Till och från en inblick i ledande kretsar

Transkript

1 Till och från en inblick i ledande kretsar Du använder el varje dag, ofta utan att du tänker på det. Det är inte svårt att räkna upp tio saker hemma som går på el. Pröva! Den slutna kretsen Strömmen måste komma runt Det fungerar bara om det finns en väg för strömmen runt hela kretsen. Den ström som kommer ut ur ett batteri måste alltså kunna ta sig tillbaka till batteriet igen. I det här kapitlet ska vi se hur man får strömmen att gå rätt väg. Vi tittar också på några vanliga delar i elektriska kretsar. Vad består kretsen av? Här ser du en elektrisk krets. Många kretsar ser ut ungefär så. Det här är bra att veta: - Hur varje del i kretsen ser ut. Det finns många olika utföranden. Hur ser de här sakerna ut i din skola? - Hur varje del fungerar. - Hur man ritar varje del i ett kopplingsschema. En del av det som står i Till och från känner du nog igen från andra håll. I ämnet fysik tittar man på egenskaper hos elektricitet. Det här är ju en teknikbok, så den handlar mera om hur man använder el.

2 Ett batteri kan göra så att det blir en ström. En lampa fungerar tack vare strömmen. Med en strömbrytare kan man släppa fram strömmen eller hindra den. När strömmen kommer fram säger man att kretsen är sluten. När kretsen är öppen kommer strömmen inte fram. Hur stor blir strömmen? Strömstyrkan beror på två saker: Spänningen. Den står angiven på batteriet. Ju högre spänning, desto större strömstyrka. Ett batteri på 4,5 V (volt) driver fram tre gånger starkare ström än ett batteri på 1,5 V. Spänningen i väggkontakterna, nätspänningen, är 230 V. Hur bra väg strömmen hargenom kretsen. Ju lättare strömmen kommer fram, desto större blir den. En lampa gör det svårare för strömmen. Svårigheten kallas resistans. Ledningen har liten resistans, medan lampan har stor resistans. Saker som man använder för att göra strömmens väg svårare kallas motstånd. Fasta motstånd har en bestämd resistans. Men det finns också motstånd som man kan ändra resistansen hos. Ledningar Strömmen behöver en väg som består av ett ledande material. För det mesta är det koppartråd. Det kan också vara någon annan metall. Ledaren behöver inte se ut som en sladd, utan det kan vara vad som helst som leder ström. I både bilen och cykeln låter man ström gå genom själva fordonet. När man väljer elektrisk ledare är det två saker som är särskilt viktiga: 1. Ledaren måste vara tillräckligtgrov. Om den är för smal får strömmen svårt att komma fram. Då kan ledningen bli så het att den smälter eller orsakar eldsvåda. Ju större strömmar desto grövre ledningar! Kraftledningen måste kunna släppa fram stora strömmar. Därför är den ganska grov, flera cm. Bilens startkabel är också ganska tjock. Ledare för små strömmar kan vara mycket smalare, till exempel trådarna i telefonsladden. 2. Ledaren kan behöva isolering. Annars kan strömmen gå in i eller ut ur ledaren på fel ställe. Det händer att det blir kortslutning. Då hittar strömmen en genväg. Det kan bero på att det är fel på isoleringen. Om det blir "kortis" går säkringen (proppen).

3 Säkringar Säkringarna ska förhindra att ledningarna blir farligt varma. Men hur går det till? Ströramen i en sluten krets orsakar värmeutveckling. Varmast blir det där strömmen har svårast att komma fram. Därför lyser glödtråden i lampan, men inte sladden. Se på bilden på s 47. Till vänster är allt som det ska. Den översta symbolen föreställer en säkring. Inuti säkringen går en smal metalltråd. Strömmen har mycket lättare att komma fram genom säkringstråden än genom lampans glödtråd. Lampan lyser - och säkringen är hel. Till höger har det blivit kortslutning, så att strömmen tar en lättare väg än den genom lampan. Plötsligt är det säkringen som är det största hindret för strömmen. Då blir värmeutvecklingen störst just där. Tråden blir så het att den smälter. Då bryts strömmen. Växelspänning och växelström I elnätet är det växelspänning. Den växlar alltså riktning hela tiden och strömmen går än åt det ena hållet, än åt det andra. Elnätet är gjort så att den ena polen i kontakten är är kopplad till jorden. På så sätt sitter den ihop med kranar och element. Den polen, nollan, är alltså egentligen inte farlig att beröra - men man kan inte veta vilken av polerna det är. Det är den andra polen, fasen, som är farlig. Den växlar mellan plus och minus. Om man kommer åt fasen samtidigt som man tar i en diskbänk får man ströin genom sig. Du vet säkert att det är livsfarligt. Kontakter och strömbrytare Kontakter används för att ge strömmen en bra väg från en ledning till en annan. Om strömmen ska kunna komma fram måste alla delar passa som de ska. De måste också hållas rena. Om det bara fungerar ibland är det glappkontakt. Ett sådant fel är svårt att hitta - det märks ju inte hela tiden. Skyddsjordning En vanlig orsak till olyckor är att man får ström av utsidan på elektriska apparater. Utsidan blir spänningsförande. Skyddsjordning är ett sätt att förebygga sådana elolyckor. Så här går det till:

4 Sladden har en extra ledare som går till metallhöljet. Den ledaren är alltid gul och grön. I den ledarens andra ände sitter de extra plåtbitar, bleck, som man ser på utsidan av en jordad stickpropp. När man sätter stickproppen i ett skyddsjordat uttag får blecken kontakt med jord. Därmed får metallhöljet kontakt med jord via uttaget. Se bilden på s 48. Anta nu att det blir ett fel så att skärmen blir spänningsförande. Då får strömmen en mycket bra väg mellan fas och jord (genom skärmen och jordledaren). Strömstyrkan blir mycket stor. Säkringen går. Ingen kommer till skada. Montera lagenligt När man monterar sådant som ska anslutas till elnätet måste man vara noga med att följa de regler som gäller. De är till för att hindra olyckor. Tänk på att spänningen i elnätet (230 V) är tillräckligt hög för att vara livsfarlig. Dessutom kan felaktig materiel orsaka eldsvådor. Bara om man verkligen vet hur man ska göra får man - montera stickproppar, sladdströmbrytare och skarvuttag - byta ut väggströmbrytare och eluttag utan att ändra något. Svårare saker får bara elektriker göra. Energi som överförs elektriskt Två vanliga energigivare När du sticker en sladd i en väggkontakt får du tillgång till energi. Den kommer från ett kraftverk och transporteras i kraftledningar till våra bostäder och industrier. I kraftverken finns generatorer. De omvandlar t ex energin i en högt belägen damm till elektriskt överförd energi. Sådana generatorer är ofta mycket stora. En mindre sort används till cykellyset. Generatorn gör om arbete till elektriskt överförd energi. Arbetet kan utföras av till exempel en turbin eller en människa. Ibland använder man batterier i stället. Det är inte alltid man har tillgång till elnätet. Eller också är det praktiskt att slippa sladdarna. Det finns batterier som kan laddas upp igen. Sådana kallas ackumulatorer. Ackumulera betyder samla. I batteriet finns kemisk energi som blir elektriskt överförd energi när batteriet används. Bilbatteriet är en ackumulator. Det består av flera delar som är kopplade i serie. Bilbatterier är inte ofarliga. Tre risker som man måste tänka på:

5 1. Det innehåller plattor av bly, som är ett giftigt ämne. 2. Det innehåller svavelsyra, som är frätande. 3. Då batteriet laddas bildas vätgas, som kan orsaka explosion. Du kan se en bild av ett bilbatteri på s 51. Två vanliga energimottagare Elmotorn tar emot elektriskt överförd energi. Elmotorer finns i många apparater. Du kan säkert komma på flera stycken. Det finns många olika typer av elmotorer, i alla tänkbara storlekar. De minsta är ungefär lika stora som bokstäverna i den här boken. Men nästan alla elmotorer har en egenskap som är bra att känna till. Ju saktare elmotorn snurrar, desto lättare är det för strömmen att komma fram. Det betyder att motorer som får arbeta för hårt. eller är osmorda kan bli så varma att de förstörs. Elmotorn gör om elektriskt överförd energi till arbete. Även glödlampan behöver el. Lamphållaren är den kontakt som leder strömmen in i och ut ur lampan. Titta på en vanlig glödlampa. Glödtråden har kontakt med lampans skruvfattning. Glödlampan gör om elektriskt överförd energi till strålning och värme. Glödtråden blir så het att den lyser. Magneter i praktisk användning Permanentmagneter Något som är permanent ändras inte. Permanent betyder alltså varaktig. Man kan till exempel "permanenta" håret, om man vill ha en hållbar frisyr. Samma ord används om magneter som är varaktiga. En permanent magnet behåller alltså sin magnetism under lång tid. När vi talar om magneter till vardags är det oftast permanentmagneter vi menar. Vissa ämnen blir permanent magnetiska om de kommer nära en annan magnet. En del typer av stål har den egenskapen. Om man kommer åt en synål eller en sax med en magnet, så blir de också magneter. Tillfälliga magneter En järnbit som påverkas av en magnet blir också en magnet. Men när man tar bort magneten förlorar järnbiten sin magnetism. Man kallar det här för magnetisk influens. Influens betyder påverkan.

6 Man kan även göra magneter med hjälp av elektricitet. Elektromagneter är tillfälliga magneter. De har ett eget avsnitt längre fram. Kompassen Redan på 1000-talet fanns kompassen i Kina. Den var en liten magnetisk nål som satt fast på ett flöte i vatten. Ena spetsen pekar mot norr. Där finns faktiskt jordens magnetiska sydpol. Den ligger inte precis på nordpolen, men ganska nära. Magnetisk information I dag är magnetism viktig inom ett annat område. Det är magnetisk information. På videoband och kreditkort kan man lagra information med konstgjord permanent magnetism. Det gör att man måste hålla dem borta från andra Magneter, som kan förstöra magnetmönstren. Elektromagneter Om man lindar isolerad koppartråd runt en bit järn och sedan sänder elektrisk ström igenom tråden, så får man en elektromagnet. Isoleringen gör att strömmen verkligen går runt alla varven. Om tråden inte var isolerad skulle strömmen kunna ta en genväg från första till sista varvet. Elektromagneten har användbara egenskaper: Den kan kopplas på och av. Den upphör att vara magnetisk när man stänger av strömmen. Man kan göra den starkare och svagare. Den gör man genom att ändra strömstyrkan. Nord- och sydände byter plats om man låter strömmen byta riktning. Magnetismen blir alltså starkare ju större strömmen är. Den blir också starkare ju flera varv strömmen går. Ofta väljer man en smal tråd. Då får man plats med många varv, och elektromagneten blir stark utan att släppa fram så mycket ström. Magneten blir dessutom starkare av att tråden är lindad runt ett stycke järn. Men även en spole utan järn fungerar som elektromagnet. Elektromagneter finns i många sammanhang. Man kan öppna portlåset med en magnet bara genom att trycka på en knapp vid dörren. När strömmen är avstängd kommer ingen obehörig in. Magneter kan också låsa dörrarna i bilen. De kan sköta ventilerna som släpper in vatten i tvättmaskinen.

7 Telegrafen År 1837 sökte amerikanen Samuel Morse patent på en viktig uppfinning som utnyttjade elektromagneter. Det var telegrafen. Telegraf betyder fjärrskrivare. Den fungerar så här: Sändaren har en strömbrytare, en, telegrafnyckel, som sluter och bryter strömmen till en elektromagnet hos mottagaren. När strömmen var sluten tryckte magneten en penna mot en pappersremsa. Remsan drogs framåt av ett urverk. Därför kunde sändaren göra streck på remsan. Med Morse-alfabetet kunde man sända bokstäver och siffror i form av korta och långa streck. Telefonen I telefoner och högtalare bildar man ljudet med elektromagneter. Strömmen till magneten ändras i takt med ljudvågorna. Då ändras även magnetismen. Den får en tunn platta att röra sig fram och tillbaka. Då blir det ljud. Den första telefonen gjordes av skotten Graham Bell år Precis som i fallet med glödlampan blev det strid om vem som var först. En amerikan sökte patent på en liknande ide samma dag som Bell! Till slut vann Bell. Telefonen förbättrades ytterligare av Thomas Alva Edison. Han gjorde en mikrofon, som har stått sig ända in i våra dagar. En svensk uppfinnare gjorde också stora insatser då telefonen utvecklades. Han hette Lars Magnus Ericsson. Hans första stora uppdrag blev att bygga telefonnät i Gävle. Det företag han grundade är än i dag ett av de ledande i världen när det gäller telefoner och telefonväxlar. Det heter Ericsson.

8 Sammanfattning Till och från Det krävs en sluten krets för att det ska gå en elektrisk ström. Strömstyrkan beror på spänningen och på hur bra strömmens väg är. Batterier och generatorer ger elektriskt överförd energi. De orsakar ström. Lampor och motorer tar emot elektriskt överförd energi. De fungerar tack vare strömmen. En elmotor som går trögt släpper igenom mycket ström. Den blir lätt överhettad. Permanentmagneter behåller sin magnetism. Influens betyder att något blir magnetiskt på grund av en magnet i närheten. Två magneter påverkar varandra på så sätt att lika ändar stöts ifrån varandra, medan olika ändar dras till varandra. En elektromagnet blir starkare - ju större strömmen är - ju flera varv lindningen har - med järnkärna. Minns du? 1. Vad är det som man mäter i volt? 2. Vad är växelström? 3. Vad är kortslutning och glappkontakt? 4. Hur ser ett jordat uttag ut? En jordad stickpropp? 5. Vilka elarbeten får man göra själv, om man kan? 6. Vad är en ackumulator? 7. Vad menas med att en magnet är permanent? 8. Praktiska egenskaper hos elektromagneten? Förstår du? 1. Vad är en sluten krets? 2. Vad beror strömstyrkan i en krets på? 3. Varför är elledningar olika tjocka? 4. Hur fungerar en smältsäkring ("propp")? 5. Hur fungerar skyddsjordning? 6. Hur är morse-alfabetet uppbyggt?