<%@LANGUAGE="JAVASCRIPT" CODEPAGE="1252"%> ASTEL - FYKE-opas
       
 

SÄHKÖ JA MAGNETISMI

TULOSTETTAVA PDF

1. SÄHKÖVARAUSTA SYNTYY HANGATESSA
Sähkövaraus synnyttää sähköisen vuorovaikutuksen

Yksinkertainen malli kappaleen varautumisesta
Polarisaatio
Salaman synty
Sähkövarauksen historiaa
Tutkimus: Kappaleen varaaminen
Varatun kappaleen vaikutus varaamattomaan kappaleeseen

Demonstraatioita

2. VIRTAPIIRI
Komponentti ja virtapiiri
Jännite ja sähkövirta
Sähkövirralla siirretään energiaa
Piirrosmerkit
Tasa- ja vaihtovirta
Johteet ja eristeet
Sähkölaitteiden virtapiirit
Ihmisen virtapiirit
Tutkimus: Lamppu hehkumaan
Eriste eristää ja johde johtaa
Kalvokytkin kytkee

3. PERUSKYTKENNÄT
Jännitteen ja sähkövirran mittaaminen
Paristojen kytkennät
Lamppujen kytkentöjen vaikutus sähkövirtaan
Oikosulku
Sulake
Resistanssi

Tutkimuksia:
Jännitteen mittaaminen
Sähkövirran mittaaminen
Paristojen kytkennät
Sähköiset kytkennät

4. JÄNNITELÄHDE YLLÄPITÄÄ JÄNNITETTÄ
Pariston jännite
Napajännite
Voltan pari
Paristo ja akku
Tutkimus: Valoa perunasta
Tehtäviä

5. SÄHKÖENERGIA JA -TEHO
Valaisutehon riippuvuus jännitteestä ja sähkövirrasta
Sähköteho
Sähköenergia
Termostaatti

Tutkimuksia:
Lämmitin

Hehkuva lanka
Demonstraatioita

6. MAGNETISMI JA KOMPASSI
Kompassi
Magneettinen vuorovaikutus
Magnetoituminen
Magneettikenttä
Maan magneettikenttä
Magnetoitumisen selitys

Tutkimus:
Kompassi
Magneettinen vuorovaikutus
Tankomagneetin valmistaminen
Tehtäviä
Demonstraatioita

7.SÄHKÖMAGNEETTI
Virtajohdin käyttäytyy magneetin tavoin
Sähkömagneetin valmistaminen
Sähkövirran yksikkö
Sähkömagnetismin sovelluksia
Sähkösoittokello
Sähkömoottori
Kaiutin
Aivojen magneettikenttä
Magneettinen tiedontallennus
Tutkimuksia
Tehtäviä

8. SÄHKÖVIRRAN SYNNYTTÄMINEN
Generaattori
Vaihtojännite
Muuntaja
Energian siirto sähkövirran avulla
Auringon energia kiertää maapallolla
Lämpövoimalaitos
Vesi- ja tuulivoimalaitos
Ydinvoimalaitos
Energiantuotannon riskit
Energiantuotannon päästöt

Tutkimuksia:
Induktioilmiö
Generaattori

9. SÄHKÖTURVALLISUUS
Sulake
Sähkölaitteen suojaus
Valaisin ja lampun vaihto
Sähköisku
Kodinkoneiden huolto ja vaaratilanteita niiden käytössä
Pistotulpan vaihto

 

   

DEMONSTRAATIOITA

1. Piirtoheitinkalvojen veto- ja poistovoimat

Demonstraatiossa havainnollistetaan piirtoheitinkalvojen varautumista. Kalvo saa hankauksessa sähkövarauksen. Sähkövarauksia havaitaan olevan kahdenlaisia. Varaukset voivat joko hylkiä tai vetää toisiaan puoleensa. Katso tarkemmin ilmiön selitys edellä olevasta tekstistä.

Koe onnistuu parhaiten uusilla kalvoilla. Vanhat kalvot saattavat olla varautuneita jo entuudestaan ja aiheuttaa ei-toivottuja tapahtumia. Koe onnistuu paremmin kuivalla kuin kostealla säällä. Paras sää kokeiden onnistumiseen on kuiva pakkasilma.

Kaksi hankaamatonta piirtoheitinkalvoa eivät ole keskenään vuorovaikutuksessa. Ne eivät vedä toisiaan puoleensa eivätkä hylji.

Hankaa piirtoheitinkalvoa villakankaan palalla.

Hankaa myös toista kalvoa villakankaan palalla.

Vie hangatut kalvot lähekkäin. Havaitaan, että kalvot hylkivät toisiaan. Kalvot saivat hankaamisessa ominaisuuden, joka synnyttää kalvojen välille poistovoiman (vuorovaikutuksen). Tätä kappaleen hankaamisessa saamaa ominaisuutta kutsutaan sähkövaraukseksi.

Vie hankaamisessa käytetty villakangas piirtoheitinkalvon lähelle. Havaitaan, että kangas vetää kalvoa puoleensa. Ilmeisesti villakangaskin sai hankaamisessa samantapaisen ominaisuuden, kuin piirtoheitinkalvo. Kappaleet voivat siis saada hankaamisessa sellaisen ominaisuuden (varauksen), että tämä ominaisuus voi synnyttää joko veto- tai poistovoiman kappaleiden välille. Havaittua kappaleen ominaisuutta on siis kahta lajia. Näitä kahta kappaleen samaa hankaamisessa saamaa ominaisuutta on alettu kutsua positiiviseksi ja negatiiviseksi sähkövaraukseksi.

Edellä tehdyt kokeet tulkitaan siten, että kappale voi saada hangattaessa joko positiivisen tai negatiivisen sähkövarauksen. Kun kahdella kappaleella on sama sähkövaraus, ne hylkivät tosiaan. Kun sähkövaraus on erilainen, kappaleet vetävät toisiaan puoleensa. Katso tarkemmin ilmiön selitys linkistä .

2. Hangattu kampa vetää keveitä esineitä puoleensa

Demonstraatiossa havainnollistetaan kappaleen polarisoitumista. Varattu kappale vetää toisia kappaleita puoleensa, koska kappaleet polarisoituvat, jos lähellä on varattu kappale. Katso tarkemmin ilmiön selitys edellä olevasta tekstistä .

Hankaa kampaa villakankaan palalla tai kampaa hiuksiasi.

Vie kampa lähelle paperisilppua. Havaitaan, että paperisilppu tarttuu kampaan, vaikka silppua ei ole hangattu.

Vie hankaamisessa käytetty villakangas paperisilpun lähelle. Havaitaan, että sekin vetää paperisilppua puoleensa.

Demonstraatio havainnollistaa kappaleen polarisoitumista. Varattu kampa tai villakangas vetävät paperisilppua puoleensa, koska paperisilppu polarisoituu, kun lähellä on varattu kappale. Katso tarkemmin ilmiön selitys edellä olevasta tekstistä.

3. Elektroskooppi

Elektroskoopi on laite, jolla voidaan todeta, että kappaleella on sähkövaraus. Elektroskooppi on eristetty metallikappale, jonka toinen pää jakautuu kiinteäksi sauvaksi ja osoittimeksi, joka voi kiertyä. Elektroskooppi varautuu, kun sen kohtiota kosketetaan varatulla kappaleella. Elektroskoopin runko ja osoitin varautuvat samanmerkkisiksi ja karkottavat siten toisiaan. Elektroskooppiin siirtynyt varaus on sitä suurempi, mitä suurempaan kulmaan osoitin kääntyy. Kun elektroskooppiin tuodaan lisää varausta, kulma suurenee. Elektroskooppiin voidaan tuoda peräkkäin vastakkaismerkkisiä varauksia, jolloin todetaan, että ne kumoavat toisensa. Varaamisen jälkeen kulma alkaa hitaasti pienentyä varauksen purkautuessa ympäristöön.

Aseta elektroskooppi eristelevylle (esim. oppikirja) pöydälle. Kosketa elekstroskoopin kohtiota varaamattomalla lasisauvalla (sauvaa ei ole hangattu).

Hankaa lasisauvaa villakankaalla.

Kosketa elektroskoopin kohtiota varatulla lasisauvalla. Havaitaan, että elektroskoopin osoitin kiertyy. Varatusta kappaleesta siirtyy varauksia elektroskooppiin.

Hankaa sauvaa uudestaan.

Kosketa elektroskoopin kohtiota varatulla lasisauvalla. Havaitaan, että elektroskoopin osoitin kiertyy lisää. Varatusta kappaleesta siirtyy lisää varauksia elektroskooppiin.

Kosketa elektroskoopin kohtiota metalliesineellä. Havaitaan, että elektroskoopin osoitin palaa alkutilanteeseen. Varaus purkautuu johdekappaletta pitkin käden kautta ympäristöön. Jos elektroskoopin kohtiota kosketetaan eristekappaleella, esimerkiksi lasisauvalla, ositin ei kierry eli elektroskooppi ei purkaudu. Ilmiö selitetään siten, että varaukset voivat liikkua vain johdekappaleissa - eristeissä varaukset eivät pääse liikkumaan.

Kun varaukset ovat purkautuneet elektroskoopista, osoitin on pystyasennossa.


4. Nauhageneraattori

Myös samassa kappaleessa samanmerkkiset varaukset karkottavat toisiaan. Siksi johteessa varaus asettuu ulkopinnalle, keräytyy erityisesti ulkoneviin kärkiin ja pyrkii purkautumaan niistä. Onttoon johdekappaleeseen voidaan tuoda jatkuvasti lisää varausta sisäpinnan kautta. Tähän perustuu nauhageneraattorin toiminta: nauha vie isoon kupuun sisäpuolelle jatkuvasti lisää sähkövarausta.

Kun varausta (sähkövarauksia) on siirtynyt isoon kupuun riittävästi, syntyy ison kuvun ja pallon välille kipinäpurkaus, pieni salama ( katso salaman synty ). Iso kupu vastaa ukkospilveä ja pieni pallo maan pintaa.

Sähköistä hylkimisvoimaa voidaan demonstroida nauhageneraattorin kupuun kiinnitetyllä kulhollisella eristepalloja tai viuhkalla. Pallot varautuvat samanmerkkisesti ja hylkivät toisiaan. Ne alkavat pomppia.