×

Sähkövirta ja magneettikenttä

Sähkömagneetti

  • Aina kun johtimessa kulkee sähkövirta, siitä muodostuu käytännössä pieni sähkömagneetti.
  • Mitä suurempi virta, sitä voimakkaampi magneettikenttä.
  • Kun johtimesta tekee silmukan, niin silmukan sisällä magneettikenttä on voimakkaampi (kenttäviivoja tiheämmässä, kuin ulkopuolella).

Magnetic field of wire loop.svg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnetic_field_of_wire_loop.svg#/media/File:Magnetic_field_of_wire_loop.svg
 

  • Käämi
    • Kun kierretään kymmeniä tai satoja silmukoita, saadaan käämi.
    • Mitä enemmän kierroksia, sitä voimakkaampai magneettikenttä käämin sisälle syntyy.
  • Rautasydän
    • Käämin sisään työnnetty ferromagneettinen aine (kuten rauta) magnetoituu (alkeismagneetit saman suuntaisiksi käämin kentän kanssa) 
      • vahvistaa kenttää (käämin kenttä + juuri syntyneen rautamagneetin kenttä)
      • auttaa suuntaamaan käämin magneettikentän paremmin.

                   Elecmagnet

P.Sumanth Naik, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons

  • Sähkömagneetin voimakkuuteen vaikuttavat
    • käämin kierrosten lukumäärä
    • johtimessa kulkevan virran suuruus
    • rautasydän

Tärkeä sovellus: Sähkömoottori

Magneeteille, joiden suuntaa ja voimakkuutta voidaan ohjata sähköllä on valtavasti käyttökohteita.

1. Tarttuminen, hylkiminen

  • Nosturit, poimijat 
  • lajittelijat
  • lukot, jarrut ja hidasteet'
  • Leijuvat junat

2. Liike

  • Sähkömoottorit
  • Solenoidit (lineaarinen liike), venttiilit, lukot, kytkimet.
  • Kaiuttimet, nopea edestakainen liike.

3. Sähköisten hiukkasten liikkeen ohjaaminen

  • Elektronisuihkujen ohjaaminen
  • ionien ohjaus hiukkaskiihdyttimissä
  • Fuusioreaktorin plasman ohjaaminen

4. Aineiden magnetointi

  • Kovalevyille datan tallentaminen
  • Magnteettinauhalle tallentaminen (C- ja VHS-kasetit)
  • kestomagnettien valmistus

1820 Tanskalainen Hans Christian Oersted havaitsi sähkövirran ja magneettikentän välisen yhteyden kompassin ja suljetun virtapiirin avulla. 

 

Sähkömoottori

https://youtu.be/u0B5kSHO1lo?list=PLW0gavSzhMlRc_VCkDyQWrtL5swk_jMcP

 

Lisämateriaalia, jos aihe kiinnostaa:

Molemmista löytyy automaattisesti luodut suomenkieliset tekstitykset.

How Special Relativity Makes Magnets Work - YouTube

 MAGNETS: How Do They Work? - YouTube

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.