa sähköverkoissakin on "kapeikkoja", jotka hidastavat sähkövirran kulkua. Kaikkii laitteet, jotka sähköverkkoon kytketään, aihettavat vastusta eli resistanssia.
  • Sähkövirran kulkua vastustavaa voimaa kutsutaan RESISTANSSIKSI.
  • Resistanssia (R) voidaan mitata samalla yleismittarilla kuin sähkövirran voimakkuutta (I) sekä jännitettä (U)
  • Resistanssin yksikkö on OHMI ().
  • Tällä simulaatiolla voit tutkia, miten jännitteen ja resistanssin muuttaminen vaikuttaa sähkövirran voimakkuuteen. Java-tiedosto latautuu kun klikkaat linkkiä. Valitse "Säilytä ja klikkaa näytön oikeasta alalaidasta tiedostoa, jonka nimi on virtapiiri.

 

YHTEENVETO

  • Sähkövirta on sähköisesti varautuneiden hiukkasten, elektronien liikettä sähköä johtavassa aineessa, kuten sähköjohdossa. Sähkövirran voimakkuus ilmoitetaan AMPEEREINA (A).
  • Sähkövirran saa aikaiseksi ja sitä pitää yllä johtimen päiden välinen jännite-ero. Tämä jännite-ero ilmoitetaan VOLTTEINA (V).
  • Sähkövirran eli elektronien liikettä vastustaa aina jokin voima eli resistanssi, joka ilmoitetaan OHMEINA ().
  • Ohmit lienevät sinulle tuttuja, jos olet rakentanut teknisissä töissä majakkaa tai ohikulkuilmaisinta.
  • Vaikka sähkövirtaa verrataan usein veden virtaukseen, ei vertaus ole täysin osuva. Vesijohtoputkessa todella virtaa vesimolekyylejä. Sähköjohtimessa metalliatomeja kiertävät negatiivisesti varautuneet hiukkaset eli elektronit pikemminkin tökkivät toisiaan kuin virtaavat.

Linkkejä:

 

 

Kurssin tavoitteet

  • Oppilas ymmärtää sähköön liittyvät peruskäsitteet ja suureet:
    • Sähkövirta (I), mittayksikkönä ampeeri (A)
    • Jännite (U), mittayksikkönä voltti (V)
    • Resistanssi (R), mittayksikkönä ohmi (omega)
  • Oppilas tuntee virtalähteitä:
    • muunnettu verkkovirta
    • sähkökemiallinen pari / paristot
    • akku
  • Oppilas osaa lukea virtalähteiden merkintöjä, erityisesti nimellisjännitteen.
  • Oppilas osaa yleismittarilla mitata virtalähteen jännitteen.
  • Oppilas  tuntee yksinkertaisen virtapiirin toiminnan ja siihen liittyvät käsitteet:
    • Avoin / suljettu virtapiiri
    • Osaa rakentaa simulointiohjelmalla (Yenka) virtapiirin, johon kuuluu virtalähde, katkaisija ja jokin laite, kuten lamppu tai sähkömoottori.
    • Osaa konkreettisista konmponenteista, kuten johtimista, lampunkannoista, lampuista, pienoissähkömoottoreista, katkaisijoista ja virtalähteestä rakentaa toimivan virtapiirin.
  • Oppilas ymmärtää virtalähteiden kytkennät: 
    • Sarjaankytkentä / rinnankytkentä
    • Oppilas osaa rakentaa kytkennät sekä simulointiohjelmalla että käytännössä esim. sormiparistoja käyttäen.
  • Oppilas ymmärtää laitteiden, erityisesti lamppujen kytkennät:
    • Osaa kytkeä lamput sarjaan ja ymmärtää kytkennän kytkennän.
    • Osaa kytkeä lamput rinnan ja ymmärtää kytkennän vaikutukset.
  • Oppilas ymmärtää sähköenergian merkityksen:
    • Ilman liike-energian muuntamista sähköenergiaksi energian siirtäminen satojen tai tuhansien kilometrien matkoja olisi mahdotonta.
  • Oppilas tuntee sähköenergian tuotantotapoja:
    • Veden tai ilman liikkeeseen sidotun, aurinkoenergian (liike-energian) muuntaminen sähköenergiaksi generaattorin avulla.
    • Eri menetelmilla, kuten hiilen, öljyn tai ydinreaktion avulla höyrystetyn veden liike-energian muuntaminen sähköenergiaksi generaattorin avulla.
    • Aurinkopaneelin toiminta (hyvin yleisellä tasolla).