Marko Mäenpää
9. luokka
FY
virtapiiri
Oppilastyö 1. Suljettu ja avoin virtapiiri.
Tarvikkeet:
- paristo
- 3 johtoa
- lamppu
- katkaisija
Vaihe1: Rakenna kaavion mukainen virtapiiri niin, että saat lampun syttymään katkaisijasta.
Piirrä kaavio vihkoosi ja nimeä siihen paristo, johdin, lamppu, katkaisija.
Miettikää
1. Koska virtapiiri on suljettu ja koska avoin?
2. Mitä virtapiirissä tapahtuu, kun valo palaa? Mitä valo on? (mitä muita sähkömagneettisen säteilyn alueita hyödynnetään päivittäin?)
3. Miten paristo toimii? Pariston vaihtaminen päivittäin on epäkäytännölistä, miten kierrämme ongelmaa?
Oppilastyö 2. Sähkövirran mittaaminen.
Tarvikkeet:
- paristo
- 3 johtoa
- lamppu
- virtamittari
Vaihda edellisen virtapiirin katkaisijan paikalle virtamittari ja kytke virtamittari päälle. Lampun pitäisi palaa nyt koko ajan.
Kirjatkaa virtamittarin lukema vihkoon ja miettikää sen yksikkö.
- Miettikää miten mittari kytketään, että mittarin lukema olisi positiivinen.
- Onko se yhtä suuri negatiivisena?
Oppilastyö 3. Sähkövirran kuljettajat.
Tarvikkeet:
- paristo
- 3 johtoa
- lamppu
- keitolasi
- suolaa
-lämmintä vettä
Irrota edellisestä kytkennästä katkaisjia/virtamittari ja laita johdonpäät lämpimällä vedellä puoliksi täytettyyn lasiin, niin etteivät ne kosketa toisiaan.
Havinnoikaa syttyykö lamppu. Lisätkää veteen pari lusikallisat suolaa ja seuratkaa lamppua.
- Pohtukaa kuljettaa virtaa johdoissa ja miksi puhdas vesi ei johda sähköä.
- Mikä johtaa sähköä, kun lisätään suolaa?
Muistiinpanot:
Sähkövirta (Tunnus I ja yksikkö A (ampeeri).
- Sähkövirta on varauksellisten hiukkasten, yleensä elektronien, liikettä.
- Jännite (sähkökenttä) saa aikaan sähköisen vuorovaikutuksen, joka liikuttaa elektroneja esim. sähköjohdoissa.
- Sähkövirta tarvitsee AINA jännitelähteen.
- Sähkövirran suunta on sovittu plusnavasta miinusnapaan.
- IDC=tasavirtaa esim. paristosta
- IAC=vaihtovirtaa esim. pistorasiasta
- Mitä enemmän elektroneja kulkee samassa ajassa, sitä suurempi on sähkövirta.
- Johteita ovat mm. metallit, eristeitä muovit, lasi ja puolijohteita pii
Sähkövirran mittaaminen.
- Sähkövirran on kuljettava virtamittarin läpi.
- Etsikääm kappaleesta virtamittarin piirrosmerkki ja piirtäkää suljettu virtapiiri, jossa katkaisijan paikalla virtamittari (kirjan sivulla 250).
Sähkövirran vaikutukset:
1. Lämpövaikutus (lämpövastus, HUOM! missä sähkö käytetän muodostuu aina myös lämpöä-> usein ongelmaksi asti. esim. tietokoneen jäähdytys)
2. Säteilyvaikutus (sähkömagneettinen säteily esim valo, radioaallot, mikroaallot, tutka, röntgensäteily)
3. Kemiallinen vaikutus (akut, elektrolyysi)
4. Magneettinen vaikutus (sähkömoottori, sähkömagneetti, rele, muuntaja, kovalevy, ääni- ja videonauha, mikrofoni, kaiuttimet)
5. "Puolijohdevaikutus" (ts. virta vaikuttaa puolijohteen sähköisiin ominaisuuksiin) Sovellus esim transistori -> tietokoneet, elektroniikka)
HUOM! "puolijohdevaikutus" on yksinkertaistus monista materiaalifysiikan ilmiöistä, joissa sähkövirta tai -varaus muuttaa materiaalin fysikaalisia ominaisuuksia esim. johtavuutta.
Rakenna kuvan mukainen virtapiiri vastuksesta ja jännitelähteestä, johon kytket jännitemittarin ja virtamittarin.
Mittaa jännite ja vira eri vastusarvoilla.
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.