Elektricitet

Från Wikiskola
Hoppa till navigering Hoppa till sök

Intro

Brunkebergsverket 5. Vilken koppling har lamporna?

Läxa: Elens historia i Sv till tisdag.

Titta på:

  • historik
  • källör
  • Diskussion
  • Författare
  • Länkar till och från
  • Visningar

Frågor

Svara skriftligt per mejl.

  1. Det finns två hack i kärnkraftselens kurvor,,
  2. Ett stort svenskt bolag bildas på uppfinningar inom elen. Vad heter boloaget idag?
  3. Är artikeln trovärdig och tillförlitlig? Hur vet vi det?

Förslag på svar på frågorna om elektricitetens utveckling i Sverige.

Formelsamling: Formler och tabeller NoK

  • Elläraformler sid 46-48
  • Elläratabeller sid 70

Inlämningsuppgift på Wikiskola

Eftersom ellära är ett välkänt område där det finns mycket info på nätet kan vi våga oss på en annorlunda övning.

Alla får en inloggning på wikin. Sedean ska vi bygga en gemensam lärobok. Den ska innehålla:

  • text som förklarar
  • fria bilder från commons
  • animeringar
  • länkar
  • exempel
  • övningsuppgifter med facit

Ni kommer att få ett avsnitt var att arbeta med. Kanske flera personer per avsnitt.

Repetition av grundskolans ellära

Repetera grunderna inom Ellära

Laddning, s155-160

Kraften mellan två laddningar 

F = k * q1q2/r2

där F är kraften i Newton
k är en konstant = 8.99 109
q är laddningarna som har enheten C
r är avståndet mellan laddningarna

Exempel: Räkna ut kraften mellan laddningar om man har en proton och en elektron i en atomkärna. Svar: 8.5 10-8

Jämför gärna med gravitationsformeln: 

F = G * m1*m2/r2
där G är en konstant, m är de två massorna 
och r är avståndet mellan massorna.

Exempel: Räkna ut kraften mellan massorna om man har en proton och en elektron i en atomkärna. Svar: 3.5 10-47

Ballongen och håret

Om man gnider en ballong mot håret så blir den elektriskt laddad eftersom man gnider loss elektroner från håret och dessa tas up av ballongen. Men hur vet man att det är ballongen som får elektronerna och inte tvärt om?

Som tu är finns det en tabell på sid 157 i boken där någraa vanliga ämnen kommer i fallande ordning efter hur benägna de är att ta upp elektroner om de gnids mot varandra. Gummi är mest benäget och sen kommer koppar, bärnsten, trä, bomull, vår hud, bly, kattpäls, ull, glas och kaninpäls.

Kaninpäls lämna alltså ifrån sig elektroner om det gnids mot något av de andra materialen på listan.

Men frågan om varför skalan ser ut som den gör lämnar vi därhän.

Laddningens storlek

Protonen och elektronen har samma laddning fast med olika tecken. Elektronen är negativ och protonen positiv. Storleken på en sådan laddning kallas en elementarladdning. Elementarladdningen är 1.6 10-19 C.

Laddningar och fält

Länkar:

Det finns massor på PhET: http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics

Balloons and Static Electricity
Click to Run

Här kommer en om laddning:



Här kommer ne film från Khan Academy. Det finn många fler i serien. Det fina med filmerna är at tde har undertexter (subtitles). Det finns redan textat på flera språk men vi ska bidra med översättningar till svenska. Det är lätt. Man ska ffar en inloggning på Universal subtitles och sätter igång.

Ledare, halvledare och isolatorer, s 161-167

Elektrisk ström

Vi har tidigare lärt om laddningar. Laddningar kan ju samlas i en isolator som exempelvis en ballong som gnids mot håret. Detta gäller för isolatorer. Många material är elektriska ledare och då kan man inte skapa ansammingar av laddningar för där leds laddningarna bort och fördelar sig jämnt i ledare. Om man fyller på ladningar och dessa flyter iväg genom ledare har man en ström av laddningar vilket kallas elektrisk ström.

Formlerna nedan finner du i formelsamlingen s 46-48. Elektriska data finner du på sidan 70, exempelvis resistiviteter.

Elektrisk ström, I 

I = q/t
där q är laddningen, t är tiden

Spänningen

Spänning, U 

U = W/q
där W är laddningens elektriska energi

Resistans

Resistansen talar om hur bra en ledare är. Bra ledare har låg resistans.

Resistansen i en ledare beror på materialet. Här finns en bra tabell över någtra ledares resistans.

En lång ledare är sämre än en kort.

En tjock ledare är bättre än en tunn.

Resistans, R 

R = ρ  l/A
där ρ är en materialkonstant, resistiviteten
där l är ledarens längd och A dess tvärsnittsarea

Ohms lag

Efter att vi nu har definierat storheterna ström, spänning och resistans kan vi ställa upp en ekvation för relationen mellan de tre storheterna. Detta förhållande kallas för Ohms lag.

Spänningen är lika med strömmen multiplicerat med resistansen. Resistans gånger ström lika med spänning.

Då gäller även att spänning delat med ström är lika med resistans.

Och att spänning delat med resistans är lika med ström.

Man kan skriva Ohms lag som i figuren till vänster. U=R*I. U står för spänningen. R är resistansen och I är strömmen.

Ohms lag 

U = R I

Räkna

Grundläggande kopplingar, s 167-173

Förhör

Vi börjar med ett kort förhör på formlerna från förra lektionen, ström, spänning, resistwans och Ohms lag.

Det är samma frågor som vi övade på förra lektionen.

Att rita kopplingsscheman

Electrical symbols library

Vilka symboler kan du? Känner du igen:

  • batteriet
  • strömbrytaren
  • glödlampan
  • resistansen
  • spolen
  • Voltmetern
  • Amperemetern

Kirchhoff

The current entering any junction is equal to the current leaving that junction. i1 + i4 = i2 + i3

Läs sidan omKirchhoffs lag och titta gärna på exemplet.

Kirchhoffs lag säger att ströömmarna som går in i en förgrening är lika stora som strömmarna som går ut ur förgreningen.

Man kan analysera en krets genom att rita ut en strömslinga i varje del av kretsen.

Sedan räknar man med hjälp av Ohms lag ut spänningen över de olika resistanserna. Det gäller då att räkna med alla strömmar som går genom en resistans.

Seriekopplade resistanser

A series circuit with a voltage source (such as a battery) and 3 resistors

När resistanserna sitter efter varandra kallas det för seriekoppling.

Länkar:

Seriekoppling

This is a diagram of several resistors, connected end to end, with the same amount of current through each. 

R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

Parallellkopplade resistanser

A diagram of several resistors, side by side, both leads of each connected to the same wires.

Vid härledningen använder man Kirchhoffs lag. Tänk dig att du har många motstånd parallellt. Vi visar det genom att skriva 1, 2, 3, ... , n. Då menar vi att vi har n stycken motstånd. N kan vara stort men i det enklaste fallet är n = 2. 

I = I1 + I2 + I3 + ... + In
U/R = U/R1 + U/R2 + U/R3 + ... + U/Rn

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn

Pröva kopplingar




Liten kopplingsövning

Seriekopplingar

  1. Titta på den gula kopplingsboxen. Läs instruktionerna. Hur många kombinationer av resistanser kan man ställa in?
  2. Vilket intervall kan man ställa resistansen i?
  3. Ställ in multiometern på rätt mätområde. Koppla sladdar mellan multimetern och kopplingsboxen. Ställ boxen på 1 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  4. Ställ boxen på 20 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  5. Ställ boxen på 1234 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  6. Ställ boxen på 8372 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  7. Rita en skiss på hur du tror resistansboxen är kopplad inuti.

Parallellkopplingar

  1. Slå ihop er grupp med en annan grupp så ni får två resistansboxar.
  2. Beräkna den totala resistansen för två parallellkopplade motstånd, det ena 150 Ω och det andra på 450 Ω.
  3. Mät på motsvarande krets. Vad får du?

Räkneupgifteer

Serieresistans
Serieresistans
  • Exempel 8.8:
    • a) Beräkna strömmen.
    • b) Beräkna spänningen över var och en av resistorerna
  • 817-823

Elektromotorisk spänning och polspänning, s 174-176

EMK och polspänning

Polspänningen hos ett batteri 

U = Ems - Ri I

Där U är polspänningen på batteriet (spänningen batteriet lämnar)
Ri är inre resistansen
Ems är elektromotoriska spänningen (batteriets märkspänning)

Ems är den största spänning batteriet kan lämna. Den spänning batteriet ger vid extremt låga strömmar. När strömmen ökar får vi ett ökande spänningsfall över den inre resistansen och spänningen över polerna minskar.

Effekt

Effekt 

P = U I 

där U är spänningen
I är strömmen

Övningar

  1. Tag reda på vad enheten Amperetimmar innebär.
  2. vad är en kilowattimme.
  3. Gå in på den här sidan, http://sv.wikipedia.org/wiki/Wattimme, och lägg till information som förbättrar sidan.

Batterier

Galvanisk cell med saltbrygga

För batterier anges ofta hur mycket energi de innehåller som måttet amperetimmar, Ah. Det talar om hur många timmar batteriet kan levererar en snittström mätt i Ampere (ock vid batteriets spänning). Effekten är ju spänning multiplicerat med ström. Multiplicerar vi detta med tiden så får vi ju arbetet som uträttas eller den energimängd som batteriet innehållet.

Uppgift: Googla rätt på ett batteris prestanda och räkna ut hur många laddningar batteriet innehåller.

Elektriska fält, s177-180

Simplified scheme of Millikan’s oil-drop experiment

ti v 10

Illustration av det elektriska fältet runt en positiv (röd) och en negativ (grön) laddning.

Elektrisk fältstyrka 


E = F/q

där E är den elektriska fältstyrkan
F är den elektriska kraften på laddningen q
och q är laddningen
Enheten för elektrisk fältstyrka är N/C eller V/m.

Vi vet sedan energikapitlet att arbetet med att flytta en laddning i ett elektriskt fält W = F*d. d är avståndet (sträckan) (s används ibland)

Men W = U*q är ett annat sätt att beskriva det elektrisk arbetet som vi lärt i detta kapitel.

I så fall är Fd = Uq <==> F/q = U/d

Ovan har vi ju att E = F/q och i så fall är även E = U/d som blir nästa formel.

Homogent elektriskt fält 

E = U/d

Milikans experiment

Robert Milikan fick Nobelpriset för sitt oljedroppsexperiment där han bestämde elementarladdningen. Det är verkligen värt att läsa om.

Simulerat elektriskt fält mellan laddade partiklar.



Demo - Van de Graafgeneratorn

Principskiss
1. Metallklot med positiv laddning
2. Elektrod som släpar mot bandet, kopplad till det positiva metallklotet
3. Plastrulle
4. Positivt laddad del av bandet
5. Negativt laddad del av bandet
6. Metallrulle
7. Elektrod kopplad till det negativt laddade klotet
8. Metallklot med negativ laddning
9. Överslagsblixt

Länk: Van de Graafgenerator

Mr Bean

Load video
YouTube

Elektronik och miljö

Fre v 10

Passa på att berätta om facebook.com/wikiskola.

Miljö

Hur skrotar man en sån här?
Vad innehåller en dator egentligen?

Tanken här är att jobba med fysiken på ett annat sätt än det normal med genomgångar, formler och räknande. Om man tittar i exemensmålen och kursplanen ser man att vi ska lära oss mer än att bra räkna. Därför ska vi genomföra ett enlektionsersprojektarbete. Ramarna beskrivs nedan.

Miljöaspekten är viktig

Denna film handlar om återvinning av elektronik i USA. Den ger en introduktion.

Load video
YouTube

Uppgiften

Idag ska vi jobba med miljöaspekten en stund. Det finns många frågeställningar och ni kanske kan komma på fler. Jobba i små grupper och presentera vad ni kommit fram till genom att använda egen text, fria bilder och inbäddade filmer.

Jobba effektivt

Inget spelande och facebookande förstås. Dela upp uppgifterna mellan er. En skriver, en letar hemsidor, en letar film osv.

Skriva på wikiskola

Ni får ska skaffa konton i era egna namn här på wikiskola. Sen skriver ni. Jag kan hjälpa till med det mesta men börja med att prova er fram. Det största problemet är redigeringskonflikter men det händer mest i början. Spara ofta!

Hämta bilder som är fria att använda (utan copyright). Helst från Wikimedia Commons

Läs mer om Wikimarkup och hur man editerar.

Frågor

Välj en frågeställning, klicka på länken, skriv något och spara. Så gör ni området till ert eget.

  1. Vad är elektronikskrrot och hur ska det återvinnas?
  2. Vad händer med elektronikskrot i återvinningen?
  3. Behöver man slänga allt eller finns det andra sätt att använda sakerna?
  4. Hur kan operativsystemet i en dator bidra till bättre miljö?
  5. Vilka värdefulla, hälsoskadliga eller miljöfarliga ämnen finns i elektroniken?
  6. Sker mycket av återvinningen i utvecklingsländerna och varför et i så fall?
  7. På vilka sätt kan elektronik (IT) bidra till en bättre miljö?
  8. smarta operativsystem
  9. Hur väljer man miljövänlig elektronik?
  10. Hur påverkar elektroniken oss människor?

Redovisning

Vi avslutar med att titta på alla bidragen.

Tid över ?

I så fall får du räkna lite blandade uppgifter.

Elektrisk mätteknik

Elektrisk mätteknik ingår inte i boken men skulle kunna utgöra ett komplement. Jag skulle vilja hitta hård- och mjukvara till billigt pris för att ta in signaler i datorn.

Scilab är ett open source-alternativ till LabView. Dessutom med beräknigs och visualiseringsfunktioner påminnande om Matematica.

laboration Ellära

ti 11

Vi ska inte köra den traditionella labben utan en enklare variant som ger oss mer tid för att repetera och lösa uppgifter. Den här labben är som ett minitest. Ni får komma fram en och en och bli presenterade för er uppgift. Ni kan göra en snabb mätning men sedan får ni gå och sätta er och planera er labb. Därefter kan ni komma tillbaks och mäta igen. Det är snabba mätningar som gäller om alla ska hinna.

Labbinstruktion PMs trådrulle

Repetition

Enkla övningar

Kjell & Company

Man kan inte låta bli att gilla Kjell & Companys böcker om elektronikprylar:

Hjärtstartare

Placeringen av elektroderna vid defibrillering

Vid hjärtstillestånd används defibrillatorer för att ge en elektrisk impuls som ska sätta igång hjärtat. I denna wikipediaartikel anges spänningen till 1000 V, energin till 100-200 J och tiden till 5 ms. Gör antagandet att späänningen är lika hög under hela pulsen (den är egentligen sinusformad men det struntar vi i just nu).

Beräkna:

  1. Effekten
  2. Strömmen
  3. Resistansen i kroppen

Pappersövningar

Ett urval övningsuppgifter med facit kommer att delas ut. Det heter Övningsuppgifter från Nexus inför prov i Ellära. Det finns på min hårddisk efter som de är (c).

Prov ti v 12

Elläraprov version 1 med lösningar

Fortsättning

Om man läser på KTH kan man komma på denna 7.5-poängskurs.

Hämtad från ”https://wikiskola.se/index.php?title=Elektricitet&oldid=12624”