Marko Mäenpää
9. luokka
FY
transistori integroitu piiri puolijohde
Sähkövirran vaikutuksilla (Lämpö, säteily, kemiallinen ja magneettinen) on hankala selittää nykyaikaisen mikropiireihin ja prosessoreihin perustuvan elektroniikan, kuten tietokoneiden, kännyköiden ja itse asiassa lähes kaikkien nykylaitteiden toimintaa. Miten sähkön avulla voidaan suorittaa miljoonia, jopa miljardeja laskutoimituksia sekunnissa?
Periaatteessa kyse on mekaanisesta laskemisesta, jota voidaan tehdä rattailla ja veivillä varustetuilla laskukoneilla. Itse asiassa yksi ensimmäisistä nykytietokoneen prototyypeistä Z1 oli mekaaninen. Sen suunnitteli ja rakensi Konrad Zuse vuosina 1935-38. Se toimi, kuten binäärilogiikalla (0/1), kuten nykyiset tietokoneet, siinä oli muisti ja sitä voitiin ohjelmoida reikänauhan avulla.1,2,3, 5, 6
Mekaanisen tietokoneen rajoitteet ovat ilmeiset, kun erilaisten rattaiden ja vipujen ja liikkuvien osien määrä nousee tuhansiin ilman ylärajaa, joten Z1 oli lähinnä prototyyppi.
Toisen maailmansodan aikana armeijan tarkoituksiin tarvittiin nopeaa laskentaa ja mekaanisten laskukoneiden rinnalle kehitettiin ensimmäiset eletroniset laskentakoneet, jotka toimivat tyhjiöputkilla tai sähkömagneettisilla releillä. Molemmilla ratkaisuilla oli omat ongelmansa. Mekaaniset releet ovat suhteellisen hitaita ja alttiita mekaanisille vioille. Tyhjiöputket toivat täysin sähköisesti ilman liikkuvia osia, mutta niiden tehonkulutus ja sitä kautta lämmöntuotto oli valtavaa. Lisäksi tyhjiöputket myös rikkoontuivat helposti.
Vasta toisen maailmansodan jälkeen 1948 keksitty transistori muutti tilanteen.
Lähteet:1, 2, 3, 4,
Insinööri Konrad Zuse Lähes unohtunut tietokoneiden keksijä - Ihmiset | HS.fi
Zuse Z1 built by Konrad Zuse - Event - Computing History
Kappale 1. Sähkövaraus ja sähkökenttä
Kappale 1.Virtapiiri
- Osaat piirtää kytkentäkaavion suljetusta ja avoimesta virtapiiristä, jossa jännitelähde, katkaisija, vastus tai lamppu tai molemmat.
-Osaat liittää virtamittarin virtapiiriin.
-Ymmärrät mitä sähkövirta on ja mitä vaikutuksia sillä on (Huom. kirjan sivulla 221 mainittujen 4 vaikutuksen lisäksi kirjoitimme vihkoon viidennen (Puolijohdevaikutuksen). Pystyt antamaan esimerkit näiden vaikutusten hyödyntämisestä.
-Osaat käsitteet johde, eriste ja puolijohde
Kappale 2. Jännitelähde
-Osaat selittää mihin jännitelähdettä tarvitaan ja mitä eroa on AC ja DC- jännitelähteillä?
-Osaat liittää jännitemittarin virtapiiriin.
-Osaat laskea yhteen paristojen jännitteen sarjaankytkennässä ja ymmärrät mitä eroa rinnankytkennässä on käytännön kannalta.
Kappale 3. Resistanssi.
-Osaat selittää mitä resistanssi tarkoittaa ja sen mitkä tekijät vaikuttavat johtimen resistanssiin (materiaali, pituus, poikkipinta-ala, lämpötila)
-Osaat laskea Ohmin lain (U=RI) avulla jonkun kolmesta muuttujasta kahden muun avulla. R=U/I, I=U/R kirjan esimerkit 1-3
-Jos osaat laskea vastusten sarjaan- ja rinnankytkennän, se on bonustaJ
-Ymmärrät mistä suprajohtavuudessa on kyse ja mihin suprajohtavuutta käytetään jo nykyään. Mitä merkitsisi, jos suprajohtavuus saavutettaisiin ja korkeammissa lämpötiloissa?
Kappale 4. Sähköteho ja sähköenergia.
-Osaat selittää mitä eroa on eri tehoisilla laitteilla ja selittää sähköenergian.
-Osaat laskea sähkötehon kaavasta tehon P=UI ja tarvittaessa kaksi muuta suuretta U=P/I tai I=P/U (esimerkit 1-2 s.247-248)
-Ymmärrät, että sähköenergiaa mitataan epäkäytännöllisen pienen joulen (J) sijaan kilowattitunteina (kWh).
-Osaat muuntaa watit kilowateiksi, 1000W=1kW, 100W=0,1kW, 10W=0,01kW jne..
-Osaat laskea laitteen kuluttaman sähköenergian hinnan, kun tiedät laitteen tehon ja käyttöajan sekä kilowattitunnin hinnan. (esimerkit 3-4 s.248-249)
-Ymmärrät mistä kotitalouden sähkönkulutus muodostuu ja paljonko keksimäärin kotitalous kuluttaa sähköenergiaa vuodessa.
Yleisesti:
-Osaat sähköopissa käytetyt suureet (I; U, R, P, E, t), niiden tunnukset ja yksiköt.