© Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos

Kirjasto

4 JÄNNITELÄHDE YLLÄPITÄÄ JÄNNITETTÄ

 

 

Piko ajaa partaa ja Nano kuuntelee radiota kävellessä. Parranajoon ja kuunteluun tarvittava energia on peräisin paristosta tai akusta.

Pariston jännite

Pariston napoihin syntyy jännite paristossa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden seurauksena. Jännitelähteen napojen välinen jännite kuvaa ilmiön voimakkuutta. Tavallisen sauvapariston jännite on noin 1,5 V ja auton akun noin 12 V. Paristot eroavat toisistaan sekä käyttötarkoituksen että käyttöjännitteen perusteella. Sormiparistojen käyttöjännite on 1,5 V, litteiden 4,5 V ja ns. neppariparistojen 9 V.

Jännitelähteessä on navat ja napojen välillä jännite. Jännitelähteen jännite ylläpitää sähkövirtaa virtapiirissä.

Erilaisia paristoja. Muita jännitelähteitä ovat mm. akku, tuulivoimalaitoksen generaattori ja aurinkopari.

Napajännite

Jännitelähteen napojen välinen jännite kuvaa ilmiön voimakkuutta. Tavallisen pariston jännite on noin 1,7 V. Kun paristosta otetaan sähkövirtaa, pariston napojen välinen jännite laskee noin 1,4 volttiin. Jännite on sitä pienempi, mitä enemmän paristosta otetaan sähkövirtaa.

Kuormitetun pariston jännite on nimeltään pariston napajännite.

 

 

 

Auringon lähettämä valo- ja lämpöenergia muuttuu aurinkoparistossa sähkövirraksi.

 

 

 

Tuuli pyörittää tuulivoimalan roottoreita ja saa aikaan voimalan generaattorissa jännitteen

 

 

Voltan pari

Sähköpariksi sanotaan kahden metallilevyn muodostamaa systeemiä. Kun pareja kytketään sarjaan, saadaan paristo. Käytännössä sähköparejakin kutsutaan usein paristoiksi.

Jännitteen yksikkö on saanut nimensä italialaisen Alessandro Voltan mukaan. Hän rakensi ensimmäiset sähköparit ja kokosi niistä sähköparistoja ja sai aikaan paristoillaan samanlaisia kipinöitä kuin von Guericken aikanaan hankaussähkökokeillaan. Volta ymmärsi, kun paristo on virtapiirissä, piiriin syntyy jatkuva sähkövirta.

Volta esitteli vuonna 1800 sähköparin Napoleonille. Voltan sähköparissa sinkki- ja hopealevyjen väliin oli asetettu suolaveteen kostutettu paperi. Liuosta, johon metallit asetetaan, sanotaan elektrolyyttiliuokseksi. Voltan parin, kuten muidenkin paristojen, toiminta perustuu metallien syöpymiseen. Mitä epäjalompi metalli on, sitä halukkaammin se syöpyy. Metallin syöpyessä metallikappaleiden välille syntyy jännite.

Sähköparin metallilevyjen välille syntyy jännite, kun ne ovat suolaliuoksessa.

Paristo

Tavallisessa 1,5 voltin sormiparistossa on mangaanioksidia sinkkipikarissa. Lisäksi paristossa on suolaliuosta. Pariston keskellä on hiilisauva. Sinkkipikari syöpyessä hiilisauvan ja sinkkipikarin välille syntyy jännite.

Tavalliset paristot soveltuvat sellaisiin sähkölaitteisiin, joita käytetään satunnaisesti tai niiden virrankulutus on pieni kuten radiossa tai taskulampussa. Lepovaiheen aikana paristo elpyy. Tavallinen paristo voidaan hävittää turvallisesti tavallisten kotitalousjätteiden kanssa, sillä se ei sisällä ympäristömyrkkyjä.

Hinnaltaan kalliimpi alkakaliparisto tulee pitemmän päälle edullisemmaksi kuin tavallinen paristo, jos laitteen virrankulutus on suuri tai laitetta käytetään pitkiä aikoja. Uusimmat alkaliparistot ovat ympäristöystävällisiä ja ne voidaan hävittää turvallisesti tavallisen kotitalousjätteen mukana.

Nikkeli-kadmiumakut ovat samankokoisia kuin tavalliset paristot. Ne tarjoavat taloudellisen vaihtoehdon paristojen suurkuluttajille. Akut soveltuvat hyvin esimerkiksi korvalappusteroiden tai radio-ohjattavien lelujen energialähteeksi. Akut kestävät kauemmin, jos ne aina välillä puretaan kokonaan.

Pienikokoisia erikoisparistoja kuten nappiparistoja käytetään kelloissa, kameroissa ja laskimissa. Nappiparistot saattavat sisältää elohopeaa ja ne on lain mukaan toimitettava ongelmajätteiden keräyspaikkaan. Käytettyjä paristoja ottavat vastaan mm. valokuvausliikkeet ja jotkut ruokakaupat. Käytetyt paristot voi myös jättää erityisiin keräyspisteisiin.

Akku

Akku on sähköpari, joka voidaan ladata ja purkaa. Auton akussa elektrodeina käytetään lyijylevyjä ja elektrolyyttiliuoksena rikkihappoa. Kahden lyijylevyn välillä ei ole jännitettä, vaikka ne ovat elektrolyyttiliuoksessa. Ennen käyttöä akku pitää ladata. Kun akkua ladataan sähkövirralla, lyijylevyt muuttuvat kemiallisesti. Akun purkautuessa reaktiot tapahtuvat toiseen suuntaan ja akku tuottaa sähkövirtaa.

TUTKIMUKSIA

Valoa perunasta

Käytettävissäsi kolme perunaa tai perunan palaa, johtimia, kolme sinkkinaulaa, kolme kuparinaulaa, pienijännitteinen led (1,7–1,9 V) ja jännitemittari. Hohtodiodi eli LED (Light Emitting Diode) on puolijohdekomponentti, joka synnyttää valoa, kun sen läpi kulkee sähkövirta.

Hohtodiodissa kahden puolijohdeaineen liitoskohdassa syntyy valoa. Hohtodiodeja on punaisia, vihreitä ja keltaisia. Ne kuluttavat huomattavasti vähemmän energiaa kuin perinteiset lamput. Niitä käytetään näyttölaitteissa, valomainoksissa ja merkkivaloina esimerkiksi stereoissa. Ne ovat periaatteessa ikuisia.

1. Työnnä sinkki- ja kuparinaula perunoihin kuvan mukaisesti. Kytke johtimella keskimmäisen perunan kuparinaula sinkkinaulaan ja sinkkinaula kuparinaulaan. Yhdistä reunimmaisten perunoiden naulat ledin jalkoihin. Jos led ei pala, vaihda lediin tulevat johtimet keskenään. Jos led ei vieläkään pala, lisää kytkentään neljäs peruna.

– Piirrä kuva kytkennästä ja selitä, mitä havaitset.

– Mitä voisit käyttää perunan tilalla? Tutki hehkuuko led tällöin.

2. Tutki, mistä seikoista syntyvä jännite riippuu. Käytettävissä sinulla on jännite- ja virtamittari eri metalleja ja joitakin aineita, juureksia ja hedelmiä, joihin metallikappaleet voit asettaa.

– Missä olosuhteissa syntyy suurin jännite?

– Milloin jännitettä ei synny?

TEHTÄVIÄ

13. Mitä yhtäläisyyttä on akulla ja paristolla. Miten ne eroavat toisistaan.

14.Luettele laitteita, joissa syntyy jännite.

15. Missä kuvassa esiintyy a) jännitettä, b) sähkövirtaa? Pohdi kumpi on syy ja kumpi seuraus jännite vai sähkövirta.


                                                                                                 ’

Päivittäjä: malux-edu@helsinki.fi