Vi kommer att gå igenom det mest grundläggande begreppen inom likström och kanske några inom växelström.

Transkript

1 Den första labben kopplade vi ihop den enklaste av kretsar. Ett 4,5V batteri med en lampa och mätte ström och spänning med en multimeter. Vi gick även igenom det grundläggande inom el-läran: vad ström är, vad spänning är och den magiska spänningstrekanten. Teorilektionen därefter tittade vi på strömmens beteende och spänningens beteende vid parallellkopplade och seriekopplade kretsar. Vi kommer att gå igenom det mest grundläggande begreppen inom likström och kanske några inom växelström. Den elektriska kretsen En elektrisk krets består vanligtvis av en kraftkälla, en belastning, en strömställare (strömbrytare), ledare som förbinder hela till en krets. EL Kraftkällan, som kan vara ett batteri, en generator, eller en alternator, skapar ett tryck som får elektronerna att röra sig. Elektroner som rör sig kallas elektrisk ström. I bilderna ovan så kan man mäta elektriskt tryck på den positiva sidan. Eftersom kretsen är öppen, så har vi ingen ström och därför lyser inte lampan. När kretsen är sluten har vi en elektrisk ström genom kretsen och lampan lyser. Strömmen måste gå från källan, genom lampan och tillbaka för att vi ska få en sluten krets. Glödtråden i lampan är en belastning eftersom den använder elkraft och utvecklar värme i processen. En LED-lampa utvecklar mycket mindre värme och därför blir förlusterna i kretsen mindre. Alltså spar vi energi. Det har ingen betydelse om strömbrytaren är mellan källan och lampan på den positiva sidan, eller den negativa. På labben ska vi koppla ihop denna enklaste av kretsar och se hur den fungerar. Titta på batteriet och mät spänningen på olika ställen i kretsen. På vilket/vilka ställen kommer spänningen i voltmetern att visa samma som på batteriet (ungefär)? Om voltmetern visar olika på olika ställen, varför?

2 Ledningarna är ofta gjorda av koppar eller stål och i bilar så använder man sig av karossen för att återleda strömmen till källan. STRÖMMEN GÅR FRÅN PLUS TILL MINUS. Detta för att man gjorde liknelsen med vattenflöde och trodde att elektroner rör sig från högt tryck till lågt, precis som vatten. Senare experiment har visat nedanstående. ELEKTRONERNA VANDRAR FRÅN MINUS TILL PLUS. Gamla vanor bryter man inte så lätt och därför kommer dessa två regler att förbli. Lär in utantill!!! STRÖM Elektrisk ström är elektronernas flöde i en ledare. Det finns ett sätt att mäta detta. Coulomb är 6,25* st elektroner. Vi använder denna som en måttsticka. 1 Coulomb som passerar en punkt på en sekund är 1 AMPERE. André-Marie Ampère, född 20 januari 1775, död 10 juni 1836, fransk fysiker som allmänt ses som en av upptäckarna av elektromagnetismen. Enheten ampere som mäter elektrisk ström har fått sitt namn efter honom, så även berget Mons Ampère på månen. En Ampere är ett flöde av 6 triljoner elektroner per sekund (6x10 18 ). Ampere=Coulomb/sekund. Förkortas A. Strömmen i en krets mäts i linje med ledningarna. En sådan koppling kallar man seriekoppling. Mätaren kallas en AMPEREMETER. ELEKTROMOTORISK KRAFT Är kraften som sätter elektronerna i rörelse. Denna är ett resultat av Coulombs lag, som säger att lika laddningar repellerar varandra och olika attraherar. Även om en krets är öppen och ingen ström fins så har strömkällan en potential till ström. Alltså: även om batteriet inte är kopplat till en sluten krets så finns det en spänning mellan polerna. Samma gäller i en krets. Om en del har högre spänning än den andra så skulle man få en ström mellan dem om de kopplades ihop.

3 VOLT Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, född 18 februari 1745 i Como i Italien, död 5 mars 1827 i Camnago nära Como, var en italiensk greve och fysiker. Volta uppfann kondensatorn En av de mest kända uppfinningarna är det första elektriska batteriet, den galvaniska cellen, även kallad Voltas stapel, som uppfanns För denna uppfinning adlades han av Napoleon I till greve, och han blev sedermera även utnämnd till senator i forna konungariket Italien. Han drog sig tillbaka 1804, men utnämndes 1814 av kejsar Frans I till direktör för den filosofiska fakulteten vid universitetet i Pavia. År 1852 instiftade Napoleon III ett pris på francs för de bästa uppfinningarna som använde sig av stapeln. Volta upptäckte även gasen metan. Enheten för den elektriska spänningen, volt, som anger energi per laddningsenhet, är uppkallad efter Volta. Symbolen för batteri. I detta fall två batterier i serie. Volt är grundenheten för elektriskt tryck/spänning. För att förstå hur man mäter volt så måste man förstå resistans. Om vi har en trädgårdsslang med ett munstycke som vi kan ändra på så kan vi få vattnet att flöda olika fort ur slangen. Stänger vi munstycket en aning, så får vi mindre stråle, ty vattnet har mött ett motstånd. El beter sig analogt. Så om ström rör sig genom ett motstånd, så får vi ett lägre flöde. 1 Volt trycker 1 ampere genom 1 enhet motstånd. Volt mäts med en voltmeter. I labben ovan har ni kommit på hur ni ska mäta för att få ett bra mätresultat.

4 MOTSTÅND/RESISTANCE Resistanser kan vara antingen fasta eller variabla. (Bild: "Resistorsymbol". Licensierad under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - rsymbol.jpg) Enheten för resistans är Ohm. En ohm är när strömmen i kretsen begränsas av motståndet till 1 ampere när drivkraften är en volt. Resistansen begränsar flödet av elektroner och sänker därmed spänningen i kretsen. En krets tappar alltså spänning(volt) vid belastning. Ett litet motstånd tillåter en hög ström som i sin tur skapar värme. Värme över tid är effekt. Så har vi värme så har vi effekt. Var har vi en elinstallation som skapar värme och som mäts i watt? Om motståndet är högt får vi ingen ström och väldigt lite värme. Silver, koppar och guld leder ström bra. Eftersom de är nästan utan motstånd måste de kopplas i serie med ett motstånd. Ledningen måste vara tillräckligt grov för att kunna ta emot strömmen. Annars blir sladden varm. Gummi och plast har väldigt bra isolerande egenskaper. Därför använder man sig av plast tillsammans med koppar när man gör elledningar. Även isolering av papper existerar. Så långt allt väl. Ett material som är mellan ledare och isolator, kallas halvledare, semiconductor. I sig själva är inte halvledare användbara, men dopade med andra ämnen skapar de grunden för våran digitala tillvaro. Det första exemplet är transistorn som lade grunden för att göra datorerna mindre. Transistorsymbol. (Bild: "JFET N-kanal symbol" av User DaRy on sv.wikipedia - Originally from sv.wikipedia; description page is (was) here * 27 augusti 2004 kl [[:sv:user:dary DaRy]] (5 574 bytes) <span class="comment">(schematisk symbol för en JFET N-

5 kanal)</span>. Licensierad under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - De första datorerna var stora urverk som tickade. Alan Turing var en pionjär inom området med skapande av den första state-machine. Ett begrepp som ni alltid kommer att återkomma till inom datorvetenskapen. Ett materials motstånd/resistans påverkas av dess temperatur. De flesta materials motstånd ökar med ökad temperatur. Vissa fungerar tvärt om. Dessa används till temperaturmätning eller försök med supraledare. En supraledare är ett material med noll motstånd. Vilket sätter hela ohms lag i gungning. MOTSTÅND I SERIE OCH PARALLELLT/ ANVÄNDNINGEN AV BRÅKRÄKNING I en strömkrets kan vi koppla resistans/motstånd i serie. R1/I1 R3/I3 Om R1=2, R2=3 och R3=5, vad blir den totala resistansen? (Bild: "Series circuit" by Mets501 - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons - ircuit.svg) Den totala resistansen är R-total=R1+R2+R3 Strömmen I, är lika vid varje resistans. I1=I2=I3 Man kan även koppla resistanserna parallellt.

6 (BILD:"Resistors in parallel" by Omegatron - This SVG electrical schematic was created with the Electrical Symbols Library.. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons - esistors_in_parallel.svg) Resistansen i en parallellkoppling ges av ovanstående. Om R1=2, R2=4, R3=6. Vad är den totala resistansen? R1=4, R2=4. Räkna ut den totala resistansen. R1=2, R2=2. Räkna ut den totala resistansen. Den totala resistansen är ALLTID LÄGRE ÄN DEN LÄGSTA RESISTANSEN I KRETSEN. I en parallell krets förblir spänningen lika vid varje resistor. V1=V2=V3. Allt detta leder fram till:

7 OHMS LAG Lär in utantill så att ni aldrig glömmer! V=volt, i Sverige betecknar vi den med U. I, strömmen. R, resistansen. Jämför med hastighetstriangeln!!!! Detta är det centrala i hela elläran. Den går med vissa ändringar att använda även för växelström. Elektrisk last......orsakas av envar elektrisk komponent som förbrukar ström. Ju fler laster i en krets, desto större ström. KIRCHOFFS LAG

8 what comes in, must come out.. Summan av de strömmar som kommer in är lika med de strömmar som kommer ut. Saknas något läcker det. EFFEKT Arbete och effekt. Om två personer gräver var sin grop av samma storlek, men den ena gör det på halva tiden så har denne varit dubbelt så effektiv. Effekt är alltså arbete/tid. Effekten mäts i watt. P=UI; Effekten(Power)=Spänningen*strömmen. I en växelströmskrets beräknas SKENBAR EFFEKT med samma ekvation.. Då får den enheten VA voltampere, och är enheten för förbrukning av elapparater till vägguttaget. Effekten av ett el-element. Om vi har ett el-element på 1600W som drivs av 220V växelström. Varför är inte elementet på 1600 VA? Titta på några el-element berätta vad det står. James Watt, född 19 januari 1736 i Greenock, Renfrewshire, död 25 augusti 1819 i Handsworth, Birmingham, var en brittisk (skotsk) uppfinnare. Watt uppfann inte ångmaskinen men han kom att gå till historien som den som förbättrade den till en så praktisk mening att det kom att revolutionera samhället och världen. Watt föddes i Greenock, som ligger utanför Glasgow i Skottland. När James var 18 skickades han till London för att arbeta som instrumentmakarlärling, men av någon anledning återvände han innan hans utbildning var färdig. Han tänkte då etablera sig som instrumentmakare i Glasgow, men skrået vägrade att ge honom det tillstånd som krävdes. Lyckligtvis lyckades han få en anställning på universitetet som matematisk instrumentmakare, och på så sätt fick han också tillgång till en verkstad. Elektriska symboler Transformator. Tre stycken använda i en trefas växelströmkrets.