FYSIK ELEKTRICITET Årskurs 7-9
UNDER DETTA AVSNITT FÅR DU LÄRA DIG: Hur utforskandet av elektriska laddningar lett till dagens kunskap om spänning, ström och resistans Hur man ritar och kopplar elektriska kretsar och hur de används i vardagliga sammanhang Hur man hanterar elektricitet på ett säkert sätt och hur man kan undvika olyckor Hur elektrisk energi kan omvandlas till andra energiformer Hur historiska och nutida upptäckter inom elektricitet påverkar samhället, miljön och människors levnadsvillkor
ATOMEN elektron, -1 proton, +1 neutron, 0
ATTRAKTION Repellerar Repellerar Attraherar Lika laddningar repellerar varandra (stöter bort) Olika laddningar attraherar varandra (dras mot varandra)
STATISK ELEKTRICITET
ÅSKA OCH BLIXTAR
ELEKTRISK SPÄNNING OCH STRÖM Ohm Ampere Volt Ampere Ohm Volt Spänning mäts i volt (V) Strömstyrka mäts i ampere (A)
ELEKTRICITET BATTERIER Anod (oxidation) 1,5 Guld 1,0 Silver Volt Katod (reduktion) Normalpotential (Volt) Ohm Ampere Rostfritt stål 0,5 Koppar 0,0 Bly -0,5-1,0 Tenn Järn Aluminium -1,5 Zink -2,0 Magnesium -2,5
UPPLADDNINGSBARA BATTERIER + + Urladdning Laddning Blydioxid Bly Blysulfat Blysulfat Blydioxid Bly Blysulfat Blysulfat
LEDARE OCH ISOLATORER Metallbindning 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ e e e 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ e 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ e 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ Ledare = löst bundna elektroner, metaller Isolator = hårt bundna elektroner, plast, gummi, porslin
STRÖMMEN MÖTER MOTSTÅND Ampere Ohm Volt Om strömmen möter motstånd blir ledaren varm resistans Motståndet mäts i Ohm (Ω) Ohms lag resistans = spänning ström R = U I Ampere Ohm Volt ström = spänning resistans I = U R spänning = resistans ström U = R I
ELEKTRISKA KRETSAR A 100 Ω V Parallellkoppling Seriekoppling - + Parallellkoppling Seriekoppling
EXEMPEL PÅ BERÄKNINGAR 12 V 0,8 A A A 20 Ω U = R x I U = 20 x 0,8 = 16 volt I = U/R 50 Ω I = 12/50 = 0,24 A
TVÅ ENHETER TILL Elektrisk effekt (W, Watt) I många sammanhang är det viktigt att kunna beräkna energiförbrukning. Ordet förbrukning är egentligen inte så bra att använda eftersom det i vanliga fall innebär att någonting försvinner.energi kan inte försvinna utan bara omvandlas. Därför är det viktigt att komma ihåg att när vi pratar om energiförbrukning menas snarare energiomvandling. När man t. ex. vill beräkna kostnader för energiförbrukningen i hemmet måste man ta hänsyn till de elektriska apparaternas effekt. Elektrisk effekt är alltså någonting, som hör ihop med elektrisk energi. Elektrisk effekt anges i enheten watt (W) och är ett mått på hur snabbt den elektriska energin omvandlas. Effekten för en glödlampa kan t.ex. vara 40 W medan en annan glödlampa har effekten 60 W. Glödlampan med effekten 60 W omvandlar den elektriska energin snabbare än glödlampan på 40 W. En mikrovågsugn kanske har effekten 1000 W. Eftersom 1000 W = 1 kw kan man lika gärna ange mikrovågsugnens effekt i kw, dvs 1 kw. Elektrisk energi (Ws, Watt per sekund, kwh, kilowattimme) Elektricitet är elektroner som rör sig. Elektrisk energi kan därför sägas vara rörelseenergin hos elektronerna. Elektrisk energi är en bra energiform men den måste tas tillvara direkt. Elektrisk energi kan inte sparas till ett senare tillfälle. Den elektriska energi som vi t ex använder i hemmet kommer alltså direkt från ett elverk. För att lösa detta problem kan den elektriska energin omvandlas till en energiform som kan lagras, men det sker då med stora energiförluster. Ett batteri är ett exempel på hur elektrisk energi omvandlats till kemisk energi. Den elektriska energin finns lagrad i batteriet som kemisk energi.
EFFEKTLAGEN Det finns ytterligare ett viktigt samband när man talar om elektrisk effekt. Effektlagen talar om för oss hur elektrisk spänning och elektrisk ström påverkar den elektriska effekten. En glödlampa med effekten 60 W som kopplas till ett vägguttag på 230 V kommer att behöva en viss strömstyrka för att kunna ge den effekt som är tänkt. Sambandet är att: effekten = spänningen strömmen, vilket skrivs med formeln: P = U I där P = effekten U = spänningen I = strömmen
ENERGIFÖRBRUKNING W = P t där W = energin P = effekten T = tiden Om man vill beräkna hur mycket energi som krävs för att se på TV i en timme måste man alltså veta TV:ns effekt. Låt säga att TV:n har en effekt på 0,3 kw och står på i 1 timme. Då kommer 0,3 1 = 0,3 kwh energi att omvandlas. Om man däremot använder två av plattorna på spisen, när man lagar mat och de får stå på i en timme kommer energiförbrukningen att bli större. En liten spisplatta har en effekt på ungefär 1 kw och en stor platta har effekten 2 kw. I detta exempel kommer alltså 3 kwh energi att omvandlas. Den energiomvandling som sker är att elektrisk energi omvandlas till värmeenergi. Elektrisk energi anges ofta i kwh, men ibland passar inte den enheten särskilt bra. Om man t ex skall beräkna Sveriges totala energikonsumtion blir det väldigt många kwh. Därför används ibland större enheter som t ex: 1 MWh = 1 000 kwh 1 GWh = 1 000 MWh = 1 000 000 kwh 1 TWh = 1 000 GWh = 1 000 000 MWh = 1 000 000 000 kwh