|
|
| Rad 65: |
Rad 65: |
|
| |
|
| === Spänningen === | | === Spänningen === |
| | {{heureka|156-158}} |
|
| |
|
| '''Spänning, U'''
| | Från kapitlet [[Laddningar_och_fält#Elektriska_f.C3.A4lt|laddningar]] har vi följande definitioner av fält och spänning: |
|
| |
|
| U = W/q
| | {{defruta|'''Elektrisk fältstyrka''' |
| där W är laddningens elektriska energi
| | Elektriskt fält definieras som elektrisk kraft per enhetsladdning. Fältets riktning är samma som riktningen för kraften fältet ger på en positiv testladdning. Det elektriska fältet pekar alltså exempelvis radiellt utåt från en positiv punktladdning och radiellt inåt mot en negativ punktladdning. |
| | Matematiskt sett definieras alltså det elektriska fältet som proportionalitetskonstanten mellan elektrisk laddning och elektrisk kraft: |
|
| |
|
| === Resistans === | | :<math> |
| | \vec{E} = \frac{\vec{F}}{q} |
| | </math> |
|
| |
|
| Resistansen talar om hur bra en ledare är. Bra ledare har låg resistans.
| | där |
| | : <math>\vec{E} </math> är den elektriska fältstyrkan |
| | : <math>\vec{F}</math> är den '''elektriska kraften''' som fås ur Coulombs lag, |
| | : och <math>q</math> är laddningen på en "testladdning". |
|
| |
|
| Resistansen i en ledare beror på materialet. Här finns en bra [http://sv.wikipedia.org/wiki/Resistivitet#Elektriska_egenskaper_f.C3.B6r_utvalda_material. tabell] över någtra ledares resistans.
| | Enheten för elektrisk fältstyrka är N/C eller V/m. |
| | }} |
|
| |
|
| En lång ledare är sämre än en kort.
| | === Enkel härledning === |
|
| |
|
| En tjock ledare är bättre än en tunn.
| | Kraften på en laddning i ett elektriskt fält är F = Q E |
|
| |
|
| '''Resistans, R'''
| | Om laddning flyttas mot fältet utförs arbetet W = F d = Q E d |
|
| |
|
| R = ρ l/A
| | men U = E / Q = E d och allts är |
| där ρ är en materialkonstant, resistiviteten
| |
| där l är ledarens längd och A dess tvärsnittsarea
| |
|
| |
|
| === Ohms lag === | | E = U / d |
| [[Fil:Uri.png|left|thumb]]
| |
|
| |
|
| 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.
| | {{defruta|'''Homogent elektriskt fält''' |
| | <br /> |
|
| |
|
| Då gäller även att spänning delat med ström är lika med resistans.
| | : <math>\vec{E} = \frac{U}{d} </math> |
|
| |
|
| Och att spänning delat med resistans är lika med ström.
| | där |
| | : <math>\vec{E}</math> är det elektriska fältet |
| | : U är spänningen |
| | : d är avståndet |
| | }} |
|
| |
|
| Man kan skriva Ohms lag som i figuren till vänster. U=R*I. U står för spänningen. R är resistansen och I är strömmen.
| | == Elektronkanonen == |
|
| |
|
| '''Ohms lag'''
| | {{#ev:youtube|lPVuukCsfVM|300|right}} |
|
| |
|
| U = R I
| | Tillämpningar inom |
| | | * tjockt-TV |
| '''Räkna'''
| | * Röntgen |
| * Räkna bokens uppgifter 812-816 | | * elektronrör i gamla datorer och förstärkare |
| * [[Extra räkneuppgifter ellära U, R, I]] | | * litografi för IC-kretsar |
| | |
| <html><iframe src="http://phet.colorado.edu/sims/resistance-in-a-wire/resistance-in-a-wire_en.html" width="800" height="600"></iframe></html>
| |
| <div>
| |
| <html><div style="position: relative; width: 300px; height: 228px;"><a href="http://phet.colorado.edu/sims/conductivity/conductivity_en.jnlp" style="text-decoration: none;"><img src="http://phet.colorado.edu/sims/conductivity/conductivity-screenshot.png" alt="Conductivity" style="border: none;" width="300" height="228"/><div style="position: absolute; width: 200px; height: 80px; left: 50px; top: 74px; background-color: #FFF; opacity: 0.6; filter: alpha(opacity = 60);"></div><table style="position: absolute; width: 200px; height: 80px; left: 50px; top: 74px;"><tr><td style="text-align: center; color: #000; font-size: 24px; font-family: Arial,sans-serif;">Click to Run</td></tr></table></a></div></html>
| |
| <div>
| |
| <html><iframe src="http://phet.colorado.edu/sims/ohms-law/ohms-law_en.html" width="800" height="600"></iframe></html>
| |
| <div>
| |
| <html><div style="position: relative; width: 300px; height: 232px;"><a href="http://phet.colorado.edu/sims/semiconductor/semiconductor_en.jnlp" style="text-decoration: none;"><img src="http://phet.colorado.edu/sims/semiconductor/semiconductor-screenshot.png" alt="Semiconductors" style="border: none;" width="300" height="232"/><div style="position: absolute; width: 200px; height: 80px; left: 50px; top: 76px; background-color: #FFF; opacity: 0.6; filter: alpha(opacity = 60);"></div><table style="position: absolute; width: 200px; height: 80px; left: 50px; top: 76px;"><tr><td style="text-align: center; color: #000; font-size: 24px; font-family: Arial,sans-serif;">Click to Run</td></tr></table></a></div>
| |
| </html>
| |
| | |
| == 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 ===
| |
| [[File:Electrical symbols library.svg|thumb|left|Electrical symbols library]]
| |
| | |
| Vilka symboler kan du? Känner du igen:
| |
| | |
| * batteriet | |
| * strömbrytaren
| |
| * glödlampan
| |
| * resistansen
| |
| * spolen
| |
| * Voltmetern
| |
| * Amperemetern
| |
| | |
| === Kirchhoff ===
| |
| [[File:KCL - Kirchhoff's circuit laws.svg|thumb|left|The current entering any junction is equal to the current leaving that junction. ''i''<sub>1</sub> + ''i''<sub>4</sub> = ''i''<sub>2</sub> + ''i''<sub>3</sub>]]
| |
| [[Fil:Kirshhoff-example.svg|right|260px]]
| |
| | |
| Läs sidan om[http://sv.wikipedia.org/wiki/Kirchhoffs_lagar Kirchhoffs 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 ===
| |
| [[Image:Series circuit.svg|right|thumb|A series circuit with a [[voltage source]] (such as a battery) and 3 resistors]]
| |
| | |
| När resistanserna sitter efter varandra kallas det för seriekoppling.
| |
| | |
| '''Länkar:'''
| |
| | |
| [http://sv.wikipedia.org/wiki/Seriekoppling Seriekoppling]
| |
| | |
| [[Image:Resistors in series.svg|This is a diagram of several resistors, connected end to end, with the same amount of current through each.]]
| |
| '''R = R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub> + R<sub>3</sub> + ... + R<sub>n</sub>'''
| |
| | |
| === Parallellkopplade resistanser ===
| |
| [[Image:Resistors in parallel.svg|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 = I<sub>1</sub> + I<sub>2</sub> + I<sub>3</sub> + ... + I<sub>n</sub>
| |
| U/R = U/R<sub>1</sub> + U/R<sub>2</sub> + U/R<sub>3</sub> + ... + U/R<sub>n</sub>
| |
|
| |
| '''1/R = 1/R<sub>1</sub> + 1/R<sub>2</sub> + 1/R<sub>3</sub> + ... + 1/R<sub>n</sub>'''
| |
| | |
| === Pröva kopplingar ===
| |
| <br>
| |
| <html><div style="position: relative; width: 300px; height: 226px;"><a href="http://phet.colorado.edu/sims/circuit-construction-kit/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_en.jnlp" style="text-decoration: none;"><img src="http://phet.colorado.edu/sims/circuit-construction-kit/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab-screenshot.png" alt="Circuit Construction Kit (DC Only), Virtual Lab" style="border: none;" width="300" height="226"/><div style="position: absolute; width: 200px; height: 80px; left: 50px; top: 73px; background-color: #FFF; opacity: 0.6; filter: alpha(opacity = 60);"></div><table style="position: absolute; width: 200px; height: 80px; left: 50px; top: 73px;"><tr><td style="text-align: center; color: #000; font-size: 24px; font-family: Arial,sans-serif;">Click to Run</td></tr></table></a></div>
| |
| </html>
| |
| <br>
| |
| <br>
| |
| === Liten kopplingsövning ===
| |
| | |
| ==== Seriekopplingar ====
| |
| | |
| # Titta på den gula kopplingsboxen. Läs instruktionerna. Hur många kombinationer av resistanser kan man ställa in?
| |
| # Vilket intervall kan man ställa resistansen i?
| |
| # 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.
| |
| # Ställ boxen på 20 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
| |
| # Ställ boxen på 1234 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
| |
| # Ställ boxen på 8372 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
| |
| # Rita en skiss på hur du tror resistansboxen är kopplad inuti.
| |
| | |
| ==== Parallellkopplingar ====
| |
| | |
| # Slå ihop er grupp med en annan grupp så ni får två resistansboxar.
| |
| # Beräkna den totala resistansen för två parallellkopplade motstånd, det ena 150 Ω och det andra på 450 Ω.
| |
| # Mät på motsvarande krets. Vad får du?
| |
| | |
| === Räkneupgifteer ===
| |
| [[File:Serieresistans.svg|right|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 - R<sub>i</sub> I
| |
|
| |
| Där U är polspänningen på batteriet (spänningen batteriet lämnar)
| |
| R<sub>i</sub> 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'''
| |
| # Tag reda på vad enheten Amperetimmar innebär.
| |
| # vad är en kilowattimme.
| |
| # Gå in på den här sidan, http://sv.wikipedia.org/wiki/Wattimme, och lägg till information som förbättrar sidan.
| |
| | |
| === Batterier ===
| |
| | |
| [[Image:Galvanic_cell_labeled.svg|thumb|380px|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.
| |
| {{clear}} | | {{clear}} |
|
| |
| == Elektronik och miljö ==
| |
|
| |
| Fre v 10
| |
|
| |
| Passa på att berätta om facebook.com/wikiskola.
| |
|
| |
| === Miljö ===
| |
| [[Fil:Brödrost7.jpg|thumb|Hur skrotar man en sån här?]]
| |
| [[Fil:Dator_bärbar_innanmäte.JPG|thumb|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 [[Examansmål och kursplan Fysik|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.
| |
|
| |
| <youtube>wmw4rKKDci4</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 [http://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page Wikimedia Commons]
| |
|
| |
| Läs mer om [[Kort_om_Wikimarkup|Wikimarkup]] och '''hur man editerar.'''
| |
|
| |
| '''Frågor'''
| |
|
| |
| Välj en frågeställning, klicka på länken, skriv något och spara. Så gör ni området till ert eget.
| |
|
| |
| # [[hur återvinns elektronikskrot|Vad är elektronikskrrot och hur ska det återvinnas?]]
| |
| # [[Vad händer med elektronikskrot i återvinningen?]]
| |
| # [[Alternativ elektronikanvändning|Behöver man slänga allt eller finns det andra sätt att använda sakerna?]]
| |
| # [[Nytt liv med nytt operativ|Hur kan operativsystemet i en dator bidra till bättre miljö?]]
| |
| # [[ämnen i elektroniken|Vilka värdefulla, hälsoskadliga eller miljöfarliga ämnen finns i elektroniken?]]
| |
| # [[elektronikåtervinning i utvecklingsländerna|Sker mycket av återvinningen i utvecklingsländerna och varför et i så fall?]]
| |
| # [[IT för bättre miljö|På vilka sätt kan elektronik (IT) bidra till en bättre miljö?]]
| |
| # [[smarta operativsystem]]
| |
| # [[Hur väljer man miljövänlig elektronik?]]
| |
| # [[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.
| |
|
| |
| [http://www.scilab.org/products/scilab/features 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'''
| |
|
| |
| * [[Lätta repetitinsfrågor ellära]]
| |
| * [[Enkla räkneuppgifter ellära]]
| |
|
| |
| '''Kjell & Company'''
| |
|
| |
| Man kan inte låta bli att gilla Kjell & Companys böcker om elektronikprylar:
| |
|
| |
| * [http://www.kjell.com/fraga-kjell/hur-funkar-det/elelektronik/grundlaggande-ellara/vad-ar-elektricitet%20 Om ström, spänning, resistans och effekt]. Dessutom får man tips om hur man gör om man behöver ersätta en nätadapter. '''Fråga:''' Hitta den billigaste nätadaptern till din dator.
| |
| * [http://www.kjell.com/fraga-kjell/hur-funkar-det/elelektronik/grundlaggande-ellara/koppling-och-matteknik kopplingar och mätning]
| |
| * [http://www.kjell.com/fraga-kjell/hur-funkar-det/elelektronik/batterier/uppladdningsbara-batterier Uppladdningsbara batterier]. Läs om hur du kan spara pengare och miljö.
| |
| * [http://www.kjell.com/fraga-kjell/hur-funkar-det/elelektronik/starkstrom/spara-strom Starkström och spara ström]
| |
|
| |
| === Hjärtstartare ===
| |
| [[File:Defib electrode placement.png|thumb|right|Placeringen av elektroderna vid defibrillering]]
| |
|
| |
| Vid hjärtstillestånd används defibrillatorer för att ge en elektrisk impuls som ska sätta igång hjärtat. I denna [http://en.wikipedia.org/wiki/Defibrillation 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:'''
| |
| # Effekten
| |
| # Strömmen
| |
| # Resistansen i kroppen
| |
| {{clear}}
| |
|
| |
| === 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 [http://www.ict.kth.se/courses/IF1330/kursprogvt10.htm 7.5-poängskurs].
| |
|
| |
| * Läs intro om [http://www.ict.kth.se/courses/IF1330/online/ohmslaw/index.htm elektricitet]
| |
| * Läs om [http://www.ict.kth.se/courses/IF1330/online/circuit/index.htm strömkretslära] osv
| |
