tutkielma.pdf, 350 kB - Helsinki.fi

messa kulkeva virta I kuljettaa johtimen mielivaltaisen poikkileikkauksen läpi aikana dtvarauksen dQ = I dt. Kääntäen, aikana dt johtimen poikkileikkauksen läpi kulkeva varausdQ kuljettaa sähkövirran I = dQ/dt.Sähkömagneettisen induktion tärkein sovellus on vaihtovirta. Kun homogeenisessamagneettikentässä kenttää vastaan kohtisuoran akselin ympäri pyörivän käämin päätyhdistetään johtimella, piiriin syntyy sähkövirta, jonka suunta ja suuruus vaihtelevatajan suhteen sinimuotoisesti. Kun käämin kierrostaajuus on riittävän pieni, sähkövirranvaihtelua voi seurata magneettineulan tai kiertokäämigalvanometrin avulla. Havaitaanvirran suunnan ja suuruuden vaihtuvan kaikkialla virtapiirissä samanaikaisesti. Sähkövirtavoidaan mitata ajan funktiona myös oskilloskoopilla tai tietokoneeseen liitetyllämittausjärjestelmällä.Vaihtovirtaa kuvaavia suureita ovat kulmataajuus, jaksonaika ja taajuus sekä sähkövirranhetkellinen, huippu- ja tehollinen arvo. Vaihtovirran kulmataajuus, jaksonaikaja taajuus ovat yhtä suuret kuin käämin kulmanopeus, kierrosaika ja kierrostaajuus.Näin pyörimisliikettä ja aaltoliikettä kuvaavat suureet yleistyvät kattamaan sähkövirtailmiöt.Vastuksen kuluttama teho noudattaa Joulen lakia myös hetkellisesti: P(t) ~ I(t) 2 .Siksi vaihtovirran tehollinen arvo määritellään siten, että sen suuruinen tasavirta aiheuttaavastuksessa saman keskimääräisen tehonkulutuksen. Kokeellisesti havaitaan, ettäsinimuotoisen vaihtovirran huippu- ja tehollisen arvon suhde on noin 1,41. Matemaattisestinähdään suhteen olevan √2.Haarautuvassa virtapiirissä Kirchhoffin 1. laki pätee kunakin ajan hetkenä erikseen.Tavallisen vaihtovirtapiirin johtimissa ei esiinny varausten kasautumista. Mutta vaihtovirrantaajuuden kasvaessa myös järjestymisvirtojen merkitys korostuu. Jos vaihtovirrantaajuus on hyvin suuri, niin virta ei enää ole joka hetki yhtä suuri johtimen kaikkienpoikkileikkausten läpi.4.2 JänniteVirtalähteessä tapahtuva virtalähdeilmiö aiheuttaa suljettuun virtapiiriin sähkövirran.Kemiallisissa pareissa – paristossa ja akussa – lähdeilmiönä on kemiallinen reaktio.Lämpöpari on johdinsilmukka, joka koostuu kahdesta eri metallia olevasta johtimesta.Kun johtimien liitoskohdat asetetaan eri lämpötiloihin, piiriin syntyy sähkövirta. Kemiallisetja lämpöparit tuottavat tasavirtaa.G G G...GGGGKuva 4.2.1Virtalähdeilmiötä on yksinkertaisinta tarkastella virtapiirissä, jotka koostuvat keskenäänsamanlaisista paristoista ja vastuksista (hehkulampuista). Rakentamalla kuvan13