Think, pair, share Vad är elektricitet och magnetism för dig? Vad vill du veta om elektricitet/magnetism?
Elektricitet och magnetism
Frågeställningar utifrån det centrala innehållet Vad är spänning (U), hur förkortas spänning och vilken enhet mäts spänning i? Vad är ström (I), hur förkortas ström och vilken enhet mäts ström i? Vad är resistens (R), hur förkortas resistens och vilken enhet mäts resistens i? Vilka fyra faktorer påverkar resistens i en ledare? Hur använder man Ohms lag? För högre betyg: Hur använder man Ohms lag i mer komplicerade elektriska kretsar? Vad är skillnaden mellan seriekoppling och parallellkoppling Vad är en magnet och ett magnetfält? Vad är induktion? Hur fungerar en generator? Hur avgör man riktningen av ett magnetfält runt en ledare med hjälp av högerhandsregeln? Hur kan man konstruera och förstå en enkel elektrisk krets med ett batteri, lampor och en strömbrytare? Vad är ett jordat uttag? Vad är en säkring? Hur räknar man ut effekt? (Effektlagen) Vad används elektricitet används till i samhället? Hur har upptäckten av elektricitet förändrat vårt sätt att leva? Vilka energikällor finns det? Fördelar och nackdelar. Hur hänger fenomenen elektricitet och magnetism ihop?
Fundera på och skriv ner * Vad använder du elektricitet till hemma? Vad har du/ni för saker som drivs med el? * Hur har elen förändrat våra liv? Föreställ dig hur det skulle sett ut för flera100 år sed hemma hos er innan det fanns el.
Vår elkonsumtion Fundera över allt under gårdagen som krävde elektricitet. Gör en tabell som du delar upp i olika kategorier: mat, hygien, media/nöje och transport. Vilken kategori innehåller många exempel på elanvändning? Vilken kategori kräver nästan ingen elektricitet? I vilken kategori skulle man kunna minska elförbrukningen?
http://www.ne.se/play/ur/program/174275
ELEKTRICITET Är något vi använder dagligen (elkonsumtion) Det används till uppvärmning, maskiner, datorer mm. Elektricitet är en form av energi. (Andra kemisk-, värme-, rörelseenergi) Med elektricitet kan man flytta energi från en plats till en annan (elproduktion). (Energi produceras av generatorer vid kraftverk, den förs vidare via kraftledningar, omvandlas med hjälp av transformatorer innan den kommer till våra vägg uttag)
ATOMENS BYGGNAD I en atom är det lika många protoner som elektroner alltså tar laddningarna ut varandra. Kärna Positiva Protoner Neutrala Neutroner Runt om Negativa Elektroner
ATTRAHERA OCH REPELLERA - - - - - + + + + - - - - - - - - - - - - - - - Olika laddningar dras mot varandra ( attraherar) Lika laddningar stöter bort varandra (repellerar)
STATISK ELEKTRICITET En atom är i normaltillstånd oladdad. Lika många positiva och negativa laddningar. Kärnan kan vi inte påverka men vi kan påverka elektronerna. Tar vi bort elektroner blir atomen positivt laddad. Tillför vi elektroner blir atomen negativt laddad.
STATISK ELEKTRICITET Statiskt elektricitet - Du kammar dig: Kammen sliter loss elektroner från ditt hår. Håret får underskott av elektroner och blir positivt laddat. När du sedan tar i något kommer elektroner från det föremålet strömma över till dig för att utjämna underskottet. Du får en elektrisk stöt.
BLIXTAR Moln är oftast positivt laddade upptill och negativt laddade nertill. Marken är positiv (högsta punkten också) Det sker en urladdning (blixt) när de negativa elektronerna i molnen överförs till marken. Naturen strävar efter att jämna ut. I själva blixten kan det bli 30000 grader varmt.
HTTP://WWW.KUNSKAPSMEDIA.SE/ ELEKTRICITET.HTML
FÖRSTOD DU DET VI GICK IGENOM? Hur är en atom uppbyggd? Vad menas med repellera och attrahera? Hur bildas det statisk elektricitet? Kommer du ihåg hur en blixt kan uppstå?
VAD ÄR ELEKTRISK SPÄNNING? Batterier har två poler - en pluspol och en minuspol. Vid minuspolen finns ett överskott av e och vid pluspolen ett underskott av e. Skillnaden i laddning mellan polerna kallas elektrisk spänning. Ju större skillnaden är, desto större är spänningen. Naturen strävar efter att utjämna den.
SPÄNNING (U) Spänning mäts i volt och förkortas V. Elektrisk spänning mäter man med en voltmeter. 1,5 V Vanliga batterier med olika spänning, volt. 12 V flera miljoner V 4,5 V
VAD ÄR ELEKTRISK STRÖM? Elektrisk ström är laddningar (elektroner) i rörelse. Strömmens riktning går från + till - säger man, men egentligen går den från - till + (elektronerna). Om man kopplar ihop ett batteris plus- och minuspol med en metalltråd kan elektronerna röra sig från den negativa polen till den positiva. En elektrisk ström uppstår och fortsätter tills skillnaden i laddningar har jämnats ut (överskottet vs underskott).
STRÖM (I) Mått på ström: Antalet elektroner som passerar tvärsnittet (sladden) per sekund. Tänk på exempelvis en trafikerad gata, trafikström. Ström mäts i enheten Ampere (A) Elektrisk ström mäter man med en amperemeter. Även om det är lite ström t ex 1 A passerar mängder med elektroner tvärsnittet. 1 A motsvarar ca 6 triljoner elektroner som passerar snittet. En sexa följt av 18 nollor. En dator drar ca 5A.
STRÖM OCH SPÄNNING Om man jämför en elektrisk krets med en flod så är spänningen höjdskillnaden och strömmen vattenmängden i floden
ARBETA MED ENSKILT Vem var Alessandro Volta? Vem var André-Marie Ampere? Sök information och skriv en kort faktatext om följande två herrar. Vilka var de? Vad kom de på och hur?
GRUNDKOPPLING En lampa + 2 metalltrådar + batteri = elektrisk krets För att lampan ska lysa och ström ska kunna flyta måste det vara en sluten krets. 1880 visade Thomas A Edison just detta dvs att elektrisk ström kan skapa ljus.
VARFÖR LYSER LAMPAN? Elektroner, elektriska laddningar, strömmar från den fulla sidan i batteriet till den nästan tomma. Det bildas en elektrisk ström. Strömmen passerar lampan. Glödtråden i lampan är mycket tunn. Elektronerna trängs. De stöter till varandra. Glödtråden blir så varm att den sänder ut ljus.
LEDARE Material som leder ström bra kallas för ledare. En bra ledare innehåller många fritt rörliga ledningselektroner. Exempel på bra ledare är koppar, zink, aluminium, silver, guld, järn och kvicksilver (metaller)
ISOLATOR Material som inte leder ström kallas för isolatorer. Isolatorer innehåller få eller inga fritt rörliga ledningselektroner. Exempel på isolatorer är porslin, glas, plast, gummi, trä och papper (ex elektriska sladdar)
RITA ETT KOPPLINGSSCHEMA
VI RITAR UPP KRETSARNA PÅ TAVLAN
TVÅ OLIKA KRETSAR
SERIEKOPPLING Vid seriekoppling kan strömmen bara gå en väg. Vid seriekoppling av flera lampor delar lamporna på batteriets spänning. Ju fler lampor desto lägre spänning får varje lampa och lyser då sämre. Blir en lampa trasig bryts kretsen och alla lampor slocknar. Vid seriekoppling kopplas pluspol till minuspol. Finns i adventssljustakar, julgransbelysning. Vid seriekoppling av batterier lyser de lampor som är i kretsen starkare än vad de skulle gjort på endast ett batteri. När man seriekopplade batterier kan man addera deras spänning med varandra. Tex har jag seriekopplat 3 stycken 1,5 volts batterier med varandra är spänningen som passerar lampan 4,5 volt, 1,5 V+1,5 V + 1,5V ( se 4,5 V batteri).
PARALLELLKOPPLING I parallellkopplade kretsar kan strömmen gå fler vägar. Om en komponent slutar att fungera, exempelvis en lampa, tar strömmen vägen genom den krets som inte är bruten. Det är samma spänning i alla lampor i hela kretsen. Alla lampor lyser med samma intensitet eftersom varje lampa är direkt kopplad till batteriet (egna kretsar) Finns t ex taklampor, gatubelysning. Batterier tar slut snabbare vid parallellkoppling (strömmen blir större - jämnas ut fortare) Vid parallellkopplade batterier kopplas minuspol till minuspol och pluspol till pluspol. Vid parallellkoppling av två 1,5 volts batterier kommer det att visa på samma spänning som ett batteri dvs 1,5.
Varför seriekoppla eller parallellkoppla? Vad är vårt mål? Parallellkoppling - hela kretsen bryts inte om en lampa går sönder, lamporna lyser starkare. Seriekoppla - enkelt och billigt, lätt sätt att få lägre spänning, lamporna lyser längre
RESISTANS (R) Resistans= är ett mått på hur stort motstånd elektroner möter då de ska flytta sig i en ledare. Ju större resistans/motstånd ett ämne har, desto sämre leder det ström. Det elektriska motståndet (resistansen) beror på 4 saker: Materialet Längden Tjockleken Temperatur Bra ledare = liten resistans t ex Cu och Ag har lägre res än Fe. Kort ledare = liten resistans Tjock ledare = liten resistans Låg temperatur = liten resistans (supraledning) Resistorns uppgift är att öka motståndet i strömmen och på så sätt minska strömmen (t ex minska strömmen, dimmer, volymratt) Hög spänning + liten resistans = stark ström.
Du ska leda ström från A till B. Vilken leder bättre? Varför? A B Lång smal järntråd A B Bred kort guldledare
RESISTIVITET För att enkelt kunna jämföra olika ämnens förmåga att leda ström har begreppet resistivitet (resistansen på 1m/mm 2 )
Ohm Enheten för resistans har fått sitt namn från den tyske fysikern Georg Ohm. Han upptäckte ett samband mellan spänning (U), resistans (R) och strömstyrka (I) vid sina experiment. Sambandet kallas därför Ohms lag. U = R x I, R = U/I, I = U/R
RÄKNEXEMPEL Vilken ström passerar genom motståndet 46,, när spänningen är 230V? I= U/R= 230V/46 Ohm = 5A Ström, I, enhet ampere A Spänning, U, enhet volt V Resistans, R, enhet ohm
Fler räkneuppgifter att lösa... Hur stor är resistansen (R) om spänningen (U) är 24 V och strömmen (I) är 2A? Hur stor är spänningen (U) om strömmen (I) är 0,2 A och resistansen (R) är 5 Ω? I en krets finns det ett motstånd med resistansen (R) 6 Ω och strömmen (I) 4 A. Hur stor är spänningen (U) i kretsen?
SERIE OCH PARALLELLKOPPLING AV RESISTORER Seriekoppling R total = R 1 + R 2 + R 3 Parallellkoppling (överkurs) 1/R total = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3
ELSÄKERHET Ta reda på/förklara följande begrepp: Kortslutning Överbelastning Säkring/propp Skyddsjordning Jordfelsbrytare Läxa till nästa lektion: Hur ser det ut hemma hos er?
Kortslutning Avsiktligt- skapar en genväg för strömmen. Strömmen tar alltid enklaste vägen Oavsiktligt - en sladd kan ha blivit skadad. En för kraftig ström i en ledning kan orsaka eldsvåda.
Säkringar Elcentralen, eller "proppskåpet", är bostadens elektriska hjärta. Härifrån går alla elledningar ut i bostaden. Här sitter proppar som löser ut om ledningarna blir överbelastade eller om det uppstår något elektriskt fel. Orsaken till överbelastningen kan vara att för många apparater används samtidigt eller att en enskild apparat tar för mycket ström. 8
Propp eller automatsäkring Det finns två typer av säkringar, propp (diazed-säkring) och automatsäkring. En propp måste du ersätta när den löst ut. Automatsäkringen däremot ska inte bytas ut när den löst ut. I stället återställer du kontakten i funktionsläge. 10
Eluttag I våra bostäder finns två typer av eluttag; ojordade och skyddsjordade uttag. Du får bara ansluta en elapparat till ett uttag som stickproppen passar till. 13
Jordade eluttag Eluttag kan ha ett skydd som heter jord. Om en apparat blir spänningsförande ser skyddet till att säkringen löser ut och bryter strömmen. Till exempel om tvättmaskinens sladd är trasig. Har du ett ojordat uttag, det vill säga ingen skyddsjord, kan du få en rejäl elstöt om en apparat går sönder och blir spänningsförande. Det är extra viktigt att eluttag i kök och badrum är jordade. 14
Jordfelsbrytare En jordfelsbrytare känner av om strömmen går fel väg, som till exempel genom en människa. Då bryter jordfelsbrytaren strömmen snabbt. Jordfelsbrytaren minskar risken för att du eller någon i din omgivning g skadas av el. Kontrollera att jordfelsbrytaren fungerar och att strömmen bryts när du trycker på testknappen (oftast märkt med T). 12
Elstötar En elstöt kallas på fackspråk för elchock. Så länge en spänning är under 50 volt orsakar den sällan en farlig stöt. Det kan däremot vara farligt att få en stöt få från en elinstallation som har 230 V. En elstöt känns olika beroende på hur hög spänningen är. En liten stöt som du till exempel kan få genom att ta i ett elstängsel gör rejält ont. 15
Exempel på spänningar Vanligt ficklampsbatteri 1,5 V Bilbatteri i 12 V Nätspänning i hemmet 230/400 V Kontaktledningar för tåg 16 000 V Luftledningar 20 000 V Regionledningar 130 000 V Riksomfattande kraftledningar 400 000 V 16
VARFÖR KAN FÅGLAR SITTA PÅ KRAFTLEDNINGAR UTAN ATT PÅVERKAS AV SPÄNNINGEN När fågeln väl landat med båda fötterna på en ledning kommer det att gå en liten ström genom fågeln. Eftersom resistansen genom fågeln är mycket större än resistansen i ledningsstumpen mellan fötterna, blir strömmen omärkbar.
Vad händer i kroppen när du får ström i dig? Kroppen leder ström. Att befinna sig i en miljö där det finns risk för att komma i kontakt med spänningsförande föremål är därför livsfarligt. Vid högspänning kan det räcka med att komma i närheten för att en olycka ska inträffa. Strömgenomgång kan bland annat leda till brännskador muskelkramp och vätskeförlust skador på nervbanorna påverkan på hjärtrytmen. Hur omfattande skadorna blir påverkas till exempel av hur stark strömmen är hur länge kroppen utsätts för strömmen hur stor yta på kroppen som kommer i kontakt med strömkällan. Det är också avgörande vilken väg strömmen går genom kroppen om den passerar hjärtat är dödsrisken stor.
Vid en elolycka Om du vet hur man gör - bryt strömmen och ta loss den skadade utan att utsätta dig själv eller andra för fara. Kontrollera den skadades tillstånd. Kalla på hjälp. Ge första hjälpen. RING 112 18
Goda råd! Använd inte en trasig elektrisk produkt. Anlita en elinstallatör om du har trasiga eluttag hemma. Använd inte brödrosten, borrmaskinen eller andra inomhusprodukter ute. Kontrollera att sladdar är i gott skick några sprickor. Är de trasiga ska de bytas u El och vatten hör inte ihop! 26
ELEKTRISK EFFEKT ( OCH ENERGI) Elektrisk effekt är Hur många elektroner vägguttagets spänning lyckas förflytta under en viss tid. Spänningen (U) utför ett arbete. Ju fler elektroner som kan förflyttas (I), desto högre effekt (P). Det är viktigt att skilja mellan begreppen effekt och energi. Effekten kan sägas vara ett mått på en elapparaters arbetsförmåga och mäts i watt (W). Energi beräknas som effekt gånger tid och mäts i Joule (J) eller wattsekunder (Ws). Praktiskt används wattimmar (Wh) eller kilowattimmar (kwh). Elräkningar.
ELEKTRISK EFFEKT (P) Effekt (P) mäts i Watt (W) Glödlampor har t ex olika effekt. Glödtråden i 60 W-lampan har mindre resistans än i 40 W - lampan - alltså lyser den starkare. Det går mer ström i 60 W - lampan. Effektlagen: Effekt = ström x spänning P = U x I
Ungefärlig effekt för några olika hushållsapparater Apparat Diskmaskin Tvättmaskin Mikrovågsugn Brödrost Strykjärn Kaffebryggare TV Dator Adventsljusstake TV/Stand-by Effekt 2000W 2000W 1500W 1000W 1000W 800W 140W 120W 21W 10W
HUR STOR ÄR EFFEKTEN? Exempel: En vanlig glödlampa på 60 watt som ansluts till elnätets 230 V ger en ström på lite drygt 0.26 A. En dammsugare på 1200 watt kommer att medföra en ström på över 5 ampere när den används. Problem: Går den nyinköpta värmefläkten på 2000 watt att ansluta till vägguttaget i sommarstugan? Det står 6A på säkringen i proppskåpet och spänningen är 230V i vägguttaget. Lågenergilampor ger i stort sett lika mycket ljus som vanliga glödlampor, men använder betydligt mindre elektrisk energi (lägre ström flyter genom kretsen, effekten är lägre). Lågenergilampan fungerar på ett sätt som inte strålar ut så mycket värme som den vanliga glödlampan gör. För att få den vanliga lampan att lysa med önskad ljusstyrka måste vi konstruera den så att den drar 60 watt, men en mycket stor del av den elektriska energin övergår med den tekniken inte i ljus, utan i värme. Lågenergilampan fungerar på ett helt annat sätt som gör att den bara blir ljummen, och det räcker med 11 watt för att ge en ljusstyrka i samma storleksordning som den vanliga glödlampan på 60 watt.
RÄKNEEXEMPEL EFFEKT Hur stor blir strömmen (I) genom en 25 W - lampa om den kopplas till 230 V (U)? På en lampa står det instämplat på sockeln 6V 5A. Hur stor är effekten?